基于疏浚船舶和GPS監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

朱峰

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航道疏浚工程不斷增多，為了對(duì)疏浚船舶實(shí)施有效的監(jiān)管，研發(fā)了一套GPS監(jiān)管系統(tǒng)。本文首先對(duì)GPS技術(shù)進(jìn)行了概述，接著重點(diǎn)研究了該監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。通過(guò)GPS與GIS的有機(jī)結(jié)合，改進(jìn)了疏浚船舶的管理水平，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：疏浚船舶；GPS監(jiān)管系統(tǒng)；開發(fā)

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著科技的飛速發(fā)展，GPS定位系統(tǒng)逐漸成為各行業(yè)廣泛應(yīng)用的定位技術(shù)，具有全天候、可靠性高等特點(diǎn)。當(dāng)前來(lái)說(shuō)，隨著我國(guó)港口建設(shè)的加快，疏浚工程不斷增多，對(duì)于疏浚船舶的管理引起人們的關(guān)注。由于船舶數(shù)量眾多，施工環(huán)境復(fù)雜，單靠工作人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，難度太大?；诖?，本文提出了基于疏浚船舶和GPS監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

1 GPS概述

1.1 GPS的基本概念

GPS（Global Positioning System）是一種通過(guò)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全天候、全方位的準(zhǔn)確定位，可以說(shuō)，GPS的應(yīng)用有效地解決了人們工作、生活中的導(dǎo)航與定位問(wèn)題，在相關(guān)工程領(lǐng)域起到了非常重要的作用，并創(chuàng)造了極高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

以往的定位技術(shù)存在各種不足，比如準(zhǔn)確度低，可用距離短，受環(huán)境影響大，在能見度較低的惡劣天氣狀況下難以保證船舶的航行安全。GPS的出現(xiàn)完美地解決了上述問(wèn)題，總的來(lái)說(shuō)，GPS定位技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

一是準(zhǔn)確度高。實(shí)踐表明，在300m～1500m的精密定位中，一小時(shí)以上探測(cè)的定位誤差低于lmm。二是全天候作業(yè)。當(dāng)前的GPS技術(shù)能夠在全天24小時(shí)內(nèi)使用，且不會(huì)受到大風(fēng)、雨雪等天氣的影響。并且極短時(shí)間內(nèi)就能完成一次定位，實(shí)用性強(qiáng)。三是操作方便。隨著GPS技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，自動(dòng)化水平越來(lái)越高，逐漸實(shí)現(xiàn)了“傻瓜式”操作，且探測(cè)裝置的體積非常小，攜帶方便，便于工作人員的使用。

1.2 GPS定位原理

GPS技術(shù)的定位原理是通過(guò)探測(cè)已知位置的衛(wèi)星到信號(hào)接收機(jī)的間距，接著結(jié)合多個(gè)衛(wèi)星的探測(cè)數(shù)據(jù)即可得到信號(hào)接收機(jī)的具體方位。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一是得到衛(wèi)星的位置，其可以依據(jù)星載時(shí)鐘所提供的時(shí)間在星歷中查找到；二是得到接收機(jī)到衛(wèi)星的距離，其可以通過(guò)將信號(hào)傳送到接收機(jī)所用的時(shí)間與光速相乘得到，因?yàn)殡婋x層造成的影響，計(jì)算得到的數(shù)值并不是兩者之間實(shí)際的距離，而是偽距。當(dāng)導(dǎo)航衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)持續(xù)發(fā)送1和0二進(jìn)制碼元構(gòu)成的偽隨機(jī)碼（可稱之為偽碼）。GPS采用的偽碼有兩種，包括民用的C/A碼、軍用的P（Y）碼。前者的頻率為1.023MHz，重復(fù)時(shí)間1ms，碼間距1μs，即300m；P碼的頻率為10.23MHz，重復(fù)時(shí)間266.4天，碼間距0.1μs，即30m，Y碼是基于P碼而得到的，安全性更高。導(dǎo)航電文，涉及衛(wèi)星星歷、運(yùn)行狀況、時(shí)鐘校正、時(shí)延修正等等信息。它是從接收到的衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)得到的，以50b/s調(diào)制予以發(fā)射。其每個(gè)主幀中包括5個(gè)子幀，每幀長(zhǎng)6s。前三幀各有10個(gè)字碼；每30s時(shí)間重復(fù)一次，60min更新一次。后兩幀共15000b。當(dāng)使用者收到導(dǎo)航電文后，取得衛(wèi)星時(shí)間并將其與對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘進(jìn)行比較，便可得到衛(wèi)星與使用者的距離，再應(yīng)用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷推測(cè)出衛(wèi)星的具體位置，使用者的位置速度等信息也可得知。

2 需求分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航道疏浚工程不斷增多，且工程量非常大，工期緊張，進(jìn)行航道疏浚的船舶數(shù)量眾多，對(duì)于船舶是否到了預(yù)期的拋泥區(qū)，在哪個(gè)位置開始拋泥，相應(yīng)時(shí)間內(nèi)各艘船的工作量（也就是拋泥次數(shù)以及不到位次數(shù)的統(tǒng)計(jì)）等都是施工單位必須加以控制的。單單依靠數(shù)量有限的工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，難度可想而知。所以，盡可能地精簡(jiǎn)管理程序，對(duì)船舶開展遠(yuǎn)程監(jiān)管及控制，是施工單位在疏浚船舶管理中非常重視的問(wèn)題。以往的監(jiān)管系統(tǒng)，易于通過(guò)斷電等方式作假，監(jiān)管效果不佳。后來(lái)又采用租賃漁船觀察作業(yè)船舶，防止違規(guī)拋泥；使用望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)距離檢查；在拋泥點(diǎn)蹲守，確認(rèn)實(shí)際拋泥情況等方式，這些都需要依靠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，成本較高，效果也不理想。

在具體應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，原先的操作系統(tǒng)存在多方面的問(wèn)題，比如要想確認(rèn)疏浚船舶是否在預(yù)期位置拋泥，需要通過(guò)以下操作才能實(shí)現(xiàn)：?jiǎn)螕舸埃诜指艨蚶飭螕簟盎胤拧卑存I，設(shè)置起止時(shí)間、單擊“查詢”就會(huì)彈出有關(guān)這艘船的觀測(cè)窗口。其中顯示了所選擇船舶在相應(yīng)時(shí)間段運(yùn)行的路徑及相關(guān)信息，檢查完成一艘船全天之內(nèi)的作業(yè)情況要花費(fèi)15 min的時(shí)間，如果當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)速度較慢，時(shí)間還會(huì)延長(zhǎng)，最多需要1個(gè)多小時(shí)。此外，還發(fā)現(xiàn)疏浚船舶在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)到拋泥區(qū)時(shí)的具體違規(guī)情況，需要將疏浚船舶依次通過(guò)上述步驟回放才可以發(fā)現(xiàn)，最多時(shí)會(huì)達(dá)到40艘，假如每一艘船舶都要進(jìn)行查詢就要花費(fèi)一整天的時(shí)間，這樣在人力、物力上的消耗巨大，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還會(huì)存在偏差。對(duì)于上述問(wèn)題，進(jìn)行技術(shù)上的革新，基于已有的監(jiān)管系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)踐對(duì)其不完善之處進(jìn)行改進(jìn)，可以有效地解決上述問(wèn)題。

3 基于疏浚船舶和GPS監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)

結(jié)合工程實(shí)際需要，對(duì)系統(tǒng)的創(chuàng)新主要存在以下幾個(gè)方面，在軟件標(biāo)題欄里設(shè)置違規(guī)船舶顯示按鍵，右側(cè)工具欄設(shè)置告警標(biāo)識(shí)，為了杜絕疏浚船舶私自拋泥，在船舶的拋泥按鍵處裝設(shè)感應(yīng)設(shè)備，如果其未到指定區(qū)域拋泥，而是私自在途中拋泥，電腦監(jiān)控端就會(huì)予以顯示，使得監(jiān)管人員及時(shí)的予以發(fā)現(xiàn)，并能夠方便、快捷地查看違規(guī)船舶的統(tǒng)計(jì)情況。下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

其一，通過(guò)進(jìn)一步的開發(fā)，在標(biāo)題欄里設(shè)置一欄專門用來(lái)展示違規(guī)船舶，并在相應(yīng)的工具欄設(shè)置告警標(biāo)識(shí)，一旦出現(xiàn)違規(guī)就會(huì)及時(shí)告警。

其二，在工具欄新設(shè)“數(shù)據(jù)查詢”/“報(bào)警查詢”功能，點(diǎn)擊彈出相應(yīng)的窗口，在其中輸入所要查看的時(shí)間、船舶，就可以查詢到相應(yīng)船舶的報(bào)警次數(shù)，如此一來(lái)就能有效解決船舶違規(guī)拋泥的問(wèn)題。

其三，還可以解決拋泥次數(shù)到位情況的統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，在標(biāo)題欄里設(shè)置“數(shù)據(jù)查詢”/“拋泥次數(shù)統(tǒng)計(jì)”功能，點(diǎn)擊彈出相應(yīng)窗口，在其中輸入所要查看的時(shí)間、船舶，就可以查詢到相應(yīng)船舶的“拋泥次數(shù)”以及“不到位”違規(guī)記錄以及違規(guī)的形式，簡(jiǎn)潔明了。這樣一來(lái)，有效地節(jié)省了時(shí)間成本，操作也更加方便。

其四，安裝感應(yīng)設(shè)備?？紤]到疏浚船舶在工作途中，有的會(huì)打開艙門，邊走邊拋泥，為了應(yīng)對(duì)這一情況，在各艘疏浚船舶的拋泥按鍵處裝設(shè)感應(yīng)設(shè)備，假如該艘船在途中擅自拋泥，遠(yuǎn)端的監(jiān)控界面上就會(huì)顯示告警，通知監(jiān)管人員。

結(jié)語(yǔ)

疏浚船舶GPS監(jiān)管系統(tǒng)是GPS與GIS技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在使用過(guò)程中對(duì)其功能進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新，對(duì)違規(guī)船舶進(jìn)行及時(shí)的告警與統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)安裝感應(yīng)設(shè)備，監(jiān)控船舶是否存在私自拋泥的情況，及時(shí)的通知監(jiān)管人員予以處理，取得了比較理想的效果。加強(qiáng)對(duì)疏浚船舶的監(jiān)管與控制，防止船舶違規(guī)拋泥情況的出現(xiàn)，改進(jìn)了疏浚船舶的管理水平，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也有效地保護(hù)了海洋環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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