微山二线船闸GPS辅助调度系统的构建_船闸智能调度系统

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微山二线船闸GPS辅助调度系统的构建

摘要：船舶过闸报到是船闸收取规费和船舶调度的基础和保证，其智能化、自动化程度将直接影响到船闸的服务质量和管理水平，甚至会影响到船闸的通航能力。本文通过分析微山二线船闸现有船闸调度运行的现状和存在的问题，设计船舶GPS在船闸辅助调度系统软、硬件构架，并给出了船舶GPS在系统中数据精度、大数据量处理等关键技术解决方案。关键词：过闸船舶调度 全球定位系统(GPS)1 前言

目前，微山二线船闸实现了对过闸船舶计算机联网收费，运行模式为：船舶到达每道船闸划定停泊区后，船员都必须经历上岸登记、检查航行轨迹、缴费购票、调度、过闸的过程。每次过闸船员都经历重复的过程，无形中增加了营运成本，延长了船舶等待过闸的时间，并且在实际的业务操作中，发现在以下方面缺乏信息化的监管手段：

(1)目前由于船闸几个管理区域相距比较远，船舶在停泊区的停泊、登记、交费、进入预调区、过闸这些流程当中，船舶的具体的位置一直不能得到很有效的监管。

(2)船舶违章停靠、违规航行、违规顶号过闸等情况加大了管理人员的稽查工作量，影响了船闸工作效率。

(3)船闸管理人员与船舶沟通方式相对简单，目前仅局限于船主与工作人员面对面交流、手机短信交流，通过高音喇叭、甚高频电台呼叫。这些沟通方式有一定的局限性，尤其是大雾、大雪等特殊天气，管理人员根本无法确认船的位置，影响正常调度管理工作的开展。

(4)船舶不按照调度指令航行，私自航行到引航道，或多梆停靠阻塞航道，对此缺乏有效的管理控制手段。

因此，根据现有航道、船闸管理环境，充分应用船载GPS定位功能和计算机数据专网，研发一套基于江苏、枣庄、原IC卡对接的老数据库平台的GPS辅助调度系统，通过在船舶上安装船载GPS，使用GRPS将船舶定位数据、过闸申请传输到船闸选调监控中心和总调中心，控制中心根据船舶位置数据，结合电视监控图像，来解决船舶实时位置监控和与船闸信息交互，使船员在船舶运行中无需上岸就能处理船舶待闸、过闸事务，简化了船舶报到手续，缩短船舶待闸时间，提高船闸管理能力，实现船舶“一次收费、无缝调度、全程服务”。2 船舶GPS辅助调度系统设计 2．1 船舶GPS辅助调度系统逻辑结构

船舶GPS过闸辅助调度系统由船载终端、无线通信层、网络通信层、系统服务层、应用服务层五个主要部分构成。

(1)船载终端。船载终端处理终端与系统之间的通信事务，如位置、状态回报，响应中心调度指令。船载GPS移动通信终端分两种：简易型和导航型。简易型配文字显屏，由GPS通信终端外配文字显示屏组成，可以实现GPS数据上传、通信、数据存储、数据传输、接收及回复调度管理文字指令等功能。导航型船载GPS终端除简易型功能外，它具有业务菜单，可以响应业务逻辑，同时终端上配有地图，可对船舶航行进行辅助导航。

(2)无线通信层。船载终端与中心之间通信采用移动GPRS网络，短信作为辅助通信手段，并遵循系统与移动终端无线通信接口标准。

(3)网络通信层。网络通信层提供移动和济宁港航骨干网的联接以及选调中心的光纤连接。移动通信接口服务，负责协议转换、数据汇集。通信接口服务可以支持多种不同类型、不同厂家的终端协议解释。表现出平台对各种移动通信系统的支持能力．可通过增加模块，支持未来出现的通信协议。

(4)系统服务层。系统服务层提供中心系统移动通信接口服务、数据处理服务、GPS系统和业务系统数据的接口、GPS系统和海事管理部门的接口等。

(5)应用服务层。应用服务层在下层承载的基础上实现所有GPS系统的应用业务逻辑。由于系统采用组件式结构，灵活方便，因此具有良好的通用性和可扩充性。2．2 船舶GPS辅助调度系统网络逻辑架构

船舶GPS辅助调度系统搭建在苏北运河信息化建设的光纤专网上，其网络逻辑架构如图1 所示，系统的配置包括：

(1)通信服务器：通信服务器通过路由器连接互联网和GPRS／CDMA网络，是船舶和中心信息双向交互的通道。

(2)GPS服务器：GPS服务器负责处理通过通信服务器接收到的船舶数据，并根据相应的协议处理数据，包括船舶的位置、时间、状态、过闸的申报内容等。

(3)第三方通信接口服务器：作为第三方接口的标准服务器，通过部署第三方接口软件，实现任何第三方的GPS数据接入，同时接受第三方的通航查询、过闸申报，申报结果和调度信息的返回。(4)WEBGIS／管理服务器：用户管理服务器主要作为GPS系统的用户注册和船舶登记注册；同时该服务器还作为和交通厅的接口：WEBGIS服务器通过WEB方式为终端用户和船务公 司提供船舶的位置查询服务，WEBGIS服务器上的应用采用B／S／S架构的三层网络结构设计，这样可以在任意一台服务器上通过WEB访问和用户管理。

(5)应用服务器：应用服务器是GPS系统和调度系统数据互联的通道，应用服务器把GPS系统中船舶的动态位置，过闸申报等信息综合处理，生成排挡图、调度计划等信息，并下发到船载终端。

(6)数据库服务器：数据库服务器采用双机热备磁盘阵列存储设备，使用双机组技术，两台数据库服务器互相热备份，保证数据库的高可用性和应用的永不停顿。

(7)GPS企业网关／APN：置于中国移动／中国联通的内部网络中，作为船舶终端GPRS、CD—MAlX的私用接入点。保证数据通讯的安全性、稳定性。

图1 系统网络逻辑架构

2．3 船舶GPS辅助调度系统软件功能

船舶GPS辅助调度系统软件主要功能包括：

(1)船舶位置监控功能：可在地理信息系统上准确定位船舶所在位置，在地图中显示相应的位置，并且反映该船舶的大小、方向。重点对船舶在济宁段运河航道内和有关船闸停泊区、预调区、船闸闸区的监控管理。

(2)“一次收费、无缝调度、全程服务”功能：通过GPS系统实现船舶通过济宁段运河时，可以在首个通过的船闸一次性交清所要通过的所有船闸的过闸费用，在通过已交过闸费的船闸时，通过GPS系统、信息平台、甚高频等方式为其进行远程服务，不需要船员到船闸远调度站进行登记、缴费等，减少船舶为办理登记、缴费所支付的成本。

(3)船舶调度进程监控：指对船舶在进入船闸管理范围后航行过程的监控管理。(4)信息互动：以短信方式与船员进行信息沟通和交流。船闸与船员通过信息平台进行船舶调度管理及其他相关信息的沟通和交流，如天气、航道现状、排队、预调时间等。

(5)查询功能：可为船员提供船闸运行有关情况的查询服务，如待闸船舶数量、船闸运行是否正常、航道水深、船闸当日上下游水位、船闸设计最高、最低通航水位信息等内容。

(6)船舶违章报警及记录：发现有违章航行的船只后，系统报警，提示工作人员及时进行处理并自动对其记录。

(7)GPS防拆卸功能：为防止船舶随意将GPS设备拆下来，让其它船舶带到有关船闸进行提前登记，除对设备安装要求应固定，不可擅自拆卸外，在系统中对擅自拆卸GPS设备，系统自动报警并中断与网络联结。

(8)可以对任一个特定时间段的船舶航行轨迹进行回放。

(9)实现在线浏览运河全线或部分航段上已安装GPS船舶所在位置。

(10)海图功能：电子海图可以实现无级放大、缩小，任意平移或漫游等功能。在船只停放较多的区域，不但可以通过屏幕观察系统在船只亮点处显示编号外，还可以对海图扩大来增强对该区域的详细观察。

(11)注册用户的Web服务。为注册用户实现远程网上过闸申报和船舶航行轨迹回放。(12)可通过船载设备自主查询航线上的码头、航标等准确位置，为船舶驾驶人员提供相关的航道信息，根据水位情况，确定通航建筑物的净空高度。3 系统实施的关键与难点 3．1 网络安全性

要实现注册用户外网“船舶网上提放申请”和船舶轨迹核查功能，势必要专网和外网数据沟通。且移动VPN网(GPRS方面)与生产网的网络系统之间也要实现数据无缝隙交换，保证船载GPS定位数据传到生产专网，生产专网信息传输到船员手机或船载GPS终端上。为此，将各外网接到相应防火墙上进行地址转换和数据通讯端口处理，然后再接至网闸、安全审计系 统，最后连至内网。并且子网间也加装防火墙，这样通过横向和纵向隔离、内网和外网隔离、软件隔离和硬件隔离来实现网络安全。3．2 船舶GPS数据的真实性

由于船载GPS的可拆性，导致船舶GPS数据和船舶实际数据会出现偏差，为保证船舶GPS辅助调度系统中的数据和实船一致，系统就需调用重点航段视频监控图像来提高监控准确度。为此，需在海图显示模块上调用并显示电视监控系统视频实时图像。由于电视监控系统使用流媒体技术并且子网内存在防火墙，则需要采用RTSP附加数据传输方式。RTSP实时流协议，是一个C／S多媒体节目协议，它可以控制流媒体数据在IP网络上的发送。GPS系统融合视频监控的接口就是要接收这些流媒体数据并显示出来，所以接口采用RTSP协议实现。RTSP协议有两种传输方式：TCP或者UDP。3．3 GPS定位精度补偿问题

运河运输不同于近海和远洋运输，对运河上船舶的GPS监控精度要求很高。为保障监控船舶通过船闸区的航路准确性，对船舶进闸过程中的船舶定位精度要求±1M。为了提高对辖区船舶位置显示和记录的精度，可以采用了GPS位置差分技术，即在多个船闸GPS基准站安装GPS基准信号接受机，根据其已有精确测定的位置，计算出卫星的伪距，找出该点的位置瞬时修正值，通过基准信号和船舶定位信号的位置差分计算，对在闸区内等待的船只的GPS的实时位置进行批量修正(含第三方给予的船舶GPS定位数据)，清除公共的误差源——电离层和对流层效应，并将卫星钟误差和星历误差消除。4 结束语

本文针对现有济宁运河船闸调度运行的现状、存在的问题和业务需求，提出了船载GPS在船闸调度中的应用方法，给出了系统软、硬件构架和船载GPS在系统中数据精度、大数据量处理等关键技术解决方案，构建微山二线船闸GPS辅助调度系统，进一步提高船舶过闸效率和船闸运行安全。

参考文献

[1]周珺.李荣 《GPS/GIS在智能交通系统中的应用》 2004 [2]王解先 《GPS精密定轨定位》 1997 [6]齐锐.屈韶琳.阳琳斌 《用MapX开发地理信息系统》 2003