航标遥测遥控系统的研究与实现

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摘要: 航标遥测遥控系统是为了满足海事管理部门对航标实时定位测控需要而建立起来的一个现代化的监控系统。本文阐述了航标遥测遥控系统的实现意义、指导思想以及功能和组成。该系统由灯器监控终端、中心站监控、客户端用户组成。数据传输采用GSM通信、GPS通信等多种手段相结合的方式,保证数据传输的稳定性、可靠性。中心站监控采用高性能计算机、收发设备、差分GPS 处理技术以及满足国际海道测量组织(IHO)和国际海事组织(IMO)有关标准的电子海图,保证了实时数据处理分析的及时、可靠。系统的实际运行效果良好。

Abstract: The telemetry buoy remote control system is designed to meet the maritime administration of the beacon location and monitoring needs and is a modern monitoring system. This paper describes the significance, guiding ideology and function and composition of the remote monitoring and control system buoy. The system is monitored by the light device terminal, central station monitoring, the composition of the client user. Data transmission uses GSM communications, GPS communications and other means of combining methods to ensure the stability and reliability of data transmission. Central Station Monitoring uses high-performance computers, sending and receiving equipment, differential GPS processing technology and the electronic charts which meet the International Hydrographic Organization (IHO) and the International Maritime Organization (IMO) standard, to ensure the real-time data analysis timely and reliable. System actually works well.

关键词: GPS;ECDIS;航标;遥测遥控

Key words: GPS;ECDIS;navigation mark;remote control

中图分类号:U644.1 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0154-02

0引言

随着海洋交通运输业的发展,船舶趋于大型化、高速化,船舶数量和水域交通密度及危险货物装载量不断增加,海上交通事故及经济损失呈增长趋势,严重威胁船舶航行安全及海洋生态环境。因此,在大力发展海洋交通运输业的同时,应探索运用新的技术,提高海上交通的安全,保护海洋环境。航标系统是海上交通安全保障体系的重要组成部分。对航标的有效监控和管理,确保航标信息的准确性,为满足船舶安全航行需求提供更好的服务是非常重要的。

航标遥测遥控系统正是为了满足海事管理部门对航标实时定位测控需要而建立起来的一个现代化的监控系统。本文研究的航标遥测遥控系统是集全球卫星定位系统(GPS)、全球数字蜂窝移动通信技术(GSM)、电子海图信息与显示系统(ECDIS)和计算机网络技术为一体的综合性高科技应用系统,实现航标实时监控管理和航标信息的,使船舶及涉海部门及时、准确、方便获取航标信息,为进出海域的船舶保驾护航。

1系统的功能和构成

航标遥测遥控系统是基于TCP/IP互联网络协议建立的海图应用系统,包括海图基础平台和航标遥测遥控、数据通讯部分,其中海图基础平台能向用户提供完善的电子海图显示与控制、导航、海图作业服务,并向系统的维护者提供严格的管理手段与监视措施,实现全网海图资源共享和作业评估的信息服务平台。数据通讯部分由全球卫星定位系统(GPS)、全球数字蜂窝移动通信技术(GSM)组成。

系统的工作原理就是利用GPS天线和接收模块获得航标的经纬度定位数据,通过传感器采集航标灯工作状况和参数,定位信息和状态参数经过单片机处理后,通过GSM模块按照设定的方式和时间传输到监控中心计算机上。中心站监控采用高性能计算机、收发设备、差分GPS 处理技术以及满足国际海道测量组织(IHO)和国际海事组织(IMO)有关标准的电子海图,保证了实时数据处理分析的及时、可靠。

系统共设有三种计算机级别:灯器监控终端(灯塔)、服务器(中心站)、客户端。如图1所示:

灯器监控终端负责检测航标工作状态、采集、存储数据;按定时指令,将存储数据传给中心站;遇到特殊状态,或灯标运行到报警值时,将即时采集数据传递给中心站,实现报警或预报警。

服务器是由电子海图操作和控制终端组成。电子海图操作部分负责存储电子海图数据、航标数据、分发海图资源、并监控用户海图作业、实时显示船舶、航标的当前位置和轨迹等功能。控制终端部分负责定时、定序接收终端站传回数据;向终端发送监控查询指令,并接收返回指令;进行数据记录评估、显示终端工作状态及查询结果,并存储各项数据入数据库;遇有报警或预报警,优先接收,并启动告警指示,或采取相应措施。

客户端则也是由电子海图操作和控制终端组成。电子海图操作部分包括向服务器请求海图数据、显示和操作海图、实时显示船舶、航标的当前位置和轨迹等功能。控制终端部分接收中心站送来的航标状态及数据,进行实时监控;随时调阅中心站各种相关信息,并发出有关指令。

2通讯方式

采用GSM (SMS/GPRS通讯网)、CDMA传输方式。GSM传输使用短消息传送数据,实现简单,具有通信成本低、保密性能好、抗干扰能力强等优点,它利用信令信道传输,不用拨号建立连接,直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心,由短消息服务中心在发给最终的信宿。中心站直接使用GPS 接收机接受船舶的GPS 数据,如图2所示。

3系统软件基本模块的划分及其实现

软件开发环境:操作系统:Win2000;开发语言:Vc++6.0;数据库:SQL Sever2000。

根据本系统的需求分析,系统的软件采用C/ S 结构,并划分为以下8 个基本模块:系统基本模块构成图如图3示。

3.1 海图数据转化模块电子海图数据的来源是交通部海事局上海海测大队提供的S-57国际标准电子海图(c00文件),所以要将该海图数据转换成esri公司的ShapeFile格式的数据(图形数据、属性数据)。

3.2 GIS 基本功能实现模块GIS 基本功能实现模块包括具体实现海图显示和控制、电子海图要素(包括航标图形)的编辑修改。

电子海图显示与控制模块主要完成电子海图平台的基础功能,包括:海图缩放:包括橡皮条拉框放大,给定中心点和比例尺缩放;海图漫游:包括抓图漫游,以指定位置为中心漫游;海图相关参数显示:包括海图图号,覆盖范围,比例尺,投影坐标及相关参数,相关文字说明;海图标绘:包括简单和复杂符号线形。应能标绘点物标,线物标(包括连续的多点线),闭合多边形(含填充区域),文字;海图物标查询:查询并允许选择查看当前指定位置的物标的具体信息,包括点、线、面各类型物标;分类显示:根据航海人员的显示需要,将海图上的物标进行分类并显示出来。通常分:基本,标准,和全部3种;适合不同天气和时间区段的显示颜色控制:为了适应不同的天气状况和时间段对显示效果的影响,应该可以选择不同的颜色显示物标,以达到清晰明了的效果。通常分:白天,黑夜等;经纬网格:应能显示对应于当前比例尺的经纬网线,以方便航海人员参考;海图打印:指定海图区域进行所见即所得的打印成图。

3.3 GIS 扩展功能实现模块GIS 扩展功能实现模块包括航标数据的查询、显示、比较及分析,使用报表和曲线图的形式反映。

航标数据包括:航标基本信息:灯器型号、灯器功率(W) 、能源类型、能源功率(W) 、能源费用(元) 、电池类型、电池容量(AH) 、电池费用(元) ,雷康、拨号方式、经度、纬度;航标运行信息:查询时间、电池静态电压(V)、电池动态电压(V) 、工作静态电流(A)、工作动态电流(A)、充电电流(A)、频闪次数、频闪长周期(s)、频闪短周期(s)、当前灯泡序号;曲线图包括:航标的频闪方式,电池动、静态电压,航标的工作动、静态电流和充电电流。报表则包括航标运行信息的所有内容。

3.4 Socket 通信模块Socket 通信模块负责在Server 和Client 端进行数据通信,如客户端向服务器端发出实时查询请求,服务器端向客户端发出查询成功信号,通知客户端从数据库中读取最新数据。

3.5 航标信号通信处理模块航标信号通信处理模块负责通过串口与数据采集系统通信,可做到实时、定序与数据采集系统有效通信。

3.6 GPS 数据处理模块GPS 数据处理模块负责处理从GPS 接收机读取的GPS数据,将数据存入服务器端相应的数据表中,且客户端对应的动态图元能实现实时更新,改变在地图中的位置。

3.7 数据库操作模块航标数据库操作模块负责将各种航标数据存入数据库、从数据库中读取航标的数据,进行数据处理和数据分析,提供给前台用户界面。

海图数据库操作模块主要对全网的海图基础数据进行管理、统一的调度及分配等。具体功能如下:查询本系统安装的所有的海图信息:海图的名称、编号、比例尺级别等等;以管理员身份登陆的操作员可以对海图数据库进行信息查询、增加、修改、删除等管理工作;判断客户机的海图申请:允许或者拒绝申请;根据客户机的请求,分发相应的海图信息;对客户机的海图申请进行日志纪录。

4系统应用情况

航标管理是航道管理部门的一项重要工作,航标管理的责任就是对航标进行管理维护保证其正常使用,为船舶安全、经济、便利航行提供服务。

本系统从建设到投入于厦门海事局航标处使用历时一年(运行界面如图4所示)。该系统的应用,使得航标信息按指定格式集中汇总在该航标处中心的数据库中,并自动生成航标管理部门及其主管部门所需的各类报表及资料,通过计算机网络传送至指定地点或进行打印输出,从而促进航标管理信息标准化和规范化。航标主管部门可以及时而方便地掌握航标实际运行信息,故可以及时航标运行状况通报,避免航运事故的发生,从而进一步提高厦门海事局航标处的航标服务质量。

同时由于航标24小时处于无线监控,减轻了航标工作人员的工作量,航标管理方式由分散的人工管理变为集中自动管理,节约大量的费用开支。

5结束语

航标遥测遥控系统可保证科学地、有计划地对航标进行日常管理、维护以及遇损时及时修复,大大降低维修人员劳动强度及费用开支,为航标的管理从粗放型向技术型、集约型的转变提供了必要的技术支持,同时是实现“管理立体化、反应快速化、航测自动化、管理规范化”四化日标的有力手段。

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