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【摘要】 基于Inmarsat-Fleet77的船舶监控指挥系统的组成结构、系统功能进行了分析设计,根据监控和指挥需求,对系统的主要应用部分作了详细的介绍,着重论述了各个部分的连接、实现功能及工作原理,GPS、Fleet77、GIS实现的功能等。
【关键词】 监控指挥系统;Inmarsat-Fleet77;船载终端
近年来,随着航运在交通运输中的不断发展,船舶监控指挥系统越来越成为人们关注的焦点。目前出现的船舶导航监控系统多是基于AIS,而AIS在VHF的单工信道CH87和CH88上传输,覆盖范围有限,比较适合港口监控。结合全球移动通信提供的数据通信业务,出现了基于AIS和GPRS或CDMA的船舶监控系统,但是这类系统在大洋中仍无法满足需要。对于船公司来说,实现全球范围内的船舶远程监控显得十分必要。
2002年4月,Inmarsat-Fleet77系统的推出突破了原来一直限制船舶监控系统向陆地航运企业延伸的通信瓶颈。Inmarsat-Fleet77在船岸通信中为许多新的应用系统开启了大门,可实现岸上公司对船舶航行状况、设备运行状态等进行远程监控。利用该系统新推出的MPDS(mobilepacketdataservice)功能,Fleet77船站与船舶网络监控系统可保持实时在线连接,可实现岸上有关部门对船舶航行状况的实时监控。
GPS具有定位精度高、实时性强、全天候工作且成本低廉等优点。GPS定位技术的出现使得对船舶的实时跟踪成为可能,同时结合现代无线通信技术、计算机网络技术和地理信息系统,可为交通和航运公司等部门建立高效、现代化的监控指挥系统,使航运公司指挥调度与安全管理进入实时、准确、直观、、大范围的集中式监控管理。本文以解决船岸系统之间的相互隔离,实现船岸数据共享为出发点,以GPS和船岸卫星通信系统为载体,在对GIS地理信息系统、GPS船舶定位技术和INMARSAT通信卫星技术充分研究的基础上,设计了基于Inmarsat-Fleet77的船舶远程监控系统。
一、系统设计要求
1.定位功能。这是整个系统最基本的功能,能实现对系统内所有船舶的实时定位显示,同时提供包括位置、方向、时间、速度等船舶定位信息。
2.报警功能。当船舶发生异常情况时,系统能自动报告,同时控制中心能自动显示。
3.指挥功能。可通过船舶定位终端的无线通信模块实现通话,并通过船载液晶显示调度指令和其它短信。
4.历史资料查询功能。可通过控制中心的记录查船舶的历史情况,如查询船舶在过去某个时间的位置、速度、状态等数据。
5.扩展功能。良好的设计应为系统的升级和功能扩展提供稳定的基础,要求系统具有良好的安全性和保密措施,可以脱离开发环境运行,同时系统还应具备可扩充性。
二、系统结构设计
1.系统概述。通过Fleet77船站和卫星地面站实现的船舶监控指挥系统,是将GPS技术、全球卫星通信系统、地理信息系统GIS技术和计算机串口通讯、网络通信技术相结合,将装有GPS船舶的位置数据通过卫星地面站传输到监控指挥中心服务器。客户机连接到指挥中心的服务器可实现GIS的图形化监控查询功能,从而对船舶进行监控、指挥和管理。
2.系统组成及工作过程。该系统由船载GPS、Inmarsat-F leet77、地面站、监控指挥中心及客户端工作站五大部分组成(图1为船舶监控指挥系统结构框图)。GPS船位等数据与本系统之间的无线传输方式为:
船载GPS接收机→Fleet77船站←→卫星信道←→Fleet77船站←→服务器←→客户端。
航行的船舶装载船载终端,船载终端有接收器和发射器,完成船舶定位、与岸上调度中心通信功能,处理岸上调度中心调度指令。
陆上监控中心系统通过Internet和卫星接收站Fleet77连接,由卫星接收站提供固定的IP地址和端口,陆上监控中心由三大服务器和监控终端组成,服务器分别为通信服务器、GIS服务器和Web服务器,通信服务器与卫星接收站连接,负责接收和发送卫星数据,数据的处理和存储;GIS服务器将数据库中的坐标数据加入到电子海图中,形成可视化实时监控图标;Web服务器负责完成网上发布,使多个监控终端可以同时实现对航行船舶的实时监控。通信服务器与卫星运营公司之间的连接采用C/S(Client/Server)结构,Web服务器与监控终端之间的连接采用B/S(Browser/Server)结构。
3.船载终端。船载终端置于航行船舶上,用于接收和发送数据,如位置信息、文字信息等,内部带有存储器,用于存储最新的接收数据;在进行通信时,需要放在信号好的开阔地带,无遮挡、少干扰。
船载终端为卫星导航定位综合信息服务平台的关键组成部分,它将Inmarsat-Fleet77、GPS有机的结合在一起,其主要功能是定位、保密报文通信、数据采集、目标监控、门限报警、集群指挥、导航、视频音频广播等功能。船载终端开机后,终端状态信息需要发出询问后才会有应答,根据它的应答信息,可以知道终端是否可以正常工作,终端状态包括禁止收发、收发单向、收发双向,只有在收发双向的情况下才是正常工作的状态。船载终端接收GPS定位数据,和INMARSAT-Fleet77卫星之间进行数据通信,在本系统中用到的功能主要有:
(1)定位功能。终端定位采用GPS,刷新频度为1秒,终端接收到定位信息后,将通过串口实时传输经度、纬度、高度、时间、速度、方向、精度、GPS可用卫星数等信息。
(2)通信功能。终端能通过PC机进行电文键入、编辑、发送、接收和显示,并在接收通信信息后自动发送通信回执。
(3)报警功能。可向主站、其他终端、监控中心发送报警指令。报警指令包括:本机位置、救助方式和信息内容,同时可接收其他终端发出的报警指令,并获得遇险者位置和报警内容;按先入先出原则动态存储收到的报警信息,存储能力与存储器的大小有关。
船舶定位由GPS完成,并返回到船载终端,INMARSAT-F卫星完成数据的传输工作。
4.陆上监控中心系统。数据库数据信息为通信服务器、GIS服务器和Web服务器所用。通信服务器和GIS服务器所用数据表主要包括船舶信息表、实时数据表、历史数据表、实时发送短信表、历史发送短信表、实时接收短信表、历史接收短信表;Web服务器所用数据表主要包括船员信息表、用户信息表、航标信息表。
通信服务器连接卫星运营公司提供的特定数据网关,与卫星运营中心形成C/S结构,最简单的C/S体系结构的数据库应用由两部分组成,即客户应用程序和数据库服务器程序。在数据库应用中,数据的储存管理功能是由服务器程序和客户应用程序分别独立进行的,前台应用可以违反的规则,并且通常把那些不同的运行数据在服务器程序中不集中实现,如访问者的权限,编号可以重复、必须有客户才能建立定单的规则。船舶信息及航道数据信息被通信服务器接收后,存入Oracle数据库,供其它数据库调用。
(1)Web服务器。Web服务器将船舶信息以网页的形式显示,并负责网络发布,Web服务器采用B/S结构,B/S结构即浏览器和服务器结构。在这种结构下,用户工作界面是通过Web浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现,但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现,这样就大大简化了客户端的负载,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本。
(2)陆上监控中心。只要拥有用户的账号和密码,登录上卫星运营中心,可以在任何一台PC机上进行航行船舶的监控,一般是拥有一个陆上监控中心主站,服务器都设立在主站,在其它各级航运公司、各个港口建立远程监控终端。监控中心主站拥有操作权,可以和航行船舶进行直接的通信,分站仅拥有监督权,只能通过网页掌握船舶的航行信息,不可直接和航行船舶进行通信,不可直接控制航行船舶。
5.船载监控分中心。陆上监控主站可以设置船载监控分中心,船载分中心上安装特定的船载终端,可接收到陆上监控中心转发过来的所有船舶航行信息。船载分中心对于各条船舶拥有监督权和指挥权,可以和其他船舶进行直接通信,并可以对其他船舶的船位报告频率进行设置。
参考文献
[1]李兴林.船舶监控技术的应用[J].中国航海.2007(4):58～61
[2]莫馁,李勇建,许华胜.基于GPS/GPRS的船载导航监控系统设计与实现[J].压电与声光.2009(1):24～26
[3]陈放,李建民,张英俊.海事卫星船站数据传输信道选择的优化控制[J].中国航海.2008(4):319～322
[4]李顺亮,李满启,张均东.基于Inmarsat-Fleet77的船岸综合监控系统的设计与实现[J].船海工程.2006(1):67～69
[5]褚建新,郑士君,寇长超.网络化岸船远程机舱动态监控系统[J].船舶工程.2008(6):50～54
【关键词】 监控指挥系统;Inmarsat-Fleet77;船载终端
近年来,随着航运在交通运输中的不断发展,船舶监控指挥系统越来越成为人们关注的焦点。目前出现的船舶导航监控系统多是基于AIS,而AIS在VHF的单工信道CH87和CH88上传输,覆盖范围有限,比较适合港口监控。结合全球移动通信提供的数据通信业务,出现了基于AIS和GPRS或CDMA的船舶监控系统,但是这类系统在大洋中仍无法满足需要。对于船公司来说,实现全球范围内的船舶远程监控显得十分必要。
2002年4月,Inmarsat-Fleet77系统的推出突破了原来一直限制船舶监控系统向陆地航运企业延伸的通信瓶颈。Inmarsat-Fleet77在船岸通信中为许多新的应用系统开启了大门,可实现岸上公司对船舶航行状况、设备运行状态等进行远程监控。利用该系统新推出的MPDS(mobilepacketdataservice)功能,Fleet77船站与船舶网络监控系统可保持实时在线连接,可实现岸上有关部门对船舶航行状况的实时监控。
GPS具有定位精度高、实时性强、全天候工作且成本低廉等优点。GPS定位技术的出现使得对船舶的实时跟踪成为可能,同时结合现代无线通信技术、计算机网络技术和地理信息系统,可为交通和航运公司等部门建立高效、现代化的监控指挥系统,使航运公司指挥调度与安全管理进入实时、准确、直观、、大范围的集中式监控管理。本文以解决船岸系统之间的相互隔离,实现船岸数据共享为出发点,以GPS和船岸卫星通信系统为载体,在对GIS地理信息系统、GPS船舶定位技术和INMARSAT通信卫星技术充分研究的基础上,设计了基于Inmarsat-Fleet77的船舶远程监控系统。
一、系统设计要求
1.定位功能。这是整个系统最基本的功能,能实现对系统内所有船舶的实时定位显示,同时提供包括位置、方向、时间、速度等船舶定位信息。
2.报警功能。当船舶发生异常情况时,系统能自动报告,同时控制中心能自动显示。
3.指挥功能。可通过船舶定位终端的无线通信模块实现通话,并通过船载液晶显示调度指令和其它短信。
4.历史资料查询功能。可通过控制中心的记录查船舶的历史情况,如查询船舶在过去某个时间的位置、速度、状态等数据。
5.扩展功能。良好的设计应为系统的升级和功能扩展提供稳定的基础,要求系统具有良好的安全性和保密措施,可以脱离开发环境运行,同时系统还应具备可扩充性。
二、系统结构设计
1.系统概述。通过Fleet77船站和卫星地面站实现的船舶监控指挥系统,是将GPS技术、全球卫星通信系统、地理信息系统GIS技术和计算机串口通讯、网络通信技术相结合,将装有GPS船舶的位置数据通过卫星地面站传输到监控指挥中心服务器。客户机连接到指挥中心的服务器可实现GIS的图形化监控查询功能,从而对船舶进行监控、指挥和管理。
2.系统组成及工作过程。该系统由船载GPS、Inmarsat-F leet77、地面站、监控指挥中心及客户端工作站五大部分组成(图1为船舶监控指挥系统结构框图)。GPS船位等数据与本系统之间的无线传输方式为:
船载GPS接收机→Fleet77船站←→卫星信道←→Fleet77船站←→服务器←→客户端。
航行的船舶装载船载终端,船载终端有接收器和发射器,完成船舶定位、与岸上调度中心通信功能,处理岸上调度中心调度指令。
陆上监控中心系统通过Internet和卫星接收站Fleet77连接,由卫星接收站提供固定的IP地址和端口,陆上监控中心由三大服务器和监控终端组成,服务器分别为通信服务器、GIS服务器和Web服务器,通信服务器与卫星接收站连接,负责接收和发送卫星数据,数据的处理和存储;GIS服务器将数据库中的坐标数据加入到电子海图中,形成可视化实时监控图标;Web服务器负责完成网上发布,使多个监控终端可以同时实现对航行船舶的实时监控。通信服务器与卫星运营公司之间的连接采用C/S(Client/Server)结构,Web服务器与监控终端之间的连接采用B/S(Browser/Server)结构。
3.船载终端。船载终端置于航行船舶上,用于接收和发送数据,如位置信息、文字信息等,内部带有存储器,用于存储最新的接收数据;在进行通信时,需要放在信号好的开阔地带,无遮挡、少干扰。
船载终端为卫星导航定位综合信息服务平台的关键组成部分,它将Inmarsat-Fleet77、GPS有机的结合在一起,其主要功能是定位、保密报文通信、数据采集、目标监控、门限报警、集群指挥、导航、视频音频广播等功能。船载终端开机后,终端状态信息需要发出询问后才会有应答,根据它的应答信息,可以知道终端是否可以正常工作,终端状态包括禁止收发、收发单向、收发双向,只有在收发双向的情况下才是正常工作的状态。船载终端接收GPS定位数据,和INMARSAT-Fleet77卫星之间进行数据通信,在本系统中用到的功能主要有:
(1)定位功能。终端定位采用GPS,刷新频度为1秒,终端接收到定位信息后,将通过串口实时传输经度、纬度、高度、时间、速度、方向、精度、GPS可用卫星数等信息。
(2)通信功能。终端能通过PC机进行电文键入、编辑、发送、接收和显示,并在接收通信信息后自动发送通信回执。
(3)报警功能。可向主站、其他终端、监控中心发送报警指令。报警指令包括:本机位置、救助方式和信息内容,同时可接收其他终端发出的报警指令,并获得遇险者位置和报警内容;按先入先出原则动态存储收到的报警信息,存储能力与存储器的大小有关。
船舶定位由GPS完成,并返回到船载终端,INMARSAT-F卫星完成数据的传输工作。
4.陆上监控中心系统。数据库数据信息为通信服务器、GIS服务器和Web服务器所用。通信服务器和GIS服务器所用数据表主要包括船舶信息表、实时数据表、历史数据表、实时发送短信表、历史发送短信表、实时接收短信表、历史接收短信表;Web服务器所用数据表主要包括船员信息表、用户信息表、航标信息表。
通信服务器连接卫星运营公司提供的特定数据网关,与卫星运营中心形成C/S结构,最简单的C/S体系结构的数据库应用由两部分组成,即客户应用程序和数据库服务器程序。在数据库应用中,数据的储存管理功能是由服务器程序和客户应用程序分别独立进行的,前台应用可以违反的规则,并且通常把那些不同的运行数据在服务器程序中不集中实现,如访问者的权限,编号可以重复、必须有客户才能建立定单的规则。船舶信息及航道数据信息被通信服务器接收后,存入Oracle数据库,供其它数据库调用。
(1)Web服务器。Web服务器将船舶信息以网页的形式显示,并负责网络发布,Web服务器采用B/S结构,B/S结构即浏览器和服务器结构。在这种结构下,用户工作界面是通过Web浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现,但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现,这样就大大简化了客户端的负载,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本。
(2)陆上监控中心。只要拥有用户的账号和密码,登录上卫星运营中心,可以在任何一台PC机上进行航行船舶的监控,一般是拥有一个陆上监控中心主站,服务器都设立在主站,在其它各级航运公司、各个港口建立远程监控终端。监控中心主站拥有操作权,可以和航行船舶进行直接的通信,分站仅拥有监督权,只能通过网页掌握船舶的航行信息,不可直接和航行船舶进行通信,不可直接控制航行船舶。
5.船载监控分中心。陆上监控主站可以设置船载监控分中心,船载分中心上安装特定的船载终端,可接收到陆上监控中心转发过来的所有船舶航行信息。船载分中心对于各条船舶拥有监督权和指挥权,可以和其他船舶进行直接通信,并可以对其他船舶的船位报告频率进行设置。
参考文献
[1]李兴林.船舶监控技术的应用[J].中国航海.2007(4):58～61
[2]莫馁,李勇建,许华胜.基于GPS/GPRS的船载导航监控系统设计与实现[J].压电与声光.2009(1):24～26
[3]陈放,李建民,张英俊.海事卫星船站数据传输信道选择的优化控制[J].中国航海.2008(4):319～322
[4]李顺亮,李满启,张均东.基于Inmarsat-Fleet77的船岸综合监控系统的设计与实现[J].船海工程.2006(1):67～69
[5]褚建新,郑士君,寇长超.网络化岸船远程机舱动态监控系统[J].船舶工程.2008(6):50～54