船舶管理信息系统设计

王 力

船舶管理信息系统设计

王 力

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

为了加快管理信息化建设，提高船舶管理过程的效率，本文设计了一种船舶管理信息系统系统。本系统包括n个本地监控中心，1个远程监控中心，按照统一后台管理模式进行设计和实施，通过VSAT卫星通信，实时上传船舶各系统的运行参数，供相关人员监测平台各系统的实时运行状况，汇总比较不同平台运行性能，制作统计报表，优化运行方式，实现平台各系统的故障诊断、能效管理等。

船舶管理 信息共享 能效管理

0 引言

船舶管理信息系统的关键技术是信息共享，这一技术集中体现了该系统的功能和效益。利用有用的信息集成，船舶管理信息系统可以做到信息共享，最终实现船岸一体化的信息交换，可以对船舶运营和管理产生巨大的改善。研究和开发船舶管理信息系统对于国防建设也具有重要意义，可以大大提高海军舰船的协调作战能力。

1 组成

本方案采用VSAT卫星通信系统。VSAT是 Very Small Aperture Terminal 的缩字，直译为甚小口径卫星终端站。所以也称为卫星小数据站（小站）或个人地球站（PES），这里的“小”字指的是VSAT卫星通信系统中小站设备的天线口径小，通常为0.3~1.4 M。VSAT系统具有灵活性强，可靠性高，成本低，使用方便以及小站可直接装在用户端等特点。VSAT系统由一个主站及众多分散设置在各个用户所在地的远端VSAT组成，可不借助任何地面线路，不受地形、距离和地面通信条件限制，主站和VSAT间可直接进行高达2 Mbps的数据通信。特别适用于有较大信息量和所辖边远分支机构较多的部门使用。VSAT系统可提供电话、传真、计算机信息等多种通信业务。

1.1 远程监控系统

远程监控系统采用先进的B/S（浏览器/服务器）体系结构，实现数据和应用的集中管理，易于存储管理和升级维护。

系统分设本地监控中心（船端）和远程监控中心（岸基）两大部分。本地监控中心面向所在平台（n），既作为本地的数据和业务管理中心，同时又作为与远程监控中心通讯联络的中介。远程监控中心面向所有入网平台（1），用以管理所有的船舶。两者具有n：1的关系，通过船岸通讯协议实现双向通讯，具有相同的功能和用户界面，区别在于数据密度（时间分辨率）不同，本地数据密度高，特别是CCTV视频数据。

远程监控中心部署于云服务器，工况和通导数据存储于时间序列数据库，报警及管理信息存储于关系数据库，拟采用MySQL。通过WEB服务器提供对外服务，远程用户可通过IE、Firefox等网络浏览器使用相关功能，功能受到用户名/密码保护和控制。

远程用户除了访问远程监控中心的定时上传数据，也可临时访问存储于远程平台上的高密数据，如其它未上传的CCTV实时视频，提高系统的灵活性和便利性。

图1 系统组成

图2 船端网络图

1.2 船岸通讯

所有监控参数均可定时上传到远程监控中心的远端服务器。根据带宽需求和业务特点，监控参数实行分类管理，各自制定数据上传策略。监控参数主要包括设备运行工况、通导参数、多路CCTV视频数据、音频通话等4大类，船岸通讯可虚拟成4条传输链路。

本地数据存储的策略侧重于保留细节、去除冗余；远程上传的策略侧重于减少带宽占用，传递尽可能多的有效信息至远程监控中心。远程存储策略在于平衡存储空间和有效信息，精选测点。总统而言，运行工况和通导参数可优选参数，长期保存；CCTV视频由于空间占用巨大，可设定存储配额，循环存储；音频通话为临时数据，无需保存。

运行工况包括机器设备的运行参数，如温度、压力，以及报警测点。通导参数包括GPS、测深仪、VDR等仪表数据。运行工况和通导参数的船岸通讯为自定义协议，大量采用了IoT（物联网）等协议规范，高性能、高可靠。CCTV视频和音频采用流式协议，如RTMP、RTSP、FLV/HLS等，实现编码、解码、转码、压缩等功能。

1.3 船端网络

为确保整个系统安全可靠运行，船端各子系统间通过光纤连接，通讯协议为TCP/IP，光纤交换机选用西门子SCALANCE X200系列交换机。

光纤环网可以防止网络中任何一条连接线断掉，影响连接中的一个区域所带来的网络安全隐患。是目前最先进的网络拓扑结构，它的自愈功能好，具有生存力强，网络传输稳定和可靠性高等优点。

表1 参数存储和上传策略

2 能效管理

能效管理系统能够基于船舶航行设备的实时运行参数数据及船舶能效指标，分析能效影响因素，满足船舶的能效管理需求。面向船舶营运过程中的船舶能效智能化，通过对航行行为及耗能设备数据的智能感知、自动采集、在线监测等方式使用大数据处理、数值分析及优化等关键技术，实现了船舶能耗、排放数据的在线智能监测，具有船舶能效实时评估与预警、船舶运营效率与效益评估等功能；同时，该系统可与公司机务海务、燃油管理、健康保养等管理系统建立标准的数据接口，形成船舶大数据平台，实现数据共享，提高船舶大数据的使用效率，提高航运管理精度，降低运营成本。帮助船东实现高效节能、经济航行、减少排放的最优航行目的。

数据采集功能是能效管理系统的基础，所有其他功能使用的数据，均来自于数据采集。数据采集是通过分布在全船的导航雷达、陀螺罗经、各类传感器、摄像头、水平仪、测深仪、主要耗能设备、轴功率监测设备、主要耗能设备的燃料计量装置、风速风向仪、全球卫星定位系统、计程仪、电子倾斜仪、船舶吃水测量设备等设备将能效系统所需要的数据采集并集中，通过以太网通讯发送到船上数据库服务器，岸基数据库服务器和分布在船上各处的监测台。数据采集功能采集的主要参数如表2所示。

表2 能效管理数据采集主要信息

智能能效管理可以实现以下基本功能：

1）船舶航行状态、能效及耗能状况在线监测和数据的自动采集，以及气象环境数据的获得；

2）对船舶能效及能耗状况进行评估、报告和报警；

3）根据分析评估结果，为船舶能效管理提供辅助决策建议；

4）可结合航线特点、燃料消耗、经济效益等评估结果，提供基于不同目标的航速优化方案；

5）可根据初始装载及船舶最佳航态分析，提供基于纵倾优化的最佳配载方案。

3 结论

船舶管理信息系统按照统一后台管理模式进行设计和实施，实时上传船舶各系统的运行参数，包括平台运行工况、事件报警等航行参数到管理中心站，供相关人员监测平台各系统的实时运行状况，汇总比较不同平台运行性能，制作统计报表，优化运行方式，实现平台各系统的故障诊断、能效管理等，并结合大数据技术，挖掘验证平台运行规律，进一步推进各系统设计的数字化和精细化。

[1] 赵耀. 船舶信息管理系统的设计与实现[D]. 天津: 南开大学, 2014.

[2] 徐晓东, 杨卓敏, 张森, 李小武. 交通集成指挥平台与视频会议系统视频对接方案探讨[J]. 超星期刊, 2017.

[3] 刘微, 尚家发, 智能船舶发展现状及我国发展策略研究[J]. 舰船科学技术, 2017.

Design of Ship Management Information System

Wang Li

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

U691.1

A

1003-4862（2019）10-0058-03

2019-01-21

王力（1985-），男。研究方向：船舶电气。E-mail: hbdyw11985@163.com