基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)研究

石慧頻

【摘 要】文章以西江流域為背景，針對西江流域船閘信息化建設(shè)程度不高的現(xiàn)狀，提出基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)的研究方案，通過系統(tǒng)與高精度北斗船載終端、手機APP的配套應(yīng)用，打破傳統(tǒng)船舶過閘繳費管理模式，提高船舶過閘繳費智能化管理水平和航運運輸管理效率。

【關(guān)鍵詞】北斗;智慧船舶服務(wù)系統(tǒng);船舶調(diào)度;監(jiān)控管理

【中圖分類號】TN967.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）03-0054-03

0 引言

西江流域位于國家“一帶一路”、珠江—西江經(jīng)濟帶建設(shè)的腹地，是西南經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)豐富礦產(chǎn)資源東運和出海唯一的水上通道，也是與泛珠江三角洲地區(qū)、東盟國家開放和合作的重要物流通道[1]。發(fā)展西江流域航運，對改善沿江地區(qū)投資環(huán)境和交通運輸條件、推動沿江地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶的形成、支撐海上絲綢之路和珠江—西江經(jīng)濟帶的建設(shè)具有重要戰(zhàn)略意義。然而，隨著水運物流經(jīng)濟的快速發(fā)展，日益增加的過閘需求與船閘實際通行能力之間的矛盾越來越突出，因此必須通過信息化手段加強船舶監(jiān)控與管理，優(yōu)化過閘業(yè)務(wù)流程，提升船舶過閘效率與服務(wù)質(zhì)量。

基于此，本文以西江流域為背景，針對西江流域船閘信息化建設(shè)程度不高的現(xiàn)狀，提出基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)研究方案，并對該研究方案進行相關(guān)描述與說明。

1 現(xiàn)狀分析

近年來，西江流域各級航道管理部門及單位高度重視船閘信息化建設(shè)，積極采用現(xiàn)代化信息技術(shù)和北斗衛(wèi)星定位技術(shù)，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”展開應(yīng)用，探索基于北斗的智慧船舶服務(wù)模式，進行相關(guān)項目建設(shè)并取得顯著的效果。但是，由于缺乏頂層設(shè)計和統(tǒng)一規(guī)劃[2]，各部門之間的信息資源還不能很好地實現(xiàn)共享，這在很大程度上制約了西江流域航運船閘信息化建設(shè)水平的進一步提升。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）過閘方式落后。目前，西江流域還有相當多的船閘仍采用傳統(tǒng)的船舶報閘、過閘方式，這種方式極易導致船閘中心工作安排不合理、船舶過閘執(zhí)行混亂、過閘擁堵、過閘繳費手續(xù)繁雜、耗費時間過長等問題，不利于航運事業(yè)及航運物流的發(fā)展。

（2）信息共享性弱。西江航運各船閘業(yè)主間處于獨立運行管理狀態(tài)，不同業(yè)主之間管理單位/模式不同、調(diào)度系統(tǒng)不統(tǒng)一，信息資源不共享，極易造成航道水位不穩(wěn)定、梯級水位不銜接等問題，導致無法提前合理安排船舶過閘計劃和調(diào)整船閘運行狀態(tài)，嚴重影響通航效率。

2 基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)研究

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

針對西江流域船閘信息化建設(shè)現(xiàn)狀，本文提出了基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)研究方案。該系統(tǒng)的建設(shè)主要通過北斗/GPS衛(wèi)星導航、大數(shù)據(jù)、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）、物聯(lián)網(wǎng)、多傳感器融合等多技術(shù)的集成應(yīng)用，結(jié)合高精度北斗船載終端和手機APP與軟件系統(tǒng)融合，實現(xiàn)全流域船舶調(diào)度與監(jiān)控管理、智能過閘不停船收費、信息采集及身份識別和報表管理服務(wù)等功能。具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 功能實現(xiàn)

2.2.1 全流域船舶調(diào)度與監(jiān)控管理

全流域船舶調(diào)度與監(jiān)控管理功能采用北斗/GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、GIS技術(shù)、智能衛(wèi)星通信技術(shù)等，由高精度北斗船載終端、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度中心、視頻監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成，視頻監(jiān)控中心可以通過調(diào)度中心以電子海圖的動態(tài)顯示與船舶進行實時通信，實現(xiàn)全流域的船舶調(diào)度、動態(tài)監(jiān)控等功能。具體實現(xiàn)如圖2所示。

（1）全流域船舶調(diào)度。①基于北斗定位系統(tǒng)，對船閘上下游船舶進行定位，通過地理信息系統(tǒng)進行集中展現(xiàn)。調(diào)度中心可根據(jù)船閘上下游水位發(fā)布閘口信息，對港口、水文、過閘排隊情況進行綜合分析決策。②通過互聯(lián)網(wǎng)整合相關(guān)信息，實現(xiàn)水文、氣象、船閘排隊情況等數(shù)據(jù)的實時匯總，結(jié)合電子地圖，實現(xiàn)對全流域船閘運行狀況的總體聯(lián)合調(diào)度。

（2）監(jiān)控管理。①在航行船舶上安裝高精度北斗船載終端，并接入姿態(tài)傳感器、攝像頭等終端硬件設(shè)備，獲取船舶航行姿態(tài)及影響船舶航行的因素（風速、水流）信息，上傳至數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析。配套GIS電子地圖，實時顯示船舶航行狀態(tài)，實現(xiàn)對全流域航行船舶的監(jiān)控管理。②通過視頻監(jiān)控，實時觀察船舶航行信息，以及時提醒船主修正航速、航向，避免航行事故。

2.2.2 智能過閘不停船收費

智能過閘不停船收費使用通信和網(wǎng)絡(luò)、傳感、圖像識別、現(xiàn)代射頻識別、船舶信息自動識別（Automatic Vehicle Identification，AVI）等技術(shù)，結(jié)合相關(guān)硬件設(shè)備及軟件，通過設(shè)備控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置接收高精度北斗船載終端傳來的信號，自動識別高精度北斗船載終端內(nèi)置的內(nèi)部編碼信息（編碼包含船號、船型、船舶賬戶等信息），根據(jù)船舶的貨物種類和實載噸數(shù)，計算并記錄船舶過閘費用，自動從船舶專用賬戶或與船主信息綁定的銀行卡中扣除通行費，完成船舶高速通行條件下的自動交費業(yè)務(wù)，實現(xiàn)船舶智能過閘不停船收費功能，大大提高船舶過閘通行效率。船舶智能過閘不停船收費子系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

2.2.3 信息采集及身份識別

船舶過閘信息智能采集基于物聯(lián)網(wǎng)基本框架，結(jié)合北斗衛(wèi)星導航、GIS、GPRS、ZigBee等技術(shù)并融合了多種算法，對多傳感應(yīng)用技術(shù)、ZigBee技術(shù)、自組網(wǎng)技術(shù)進行研究，實現(xiàn)船舶過閘自身狀態(tài)、船閘、船閘內(nèi)的水文等信息的智能化采集。

（1）信息智能采集。①高精度北斗船載終端采集傳感器、衛(wèi)星定位和攝像頭的視頻或照片并上傳至終端服務(wù)器，由終端服務(wù)器解釋出各種信息，再將其中的視頻和圖片數(shù)據(jù)傳輸至視頻管理中心進行存儲與管理。管理人員、船長通過調(diào)度中心或者監(jiān)控客戶端可實時了解船舶狀態(tài)信息，以便進行船舶過閘調(diào)度與操作。②在閘室內(nèi)安裝監(jiān)控器和多種傳感器，通過Zigbee技術(shù)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。當安裝有Zigbee模塊的船舶進入閘室后，可自動與閘室內(nèi)已有的Zigbee模塊實現(xiàn)自動組網(wǎng)，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)將船舶狀態(tài)信息進行回傳，為調(diào)度中心的過閘排檔提供數(shù)據(jù)信息。

（2）身份識別。當船舶駛?cè)肷漕l識別區(qū)時，系統(tǒng)將自動讀取終端信息并上傳，然后對采集到的信息進行認證，若識別的身份信息與一卡通賬戶信息一致，收費系統(tǒng)將進行扣費操作。

2.2.4 報表管理服務(wù)

報表管理服務(wù)提供全面數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，包括貨物查詢、船閘過閘貨物比例、年度船舶噸位分布、船閘運行情況班報表、各班運行情況年報表等的統(tǒng)計與分析功能，為管理人員的分析決策提供數(shù)據(jù)支撐。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 北斗定位技術(shù)與GIS融合應(yīng)用

在進行系統(tǒng)研究時，將北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)融合應(yīng)用，利用高精度北斗船載終端和北斗地基增強網(wǎng)聯(lián)合實現(xiàn)船舶精準定位;通過應(yīng)用地理信息系統(tǒng)龐大的電子地圖功能，將船舶、航道、水文、氣象、船閘排隊等數(shù)據(jù)信息實時顯示在GIS地圖上，并在此基礎(chǔ)上研究與優(yōu)化北斗高精度和GIS的集成應(yīng)用，最終實現(xiàn)船舶調(diào)度與監(jiān)控管理、信息采集及身份識別等功能。

3.2 流域船舶監(jiān)控與調(diào)度服務(wù)模型構(gòu)建

構(gòu)建多控點流域船舶監(jiān)控與調(diào)度服務(wù)模型，以最少船舶在港時間和等待時間為目標，應(yīng)用高精度北斗船載終端對西江流域船舶的航行數(shù)據(jù)、位置等信息進行采集，以GIS電子地圖的方式集中展示流域船舶監(jiān)控情況。結(jié)合船舶監(jiān)控與調(diào)度服務(wù)模型，對采集到的數(shù)據(jù)進行精準分析，輔助指揮中心進行綜合決策分析，進而實現(xiàn)對流域船舶的實時動態(tài)監(jiān)控與調(diào)度。

4 應(yīng)用預(yù)期效果

基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)與高精度北斗船載終端的實施使用，將有效提高西江流域水運物流智能化水平。

（1）提升管理效率。智能化的船舶信息采集與身份識別、實時監(jiān)控、過閘自動繳費等功能的實現(xiàn)，為船舶過閘提供科學、精準的數(shù)據(jù)信息服務(wù)，以服務(wù)手段的創(chuàng)新促進管理方式的轉(zhuǎn)變，在提升水運物流智能化管理服務(wù)水平的同時，也提高了行業(yè)監(jiān)管能力。

（2）降低成本投入。通過高精度北斗船載終端與軟件系統(tǒng)的融合應(yīng)用，為船舶航運過程提供智能化服務(wù)，實現(xiàn)對船舶位置的精準定位、過閘流程優(yōu)化管理，有效減少船舶航程與待閘時間，幫助物流企業(yè)降低船舶航行（時間、燃油、人力）成本投入。

5 結(jié)語

文章研究西江流域船舶過閘信息化建設(shè)現(xiàn)狀，針對其存在的過閘方式落后、信息共享性弱等產(chǎn)生的聯(lián)合調(diào)度難、過閘流程繁瑣等問題，提出基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)研究方案，并對該系統(tǒng)各功能架構(gòu)進行相關(guān)描述。目前，該系統(tǒng)已在西江流域部分船閘進行應(yīng)用。經(jīng)過一年多的試運行，實現(xiàn)了智能化過閘繳費管理和全流域船舶監(jiān)控調(diào)度管理，在提高船舶智能通航效率、降低航運物流企業(yè)運輸成本方面取得較好的應(yīng)用效果。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]