基于通信网络的一体化船舶航标监测方法

SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVol. 40, No. 10A

Oct. , 2018

基于通信网络的一体化船舶航标监测方法

赵培琨1，边东良2

(1. 河北软件职业技术学院 计算机应用工程系，河北 保定 071000；

2. 保定职业技术学院 计算机信息工程系，河北 保定 071000)

摘 要: 船舶交通越来越复杂，监测船舶运行状态对于确保船舶安全航行有重要意义。传统的监测方法监测

时间过长，具有很强的延时性，中心系统经过很长时间才能接收到信息，很有可能留下安全隐患。为了解决这一问题，基于通信网络一体化设计了一种新的船舶航标监测方法，构建了监测系统的船舶航标监测单元和中心系统指挥单元。根据建立的工作框架设计了监测流程，共分为数据采集、数据处理、数据显示3步，给出了流程图。与传统方法进行了对比，由实验结果可知，基于通信网络一体化的船舶航标监测方法具有很高的实时性，可以有效保障船舶安全航行。

关键词：通信网络；网络一体化；船舶航标；航标监测中图分类号：TD166 文献标识码：A

文章编号： 1672 – 7649(2018)10A – 0097 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.10A.033

Integrated navigation aids monitoring method based on communication network

ZHAO Pei-kun1, BIAN Dong-liang2

(1. Department of Computer Applied Engineering, Hebei Software Institute, Baoding 071000, China;

2. Computer Information Engineering Department, Baoding Vocational and Technical College, Baoding 071000, China)Abstract: Ship traffic is becoming more and more complex. Monitoring the running state of ships is of great signific-ance for ensuring safe navigation of ships. The monitoring time of the traditional monitoring method is too long, and has avery strong delay. The center system takes a long time to receive information, and it is likely to leave hidden security risks. Inorder to solve this problem, a new method of ship navigation monitoring is designed based on the integration of communica-tion network, and the monitoring unit and central system command unit of the monitoring system are constructed. The monit-oring process is designed according to the framework established. It is divided into three steps: data acquisition, data pro-cessing and data display, and the flow chart is given. Compared with the traditional method, it can be seen from the experi-mental results that the method of ship navigation monitoring based on the integration of communication network has highreal-time performance and can effectively guarantee the safe navigation of the ship.

Key words: communication network；network integration；ship buoys；navigation aids monitoring

0 引　言

随着通信网络的进步，计算机网络监测系统的监测能力越来越强，在船舶航标监测单元中，智能监测系统具有很重要的作用[1]。目前网络系统已经进入了4G时代，信号可以通过4G网络快速传播，具有极高的实时性。在4G网络运行系统中，所有的数据都可以通过图表展示，一旦出现异常现象，服务器终端就会迅速发出信号，纠正其异常问题，使船舶航标快速恢复正常状态运行。航标监测方法最大的优点在于无需

监测人员在现场就可以了解船舶的运行状态，有效节约维修需要花费的成本，具有很高的研究价值[1]。

本文基于通信网络研究了一种新的船舶航标监测方法，设计了监测系统，利用计算机技术建立了船舶航标监测方法的工作流程，通过实验验证了该船舶航标监测方法的可行性。

1 一体化船舶航标监测系统研究

为了提高船舶航标监测系统的工作效果，从2部

收稿日期: 2018 – 08 – 21

作者简介: 赵培琨(1979 – )，男，讲师，主要从事计算机网络教学、网络安全及数据库应用研究。

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舰 船 科 学 技 术第 40 卷

分对系统进行设计，即监控单元和中心系统，二者分别负责不同的工作。监控单元负责监控船舶航标自身的运行状态，采集船舶实时数据，每10 s进一次数据更新，更新的数据通过3G网络传给中心系统，中心系统编辑指令，传递给监控单元。监测系统在4Gx通信网络下运行。船舶航标监测系统如图1所示。

图 1 船舶航标监测系统框图

Fig. 1 Hardware architecture diagram of signal detection system

1.1 船舶航标监控

船舶航标监测是一种现场监控系统，根据航标监测船舶的运行现场，当航标出现问题时，迅速采取措施维护。由于船舶航标很容易在风、雨、雪、雾等环境下工作，所以设计航标时必须要抗风雨和抗腐蚀。船舶航标在监测过程中要采集各个环境参数，得到的参数传递给数据传输器，再由服务器端分析采集到的数据[2]。监控采用MPU处理器作为处理主板。处理主板选用太阳能电池，直流电使各数据可以源源不断地进行处理和交换。监测单元的数据通过4G网络传给中心服务端，中心服务端再通过4G通信网络传给接收端。

船舶航标监测单元的设计如图2所示。

船舶航标监测单元的工作状态由摄像头来监测，

图 2 船舶航标监测单元Fig. 2 Ship navigation monitoring unit

记录整个运行环境的监测数据，经过4G通信网络传给服务端。传感器本身存在很多碰撞参数，这些碰撞参数在短时间内不会产生较大幅度的变化，采集器采集到相关模拟量后，在中心系统中设置模拟电路，将碰撞参数转化成数字信号，分析数字信号后得出相关的输出信息，控制船的运行，确保船舶安全行驶。

1.2 中心系统设计

指挥中心具有远程操控的能力，既要接收监控单元发出来的数据，同时也要处理这些数据，将得到的数据统筹划分，以指令的形式向服务端发送数据。中心系统如图3所示。

图 3 中心系统Fig. 3 Center system

作为人机信息交换的核心部件，中心系统必须要能够处理航标单元检测到的所有数据。图3中的中心系统利用4G网络接收监控单元传递的信号，以图片和文本的形式显示在客户端，以便工作人员参考和分析[3]。一旦参考人员发现数据存在异常，可以立即输出信号，如果信号存在明显异常，要拉响警报，提醒其他工作人员。

2 船舶远程通信微弱信号检测系统软件设计

根据建立的船舶航标监测单元框架设计工作监测工作流程，如图4所示。

图 4 监测方法工作流程Fig. 4 Work flow of monitoring method

第 40 卷赵培琨，等：基于通信网络的一体化船舶航标监测方法

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分析图4的监测方法，共分为如下几步：1）采集端采集船舶的数据，如船舶航行速度、海面风速、航行方向等；2）处理船舶的信息数据，将信息数据转化成数字信号，在主板中记录数字信号；3）在中心系统中分析数字信号，分析的结果用图片和文本显示，传递给客户端[4]。

3 实验研究

为了检测本文研究的船舶航标监测方法实际工作效果，设计了对比实验。

3.1 实验参数

实验参数如表1所示。

表 1 实验参数

Tab. 1 Experimental study

项目数据指挥网络物联网监测性质实时监测工作电压/V1 000工作电流/A20～50电流形式直流电监测信号形式TUB信号中心系统信号数字信号通信网络4G网络传递方式

双向传递

3.2 实验过程

根据上述设定的参数进行实验，选取传统监测方法和基于通信网络一体化的船舶航标监测方法对同一艘船舶的运行状态进行监测，记录监测效果。

3.3 实验结果与分析

监测延时实验对比结果如图5所示。

图 5 监测延时对比结果

Fig. 5 The result of monitoring delay contrast

分析图5实验结果，当船舶航行距离为1 km时，传统方法的监测延时为0.45 s，基于通信网络一体化的船舶航标监测方法延时为0.08 s；当船舶航行距离为3 km时，传统方法的监测延时为0.72 s，基于通信网络一体化的船舶航标监测方法延时为0.21 s；当船舶航行距离为5 km时，传统方法的监测延时为0.78 s，基于通信网络一体化的船舶航标监测方法延时为0.26 s；当船舶航行距离为7 km时，传统方法的监测延时为0.85 s，基于通信网络一体化的船舶航标监测方法延时为0.24 s。

3.4 实验结论

根据上述实验结果，得到如下实验结论：传统的监测方法和本文的监测方法都具备一定的监测能力，但是传统方法的延时性很高。本文的监测方法利用4G通信网

络，即使在恶劣的环境下，也可以快速将图片和文本信号传给服务器端，并对船舶的运行状态进行分析。

本文研究的监测方法具有很高的智能性，在不发生警报的情况下，工作人员可以全程在指挥中心操控机器，不需要投入过高成本。一旦发现航标运行存在异常，工作人员在中心系统中下发指令，控制监控单元，将数据恢复成出厂数据，快速高效地解决运营故障，同时降低工作成本，具有很好的市场发展空间。

4 结　语

基于通信网络一体化的船舶航标监测方法引用最先进的C/S结构，在4G通信网络下监控船舶的运行状态，下发各种指挥命令，确保达到实时监控的效果，工作人员可以根据显示器展示的结果快速精准地判断船舶是否存在安全隐患，当出现问题时，可以及时采取强有力的措施，将损失降到最低。本文的研究对于船舶安全行驶有重要意义。

参考文献：

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