摘要：沿海小型船舶由于船舶航行設(shè)備缺乏標(biāo)準(zhǔn)化配置、駕駛?cè)藛T缺乏專業(yè)航行技術(shù)和航行中進(jìn)行其他業(yè)務(wù)等原因，航行中發(fā)生海上交通事故較多，造成了巨大的人命和財(cái)產(chǎn)損失。沿海小型船舶態(tài)勢感知與事故預(yù)警平臺(tái)通過構(gòu)建船舶網(wǎng)絡(luò)覆蓋、信息采集及信息和數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，使得船舶航行數(shù)據(jù)應(yīng)用功能更加全面、信息通道更加暢通、船岸一體化協(xié)同程度更高，以保障海上安全航行的需求，有效地保護(hù)海上人命和財(cái)產(chǎn)安全。

　　關(guān)鍵詞：沿海小型船舶;信息采集;北斗衛(wèi)星通信;風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)

　　1前言

　　近年來，隨著海上旅游消費(fèi)市場、沿海島嶼間商業(yè)活動(dòng)和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沿海小型船舶、漁船等交通流量大幅增加，促進(jìn)我國的海洋經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。

　　沿海小型船舶泛指沿海水域航行和作業(yè)的各類船舶，如漁船、游艇、加油船和平臺(tái)運(yùn)輸船等。隨著基于大數(shù)據(jù)、智能化技術(shù)的海上信息系統(tǒng)逐步成熟及應(yīng)用，沿海小型船舶需要裝備數(shù)據(jù)應(yīng)用功能更加全面、信息通道更加暢通、船岸一體化協(xié)同程度更高的信息系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求[1]。目前，特別是針對(duì)沿海小型船舶運(yùn)行需求的船岸一體化信息系統(tǒng)發(fā)展相對(duì)滯后，一旦遇到大風(fēng)、大浪、大霧等惡劣天氣，沿海小型船舶及船員都將承受較大的風(fēng)險(xiǎn)。

　　2研究設(shè)計(jì)

　　2.1研究思路

　　針對(duì)沿海小型船舶的運(yùn)行特點(diǎn)，航行和作業(yè)安全保障等需求，需要研究沿海小型船舶態(tài)勢感知與事故預(yù)警平臺(tái)，通過該平臺(tái)，采集沿海小型船舶搭載的推進(jìn)器、計(jì)程儀、GPS、羅經(jīng)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息，風(fēng)速、風(fēng)向、海浪等氣象數(shù)據(jù)信息及船艙進(jìn)水、火災(zāi)、貨倉二氧化硫氣體濃度等安全應(yīng)急信息，并將數(shù)據(jù)信息通過衛(wèi)星鏈路實(shí)時(shí)回傳至岸基指揮中心并進(jìn)行展示。通過大數(shù)據(jù)分析，給沿海小型船舶提供狀態(tài)監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等管理服務(wù)。

　　2.2平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　為滿足沿海小型船舶狀態(tài)監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等管理服務(wù)需求，需要在沿海小型船舶上安裝氣象傳感器、火災(zāi)傳感器、水位傳感器等傳感器后，通過船內(nèi)通信把傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息匯總至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)適配終端。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)適配終端收集到數(shù)據(jù)信息后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過沿海小型船舶上的衛(wèi)星通信天線與衛(wèi)星進(jìn)行通信，回傳數(shù)據(jù)至岸基中心后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，岸基中心通過沿海小型船舶態(tài)勢感知與事故預(yù)警平臺(tái)實(shí)時(shí)展示，監(jiān)視捕獲信息的實(shí)時(shí)變化，對(duì)收集到的信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)的處理，判斷沿海小型船舶的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的沿海小型船舶進(jìn)行預(yù)警信息下發(fā)，提醒沿海小型船舶采取應(yīng)急預(yù)防措施，避免事故發(fā)生。平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

　　3核心研究技術(shù)

　　技術(shù)內(nèi)容方面主要包括：沿海小型船舶網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)、信息采集技術(shù)及信息和數(shù)據(jù)集成技術(shù)。

　　3.1網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)

　　沿海小型船舶出海后，由于遠(yuǎn)離移動(dòng)手機(jī)地面基站，有時(shí)無法收到任何通信信號(hào)，將無法通過網(wǎng)絡(luò)與外界聯(lián)系。北斗衛(wèi)星通信是實(shí)現(xiàn)沿海小型船舶通信的解決途徑，沿海小型船舶處于航行、漂泊的狀態(tài)時(shí)，只有使用移動(dòng)船載衛(wèi)星天線，才能夠自動(dòng)搜索、自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)沿海小型船舶與岸基指揮中心的通信[2]。

　　研究的船載北斗衛(wèi)星設(shè)備由船載衛(wèi)星通信天線、衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、路由器等部分組成[3]。沿海小型船舶在海上航行時(shí)，通信終端接收到北斗衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，通過研究的船載北斗衛(wèi)星設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為WiFi信號(hào)，并覆蓋整艘船舶，供船員和其他設(shè)備使用，得到船舶網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求。

　　3.2信息采集方案

　　遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)適配終端是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)適配器，它可以快速提供工業(yè)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)解決方案，并通過配置快速形成所需應(yīng)用模式的專業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)適配器。

　　研究的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)適配終端可以通過船上的WiFi信號(hào)與公網(wǎng)相連接[4]。其本身不產(chǎn)生數(shù)據(jù)，它通過串口、網(wǎng)口等通信接口和沿海小型船舶上的傳感器、控制器、PLC等控制模塊對(duì)接，獲取模塊上的數(shù)據(jù)(運(yùn)行狀態(tài)、事件、報(bào)警等)。適配終端獲取到這些數(shù)據(jù)后，經(jīng)過加工整理、格式化，梳理成遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)規(guī)范的數(shù)據(jù)方式，并發(fā)給數(shù)據(jù)庫。

　　3.3信息和數(shù)據(jù)集成方案

　　研究的沿海小型船舶信息和數(shù)據(jù)集成服務(wù)作為應(yīng)用層，承擔(dān)著與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的作用，并提供前端界面，供終端用戶進(jìn)行交互操作。通過此界面，用戶和遠(yuǎn)程監(jiān)控人員可以很方便地看到沿海小型船舶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，方便船員和遠(yuǎn)程監(jiān)控人員實(shí)時(shí)掌握沿海小型船舶態(tài)勢，及時(shí)采取應(yīng)急預(yù)防措施。

　　信息和數(shù)據(jù)集成其主要作用是靈活地展示和運(yùn)用數(shù)據(jù)。例如：宏觀展現(xiàn)所有設(shè)備的分布、船舶所在環(huán)境天氣狀況、船舶整體設(shè)備運(yùn)行完好率、船舶設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)等;并用曲線展示某個(gè)設(shè)備某個(gè)時(shí)間段核心參數(shù)的變化;也可將根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)信息，通過合適的算法，預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)船舶的運(yùn)行狀態(tài)。所有信息均可在指揮中心和沿海小型船舶本地通過PC端或手機(jī)APP進(jìn)行展示。給沿海小型船舶提供智能化工具，變事后處置為事前預(yù)警，及時(shí)提醒船舶采取應(yīng)急預(yù)防措施。

　　3.4面臨的問題及解決方案

　　3.4.1問題一：海上網(wǎng)絡(luò)通信帶寬小

　　目前，通信衛(wèi)星都是使用的距地面36000KM靜止軌道衛(wèi)星，通信距離遠(yuǎn)，通信帶來的帶寬限制和延時(shí)問題難以克服。考慮問題的具體情況，解決方案采用優(yōu)化的快速衛(wèi)星寬帶，提升海上信息數(shù)據(jù)傳送效率。同時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)適配終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，自動(dòng)識(shí)別有變化的數(shù)據(jù)，并且，靈活配置每個(gè)數(shù)據(jù)的上傳周期，有針對(duì)性地上傳數(shù)據(jù)，最大限度降低通信壓力，減小通信延時(shí)。

　　3.4.2問題二：沿海小型船舶運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測困難

　　目前，如何及時(shí)掌握沿海小型船舶是否會(huì)發(fā)生異常和故障及發(fā)生異常和故障的概率，以便提前做好預(yù)防措施仍存在困難。考慮問題的具體情況，解決方案針對(duì)收集上來的采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)軟件平臺(tái)提供工業(yè)大數(shù)據(jù)解決方案，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的深入計(jì)算和分析，找出數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，從而分析出規(guī)律。例如通過對(duì)最近一段時(shí)期(如幾個(gè)小時(shí)、一天、一周或幾個(gè)月)之內(nèi)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，對(duì)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)做出客觀評(píng)估，并對(duì)設(shè)備在未來一段時(shí)間的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)測。同時(shí)加入人工智能服務(wù)，可以對(duì)沿海小型船舶狀態(tài)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別(穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)、故障風(fēng)險(xiǎn)、突變風(fēng)險(xiǎn)等)和故障診斷，并根據(jù)大數(shù)據(jù)，進(jìn)行持續(xù)的深度學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)沿海小型船舶的狀態(tài)預(yù)測。

　　推薦閱讀：水利水電工程基礎(chǔ)處理施工方法及應(yīng)用