基于疏浚船舶和GPS监管系统的开发与应用

朱峰

摘 要：随着我国经济的发展，航道疏浚工程不断增多，为了对疏浚船舶实施有效的监管，研发了一套GPS监管系统。本文首先对GPS技术进行了概述，接着重点研究了该监管系统的开发与应用。通过GPS与GIS的有机结合，改进了疏浚船舶的管理水平，提高了企业的经济效益。

关键词：疏浚船舶；GPS监管系统；开发

中图分类号：P228 文献标志码：A

随着科技的飞速发展，GPS定位系统逐渐成为各行业广泛应用的定位技术，具有全天候、可靠性高等特点。当前来说，随着我国港口建设的加快，疏浚工程不断增多，对于疏浚船舶的管理引起人们的关注。由于船舶数量众多，施工环境复杂，单靠工作人员的现场监督，难度太大。基于此，本文提出了基于疏浚船舶和GPS监管系统的开发与应用。

1 GPS概述

1.1 GPS的基本概念

GPS（Global Positioning System）是一种通过接收GPS卫星信号进行导航、定位的技术，可以实现全天候、全方位的准确定位，可以说，GPS的应用有效地解决了人们工作、生活中的导航与定位问题，在相关工程领域起到了非常重要的作用，并创造了极高的经济、社会效益。

以往的定位技术存在各种不足，比如准确度低，可用距离短，受环境影响大，在能见度较低的恶劣天气状况下难以保证船舶的航行安全。GPS的出现完美地解决了上述问题，总的来说，GPS定位技术具有以下特点：

一是准确度高。实践表明，在300m～1500m的精密定位中，一小时以上探测的定位误差低于lmm。二是全天候作业。当前的GPS技术能够在全天24小时内使用，且不会受到大风、雨雪等天气的影响。并且极短时间内就能完成一次定位，实用性强。三是操作方便。随着GPS技术的创新发展，自动化水平越来越高，逐渐实现了“傻瓜式”操作，且探测装置的体积非常小，携带方便，便于工作人员的使用。

1.2 GPS定位原理

GPS技术的定位原理是通过探测已知位置的卫星到信号接收机的间距，接着结合多个卫星的探测数据即可得到信号接收机的具体方位。要实现这一目标，一是得到卫星的位置，其可以依据星载时钟所提供的时间在星历中查找到；二是得到接收机到卫星的距离，其可以通过将信号传送到接收机所用的时间与光速相乘得到，因为电离层造成的影响，计算得到的数值并不是两者之间实际的距离，而是伪距。当导航卫星正常运行时，会持续发送1和0二进制码元构成的伪随机码（可称之为伪码）。GPS采用的伪码有两种，包括民用的C/A码、军用的P（Y）码。前者的频率为1.023MHz，重复时间1ms，码间距1μs，即300m；P码的频率为10.23MHz，重复时间266.4天，码间距0.1μs，即30m，Y码是基于P码而得到的，安全性更高。导航电文，涉及卫星星历、运行状况、时钟校正、时延修正等等信息。它是从接收到的卫星信号中解调得到的，以50b/s调制予以发射。其每个主帧中包括5个子帧，每帧长6s。前三帧各有10个字码；每30s时间重复一次，60min更新一次。后两帧共15000b。当使用者收到导航电文后，取得卫星时间并将其与对应的时钟进行比较，便可得到卫星与使用者的距离，再应用导航电文中的卫星星历推测出卫星的具体位置，使用者的位置速度等信息也可得知。

2 需求分析

随着经济的发展，航道疏浚工程不断增多，且工程量非常大，工期紧张，进行航道疏浚的船舶数量众多，对于船舶是否到了预期的抛泥区，在哪个位置开始抛泥，相应时间内各艘船的工作量（也就是抛泥次数以及不到位次数的统计）等都是施工单位必须加以控制的。单单依靠数量有限的工作人员进行现场监督，难度可想而知。所以，尽可能地精简管理程序，对船舶开展远程监管及控制，是施工单位在疏浚船舶管理中非常重视的问题。以往的监管系统，易于通过断电等方式作假，监管效果不佳。后来又采用租赁渔船观察作业船舶，防止违规抛泥；使用望远镜远距离检查；在抛泥点蹲守，确认实际抛泥情况等方式，这些都需要依靠现场监管，成本较高，效果也不理想。

在具体应用过程中发现，原先的操作系统存在多方面的问题，比如要想确认疏浚船舶是否在预期位置抛泥，需要通过以下操作才能实现：单击船舶，在分隔框里单击“回放”按键，设置起止时间、单击“查询”就会弹出有关这艘船的观测窗口。其中显示了所选择船舶在相应时间段运行的路径及相关信息，检查完成一艘船全天之内的作业情况要花费15 min的时间，如果当时的网络速度较慢，时间还会延长，最多需要1个多小时。此外，还发现疏浚船舶在相应时间内到抛泥区时的具体违规情况，需要将疏浚船舶依次通过上述步骤回放才可以发现，最多时会达到40艘，假如每一艘船舶都要进行查询就要花费一整天的时间，这样在人力、物力上的消耗巨大，统计数据还会存在偏差。对于上述问题，进行技术上的革新，基于已有的监管系统，通过实践对其不完善之处进行改进，可以有效地解决上述问题。

3 基于疏浚船舶和GPS监管系统的开发

结合工程实际需要，对系统的创新主要存在以下几个方面，在软件标题栏里设置违规船舶显示按键，右侧工具栏设置告警标识，为了杜绝疏浚船舶私自抛泥，在船舶的抛泥按键处装设感应设备，如果其未到指定区域抛泥，而是私自在途中抛泥，电脑监控端就会予以显示，使得监管人员及时的予以发现，并能够方便、快捷地查看违规船舶的统计情况。下面进行详细阐述。

其一，通过进一步的开发，在标题栏里设置一栏专门用来展示违规船舶，并在相应的工具栏设置告警标识，一旦出现违规就会及时告警。

其二，在工具栏新设“数据查询”/“报警查询”功能，点击弹出相应的窗口，在其中输入所要查看的时间、船舶，就可以查询到相应船舶的報警次数，如此一来就能有效解决船舶违规抛泥的问题。

其三，还可以解决抛泥次数到位情况的统计问题，在标题栏里设置“数据查询”/“抛泥次数统计”功能，点击弹出相应窗口，在其中输入所要查看的时间、船舶，就可以查询到相应船舶的“抛泥次数”以及“不到位”违规记录以及违规的形式，简洁明了。这样一来，有效地节省了时间成本，操作也更加方便。

其四，安装感应设备。考虑到疏浚船舶在工作途中，有的会打开舱门，边走边抛泥，为了应对这一情况，在各艘疏浚船舶的抛泥按键处装设感应设备，假如该艘船在途中擅自抛泥，远端的监控界面上就会显示告警，通知监管人员。

结语

疏浚船舶GPS监管系统是GPS与GIS技术的有机结合，在使用过程中对其功能进行技术上的创新，对违规船舶进行及时的告警与统计，并通过安装感应设备，监控船舶是否存在私自抛泥的情况，及时的通知监管人员予以处理，取得了比较理想的效果。加强对疏浚船舶的监管与控制，防止船舶违规抛泥情况的出现，改进了疏浚船舶的管理水平，提高了企业的经济效益，同时也有效地保护了海洋环境。

参考文献

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