船舶进出港管理信息服务系统设计＊

2016-07-14 06:39重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室代海鹏

世界海运 2016年4期

重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室代海鹏余斌

船舶进出港管理信息服务系统设计＊

重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室代海鹏余斌

摘要：船舶在进出港口和航行过程中，陆地监控服务中心需要对船舶位置进行监控，对船舶航行路线进行指挥调度，监控中心和船舶之间需要保持无线通信的长连接状态。为解决这些问题，提出基于北斗系统的船舶进出港管理系统的方案和设计方法，实现系统硬件与软件设计。该系统在真实环境下进行测试，系统硬件能够实时采集、发送船舶的位置信息，系统软件能够实时接收、显示船舶位置信息，并将调度指令发送到监控船舶。测试结果验证了系统设计的可行性和有效性。

关键词：船舶进出港；监控服务中心；北斗系统；位置监控

近几年来，随着航运业务的迅猛发展，进出港口的船舶数量和类型正在快速增长，我们港口的航道、码头也在加紧建设，以适应现代航运的需求。［1］船舶进出港管理系统主要完成船舶的位置管理、船员管理和进出港申请等工作。传统的进出港管理主要通过“船管民警、船管员登记备案”“人工短信告知”或“人工录入”的方式进行，［2］漏发、延发等情况时有发生，无法全面、及时掌握进出港船舶的动向。这种方式不仅效率低下，而且给海事部门的监管工作带来了很大的挑战。随着信息化和智能化的发展，基于计算机系统的船舶进出港管理信息服务系统应运而生，它提供了更好的人机交互界面，更加智能化地为船舶和港口提供便捷的服务。［3，4］

北斗定位系统作为我国自主研发的全球定位系统，［5］可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务。移动通信蜂窝网络是目前世界范围内覆盖最广的无线网络，而基于蜂窝网定位的应用越来越成为研究的热点。［6］船舶进出港口及作业和运行过程中，需要实现对船舶的定位和指挥调度。本文基于北斗和蜂窝网定位技术设计了一种船舶进出港管理信息服务系统，目标是完成船舶进出港电子报关及港区内船舶安全管理、船舶及船员信息化管理和信息统计等功能。它的特点和优势如下：

（1）有移动网络时船载终端实时传回信息（包括位置和身份信息），无移动网络时存储于船载终端上，待时间累积1 h，利用北斗通信系统传回信息；

（2）有移动网络时船载终端每隔10 min记录一次航点，无移动网络时每隔30 min记录一次；

（3）船载终端可存储长达3个月的采集信息；

（4）船载终端实现太阳能和电池双供电，纯电池供电可达10天；

（5）船载终端设备唯一性，实现一机一船身份识别。

一、系统架构设计

船舶进出港管理信息服务系统的结构如图1所示，其对应功能模块主要包括：监控服务中心、船载终端、无线网络。

监控服务中心，完成对终端信息的接收和指令发送，实现对用户信息的导航、安全管理、信息存储等功能；客户可以通过网络访问监控服务中心，同时监控服务中心可以将信息发送到指定用户的计算机或者移动终端上。

船载终端，包括定位导航单元、刷卡器，其具有定位、导航、身份信息采集功能，通过无线网络实现与监控服务中心的互联互通。

无线网络，包括GPRS等移动通信网络、北斗通信网络，其完成向船载终端的指令发送及船载终端向监控服务中心的信息传输。

图1 船舶进出港管理信息服务系统的结构

二、船载终端硬件设计

船载终端硬件主要由控制模块、Zigbee模块、北斗导航通信模块、GPRS通信模块、电源模块等五大模块组成。其中，控制模块选用STM32芯片作为硬件系统的微控器，北斗导航通信模块选用UM220芯片实现船舶的定位信息采集与短报文通信功能，GPRS模块选用SIM900A芯片完成船载终端硬件采集信息的实时传输。船载终端硬件系统架构如图2所示。

图2 船载终端硬件架构

三、监控服务中心软件设计

1.软件系统架构

在北斗卫星导航安全管理系统终端软件中，定义各种外部事件如传感器电平的跳变、传感器参数超过某门限以及串口收发数据等由中断或者查询方式进行处理。当CPU收到传感器的警告消息或者人为的报警信息后，就把当前的报警信息发送给特定目标。其中发送的报警信息主要是北斗的定位信息，以及包含用户具体信息的ID号。对于要发送到哪些特定的目标，由用户自主选择，用户可以通过产品上的按键进行设置，软件架构如图3所示。

图3 监控服务中心软件系统架构

2.功能模块设计

（1）生成统计报表功能内的航程，以及累计航程直观地显示给管理人员。管理人员从统计报表中了解船舶的使用状况，进而更好地对船舶进行维护和管理。功能原理是每艘船对应一个ID号，船舶在航行过程中将自己的航程信息通过通信接口发送给监控中心，监控中心根据船舶编号和发送日期将信息存储到数据库中。系统根据用户指令，从数据库中取出待查询船舶的航程信息，生成统计报表。

（2）用户管理功能

用户管理实现用户权限与管理对象（船舶）的设置，以及用户基本资料的修改。用户管理设置是对监控中心所有设定用户的操作范围以确保系统数据的运行安全。

（3）船舶信息管理

船舶信息管理用来登记船舶的号码、终端编号、SIM卡号、所属分组、发动机号、底盘号、船舶图标、保险情况、质检信息、船舶照片、船舶油耗、报警信息、GPS服务信息等，为船舶管理提供依据。

（4）船员信息管理

船员管理完成干部船员（船长、轮机长、驾驶员、轮机员等）基本资料登记、任职记录登记、报批登记、交接班记录、在船人员查询、综合查询与输出用户所需的各种报表。也可按用户要求增加船员换班管理功能。

（5）电子报关

电子报关用来监控船舶的航行区域，一旦船舶进入或者超出划定区域，监控中心即触发报警，并将报警信息存入数据库，供用户随时查阅。另外，系统还可以将警戒区与船舶编号进行绑定，实现特定船舶的重点管理。

（6）在港船舶数量统计

在港船舶数量统计用来统计当前ID号与警戒区进行绑定的船舶数量，掌握船舶的航行动态。

（7）系统升级

系统升级用来对系统功能进行完善，更好地满足用户的需求。