船舶GPS监控系统.docx

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船舶GPS监控系统

GPS/GPRS（CDMA1X）

水上交通管理监控系统

解

决

方

案

武汉长江通信产业集团股份有限公司

2007年1月

1.系统概述

1.1前言

水上交通管理监控系统不仅将促进水上安全管理和水运行业管理水平跃升到一个新的台阶；同时，通过将先进的综合信息管理网络资源、安全监察管理资源向行业市场开放，进一步向市场提供服务功能，将对扶持水运行业企业提高市场竞争力发挥重要的积极作用。

通过对综合信息化管理系统、先进设备的研发及应用，不仅为水路运输业奠定了良好的发展基础；同时，也对提高中国水路运输整体信息化应用水平作出了贡献。

1.2系统目标

系统定位是一个基于现代卫星定位和无线数据通信技术的、开放的、面向多用户、多种应用的水上安全动态监控及预警综合服务平台，是针对水上安全管理的现状和特点，利用GPS卫星定位技术、GPRS（CDMA1X）移动通信技术和GIS地理信息系统技术等高新技术建立的水上安全管理监控平台。

系统通过防撞预警、船岸及船只之间的信息快速传递，实现主动防范、快速救援及航运信息一体化，提高安全防范和管理预控能力，降低水上安全事故率和减少人民群众的生命、财产损失，以促进航运事业的发展。

系统建成后将首先用于港航管理局的水上交通安全管理的需要,在此基础上，系统还要面向航运企业和船舶提供有偿的增值服务，以确保此系统持续的运营和长久的生命力。

这些航运企业和相关用户，可通过ASP方式建设自己的网站，并共享系统的软硬件资源，可以使用户以较少的投资，较快的速度建设起自己的服务体系。

考虑到这些用户的真正需要，提供并方便定制他们所需要的应用是系统的另一项主要工作。

基于以上的考虑，我们可以确定系统的总体系统目标为：

在充分考虑系统先进性、开放性、安全性、可靠性以及访问效率前提下，建立一个以电子江图、GPS定位和移动数字通讯为技术核心的综合服务平台，以灵活的平台结构和综合的服务功能为水上交通安全管理提供有价值的信息服务，并向航运企业及船舶提供生产调度和电子导航等相关增值服务。

2.系统总体设计

2.1系统设计思想

◆先进性:

在系统结构和技术应用上体现系统的先进性，搭建的系统平台是一个多功能的平台，通过合理的功能模块和逻辑结构的划分，使之能方便地拆分组合，适应多种应用；所应用的技术紧跟技术和时代的潮流，以用户为中心，充分运用互联网的优势，实现Client/Server和Browser/Server的两种技术架构，满足不同用户的需求。

◆开放性:

本系统要设计成一个开放平台，不仅为港航局的安全管理服务，也可以为其它的航运企业和社会公众服务。

系统平台以电子地图和通讯网关为核心，任何用户只要有类似的需求，要用到地图和通讯服务，都可使用系统提供的API和服务引擎，通过其自身开发或系统提供的ASP服务，方便地连接到系统的服务平台。

用户不用昂贵的系统投资，就可开通自己的服务。

◆安全性:

本系统要设计成一个授权访问平台，任何用户要使用系统的数据和通讯服务，都要经过系统的授权，向中心交纳服务费用，用户每一次访问本系统平台，都要经过系统的鉴权，XX的用户是不能使用服务的。

同时系统要设计的足够健壮，防止有人对系统的恶意攻击和偷窃数据。

◆可靠性：

本系统要设计成一个高可靠性的服务平台，由于要面向众多团体或个人用户，特别是团体用户可能会依托本系统平台构建其自己的服务平台，所以要求系统能够长时间稳定的工作，必要时要建立备份服务平台，以并行或主从方式工作，相互进行实时的数据备份，一旦一个系统平台故障，另一备份平台能立即投入工作。

◆高效率:

要求对系统的访问效率要足够高，包括较快的地图调出速度和较快的网页刷新速度，避免让访问者长时间等待的痛苦。

同时系统要能支持多用户的同时访问，避免因系统某一环节的瓶颈造成整个系统访问效率的低下，达不到实用的效果。

2.2系统结构

2.2.1系统的拓朴结构

系统的拓朴结构示意图如下所示：

从图中可以看出，系统大致分为七个子系统：

A.船载终端和其它用户终端

负责数据采集和数据通讯的前端设备，担负着对船舶定位信息或运行状态等重要数据的采集及上报，以及接受调度控制命令的系统任务。

B.数据库子系统

是系统负责数据处理的中心设备，负责对系统核心数据的存储与管理，负责用户终端采集数据的处理和存放，以满足用户对信息数据的查询需求。

中心服务器主要包括如下数据库访问服务：

存储和处理用户信息、船舶行驶记录、报警记录、通信信息的历史数据记录等。

C.地图子系统

是系统负责地图数据处理的中心设备，以满足用户对地图信息数据的查询需求。

包括地图的漫游、放大、缩小、回放等处理。

由于要对大量用户同时提供地图的服务，因此，对服务器的性能和可靠性要求较高。

D.通讯子系统

是系统中负责数据传递的枢纽，负责用户终端采集数据的上传和系统调度控制命令的下达，它由短消息通讯网关或GPRS（CDMA1X）网关配合移动通讯运营商或其它通讯服务商的短消息服务中心设备实现数据传递，信息缓存，协议和代码转换等功能，并实现：

◆与用户终端的接口；

◆与短消息中心的接口或GPRS（CDMA1X）接口；

◆与数据库子系统的接口

◆与其它应用的接口

E.网管子系统

是系统中负责网络管理的子系统，负责对系统中的网络流量、运行状态进行监控，完成对终端的初始设定，并对用户对网络的使用进行计量和计费，进行用户（组）管理，收费管理等，以满足运营的要求。

F.应用子系统

是系统中负责实现最终应用要求的子系统，如实现船舶基本信息查询，定位跟踪，历史轨迹回放等；提供预警及违章管理报警功能，如发出警示指令，做出防碰撞、会船、追越等预警功能，提供快速搜救的帮助。

提供电子导航和生产调度等功能。

G.监控中心子系统

是系统或用户进行监控管理和查询的窗口，按照用户的查询要求向系统中心服务器提取数据；也可以经由系统直接向用户发送管理调度命令。

◆互联网查询终端：

对经过授权用户提供通过互联网网站来查询所关心船舶或航线、旅游线路等信息。

◆用户监控终端：

用户直接连接到互联网，或用户通过与中心相联的VPN网络监控和调度船舶的运行。

◆管理中心监控终端及监控大屏投影墙：

运行管理监控软件，用于对用户终端进行收费管理，参数配置，开启或关闭服务，集中发出管理指令以及接收点告警信息的终端及大屏投影墙。

◆呼叫中心功能。

2.2.2系统的逻辑结构

系统的逻辑结构示意图如下图所示。

从这个图中可以看出系统各功能模块的逻辑组成及他们之间的相互关系。

系统的核心技术在于系统的服务引擎，包括：

地图服务引擎、数据库服务引擎和通讯服务引擎，它们负责接受用户的服务请求，执行相关的处理操作，然后将结果返回给用户。

系统支持C/S和B/S两种结构，C/S结构客户端软件特点功能强大、速度快、易于二次开发，适应用船只较多的船运企业，B/S结构采用浏览器/服务器模式，操作简单、只需拥用一台能上Internet的PC即可监控，适用于小规模的船运企业或个人用户。

访问鉴权引擎是为了实现一个授权访问的需要，因为使用系统的数据和通讯服务不能是无偿的，要向中心交纳服务费用。

因此用户应用系统每一次访问本系统平台，都要经过系统的鉴权。

3.系统服务

3.1水上安全监控

3.1.1服务对象：

港航管理局

3.1.2服务功能:

◆安全预警：

做出防碰撞、会船、追越、航道障碍物等预警功能；

◆违章报警：

对违章航行发出警示指令，制止违章航行；

◆实现船舶基本信息查询，定位跟踪，历史轨迹回放等，为快速搜救提供指挥的帮助；

◆提供港航集群通信和船岸通信、船只间通信的新方式，如网中网集群、CDMA数字移动通信；

3.1.3服务方式

通过管理监控中心的各种应用软件和设备为行业管理提供服务。

3.2电子助航

3.2.1服务对象：

船长和船员

3.2.2服务功能:

◆安全预警：

接受防碰撞、会船、追越、航道障碍物等预警信号，以便做出相应的航行操作；

◆违章报警：

接受对违章航行发出警示指令，以避免违章航行；

◆集群通信和船岸通信、船只间通信，如网中网集群、CDMA数字移动通信；

3.2.3服务方式

通过安装在船上的船载GPS终端配合系统提供的通迅服务提供相应的功能。

按流量或以月费／年费的方式缴纳服务费。

3.3船舶定位和调度

3.3.1服务对象：

船运企业

3.3.2服务功能

◆船舶的定位与实时跟踪，轨迹存储与回放：

查询某船舶过去的行驶记录情况，以列表的方式显示或在电子地图上回放。

◆集群通信和船岸通信，如网中网集群、CDMA数字移动通信，通过调度系统发送管理调度信息；利用系统提供的一手信息提供运输信息服务，如为货主提供货物追踪功能，为乘客提供船期公告等；

3.3.3服务方式

通过网络与监控中心相联，运行本地的生产调度软件，按流量或以月费／年费的方式缴纳服务费。

4.系统功能

4.1实时定位监控跟踪

船载终端隔设定时间自动上传一条位置数据，系统收到位置数据后，实时更新船舶在地图的位置，实现船舶实时监控。

用户选择某台船舶跟踪，跟踪的船舶将始终在可视区域，电子地图随船舶移动而移动。

4.2节点设置管理

用户在船舶经过的路线上设置节点，同时将节点下发存储到船载器终端，当船舶经过设置节点框时，

设备主动上传经过节点的信息，监控中心收到后将数据保存。

用户无需每时每刻在电脑旁守候，只要通过查询节点统计数据便知船舶是否照指定时间到达指定区域。

4.3电子栅栏设置管理

用户可自定义设置船舶行驶区域、船舶行驶路线，然后将定义信息下载到船载终端，此时船舶只能在规定区域或路线中行驶，若船舶违规，系统自动识别，产生船舶报警信息，同时在监控中心发出报警声音。

反之，规定船舶不能进入某区域为同样原理。

4.4船舶历史轨迹回放相关管理

船舶历史轨迹回放提供运动、点轨迹、全轨迹三种回放模式。

同时可以区分停船、报警数据。

用户可以对指定船舶的任意时间内的轨迹进行回放。

回放过程中，用户可知船舶任意点的速度、方向、

时间、报警状态。

回放速度可自行调节。

同时对违规停船时间及地点、报警地点时间及地点作统计记录。

4.5作权限管理

系统可严格的设置与管理权限。

根据工作的权限不同使用系统的权限不同，由系统管理员统一进行

分配。

可实现一机多用户查看不同船舶，多机一用户查看相同船舶。

也可设置为工作站共享服务器数据。

4.6船载终端IP地址远程更新

船载终端添加或修改IP地址，可进行远程修改。

4.7数据保存补报

当船舶行驶到GPRS（CDMA1X）信号盲区，会自动将定位数据保存到船载终端，待GPRS（CDMA1X）信号接通后，自动将定位数据包上传监控中心。

4.8客户分控中心支持因特网远程下载

国家法定节假日或其他原因导致客户端监控中心未启动，可通过因特网远程下载历史定位数据。

4.9数据保存功能

网络中心及用户端分控平台设置各类动态、静态数据库，可保存入网船舶的行驶定位数据。

其保存时间由总监控中心服务器存储空间决定。

4.19应急（应劫）报警

当遇有紧急险情（如机械故障等），马上按动应急报警按钮，设备自动向监管中心警，监管中心即刻弹跳出红色报警幕，并辅以声光报警提示系统监管员船舶处于紧急状态以及船舶所在位置。

也可将报警相关信息发送到事先设置的指定负责人手机。

经核实后，进入警情处理程序，助您脱险

4.11越、入电子栅栏报警

当船舶行驶超出或驶入所设定的范围时，系统会弹跳出报警窗口显示该船超出或驶入规定范围，并作统计记录。

4.12超速报警

对船舶分别限制速度，一旦超过限定，船舶自动报警，系统会弹跳出报警窗口显示该船行驶超速，并作相关统计报表。

4.13里程统计

统计里程通过船载终端自行运算，当监控中心下发统计指令，船机接收到指令自行统计公里总里程，

当船机接收到返回里程指令后，自动上传，同时清零备下次统计。

正常工作下公里里程总误差不超过3%。

4.14超时停舶报警

可对该船舶停舶时间作出限制，当超过规定时间后，系统自动弹跳报警窗口显示该船停船超时并作统计。

4.15远程参数设置

1、以对船舶行驶上限速度、违规停船时间、断电报警启用或关闭、船载电话通话权限等远程设置。

2、用户可分别选择指定船舶进行监控，通过点名、查询、跟踪等指令，让船载设备上传当前最新位置数据；返回当前工作状态及当前参数设置值；通过静默指令命令让船载设备不主动上传位置数据，保持静默；通过单点发送指令恢复主动上传数据。

4.16查询统计

可对各类报警记录、船舶状态、进出节点数据、、已下发工作任务单查询，监控日记查询、用户交接班数据进行查询。

4.17船舶资料管理

可对公司船舶号码、船员联络号码、自编号、吨位、颜色、照片、等实现无纸化办公，支持船牌号模糊查询、船队查询、报废船舶查询等方式。

同时可导入EXCEL生成报表文件，支持打印。

4.18船员资料管理

基本资料维护：

如船员姓名、出生日期、身份证号、驾驶证实现无纸化办公。

支持按按出生日期、学历、离职船员（新增船员资料时会自动检索之前是否已存在）、身份证等查询。

4.19客户资料管理

由用户自行输入，通过后期数据查询服务。

4.20软件系统预留对接接口

4.21支持外接摄像头

船载终端支持1路摄像头。

可将数据打包上传监控中心。

4.22支持与船舶其它接口连接

船载终端支持RS232和RS485标准接口，可接船只的其它运行状态信息。

4.23WEB子系统

用户可以通过浏览器（IE或Netscape等）访问Web定位服务站点并登录认证。

登录认证通过WEB系统来完成。

登录成功后，操作人员就可进行船舶定位操作，主要有以下功能：

✧船舶定位

首先，用户要选择要定位的船舶。

这可有多种方式：

输入船舶号码、输入船载机ID码、根据用户名或用户编号查询所属的所有船舶等。

选择船舶后，还可输入船舶定位数据回传间隔即回传次数等参数。

用户操作提交后，系统首先会从数据库中查询出船舶上一次的位置，在浏览器窗口中显示出来。

当船舶定位数据上传后，在把新的数据显示在浏览器窗口。

Web上的定位服务

浏览器窗口中显示船舶位置

在Web上除了提供船舶定位服务外，还可为公众用户提供地图服务。

用户通过浏览器（IE、Netscape等）访问地图服务站点，即可进行地图查询等操作。

Web地图服务主要包括以下功能：

✧地图的放大、缩小、漫游操作

在浏览器中可以对选定某一点，对地图进行放大、缩小、漫游的操作，地图将自动显示当前的比例尺；

✧关键字查询

用户输入关键字，可在地图中进行模糊查询；

5.终端简介

GPS/CDMA1X船载终端为用户船辆同监控中心交流数据的设备，它是一种收发数据通信模块和卫星定位模块集成的产品。

（一）船载终端技术指标

（1）、GPS定位指标

●内建新一代高性能、低功耗SiRFⅢ芯片组

●接收通道；20接收通道；

●接收频率：

1575.42MHz

●灵敏度：

-159dBm

●定位精度：

无SA情况下，10米；

●速度精度：

0.1米/秒；

●冷启动时间：

≤42秒；

●热启动时间：

≤1秒；

●输出数据格式：

NEMA0183格式。

（2）、供电电源

●电压：

11-36V直流；

●电流：

＜200mA。

（3）、工作环境

●工作温度：

-20℃-70℃

●相对湿度：

10％-90％

（4）、可靠性

●MTBF20000小时。

（5）、电磁兼容性

●符合电磁兼容国家标准。

（二）、特色

（1）、船载终端的稳定性有相当部分因主机死机现象造成（主机未损坏，电源插头拔掉重启即可）。

设计为船载终端能自动判别是否同GPRS（CMDA1X）网络掉线。

若掉线，终端不断重拨，若干秒连接不上，通讯模块自行重启，若干秒后仍连接不上，船载终端自动掉电重启。

（2）、采用防水、防尘和防爆外观设计

（3）、良好的扩展性

（拥有输入输出扩展接口）

（4）、超电压保护机制

船机到36V时船机自动停止工作，船机低于36V自动工作。

（5）、良好的稳定性

（终端平均无故障运行时间>10000小时）

（6）、盲区补报

独特的盲区补报功能，当网络无信号时终端可存储200条记录，网络接通时一次性补报。

GPS/GPRS（CDMA1X）船载终端主机

显示屏摄像头