船舶专用气象监测导航系统

赵和龙 胡克蒙 李华光 宋子龙 文思硕

摘要：在恶劣的天气海况下，对于船舶航行的安全从始至今为都是船长和同业人员高度重视的话题，大风大浪中船舶的航行是恶劣气象和海况的主要表现形式之一。大风大浪中船舶的航行是船长怎么做到谨慎操作与驾驶，怎么有效的规避和防范风险和确保船舶在恶劣的气象和海况中船舶的航行安全，怎么来保证船舶的安全操作性，直接的关系到了船舶以及人命财产安全和海洋环境保护安全，针对目前阶段的关于船舶气象监测系统的单一且有诸多问题，于是提出了一种基于STM32单片机处理针对恶劣天气的监测准确的船舶专用气象监测导航系统。

关键词：恶劣天气和海况、航海安全、气象监测、 STM32单片

0引言

现有的船舶专用气象监测导航装置大多数都只是单一的工作模式，在开放的环境中，受到外部客观因素的干扰，尤其是在远洋海域、无人小岛，信号传输不发达、不方便的地方，收到气象预报的几率非常小，信息的传输损耗大，不仅费时还费力，并且还存在一定的危险。针对现阶段恶劣天气海况预防单一且需要很多设备的问题，提出了一种基于STM32单片机的简易气象台。此气象台有单独的信号传输装置检测手段多、受外部因素小，受困时还能依靠气象台预防海洋恶劣天气同时还能依靠气象台向外界传输信息。

1设计方案

船舶专用气象监测导航系统，包括超声波风速风向传感器装置、大气温度智能化传感器装置、大气压智能传感器装置、蒸发、辐射、日照传感器装置、测云传感器装置、天气现象传感器装置、雷电传感器装置、数据采集仪、太阳能供电系统、风力供电系统、北斗卫星定位系统、百叶箱、STM32单片机、雨量传感器装置构成，主要功能可监测风向、风速、温度、湿度、大气压、北斗卫星精准定位、雨量检测、可见度、恶劣天气报警等等。主要采用工业专用10.4英寸TFT彩色液晶屏。分辨率为640×480。即使在黑暗的情況下，也能清晰地显示测量各项数据，具备了262K色彩支持，可以在-30～80环境温度下安全使用。具有全天连续工作、自动更新显示气温、气压、相对湿度、真风速、真风向等各项功能，船舶专用气象监测导航系统能够很好地完成准确的监测船舶气象仪的故障测试任务，极大的缩短了船舶气象仪的测试和诊断时间，满足了船舶气象仪的快速维修的要求和操作简便的需求，测试效率高，大大的降低了气象仪的损坏和维修费用。

2技术解决方案

船舶专用气象监测导航装置外部主要布置超声波风速风向传感装置、大气温度智能化传感器装置、大气压智能传感器装置、蒸发、辐射、日照传感器装置、测云传感器装置、天气现象传感器装置、雷电传感器装置、太阳能供电系统、风力供电系统、雨量传感器装置，来收集我们需要的各项数据，根据收集的各项数据短时间内特殊天气状况的预报。把收集起来各项参数集中发给STM32单片机进行数据分析、数据处理，把各项数据投放在显示器上。运用北斗卫星定位系统可以准确的定位我们船舶的准确位置，观察卫星云图。采用风力发电和太阳能发电装置互补的方式来给系统供电，可以使系统无时无刻都在运行中。假如遇到恶劣天气，我们的系统根据各种传感器得到数据后STM32单片机进行数据分析处理后，进行紧急预警通知，通过卫星云图自动制定最好的航行路线并导航我们的船舶，以最快速度、最短时间驶离恶劣天气所在位置，避让恶劣天气，从而保护船上人员的生命安全，减少因恶劣天气受影响海上事故的发生。船舶专用气象监测导航装置可灵活组配，船载设备，结构设计科学，便于安装，可以满足各种航海船型的需求，气象站与船载终端可以实现无线通讯的完美结合，可在静止和移动中工作，减少维护、耐腐蚀、可以全天候观测。工作环境温度：-50～+50℃，工作相对湿度：0～100%RH，通讯方式：RS485/RS232/以太网/光纤/北斗卫星，供电方式：直流供电+蓄电池，功能损耗：3-5W，可使用于各种船舶。

3前景分析

随着航海时代的发展与海洋经济的增长，航海安全逐步成为人们重视的重点。尤其是中长期的天气海上情况预测报告准确的为船舶提供了可靠的数据，快速准确的提醒了船舶应尽快采取应变措施躲避恶劣海上天气的影响获取了充分的准备时间和准备工作。复杂的多变的海上恶劣天气的变化对船舶在上海航行安全构成了非常大的威胁。恶劣航海天气海况造成的人员伤亡、货物丢失的情况。一旦预防不及时，会造成一定的经济损失，如果海况严重，可能会导致重大事故和重大的人员伤亡。据此，需要一款检测手段丰富，受外部客观因素影响低监控覆盖区域大，设备投入成本低，反应迅速，自动化程度高，安全性能好的检查设备同时要具备续航能力强、信号传输功能可靠、监测及其检测效果准确的能力。此简易气象台具有以上的功能和特点，且市场应用范围广泛、潜力巨大、需求量大，极具商业推广价值。

4总结

此气象台检测手段丰富、不单一，受外部客观因素较低，信号传输功能可靠、监测及其检测效果准确，设备投入的成本较低，反应迅速，机械自动化程度高，安全性能好。能够准确确定船只当前位置及其预防恶劣的海况天气，安全性能高，市场应用范围广泛、潜力巨大、需求量大，极具商业推广价值。

参考文献

[1]岳立成.利用RS-485总线实现气象要素分布时自动采集，气象水文海洋仪器， 3/32005

[2]岳立成.总线制分布式气象要素采集系统初探[J].吉林气象，2006（2）

[3]李黄.自动气象站使用手册[M].气象出版社，2007.10

[4] 冷教恒.恶劣天气海况与船舶航行安全会. 2010