内河船舶监控方案

内河船舶 监控管理信息系统方案V1.020XX年XX月概述随着中国经济的迅猛发展，我国水运事业取得了很快地发展，为国民经济的 增长提供了重要的支持和保障；然而，与欧美国家相比，我国的水上安全基础设 施仍然很薄弱，管理尚欠规范，水上交通安全面临的形势仍然不容乐观。违规违 纪的现象也还非常严重，由于超载、抢道、冒雾航行等导致的翻船、沉船、撞船 等交通事故频频发生，给国家造成了巨大的经济损失，同时给人民生命财产安全 带来了严重危害。因此，相关部门正加大对水运船只的监管力度，各种船舶定 位和导航服务随之兴起，船舶GPS监控系统逐渐被开发并应用于水运的监控管 理中。我公司准备利用GPRS无线数据传输技术，在嵌入式实时操作系统环境 下，实现对船舶的远程监控，以方便对运输船舶的远程监控和管理。该系统以 GPS作为船舶定位手段，以GPRS作为数据传输方式，通过船载终端和监控中 心的信息交互，实现对远程作业船舶的有效监控，由此将大大提高作业船舶的安 全性，降低船舶营运成本，减少水上交通事故的发生，保障人民生命财产安 全。系统总体方案系统构成简述：整体船舶监控管理系统由三个子系统组成：1. 船载终端子系统2. GPRS数据传输子系统3. 基于电子地图的监控管理中心子系统、系统构成网络图F5>TT二、船载终端子系统船载终端是一个集GPS接收模块、船舶航行数据采集模块、GPRS无线收发模块、报警模块以及主控模块于一体的装置，负责：1. 接收GPS卫星信号并计算船只实时经纬度坐标数据、航向航速数据等；2. 收集船舶航行数据，如主机转速、燃油耗量、航道水深等数据；3快速发送遇险报警信号； 4.通过GPRS数据传输子系统，与监控管理中心子系统进行信息的双向传送，从而实现系统对船舶的监控和管理。三、GPRS数据传输子系统GPRS数据传输子系统，是用于系统中数据传输的通信网络。作为监控管 理系统的信息传输手段，无线通讯技术是实现其功能的关键。通用分组无线业务 (GPRS, General Packet Radio Service)是在现有GSM网络基础上叠加的一个 专为高速数据通信而设计的新的网络，其充分利用了现有移动通信网的设备，通 过在GSM网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。 GPRS可以接入基于TCP/IP的外部网络和X.25网络，无线接口资源可根据业 务流量和运营者的选择在语音和数据业务之间共享，从协议结构上提供了和IP 网络的互通功能。GPRS能向用户提供Internet所能提供的一切功能， GPRS对于Internet的其他组成部分来说，只是一个普通的子网。GPRS的开 通有效地解决了在GPS监控系统中可能遇到的一系列'问题，由于GPRS数据通 信是按收发数据的量计费，而不是按收发时间长短计费，所以客户可以“永远在 线”并可节省费用。四、监控管理中心子系统监控管理中心子系统即包括中心硬件设备、软件、数据库构成的集成系统， 实现对所有船舶对象的监控、管理。中心子系统软件基于专业电子地图平台，直观的显示船舶的各项动态信息， 船位、航向、航速、主机转速、燃油耗量、航道水深等信息，可以回放船舶航行 历史轨迹，当接收到船只发出的遇险信号后可快速报警，等等。涉及的关键技术一、GPS (Global Positioning System )全球卫星定位系统GPS是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性 的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的、由24颗人造卫星组成的卫星网，向 地球不断发射定位信号。地球上的任何一个GPS接收机，均能接收到四颗以上 的卫星发出的信号，经过计算后，就可报出GPS接收机的位置（经度、纬度、 高度）、时间和运动状态（速度、航向）。目前，没有任何一种传统的导航定位技 术能够达到GPS这样的高精度、高速度、全天候和全球性的性能。二、GSM （Global System for Mobile ）全球移动通讯系统GSM全球移动通讯系统是目前国内覆盖最广、系统可靠性最高、话机保有 量最大的数字移动通讯系统。GSM以统一的方式向各地用户提供具有所有电信业务的国内和国际漫游。 用户身份鉴别可保护网络避免无权用户使用。GSM系统除提供话音业务外，还提供数据业务、短消息（SMS）业务等多 项功能。三、GPR（S General Packet Radio Service ）通用无线分组业务GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域 的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，主要用途是 将船舶运行数据发回公司服务器。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但 是它在许多方面都具有显著的优势。由于使用了"分组"的技术，用户上网可以免受断线的痛苦。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中 上网，先"拨号连接"，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优 越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可 使用GPR，S这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发 展GPRS技术也十分”经济"，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。 GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览 等。四、GIS(Geographical Information System )地理信息系统GIS是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术。它作为制图学、计算机技 术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物而被广泛 运用在各个领域。在GPS/GPRS多功能船舶监控管理系统中，主要用于对地图的显示和管 理以及对受监控的船只目标位置等信息的显示。五、计算机数据通信处理技术在采取GPS/GPRS技术的船舶智能化监控管理系统系统中，主要采用了 数据库技术、数据库集群技术、大容量数据检索技术、数据备份和灾难恢复技 术、计算机局域网和广域网技术、移动通信技术以及计算机远程控制操作等多项 计算机相关技术。各种相关的技术分别为：1. 网络技术：局域网和互联网络应用技术，组网技术，交换技术，路由技 术；2. 数据库技术：大容量数据存储与处理，数据的备份与恢复，分布式数据 库；3. 软件构件技术：组件技术、中间件的应用，架构设计；4. 计算机通信技术：串口通信、TCP/IP，进程通信、消息队列处理技术、无线通信、移动通信等;5. 软件工程：软件测试流程、开发模式，CMM，系统UML建模分析， ROSE模型开发等。船载终端船载终端是整个监控系统的前端设备，安装在船只上，相当于一台“航行电 脑”，负责对船只机电设备自检、管理、航行控制和状态显示、报警等。在软件 和硬件设计上，充分考虑系统功能扩展的需要，如遇险求救信号的自动发送、航 行数据自动记录等。基于GPRS进行船舶的远程监控，其能够实现的关键是要能够设计出可以 实现数据通信、定位、显示以及报警等功能的船舶监控终端，因此，在整个系统 中，船载终端的设计是基础。根据船载终端所要实现的功能，整个硬件系统由中 央处理器、存储器、GPRS通信模块、GPS定位模块、JTAG接口、A/ D、LCD、按键、电源管理等单元组成。其中核心的部分主要有中央处理器、 GPS模块和GPRS模块三部分。中央控制器在船载终端中起着重要的作用，它对整个硬件系统进行控制，包括对下端传感器的控制、传感器信号的处理、接收GPS定位信息、数据打包以及与GPRS模块通信等。考虑到系统对处理器性能的需求， 选择三星公司的芯片作为船载终端的中央处理器。该芯片采用0.25 " m COMS 工艺制造，主频最高可达1GHz，在ARM9内核基础上扩展了一系列完整的通 用逻辑单元，可以减少外围器件，降低系统成本；同时它还提供了丰富的片上功能。本系统的GPRS模块选择了Motorola公司的作为船载终端的无线通信模块；而GPS定位模块则选用 GARMIN公司的作为GPS的接收模块，它提供了串行接口与外部控制器通 信，主要是将接收的GPS信息发送给外部处理器。电源部分。船只上以蓄电池为主的直流电源普遍处于浮冲状态，为了确保电 源稳定不问断的工作，同时为了防止主电源故障后造成终端无法工作，考虑装上 稳压电源（可采用内置）主要功能定位：各种条件下，获取船只定位信息；数据采集：收集多种船舶航行 数据；监控：在指定条件下，一段时间内，实时、连续的向中心传送船只定位 等信息；求助：具有人工求助快捷按键及处理功能；调度：具有GSM中、英文短消息收、发功能，实现调度信息接收等功 能；管理：菜单管理、设备参数配置、保存功能，各类操作记录及获取；黑匣子：具有大容量的船舶信息记录保存，如：航迹、报警记录、航行数据记录等。监控管理中心监控管理中心实体由监控信息处理服务器(serverl )和通信服务器(server2)、网络设备、部门终端等组成。监控中心和相关职能部门配备专用的船舶监控管理软件，按不同的职能权限 获取和处理相关信息。系统采用标准的数据接口标准，能方便地与其它系统集成。电子海图显示系统电子海图系统是船舶监控管理系统的核心组成部分，它负责标准化的电子海 图显示，以及各船舶航行数据在电子海图上的直观显示。电子海图”是在船舶领域使用频率最高的名词之一。电子海图显示与信息系统（ECDIS）被认为是继雷达之后在船舶导航方面又一项伟大的 技术革命。从最初纸海图的简单电子复制品到过渡性的电子海图系统，ECDIS已发展成为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统，它不仅能连续给 出船位，还能提供综合的船舶航行有关的各种信息，有效地防范各种险情。与 电子海图密切相关的三个国际组织是国际海事组织（IMO）、国际海道测量组 织（IHO）和国际电工委员会（IEC）。国内的标准格式是中国人民海军航海 保证部制定的VCF格式电子海图。它的格式是参照美国环境研究所（ESRI）的Shp格式制定的。目前在长江及内河使用的航道图大多数是MapInfo格式的。、Lim flindowlJ以及与地理信息系统（GIS）的良好结合能力，成为电子海图应用系统的最理 想应用开发工具。软件基于面向对象、现代软件工程的理论和方法，采用统一建模语言（UML）进行设计，100%的C/C+实现，使得软件系统具有极强的扩展 性、移植性、共享性和实用性。特点：1、电子海图管理方便传统的电子海图管理是采用分幅管理的，这样对电子海图显示系统 的应用 来说使用不是很方便，最好的解决办法是基于图库的海量海图数据管理技术。 它包含的技术有：1. 统一的全球坐标系（通常是84坐标系）做为基准，实现海图数据 的无缝拼接，自动调图。2. 高效的网格索引结构，提高数据访问效率的关键。图库采用先进的空间 四叉树网格索引算法大大提高海图的显示速度，满足IHO的参数规定。3. 先进的数据压缩算法，对海图数据进行大规模的压缩，可以提供空间数 据整理工具对整个海图数据库进行整理压缩。4. 虚拟内存技术实现多个海图数据库的集群化管理。对缓存的管理采用最 近最少使用替换算法（LRU），在不影响性能的情况下，内存的占用最少。不 是一次性的把所有的海图都放在内存里，只是把当前需要显示的海图读入内 存。5. 自定义数据格式，图库拓扑结构建立，导入及更新海图数据，用户可以 根据职能区域把海图划分为若干区域海图库进行管理，即满足了工作需要也满 足了海图保密的要求。海图库数量可以任意的扩展，海图库之间可以叠加显