港口监控管理系统概要方案.docx
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港口监控管理系统概要方案
港口监控管理系统概要方案（总33页）
港口监控管理系统概要设计方案
1目的和意义
1.1项目背景
军港是海军组织兵力投送、对装备和部队进行维护、补给的基础设施，作业任务繁重，要求能够实时掌握作业情况。
包括在港区内以及周围的舰艇部署情况；在作业场地内的船舶、车辆的作业任务、计划；在港区对舰船、车辆作业的单位和使用物资情况等。
这对港口日常勤务管理、战时战勤保障和要地预警防御都有重要意义。
港区作业涉及的部门多，工作条目繁杂，相互之间的协作多，要实现高效、快捷的运作，就必须在各业务部门各自业务的基础上，建立统筹的计划调度和情况监管。
信息化的发展推动港口监控管理系统的建设
近年来，随着系统集成电路、计算机网络、光纤、GPS/GIS、视频数字化、信息交换等信息技术的发展，加快了港口信息化管理的进程和后勤领域可视化监控的发展。
军港可以利用这些技术，将数据、图像、多媒体等信息集成于一体，统一管理，合理利用军港码头资源；运用现代管理理论和先进的信息技术及其产品，整合军港各业务部门现有的内部业务系统和信息资源，进而搭建起具有统一角色和权限、安全稳定可靠的军港监控管理平台，实现计划调度和情况监管。
战时战勤保障要求建立港口监控管理系统
由信息化引起的现代战争的特点是战场形势变化莫测，战场空间和范围不断扩大，战场环境极度恶化，同时由于现代军事后勤保障物资总数多，品种繁多，这些都对港口监控管理工作提出了新的要求。
务必要建立战时战勤港口信息管理系统。
综上所述，我军迫切需要建立一套能够对军港区内作业系统实施实时监控管理的可视化电子信息系统，强化港区内舰船交通管理，岸基、海面、空中的安全预警，日常勤务管理、战时战勤保障，支持军港信息化建设，对作战体系提供信息化支撑，填补我军军港信息化监控管理系统领域技术空白。
1.2国内外现状
美军在重要港口和交通要地等部位都建立了专门的可视化管理系统，统称“后勤区域移动目标警戒系统”（LA-MOAS,LogisticsArea-MovingObjectAlertnessSystem），利用GPS和电子应答系统完成对目标位置和属性的识别，利用多种民用技术完成对移动目标的任务分配、通信、跟踪监视等功能。
计划2007年并入美军全球通用作战环境体系（GCOE），并形成初始作战能力（IOC）。
台湾海军也在各主要军港建立了对移动目标的监控系统，实时掌握进出港口的车、船位置情况，对其进行航行交通管制，可以查询车、船的工作计划，并和有关车船联络。
该系统作为台海军“大成”系统的子项独立运行。
台湾空军也计划将该技术方案引入机场的地面作业监管体系。
我军港口管理已经初步建立了视频监视系统和物资管理系统，但是还不能实时监视车、船的移动轨迹，没有实现航行交通管制电子化；对车、船的航行计划和执行情况缺乏及时的查询，不能进行可靠的预警、监管；各业务部门的工作计划没有形成综合的工作流程管理，难以跟踪物资的调动、转运情况，因此建立港口监控管理系统迫在眉睫。
2系统功能需求分析
2.1建设目标
对港区所有移动目标以合乎特定时期要求的方式予以全面监控，对有关舰船的任务计划实行跟踪管理，整合港口作业的各方面业务内容，实现顶层流程统一，各业务信息共享。
最终实现港区各种重要状态情况的可预见、可管理；任务计划的可跟踪、可监控，提高港口作业的效率和精度，为部队执行各项任务提供有力的支持。
本系统的建成将填补我军在港口信息化管理方面的一个空白。
从XX港口现状出发，目前建设一套现代化的港口监控管理系统主要应该完成如下几个方面的任务：
港区状态监视；
港区动态目标的监视；
港区舰船任务计划的跟踪和调度；
港区交通管制：
基于电子海图，对车、船实现交通管制和航行计划监督；
与港口主要业务应用系统的集成；
下面分别就上述功能阐述。
2.2港区状态监视
港区状态是港口监控和管理的基本出发点，必须对整个港口（区）的基本状态情况有全面的掌握，对关键和重要的信息必须能实时了解。
港区兵力部署电子沙盘：
为作战部门提供最直接的车、船在港区内部署情况；
港区内的日常管理：
实现对车、船的任务查询和情况通报；
港区作业调配管理：
提供基于WEB电子报表，提供军械、物资调配计划、情况监控；
日勤计划通报和情况查询；
2.3港区移动目标的监视
对移动目标的监视主要包括如下内容：
基于电子海图的目标监视和轨迹跟踪：
提供可放大的矢量电子海图和表格型内容检索。
利用“cursorontarget光标上目标”技术，通过在电子海图点选可以定位表格中有关目标索引和详细内容；
目标定位：
生成港区周围环境的电子海图，把目标迭加显示在经纬度坐标的电子海图上，实现港口内航行预警和交通管制。
使用民用波段雷达，既保证目标判读精度，同时避免占用军用无线频段，可以将自身辐射特征隐蔽在民用频段内；
红外成像监控：
提供清晰的目标红外图像，增强对目标特性的识别。
在雷达受到干扰或效果不佳时可启动此红外监视，对雷达目标提供辅助识别功能。
视频监控：
利用已有的视频头，对特定目标实施视频跟踪监视；
网络远程监视：
通过IP网络将界面提供给远程监视端，可以实现情况远传，为减少网络传输的数据量和系统的安全性，远程端可以查询数据库信息，但是只能观看作业情况，不能对目标直接下达任务指令；
作业工程记录和回放：
可以连续记录目标航行情况、预警和其他处置信息、电子海图画面记录和回放等；
点选目标索引：
可以查询目标详细属性和当前状态，可以切换视频监视；
有关值班部位之间可以通过电子留言板相互通报有关情况，所有交流内容记录备案；
多种监控设备可以根据要求相互切换，配合使用。
2.4港区舰船任务计划的跟踪和调度
为加强对港区舰船的管理，需要对舰船任务计划实行跟踪以及调度。
目标信息的整合显示：
把数据库中移动目标和雷达或光学成像视图中目标通过唯一性的ID标号建立关联，构成完整的目标监视和日常情况查询结构。
值班员可以查询目标的任务计划，跟踪目标的移动情况，对可能出现的危险进行预警，对任务进行修改并通过其他通信手段送达目标；
利用数据库平台，以电子报表方式完成港区作业计划通报、查询；
和战勤、装备等作业部门的业务系统相结合，对港区物资调配情况实现网络化全程监管、查询；
2.5港区交通管制
在系统具备了对全港区动态目标的实时监控能力后，通过指挥调度中心即可实现对港区交通的管制，
调度港区车、船有序的执行各项任务；
对事故的判断和救援；
对不明目标实现预警；
为大型船只的进出港口提供时间、航行路线等标识。
2.6与港口主要业务应用系统的集成
港口目前现有的各种信息、业务系统是整个港口现代化的遗产系统，虽然已经满足不了港口当前现代信息化建设的要求，但其仍正在发挥着一定作用，所以本系统将提供标准化的对外接口，以便可以最小的代价将各种遗产系统集成起来，同时系统提供开放式接口，为未来系统升级换代提供便利。
2.7系统管理
用户角色和权限管理：
建立完备的授权和CA认证机制。
根据登陆用户的职责分配有关的操作权限，确保系统的使用安全；
系统运行状态管理：
配置系统各种运行参数，提高系统的灵活性；
数据管理：
对各种监控信息统一管理，确保数据的完整和安全。
3技术方案
3.1设计原则和思想
系统的设计方案应体现系统性、先进性、标准化、可扩展性，采用开放技术、可靠性、安全性、实用性、易维护和升级的原则。
安全性原则：
安全是系统的最低要求，整个系统具有良好的安全管理功能，从数据传输、存贮、检索、提取、入库、发布、管理等各个层面和角度都具有相应的安全机制，并建立一个安全实用、全面的计算机网络管理系统；
系统性原则：
从系统论的观点出发，以实现系统总体功能为目的，来构建整个系统结构，以达到最优化的目标；
先进性原则：
系统设计的技术水平应达到国内外同期同类系统的整体水平，并保证系统在今后一段时间不落后；
标准化原则：
坚持标准有二层含义，一是坚持技术标准和采用主流技术，保证系统开放灵活，并具有坚实的可持续发展基础；二是采纳业务部门通行的业务模式和业务处理方法；
可扩展性原则：
在发展迅速的IT领域，应用环境，系统的硬件或软件都会不断地加以更新，因此，系统的可扩展性以及前后兼容一致性好坏决定着系统的发展步伐；
采用开放技术原则：
开放技术是业界的主流技术，采用开放式系统平台已成本开发商、集成商和用户的共识，因为开放不仅意味着标准，也意味着用户能够以更小的投资获得更高的性能，同时降低整个系统开发和维护成本；
可靠性原则：
由于XX港口业务的关键性，本系统对可靠性有着很高的要求。
一方面要强调整个系统高可靠性，不仅能够在正常情况下的稳定运行，而且保证在意外情况故障或重负载情况下系统的稳定性，另一方面要保证在业务高峰期间的系统响应能力；
实用性原则：
提供友好的用户操作界面，具备直观易用的人机界面，使得系统操作方便、快速、简捷，满足业务人员日常工作习惯和流程；
易维护和升级原则：
系统易于维护，在系统建设和开发过程中的每个环节，遵循有关国际、国家主流技术标准。
系统的总体设计思想是应用系统功能模块化、设备及接口标准化，软件平台技术通用化。
3.2总体架构设计
根据前述的港口监控管理的功能需求，系统总体架构可以分为三部分（层）：
港口监控、信息处理与业务应用系统。
其中港口监控主要是完成各种监控设备的集成和使用管理。
各监控设备通过工业标准数据总线连接，相互配合共同完成港口监控任务。
信息处理是根据港口各部分的业务流程对监控设备所采集到的数据进行整合，并分别提供给相应的部门。
业务应用系统部分是以作战部门牵头，其他部门作为辅助的信息与控制系统，分别执行航行管制、码头补给、兵力任务计划等业务。
系统框图如下：
系统总体框架
中央监控系统：
系统在目前港口管理设施的基础上建立中央监控系统。
中央监控系统是港口监控管理系统的枢纽，各业务系统可将有关业务信息上报中央监控系统，由港区最高管理层统一指挥调度。
中央监控系统也是唯一可直接控制各监控设备的地方。
根据需要可建立多个备份冗余监控系统，增强系统的可靠性。
港口监控层：
通过各种标准监控设备，主要是雷达、光学成像系统、CCD等，完成对港区有关目标的监控。
该层系统设计的核心是如何选择可以满足用户当前和未来需求的标准化设备，并集成起来。
信息处理层：
监控层设备输出的各种信号经监控总线传输到指定的数据处理中心（分布式），在这里各种信号依据各业务应用的特殊要求，转化为标准格式，以指定的传输协议加载到有关数据库或中转站，在上层业务应用系统提出需求后，分发传送到指定的应用系统服务器。
业务应用层：
港区监控的最终目的是完成各种业务应用。
各业务应用的内容以模块化的方式独立开发，共同使用共享的数据接口。
从而简化系统开发工作量，提高系统可靠度，并增加系统的可维护性和管理的便捷性。
港内车、船工作任务各不相同，港口管理人员需要将港口作业的任务计划和移动目标对应起来，判断其状态，需要利用数据库系统对任务计划查询。
在定位基础上，利用开放的数据库平台，将港口军械、物资调配的业务整合，把基于电子海图的位置监控和基于电子报表的业务计划、物资调度结合起来。
实现对港口内日常勤务作业和战勤保障作业的全时、全程、全员管理。
作战部门通过电子海图了解港区兵力部署情况，可以查询兵力的任务、计划和后勤调度情况，可以和战勤、战勤物资、军械部门交流工作计划和了解情况。
界面可以分配给不同部门，航行管制、码头补给、兵力任务计划等可以分别给航保、战勤、作战部门或其他有关部门，各自的作业流程相互独立，相互之间可以通报工作计划，值班员之间可以通过文字交流，用数据库查询情况。
这样，基本上可以把港口作业有关的值班室联系起来。
以作战牵头，其他部门作为辅助，各自业务独立，相互之间可以交流情况。
港口监控管理系统界面示意图
3.3系统开发技术路线
本系统的建设需要软件、硬件、管理等多方面得配套协作。
监控设备主要从用户需求角度出发，购买有关成熟产品，完成系统集成。
系统开发的核心是各种配套软件的研发，这里主要围绕软件开发建设的技术路线展开描述。
从安全、性能、成熟度等方面考虑，软件应用系统将以J2EE为技术开发平台，根据系统所划分的各个模块使用相应的开发技术。
系统采用B/S架构（浏览器/服务器），实现客户端的零部署，架构的总体设计贯彻SOA的思想，采用MVC（模型-视图-控制器）架构。
J2EE是一个开放的、基于标准的开发和部署的平台，用于构建N层的、基于Web的、以服务端计算为核心的、模块化的分布式应用。
J2EE技术正在成为开发基于网络和事务处理的业务应用程序的一种广泛使用的平台技术。
它由一整套服务（Services）、应用程序接口（API）和协议构成，全面支持开发基于Web的多层应用。
J2EE平台提供了一个多层结构的分布式应用程序模型，该模型具有重用组件的能力、基于扩展标记语言（XML）的数据交换、统一的安全模式和灵活的事务控制。
根据系统总体架构设计，我们可以将信息处理层和业务应用层进一步细化分为五个部分：
客户应用展现层：
客户应用层是系统用户接口，大部分采用浏览器环境。
通过portal等技术建立展现平台，方便用户在这个界面上提出服务请求。
监控中心的客户端采用Java桌面应用程序，保证其可移植性和安全性。
业务流程建模：
通过反复的用户沟通，明确港口各宏观业务需求，从而准确的对有关业务流程建模，这一部分的工作独立于服务设计和部署层，通过添加敏捷方法来应对需求变更的情况。
网络服务层：
是整个系统架构的核心层，它承上启下，对上响应业务模型，对下调用相关组件群完成业务需求,形成“业务驱动服务、服务驱动技术”的SOA事务处理格局。
服务可以根据粒度分层。
虽然细粒度提供了更多的灵活性，但同时也意味着交互的模式可能更为复杂。
粗粒度降低了交互复杂性，但敏捷性却下降。
基础组件层：
网络服务层的各个服务由各种专业功能组件构成。
这些组件包括：
数据分析组件、Web图表组件、数据ORM组件等。
基础组件层是相关组件发挥作用的场所，理想情况下这些组件也是平台无关的。
系统软件层：
这一层包括操作系统、数据库管理系统、商业智能（BI）等异构系统，是一个集成的支撑平台。
支撑平台的产品选择依赖于用户对系统总体性能的要求和技术条件。
整个系统由业务建模开始，通过定义业务过程，得到服务模型，它是平台无关的，实现了模型与实现的分离。
系统初步的网络结构图如下，应用服务器可以和Web服务器共用一台机器。
客户端主要负责人机交互，包括一些与数据和应用关系的图形和界面运算；WEB服务器主要负责对客户端应用程序的集中管理；应用服务器主要负责应用系统的逻辑结构和数据关系，即事务处理。
应用服务器又可以根据其处理的具体业务不同而分为多个；数据服务器则主要负责数据的存储和组织、分布式管理、备分和同步等等。
各业务应用系统（除中央监控系统）采用浏览器/服务器结构（B/S）的优点：
浏览器界面易学易用，使用者无须太多技术知识
降低安装和维护费用
升级简便，只须在应用服务器端进行升级操作
客户端无应用程序，保证瘦客户机运行
充分保护现有信息资源,避免重复投资
支持跨平台的应用程序
扩展传统的C/S系统
远程等同于本地
容易集成最新的技术
中央监控系统采用C/S（客户端/服务器）架构。
为保证开发进度要求，提高系统成熟度、运行的可靠性，在开发中我们采用了一系列成熟可靠的技术：
ArcGIS—电子沙盘
OpenGVS—三维实体建模
MapObjectForJava—GIS
SWT—Java快速桌面应用开发平台
Struts架构、Spring架构—Web框架
Jclass、JfreeChart—图表工具
EJB、Hibernate—ORM工具
IDE：
Eclipse、Jbuilder、WSAD
系统的安全性设计采用基于JAAS（Java授权与认证服务）的标准架构，以用户认证、权限管理、数据加密传输等内容为核心，全面保证系统的安全性。
同时在保证安全性的前提下，提高系统的可移植性。
为保证系统软件的开发质量，我们采用一整套软件工程环境配置工具软件辅助完成应用系统全过程开发的管理和监控。
系统建模平台：
Select
需求分析管理系统：
Dragonfly
软件开发版本控制系统:
Firefly
测试：
Junit
过程管理平台：
Butterfly
3.4软件系统运行环境配置
整套系统的软硬件环境主要分为两大类：
一类是各种监控设备，第二类是软件系统运行环境配置。
监控设备的选择将依据用户对系统得详细功能以及性能要求确定，这里只对软件系统运行环境给出参考配置。
系统采用J2EE（JEE5）技术平台开发，系统运行环境如下所述。
3.4.1硬件配置
数据库服务器：
IBMAIX系列服务器（预装Linux或Unix）或HPML系列服务器。
应用服务器：
IBMAIX系列服务器（预装Linux或Unix）或HPML系列服务器。
Web服务器：
可与应用服务器共用或独立高可靠性工作站。
3.4.2软件配置
操作系统：
与服务器搭配使用。
数据库管理系统：
Oracle10g
Web应用服务器：
Weblogic或WebSphere。
3.4.3客户端要求
Web浏览器。
3.5港口综合监控
进出港口的车、船众多，分属不同单位，难以要求其全部安装自动报位设备，因此更适合以雷达定位方式掌握其运动轨迹，实现交通管制并处理应急突发事件。
但雷达的自身特点决定其更适合较大范围内较大目标的监视，且雷达的成像技术并不十分成熟，对目标特性的识别有局限。
而港口移动目标的种类和尺寸范围都很大，天气及海洋等环境状况复杂，所以必须以其他方式辅助雷达完成整个港区全天候的监视，红外探测技术是一个好的选择。
此外，对近距离目标特性的详细识别也是港口监控管理的需求之一，而CCD是比较适合的方式。
综上所述，港口监控的基本设备类型配置如下：
雷达：
远距离、大目标，识别目标位置、速度，跟踪轨迹。
红外：
辅助雷达完成全天候大范围内目标监视，加深对目标特性的识别，比如形状、类别等。
CCD：
监视近距离各种目标，配合管理系统完成航行管制、码头交通管制等任务。
三种设备综合使用，相互配合，共同完成对全部港区的监视。
综合监视系统示意图
3.5.1雷达探测系统
3.5.1.1雷达原理
雷达是用来发现目标并对目标定位的电磁系统。
雷达的基本构成包括：
辐射某种振荡器产生的电磁能的发射天线、接收天线、能量检测装置或接收机。
发射信号的一部分镇反射物体、（目标）截获以后，并向各个方向再辐射。
返回方向的再辐射能量对于雷达是最有意义的。
接收天线收集返回的能量并将它送到接收机，经过接收机的加工处理，判定目标是否存在并提取它的位置和相对速度信息。
目标的距离可以通过测量雷达信号到目标往返的时间确定。
目标的方向或角位置可以由反射波前到达的方向决定，测量到达方向的常用方法是利用狭窄的天线波束。
当目标和雷达之间存在着相对运动时，反射波载频的变化（多普勒效应）是目标的相对（径向）速度的度量，这样可以从固定目标中区分出运动目标。
在对目标运动进行连续跟踪的雷达中，还可以作到连续地指示目标位置的变化速率。
目标斜距的测量：
其中R为目标到雷达站的单程距离,以米为单位；Δt为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔,以秒为单位；c为光速为3×108米/秒。
目标角位置的测量：
测量回波信号最强时的天线的方位角和俯仰角。
相对速度的测量：
测多普勒频移
其中fd为多普勒频移（赫）；
为雷达与目标之间的径向速度（米／秒）；
为载波波长（米）。
现以普通脉冲雷达为例来说明雷达的基本组成及其作用。
它主要由天线和天线开关、发射机、接收机、终端设备、天控设备及定时器等所组成。
雷达工作时,定时器控制发射机，产生高频大功率的脉冲串，经过定向天线向空间辐射电磁波。
在天线控制设备的作用下，天线波束按照指定的方式在空间扫描。
当电磁波照射到目标时，二次反射电磁波的一部分到达雷达天线,再经由接收机进行放大、混频等处理以后，送到雷达终端设备，以进行对目标的观测。
系统框图如下：
终端设备完成对信号的处理,并将雷达的输出转换成观察者所要求的形式。
近代雷达一般采用数字式信号处理方式,它的终端设备就是专用的电子计算机或通用的电子计算机，最后输出以数码或符号显示，而普通雷达的终端设备就是显示器。
框图如下：
3.5.1.2雷达信息处理
雷达信息系统对雷达信息的处理过程，包括“一次处理”和“二次处理”（或称为“一次加工”和‘二次加工”），其功能是：
1）自雷达接收机的输出中取出目标回波，判定目标的存在；
2）录取目标的坐标；
3）录取目标的其它参数，如船型、船数、国籍、发现时间等，并对目标进行编批。
目前使用是全自动录取。
全自动录取整个的过程是从发现目标到各个坐标读出，完全由设备自动完成，只有某些辅助参数，需要人工进行录取，全自动录取设备的组成如下图所示，图中信号检测设备能在全程对信号进行积累，根据所规定的准则，从积累的数据中判断是否发现了目标。
当发现准则被满足时，检测器自动送出发现目标的信号，我们就利用这一信号，去录取目标的坐标和发现目标的时间。
目标的坐标数据是在雷达同步信号的控制下，以一定的计数编码部件来录取的。
由于录取设备通常是在多目标的条件之下工作的，所以距离和方位编码设备能够提供雷达整个工作范围内的距离和方位数据，而由检测器来控制不同目标的坐标录取时刻。
图中的排队控制部件是为了使录取的坐标能够有次序地送往计算机的缓冲存贮器中去．并且在这里可以加入其他一些参数。
自动录取设备的优点是录取的容量大，速度高，精度也比较高，因此适合于自动化防空系统和航管系统的要求。
由于没有人工参与，要使系统的工作正常,自动录取设备的各个部件就必须十分可靠稳定。
现在，由于电子器件的可靠性改善了，大面积集成电路的广泛使用，以及雷达的抗干扰性能进一步提高，所以自动录取设备已经能够稳定可靠地工作。
在录取了目标的坐标以后，还需要了解目标的某些特性，例如识别敌我、船型、船数，此外，还要求录取发现目标的时间，以及对已发现的目标编号。
所有这些任务，统称为目标特征参数的录取。
这是比坐标录取更复杂的问题。
在敌我识别中，要识别目标是属于敌人还是我们自己的，在作战过程中是非常重要的任务。
在航行管制系统中，存在着类似的问题，这就需要识别已经发现的目标是属于航行计划中已经编批的，还是在计划以外的其他目标。
敌我识别（1PF）系统。
由地面询问站发出询问信号，应答器接收到询问信号以后，如果认出是自己方面发出的询问，就发回一个脉冲给地面站，否则就不给问答。
雷达处于搜索状态时，每次扫过搜索空域都能获得多个回波信号。
这些回波可能是由真实目标产生的，也可能是由虚警、杂波和干扰等引起的。
为了在搜索的同时跟踪多个目标，就必须区分出真假目标回波，判断各次扫描中获得的数据哪些是属于同—目标的，并把它们连接成目标航迹。
边扫描边跟踪体制可以实现这种功能。
在先进的边扫描边跟踪雷达中，搜索和目标数据的录取方法与常规雷达基本相同，而目标分类和航迹建立是用数据处理的方法实现的。
为了能够可靠地跟踪多个目标，需要精确地预测目标点迹和正确地连接跟踪轨迹（简称跟迹），因此跟踪滤波和跟迹互联是边扫描边跟踪系统中的两个关键的技术问题。
多目标跟踪系统的性能主要取决于跟踪滤波的精度和跟迹互联的质量。
跟踪滤波可以采用最小二乘滤波、维纳滤波、常增益滤波和卡尔曼滤波等。
跟迹互联则是采用各种概率方法。
多目标跟踪中的其他问题，如建立或撤消航迹、航迹质量评定以及威胁判断等，都是一些判定程序，它们可以根据具体雷达辅助技术和战术指标来设计。
在—次扫描获得一批数据后，首先要将这些观测数
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