內河航務船舶管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

王家偉　沈潔

摘 要：本文針對內河航務船舶在修、造、養(yǎng)、維和運行階段缺乏智能化監(jiān)管的問題，研究分析了內河航務船舶管理系統(tǒng)架構，規(guī)劃了系統(tǒng)功能及組成，完成了內河航務船舶管理系統(tǒng)設計開發(fā)。系統(tǒng)的使用將有利提高航務船舶管理和保障能力。

關鍵詞：航務船舶;智能化監(jiān)管;管理系統(tǒng)

中圖分類號：U662.9? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0078-04

航務船舶是航務管理和航道維護部門實現(xiàn)管理職能和航道管理養(yǎng)護職能最重要的設備。針對航務船舶的修、造、養(yǎng)、維與船舶的狀態(tài)和船舶主要設備的運行情況缺乏智能化監(jiān)管，進而造成工作效率難以提升，業(yè)務工作開展受限等問題，研究并建設航務船舶管理系統(tǒng)是十分必要和迫切的。通過該系統(tǒng)，可實現(xiàn)航務船舶的遠程動態(tài)監(jiān)控、船岸通信、臺帳備案、使用狀態(tài)、修造養(yǎng)維情況、備件能源的集約化、信息化管理，還可動態(tài)跟蹤船舶從購置、使用、養(yǎng)護直至報廢的整個生命周期所產生的各類管理數據，并準確把握船舶燃潤油及主要配件、備件的消耗情況。航務船舶管理系統(tǒng)可為航務船舶安全、穩(wěn)定、經濟、高效的運行提供技術保證，進而為管理部門履行其行業(yè)管理職責，促進管理水平的提升提供支撐。

1系統(tǒng)整體架構

系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

航務船舶管理系統(tǒng)且具有應用地域范圍廣，涉及多級用戶。船載接入終端采用部署靈活、升級成本低、易于維護、可擴展性好、便于集成的兼容移動APP+ Server模式進行構建。船載監(jiān)測計算機和管理人員所使用客戶端采用B/S（Browser/Server模式）。Server端（包括：WEB服務器、中間件、數據庫等）依托原有數據中心建設。系統(tǒng)網絡架構如圖2所示。

2系統(tǒng)功能及組成

系統(tǒng)包括四個子系統(tǒng)，即船舶機務管理子系統(tǒng)、船舶養(yǎng)護管理子系統(tǒng)、船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)和診斷決策子系統(tǒng)。具體如下：

2.1 船舶機務管理子系統(tǒng)

實現(xiàn)船舶日常管理、造船管理、報廢管理、節(jié)能減排管理等基礎性管理功能。

（1）政策法規(guī)與交通行業(yè)標準管理。實現(xiàn)政策法規(guī)的維護與查詢，政策法規(guī)、國家標準、交通行業(yè)標準、地方標準、工作船舶操作規(guī)程的維護與查詢等功能。省級管理部門負責錄入和更新相關的政策法規(guī)和標準規(guī)范，基層管理部門和航務船舶可根據需要，查詢并下載打印相應的文檔。

（2）船舶技術資料檔案管理。實現(xiàn)船舶檔案維護與管理，船舶證書管理，船舶設備帳冊管理，操作規(guī)程管理，廠商目錄管理等功能。船舶技術資料檔案管理按照省航道局船舶性能手冊要求錄入。包括對船舶基本信息、船舶圖紙等技術資料、船舶證書、船舶設備賬冊等信息的錄入、添加、修改、刪除、查詢和下載打印。基層管理部門提供所管理各船舶的基本信息資料，并上報省級管理部門，省級管理部門按照不同船舶類型統(tǒng)計、存檔。本單位僅限查看和錄入本單位船舶信息。

（3）日常管理與機務考核。實現(xiàn)機務組織機構管理，船舶技術狀況統(tǒng)計報表填寫與審核。按照省級管理部門船舶“五好設備”活動考核標準，實現(xiàn)船舶維護考核表和船舶出塢確認表的填寫和審核管理。實現(xiàn)船舶值班管理，船舶值班情況的電子化記錄與動態(tài)上傳。

（4）造船管理。實現(xiàn)造船計劃管理，造船招投標管理，造船過程管理，后評估管理，船舶售后服務管理等造船階段的流程管理功能。

（5）船舶報廢管理。實現(xiàn)船舶報廢申請、處理方案、專家鑒定、形文上報、船舶注銷、殘值鑒定、拆解廠家的確定、拆解監(jiān)管并上報核備管理等船舶報廢的流程管理功能。

（6）能源管理。實現(xiàn)船舶燃潤消耗管理分析對比。可按照時間、單位、船名、設備分級分類完成消耗的查詢，實現(xiàn)歷年同期數據的對比、能耗統(tǒng)計、定額統(tǒng)計等功能，并可生成查詢和分析結果報表。

2.2 船舶養(yǎng)護管理子系統(tǒng)

實現(xiàn)船舶養(yǎng)護管理，所用配件、備件、工屬具、物料、燃潤油管理等功能。

2.2.1船舶養(yǎng)護管理

船舶養(yǎng)護流程管理，修理單的生成，預防檢修報表的生成，船舶修理單申報審批管理。年度維修計劃、維修保養(yǎng)情況的上報與審批。

專項養(yǎng)護：基于基層管理部門上報的年度養(yǎng)護計劃，編制年度養(yǎng)護計劃，下發(fā)養(yǎng)護計劃，按計劃組織項目實施，監(jiān)管項目執(zhí)行，驗收，質保，由專項養(yǎng)護單位建立完整的養(yǎng)護檔案。

日常養(yǎng)護：基層局按日常養(yǎng)護計劃組織項目實施，監(jiān)管項目執(zhí)行，驗收，由日常養(yǎng)護單位建立完整的養(yǎng)護檔案。

實現(xiàn)船舶設備定期保養(yǎng)提醒，液壓油、潤滑油、易損配件、消耗物料定期保養(yǎng)的提醒。

2.2.2配件、備件、工屬具管理

配件、備件、工屬具采購計劃申報、審批管理;配件、備件、工屬具的采購及申領管理，包括合同簽訂、資金支付、入庫管理、出庫管理、申領管理、臺賬管理等功能。

2.2.3物料管理

物料采購計劃申報、審批管理;物料的采購及申領管理，包括合同簽訂、資金支付、入庫管理、出庫管理、申領管理、臺賬管理等功能。

2.2.4燃潤油管理

燃潤油采購計劃申報、審批管理;燃潤油的采購及申領管理，包括合同簽訂、資金支付，入庫管理，出庫管理，申領管理、臺賬管理等功能。

2.2.5報表與查詢

實現(xiàn)年度維修保養(yǎng)計劃表查詢，維修保養(yǎng)計劃完成情況表查詢，配件、備件、工屬具、物料、燃潤油采購、出入庫、使用情況匯總查詢及報表生成等功能。

報表主要分為兩大部分：第一部分為固定報表的生成、打印，即通過省航道局統(tǒng)一規(guī)定的模板格式來打印生成報表，并保存為word或者Excel格式的文檔。第二部分為報表的導出，即根據用戶的要求，將部分報表導出到Word或Excel中以方便用戶編輯處理。文件序號自動生成，并且文件名分類列出，方便查詢。

2.3 船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)

船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)通過各類傳感器、采集設備、數據處理終端對全船的各類設備數據進行采集并處理，實現(xiàn)全船數據的集中監(jiān)測和報警[1]。將采集到的全船船舶位置信息、姿態(tài)信息、船舶設備的運行及報警狀態(tài)信息通過標準的通信協(xié)議實時傳輸給無線遠傳設備，由無線遠傳設備建立船岸通信，將上述信息實時遠傳至岸上的航務船舶管理平臺，使岸上管理人員可以對船舶進行實時監(jiān)測和遠程管理。通過工業(yè)無線路由器完成全船重點區(qū)域的無線覆蓋，實現(xiàn)船上移動監(jiān)測。系統(tǒng)圖結構如圖3所示。

系統(tǒng)在駕駛臺設置船載監(jiān)測計算機、無線遠傳設備通信網關等，在機艙設置船舶采集單元、傳感器、接口與協(xié)議轉換器，并通過以太網連接到船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)。船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)機艙監(jiān)測數據采集和信號處理采用PLC系統(tǒng)實現(xiàn)，監(jiān)測數據顯示采用船載監(jiān)測計算機實現(xiàn)。系統(tǒng)布置如圖4所示。

2.3.1船舶運行監(jiān)測

系統(tǒng)實現(xiàn)船舶當前狀態(tài)、運行位置、主要設備運行情況監(jiān)測、船舶報警管理等功能。船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)實現(xiàn)船舶狀況的遠程監(jiān)控，可以幫助岸上航務管理部門掌握船舶動態(tài)信息。主要包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)、測深儀、AIS等設備的數據監(jiān)測，船舶姿態(tài)、主機、發(fā)電機組、舵機、齒輪箱、配電板、船舶油艙（箱）、水箱液位的監(jiān)測等。

船舶的監(jiān)測數據主要包括：

——船舶位置數據;

——船舶所處位置深度數據;

——左右推進主機運行數據;

——發(fā)電機組運行數據;

——配電板的電流、電壓、功率數據;

——艉軸溫度，

——推進齒輪箱運行報警數據;

——舵角和舵機運行報警數據;

——船舶姿態(tài)數據;

——燃油艙（箱）液位數據;

——淡水箱液位數據;

——火災報警系統(tǒng)數據。

2.3.2數據采集處理、顯示與傳輸

2.3.2.1數據采集處理

通過以太網實時接收來自船舶采集單元的全船設備監(jiān)測報警數據，加裝通信網關采集的衛(wèi)星定位系統(tǒng)、測深儀、AIS等設備的數據，加裝接口與協(xié)議轉換模塊采集主機、發(fā)電機組的數據，并對數據進行采集、處理和轉換。

主要監(jiān)測設備數據采集接口：

——衛(wèi)星定位系統(tǒng)、測深儀、AIS等設備數據，由設備提供RS485/RS232通信接口輸出數據，通信協(xié)議遵循標準的NEMA183協(xié)議。

——左右推進主機運行與報警數據，由主機提供RS485/ RS422/CAN通信接口輸出數據，通信協(xié)議遵循標準的Modbus RTU協(xié)議。

——發(fā)電機組運行與報警數據，由發(fā)電機組提供RS485/ RS422/CAN通信接口輸出數據，通信協(xié)議遵循標準的Modbus RTU協(xié)議。

——配電板的電流、電壓、功率等數據，由配電板廠家在儀表上配置擴展的4～20mA模擬量接口輸出數據。

——推進齒輪箱運行與報警數據，由推進齒輪箱廠家通過數字開關量、模擬量接口輸出數據。

——艉軸溫度，加裝測溫傳感器，輸出4～20mA模擬量數據。

——舵機數據，包括舵角和相關報警數據，由舵機系統(tǒng)通過數字開關量、模擬量接口和通信接口輸出數據。

——燃油艙（箱）和淡水箱液位，配置液位傳感器，將連續(xù)液位信號通過4～20mA模擬量輸出。

——船舶姿態(tài)數據，由電子傾斜儀輸出船舶縱傾和橫傾角度數據。

——火災報警數據，由火災報警系統(tǒng)通過數字開關量接口或通信接口輸出數據。

——船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像，可通過連接硬盤錄像機的以太網接口，遠程訪問查看。

2.3.2.2數據顯示

在船載監(jiān)測計算機人機界面中通過圖形化方式顯示下列內容：

——船舶經緯度坐標、對地航速、航向等信息;

——測深儀數據;

——信息系統(tǒng)采集的船舶主要設備運行數據。

通過平板電腦和內置的移動監(jiān)控軟件可監(jiān)控船舶的運行數據。

2.3.2.3數據傳輸

船舶狀態(tài)、主要設備運行狀況的數據通過無線公網進行數據傳輸，與岸上航務船舶管理平臺建立數據連接，并依照相關標準要求的數據格式、傳輸頻率實時傳輸船舶數據。在公網信號覆蓋不到的地方，將監(jiān)測數據進行本地緩存，待網絡通信暢通時自動延遲上傳。

2.3.3作業(yè)管理

針對工作船舶，通過船載監(jiān)測計算機訪問挖泥船的疏浚管理系統(tǒng)數據服務器，讀取作業(yè)數據，實現(xiàn)船舶作業(yè)計劃、測量數據、作業(yè)位置、作業(yè)量、作業(yè)軌跡、作業(yè)量統(tǒng)計和查詢。

2.3.4視頻影像監(jiān)控

依靠公網訪問船舶視頻監(jiān)控硬盤錄像機，讀取硬盤錄像機中的視頻信號，實現(xiàn)圖像的遠程傳輸，協(xié)助岸上省航道局、基層航道局掌握船舶所處區(qū)域的實時狀況，為緊急、突發(fā)事件準確、及時處理提供技術保障。

由于公網通信帶寬有限，對視頻進行壓縮傳輸，保證視頻圖像的流暢性。

2.3.5監(jiān)測數據查詢統(tǒng)計

實現(xiàn)船舶航行歷史數據、設備運行歷史數據、作業(yè)歷史數據查詢，船舶燃潤油消耗數據查詢，累計航行時間、累計航程、平均速度查詢等功能。查詢要提供：按時間段查詢、按船舶名稱查詢、按設備查詢等功能。

按時間、船名、設備提供統(tǒng)計功能。統(tǒng)計的內容包括：船舶技術狀況、船舶機損事故、設備運行情況、設備能耗情況、工作量數據等。

查詢和統(tǒng)計結果能夠打印和導出。

2.4診斷決策子系統(tǒng)

建立工作船舶的故障輔助診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)船舶故障診斷網絡化和智能化，提高船舶故障分析和排除能力，保障船舶的高效運營。

2.4.1故障統(tǒng)計分析

實現(xiàn)船舶設備故障管理。故障分類統(tǒng)計;常見故障發(fā)生時間、發(fā)生工況統(tǒng)計;常見故障發(fā)生原因查詢等功能。

基于船舶動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)上傳的船舶設備運行信息和船舶故障報警信息，對船舶設備的故障進行統(tǒng)計分析。按照設備、類型對故障進行分類統(tǒng)計。

船舶設備管理部門和航務船舶工作人員可以按照船舶名稱、船舶設備名稱、類型查詢船舶的故障時間、發(fā)生工況、故障次數，查詢常見故障發(fā)生的原因。

2.4.2故障維修預案管理

實現(xiàn)船舶主要設備故障的梳理總結，建立設備故障維修方案或提示信息庫。可根據故障信息，通過查詢方式，獲取故障的預測提示、維修提示，各類型故障發(fā)生后的解決方案提示等功能。

2.4.3遠程在線故障診斷

船舶維護、維修人員可直接登錄船載監(jiān)測計算機，直接查看設備運行數據和故障信息，根據檢測到的故障信息，尋找故障源，并確定故障類型及程度。再根據故障源的部位、信息及結構，將故障對于系統(tǒng)的性能指標、功能的影響等作出判斷或估計，對系統(tǒng)作出早期報警、緊急報警、停機等待修理等相應的決定[2]。

系統(tǒng)預留獨立的端口，作為遠程診斷時使用，當激活遠程診斷功能時，系統(tǒng)暫停文件傳輸和實時信號傳輸。

遠程故障基于以下情況才能使用：

——設備通訊和監(jiān)測接口正常;

——船舶采集單元工作正常;

——無線傳輸設備工作正常;

——船載監(jiān)測計算機工作正常。

3 結語

內河航務船舶管理系統(tǒng)完成了對航務船舶的遠程監(jiān)控與診斷，實現(xiàn)了航務船舶的臺帳備案、使用狀態(tài)、修造養(yǎng)維情況、備件能源的集約化、信息化管理，動態(tài)跟蹤船舶從購置、使用、養(yǎng)護直至報廢的整個生命周期所產生的各類管理數據，并準確把握船舶主要配件設備的消耗情況。內河航務船舶管理系統(tǒng)經過3年的建設，通過對15艘各類航務船舶的信息化改造，初步實現(xiàn)了對船舶的信息化管理，極大地提高了航務船舶管理和保障能力，對豐富監(jiān)管手段，提高管理水平具有積極促進作用。同時，通過與航道管理系統(tǒng)的融合，進一步提升了航務船舶調度信息化管理的能力。

參考文獻：

[1]趙江濱，王中朝，尹輝，嚴新平.內河航道維護船隊遠程監(jiān)測和管理系統(tǒng)設計[J].船海工程，2014，（6）：182-187.

[2]張延慶.信息融合技術在船舶主機檢驗中的應用[D].上海：上海海事大學，2007.