自航挖泥船運營管控系統設計與應用

李 夏，周 瀅，童榮彬

(中港疏浚有限公司，上海 200136）

引言

中港疏浚有限公司是一家專業港航施工企業，擁有十幾艘大型自航挖泥船。由于公司海上工程船舶分布廣泛，且經常長途調遣，在傳統管理模式下，公司和項目部與船舶聯系、溝通只是依靠船舶無線電設備、移動基站和F 站通信，存在信號覆蓋范圍少、通信帶寬小和費用較高的問題，使得公司及項目部對國內外工程船舶缺乏真正有效、實時的日常管理手段。隨著衛星通信技術、計算機技術、互聯網技術等信息技術的快速發展，并且不斷克服衛星信道傳輸的較大延時和較高丟包率的通信障礙問題，部署應用專業系統，實現公司船舶遠程管控的目標，給公司船舶管理帶來了數字技術革新。

1 挖泥船運營管控系統概況

挖泥運營管控系統共包括“挖泥船生產信息監測系統”、“挖泥船視頻監控系統”和“挖泥船運營分析系統”三個子系統。系統基于VSAT 站衛星寬帶系統，通過IPSec 方式構建了船岸通信虛擬專網，即船舶VPN 應用實現上下行通信速率100 Kbps 以上且成本較低，海域覆蓋范圍廣。為確保船岸信息數據交互便捷性和安全性。項目成果實現了對自航挖泥船施工狀態的遠程監測、施工過程歷史回放和數據分析。

2 挖泥船生產信息監測系統

挖泥船生產信息監測系統采用的是B/S 架構，具備便于推廣應用的優勢，但也增加了服務器端的數據處理量。系統開發克服了B/S 架構下的ActiveX控件和OpenScales 技術開發瓶頸，去除了網頁插件運行，提升地圖無極縮放功能。系統在提升服務器云計算效率的同時，也提升了前端用戶體驗，實現了基于WEB 界面監測的信息實時監測、回放和分析，滿足了公司產量工程師和質量安全管控人員的日常數據采集分析需求。

2.1 挖泥船狀態監測

系統可以將船舶GPS 定位位置和周圍船舶AIS信息進行實時更新顯示，在系統的WEB 電子地圖上可實現度圖層的疊加應用，全方面監測挖泥船的狀態信息，系統用戶可以根據需要自定義船舶監測信息顯示。系統分別以圖、表的方式提供了船舶實時設備狀態的監測，監測船舶的所有實時信號可選擇性排列，系統船舶狀態的遠程監測如圖1 所示。

圖1 系統WEB 監測顯示界面圖

2.2 施工數據曲線

系統用戶可以查看挖泥船裝艙、溢流、拋泥全過程實時施工曲線信息，比如船舶吃水信息、船載土方量、泥泵效率曲線信息等。基于系統提供的數據信息，港航施工工藝技術人員可以根據需求自定義曲線的生成，實時分析比較挖泥船施工工藝執行水平，優化工藝，提高挖泥效率，相關施工曲線如圖2 所示。

圖2 某船自定義施工曲線

2.3 全景回放分析

系統可以查看船舶的實時施工信息，也可以進行全景回放分析，系統通過船舶歷史定位信息自動統計分析出船舶的歷史軌跡信息，同時挖泥船的歷史施工過程可以進行全景式回放分析，如圖3 所示。

圖3 某船界面全景回放圖

用戶可以檢索船舶施工歷史數據，并對檢索到的數據進行回放分析，實現施工過程的全景分析。分析系統實現的功能與船端“疏浚監測平臺”一致，但該回放與分析功能系在B/S 架構中實現的，用戶使用更便捷、更安全，有效保障了企業數據信息安全。系統有效加強了挖泥船施工現場控制。系統實現了數據的快速獲取、集中存儲和多方應用，為數據自動統計分析、深度價值挖掘等更智能的數據應用奠定了基礎[1]。

3 挖泥船視頻監控系統

“挖泥船生產信息監測系統”雖然可以獲取工程船舶的生產及設備運轉信息，但是無法通過圖像監控內船舶外環境實況信息。“挖泥船視頻監控系統”可以在船舶發生故障或者意外情況時，將現場的畫面傳送至公司總部生產指揮監控中心，相關技術督導人員可以及時與現場進行實時視音頻的通信，滿足挖泥船施工作業遠程管控需求。

3.1 系統架構

基于船載衛星寬帶通信系統的視頻監控系統主要包括：實時監控、歷史回放、預警提示、遠程指導等功能。挖泥船視頻監控系統功能的架構圖如圖4 所示。

圖4 挖泥船視頻監控系統功能架構

系統使用船舶衛星寬帶通信系統作為信息傳輸載體，因其鏈路帶寬較小且穩定性較差，需要系統具備更高效的視頻編解碼技術來實現視頻圖像的遠程傳輸。通過不斷優化設計，“挖泥船視頻監控系統”實現了在速率50 Kbps 左右的通信鏈路上傳輸4CIF 分辨率的視頻信息。系統視頻信號采集終端使用高低雙碼流攝像頭，因此船端可以存儲高碼流視頻圖像，而低碼流視頻圖像經過壓縮處理再遠程傳輸到岸端監控中心供岸端實時觀看和指揮，并且能查看船端存儲的歷史監控視頻信息[2]。

3.2 系統主要優勢

相比通用的視頻傳輸技術，中交上海航道局的船舶遠程視頻監控系統具有以下優勢：

1）低傳輸速率要求，系統針對衛星通信鏈路的速率較低、不穩定、高時延等特點，優化通信鏈路，提升傳輸效率，保障視頻傳輸的質量。

2）系統設備網元化，整套系統的設備采用網絡IP 連接，各網元配置方便，操作簡單。

3）圖像高效編解碼，系統針對衛星鏈路通信特點優化視頻編碼效率，采用h.265 超高壓縮編碼技術，保障小碼流、高時延下的視頻質量[3]。

4）用戶并發數大，系統容量大，滿足大量用戶使用需求。

3.3 遠程監控效果

系統提供了WEB 端和手機APP 端兩種視頻監控服務，實現了公司管理人員全天候、全方位的遠程實時安全管控目標，用戶可以遠程操控攝像頭監控范圍，完成遠程可視化巡檢。另外系統還具備遠程音視頻會話講功能，可以支持公司對施工作業現場的遠程指導。

4 挖泥船生產經營分析系統

“挖泥船生產運營分析系統”專注于港航施工企業項目生產運營數據采集分析，具有多端口數據采集、多模塊數據分析及自定義輸入輸出報表功能，且能與其他業務部門已應用系統進行數據交互。系統開發應用始終以提升船舶運營效益，倒逼公司基礎數據管理上等級，實現輔助決策功能為目標，在開發過程中應盡可能提高系統的兼容性，確保數據的保密性和安全性。

4.1 數據準化建設

“挖泥船生產運營分析系統”搭建基礎是數據，中交上海航道局圍繞疏浚船舶生產運營分析需求進行了“數據字典”的編制。在秉持“一數一源”的基本原則下，系統的數據基礎工作主要做了以下幾點：

1）系統共定義了600 多個數據信息及相關計算規則；

2）梳理規范了120 多個船舶運行時間、約300個工程信息、100 多個設備信息以及100 多的費用收入科目；

3）采集信息涉及施工數據、工藝參數、設備信息、工程合同信息、項目成本等。

4.2 數據采集及分析

系統數據采集采用“人機結合”、“信息協同”等方式，避免重復采集、減少人工采集，讓設備運轉數據和工程管理數據有機結合，動態分析船舶運營狀態。

系統的數據分析圍繞船舶每日運營狀態進行，船舶為基礎單位，進行綜合數據分析，滿足技術管理及運營管理需求。

5 結語

中港疏浚有限公司設計和應用的“自航挖泥船運營監控管理系統”基本實現了公司對船舶的遠程管控，在復雜的外部環境和施工工況下，公司能夠遠程管控施工現場，能夠在現場發生意外事故前后做出準確的預判、警示并采取適當緊急措施，能夠遠程分析和診斷設備疑難故障，通過實時監測船舶生產運營數據進行效能分析來提升生產運營效益，這種以信息技術帶動企業生產運營效益提升的發展戰略，對整個港航施工行業生產管理水平提升有著深遠的意義。