内河水上交通安全监控系统的设计与实现

第29卷　第3期世界海运Vol.29,No.3 2006年6月World Shipping J un.2006内河水上交通安全监控系统的设计与实现

游晓霞Ξ,党志胜,梁雄耀

(重庆市港航管理局,重庆　400020)

【关键词】内河;水上交通;安全监控;电子江图;船舶导航

【摘　要】详细阐述了内河水上交通安全监控系统的功能、结构和设计方法,介绍了系统的实现技术,分析了系统产生的效益,对我国内河水上交通安全监控系统的全面建设具有指导意义。

中图分类号:U676.1 文献标识码:B 文章编号:100627728(2006)0320016202

目前长江流域水上交通安全形势十分严峻。为保障航运健康持续发展,确保水上交通安全形势稳定,利用无线通信技术、卫星定位技术、地理信息技术等,将航行船舶、航道水情、气象、船闸等信息与海事、航道、过闸调度等交通业务管理有机地结合起来,搭建一个集数据采集、查询、控制、管理、决策、服务于一体的水上交通安全监控系统,实现对水路运输及船舶的全方位监控及调度管理,具有重要的现实意义。

1　水上交通安全监控系统的设计

水上交通安全监控系统由船载GPS终端和岸上监控系统两大部分组成。其中船载GPS终端内置CDMA1X 通信模块,通过CDMA1X岸基公众通信网络与岸上监控系统连接。

1.1　船载GPS终端功能

船载GPS终端包括船载GPS终端主机及附属设备。主机采用工业控制计算机,采用14″TFT液晶显示器显示电子江图以及其他相关信息,通信方式采用CDMA1X加短消息。

①定位导航功能:船载GPS终端能够实时采集GPS 定位信息,能够在本机电子江图上显示本船并在设定区域显示附近船只,等时或等距向监控中心上传当前位置信息;推荐航路配置、更新和显示。②报警预警功能:当进入事先设定的危险区域、控制区域时可以对船上和监控中心进行声光报警,可以接受监控中心的预警和报警并实现声光报警提示,当遇到险情时也可以向监控中心预警和报警寻求帮助。③船岸通信:实现电话功能。

④生产调度、气象等公共信息服务功能:能够接收监控中心所发布的生产调度、气象等公共信息,能够实现显示和语音阅读、存储、回放、信息提取等功能。⑤历史轨迹存储功能:对于本船的航行历史轨迹可以连续存储30天以上的数据,能够实现轨迹回放、数据提取。⑥在线升级功能:能够实现船载GPS终端应用软件和电子江图的在线升级。⑦信息采集功能:预留USB、RJ45、L PT、RS232/RS485接口,提供船舶倾斜仪、轮机运行参数等标准扩展口。

岸上监控系统由通信网关、应用程序、Web服务程序3个子系统组成,完成船舶动态监控、避碰预警、重点水域预警、搜救定位、船舶助航、生产调度、事故调查取证、公共信息服务、过闸远程申报等功能。

1.2　通信网关

通信网关是水上交通监控系统中管理部门与船载终端进行信息交互的桥梁,是无用户界面运行于后台的服务程序,是连接指挥与执行者的唯一通道。它负责接收船载终端上行的定位信息与报警信息并转发给应用程序处理,并且接收来自于Web服务程序及应用程序下行的对船舶的配置、调度及其他信息,并下发给船载终端。通信网关由以下几部分构成:

(1)船载终端数据通信。这是网关与船载终端进行信息交互的主要途径。船载终端在与网关正常通信的情况下通过CDMA1X的数据网络向网关传输数据;网关通过该通道向船载终端下发数据,并对接收到的船载终端数据进行处理,通过应用程序通信模块上传给应用程序进行处理保存,而且将从应用程序和Web程序通信模块获得的信息通过数据网络发送给船载终端。

(2)SMS通信。SMS通信是船载终端数据通信的补充,当船载终端不能通过CDMA1X数据网络向网关传输数据时,则通过SMS短信方式将信息传输到SMS中心,由SMS中心再转发到网关程序,而网关向这类船载终端

Ξ[收稿日期]2006202217

[作者简介]游晓霞(1963-),女,重庆人,工程师

下发信息也是通过SMS中心进行转发。

(3)应用程序通信。应用程序通信是网关与应用程序的交互模块。该模块主要负责将从船载终端通信模块和SMS通信模块获得的船载终端上传的信息传输给应用程序,由应用程序进行具体处理和存储;并从应用程序接收Web程序下发的信息,根据下发方式选择通过船载终端数据通信模块或SMS通信模块传输给船载终端。

1.3　应用程序

应用程序是水上交通监控系统的核心模块,它是运行在后台无用户界面的服务程序,是整个系统的信息解析、处理、存储的核心。它负责处理从通信网关上行信息的解析、处理与存储,并把这些信息传送给Web服务程序;同时产生上行需要应答信息的应答、相邻船舶信息,并且把这些信息传送给网关;接收从Web服务程序需要下行的信息,把这些消息解析、存储并传送给网关。应用程序由以下5部分组成:①组包、拆包;②数据库模块;

③容错处理模块;④网关连接模块;⑤Web服务器端连接模块。

1.4　Web服务程序

Web服务程序提供给监控用户一个操作界面地,监控用户可以通过它看到船舶、电子江图等信息,直观地掌握各船舶的动态位置信息,可以接收和查看船舶发来的各类告警信息及普通信息,可以进行船舶轨迹回放,可以对船舶下发各类报警信息和普通信息,下发船舶就近搜救信息,设置危险区域和限制区域等,还可进行各类基础数据管理、报表输出等。Web服务模块包括通信服务、Web服务、地图服务和监控端小程序4个部分。

通信服务主要处理监控用户同船载GPS终端之间的信息交换,分上行通信服务和下行通信服务。上行通信服务采用端口监听,接收、转码、拆包组包,多线程处理数据,对“应用程序”发来的船载GPS定位信息和上行告警信息进行处理和展示,更新相应数据结构里的数据,发送相关的数据到监控端小程序。下行通信服务采用集中管理S ocket连接通道,每个连接通道由独立的线程负责发送数据,负责所有下行数据的组织和发送以及相关信息的入库操作。

Web服务主要负责信息管理。包括下发信息管理、上行信息管理、基础信息管理、系统管理和报表输出模块。它是根据用户提交的查询条件、输入的信息等内容,查询相关数据库,将结果按一定的格式响应给用户,并可以将需要下发的信息转给下行通信服务。Web服务是给监控用户进行管理的用户接口。

监控端小程序负责在用户端展示电子江图、船舶位置,并提供各种监控管理的操作界面。分为胖客户和中客户两种监控端小应用程序。

地图服务是为中客户端展现电子江图所用,它是将电子地图文件转换成能够在计算机屏幕上显示的数据的应用软件。中客户端将代表用户对电子江图的各种操作的数据提交给地图服务应用软件,由地图引擎将电子江图操作参数转化为相应的地图数据流。

2　水上交通安全监控系统的实现

系统结构为多层架构,表现为6层。①系统硬件层:主要是网络硬件组成的层次,实现联网的功能。系统硬件层构建了系统运行的物理基础。②操作系统层:指服务器操作系统和客户端操作系统,基本做到平台无关性,系统平台可由客户任选;数据库服务器、Web应用、应用程序服务器都采用IBM Aix,地图服务器采用Red Hat Linux。③数据层:指数据库服务器,主流数据库服务器选用IBM DB2,本系统采用了集中式数据库。④中间件层:由应用服务器组成,提供足够功能的中间件,选用Web Sphere作为应用服务器,为业务组件提供运行服务,根据客户的请求,进行业务的处理,包括访问和处理后面的数据库,同时负责系统的负载均衡。系统的地图服务是选用Map Info MapXtreme Fpr Java作Web地图生成、渲染提供服务。⑤业务层:构建水上交通管理监控的应用,由各类业务组件构成,是系统实现的核心层,每一组件对应一个业务。⑥表示层:提供给用户用来完成水上交通管理监控功能的浏览器界面。由IE或终端界面构成,对业务层数据的表示,以用户可以理解的形式表现在用户操作的终端。

3　水上交通安全监控系统的效益分析

本系统为水上交通安全的监管带来了极大的方便,并产生了良好的社会效益。①改变了目前水上交通安全监管的方式,实现了从以前监管靠突击检查,搜救指挥过程中凭经验、拍脑袋的决策模式向依靠科学手段的决策模式的转变。②提高了水上交通安全监管、应急搜救的效率,降低了水上交通事故风险,最大限度地减少了人民生命、财产损失,是实现水上交通运输安全、有序、畅通的重要保证。③实现了行政管辖水域之间水上交通安全信息的交换、共享,促进安全管理从局部水域向跨区域的区域性管理的转变。④改善了水域环境,降低了因为交通事故引发的环境污染,尤其是危险品运输船舶污染水域环境的风险,加强了三峡库区水域、西部山区河流的环境保护工作。⑤具有重要的推广价值。水上交通监控系统具有非常典型的代表性,具有整个内河水上交通管理监控的共性,具有重要的推广价值。

Design and implementation of w aterborne transport safety monitor system of inland w aters

YOU Xiao2xia,DANG Zhi2sheng,L IANG Xiong2yao 71

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