船桥碰撞预警与在线监控系统初探

文 /重庆交通大学 张 敏 杨学辉

1 概述

长江上游特别是三峡库区作为国家的综合交通运输通道，目前的安全运输及科学化管理形势十分严峻，为保障长江上游航运健康、持续发展，确保安全运输及科学化管理形势稳定，以已建成的综合信息管理系统的数据库为基础，利用现代信息技术、无线通信技术、卫星定位技术、地理信息等技术，将船桥碰撞预警报警、航行船舶状态、航道状况、天气气象、船闸状况等数据与调度、海事、航道等交通业务管理有机地结合起来，搭建一个集数据采集、安全管理、预警报警、查询、控制、管理、决策、服务于一体的智能交通平台，是建设长江上游综合交通枢纽的重要组成部分。

本文就对如何建设船桥碰撞预警及在线监控系统进行了初步设计，系统一旦建成，将对建立有序、畅通的运输航行环境，促进长江上游综合交通枢纽建设起到十分积极的作用。

2 船桥碰撞预警系统国内外发展现状

2.1 国外发展现状

在欧美等发达国家一直非常重视船舶的在线监控及船桥碰撞预警，通过长期的发展，他们的应用水平非常成熟，结合通航航道及GPS系统准确定位的特点，他们已经由对航行船舶的监控发展到以船舶动态监控为基础，提供运力与货源的匹配、船桥碰撞预警、船舶综合调度、信息服务等增值服务为主的应用方式。

2.2 国内发展现状

基于 GPS定位的安全监控系统在国内的陆上交通管理应用已经相当广泛，无论从终端产品的功能还是后台的监控系统都有一定的积累和相应成熟的应用，但基于 GPS作为水上安全监控系统特别是在内河的应用在国内的起步比较晚，虽然现在沿江已有部分省市开发了基于 GPS的水上安全监控系统，但无论从功能还是应用的成熟度上都有比较大的差异，而且大多是采用陆上的终端用于船载，监控系统也大多采用陆上的管理模式于水上的监管这不能适应船桥碰撞预警及在线监控管理的特点。因为规模都比较小，所以采用的技术来说大多采用基于局域网的开发，对于大规模的应用有相当的局限性，利用其系统实现统一调度、监管以及给与社会其他管理部门信息共享都比较困难。

图1 系统业务流程框图

3 船桥碰撞预警系统初步设计

鉴于目前国内基于 GPS定位的安全监控系统已经比较成熟，且已经有了相应的软、硬件基础，因此本文的思路是在 GPS安全监控系统的基础上搭建船桥碰撞预警系统。整个系统的业务处理流程图如图1所示。

3.1 系统数据要求

本系统是否能够做出正确的预警判断需要大量的静态和动态数据[1]。

静态数据：船舶名称、所属企业、船长、吃水、总功率、总吨位、型宽、满载排水量、最大载货量、型深、载客数、桥梁通航净高、航孔净宽、航道宽度、流向与桥轴线法向夹角、航道弯曲度、航标情况、年标准风天数、不正常水流

动态数据：交通密度、实时航速、实时航向、风向、流速、能见度、风向与桥轴线夹角、流向与桥轴线法向夹角

系统的数据处理流程如图2所示：

3.2 服务对象

根据本系统最终运行的环境与所能实现的功能，确定系统的服务对象为：

（1）港航管理部门：行业主管部门，系统管理维护，功能实现。（2）航运企业。

（3）船舶：从事长江水路运输、其它作业的各类船舶。

（4）统计分析：统计不同船舶安全通过桥区的行驶方法，修正预警系统。

（5）外部接口：GIS电子江图、船载 GPS系统、气象、水文等系统接口。

（6）系统管理：系统运行的基础数据管理。

3.3 开发目标

在现有 GPS监控系统的基础上，应用其软件和硬件平台建立船桥碰撞监控与预警子系统，实现对桥区船舶的实时监控并对可能出现事故的情况进行预警，达到减少甚至避免船桥碰撞事故的功能。

图2 系统数据处理流程

3.4 主要模块和功能

船桥碰撞预警及在线监控系统包括船载GPS终端、通信网关、应用程序、WEB服务模块。各个模块独立完成一定的任务，同时互相之间有着数据通信和接口约定[2]。如图3所示。

各模块的主要功能如下：

（1）船载GPS终端软件功能

通过与通信网关交互，向三峡库区船桥碰撞预警及在线监控系统提供船舶监控所需的GPS信息、预警信息及其它相关信息，以及接收由管理部门和船舶运输企业下发给船舶的调度信息、水文、天气、预报警等信息。

（2）通信网关系统的主要功能

表1 通信网关系统的主要功能

（3）应用程序的主要功能

应用程序分为网关连接模块、web服务器端连接模块、数据库模块、容错处理模块和拆包组包模块。

图3 系统主要模块图

网关连接模块主要用来和网关进行信息交互，处理从网关收到的信息，并调用数据库模块保存信息；下发产生的相关信息和web服务器下发的相关信息。

Web服务器连接模块，主要用来和 web服务器进行信息交互，处理并发送 web服务器传输的信息；上传终端的位置信息和报警信息到web服务器。

数据库模块是应用程序中所有和数据库打交道的处理模块，该模块负责对消息的入库和出库操作、终端的信息读取操作等。

容错处理模块：主要负责以上三者模块中的异常处理，并负责调用自动重连。

拆包组包模块主要负责应用程序从网关及web服务器出接收信息的拆分和组合，以保证信息的完整性和正确性。

（4）WEB服务模块提供给监控用户一个操作界面，监控用户可以通过它看到终端船舶、电子江图、船桥碰撞报警状态等信息，直观的掌握各船舶的动态位置信息、可以接收和查看船舶发来的各类告警信息及普通信息、可以进行船舶轨迹回放；可以对船舶下发各类报警信息和普通信息、下发船舶就近搜救信息、设置危险区域、船桥报警区域和限制区域等；进行各类基础数据管理；报表输出等。WEB服务模块包括通信服务、WEB服务、地图服务和监控端小程序四个部份。通信服务主要处理监控用户同船载 GPS终端之间的信息交换，WEB服务主要负责用户界面展示，地图服务主要由地图引擎将电子江图操作参数转化为相应的地图数据流，监控端小程序负责在用户端展示电子江图、船舶位置、船舶状态、船舶报警状态信息，并提供各种监控管理的操作界面。

4 结束语

船桥碰撞预警与在线监控系统是个比较复杂的研究课题 , 探索建立一个实用的基于 GPS的船桥碰撞预警与在线监控系统 , 对于保障航运有序性、安全性、畅通性具有重要意义。本文针对船桥碰撞预警与在线监控问题 , 提出系统的开发目标和应具备的主要功能 ,设计了系统的结构和功能模块。初步应用结果表明 , 该系统能较好地实现预期的目标和功能 , 辅助进行船桥碰撞主动预警以及桥区船舶的航行监控。

图4 系统操作界面实例图

[1]王宏波，王再明.长江桥区通航环境危险评价指标.中国水运，2006，No04、p24-25

[2]王凯.基于CDMA/GPS/GIS的船舶航行监控系统.重庆大学，2005.05

[3]吴雨华，董建华，董晗 .中远集运船舶全球动态监控系统的技术特点.航海技术,2009,第2期、p33-35

[4]王宁 .桥梁防船撞保护系统 .山西建筑，2009,Vol35(No4)、P327-328

[5]郑士君，褚建新，陈正杰，王增华，王新全 .远洋船舶在线监控系统的研究.中国航海，2008,Vol31(No4)、p335-340