基于总线技术的多模智能船载终端应用软件设计

张 俊，解玉龙，庞天婷

（北京中交通信科技有限公司，北京 100011）

1 引言

随着国家对水运建设的大力投入，船运业日益发达，船舶日益增多。通过借鉴国际、国内先进的模块化、智能化的设计理念，在充分调研掌握各方面需求的基础上，研发智能船载终端[1-2]软件应用，在软件设计方面采用模块化、标准化的通信协议和安全保密设计思想，使智能船载终端成为船民的好助手，使船舶成为整个船联网[3]的一个智能节点，提供状态感知、多模式定位、多模式通信和电子身份认证等功能，支持行业监管需求，实现船舶与航道、船舶与港口、船舶与物流企业、船舶与监管等各方面的和谐统一，共同发展的目标。

在整个船联网示范工程中，用户接触最直观的就是智能船载终端。无论是从满足政府监管、提高内河航运效率、节能减排、产业化发展等各方面的需求都汇集到这样一台设备，可以说没有智能船载终端的推广就没有船联网应用示范工程的开展和产业化的持续发展。智能船载终端是应用展现和承载移动采集设备信息获取、信息交换和信息服务的设备，是船联网应用的前端核心设备，与信息服务平台是相辅相成的。智能船载终端依托后台的信息服务平台提供的各种信息服务，可以面向用户提供强大的功能和服务支撑。

软件整体架构主要分为两大部分：一是Android4.0操作系统自带和通用的基础软件，如Home Launch、电话、短信息、通信录、摄像、音乐播放器、图片浏览、视频播放器，以及系统设置等功能，由于采用的是Android操作系统，因此上述诸多软件可以不用再进行开发，可以直接从互联网下载免费开放的版本即可，该部分不在本产品设计书描述之列；二是专用软件，是与智能船载终端的各层使用者密切相关的功能，包括公共服务、船舶服务、娱乐服务、通信服务和游戏等方面。

2 系统模块结构设计

系统采用了“模块化”的设计思路，这就为系统将来因为业务和技术的变化而进行升级改造提供了方便。在软件算法上，我们也预留了充分的可升级空间，为更多内河船载产品的集成和扩展提供了方便。

系统模块包括：通信服务模块、船舶服务模块、公共服务模块、娱乐服务模块、游戏软件模块。各个模块与智能船载终端集成，都是相对独立的子模块。同时每一个模块都提供独立的接口，方便与船舶服务平台整合。模块划分示意图如图1所示。

（1）通信服务模块

图1 系统模块结构示意图

图2 通信服务模块示意图

如图2所示，通信服务模块提供终端通话功能，通过拨号可打电话、接听电话，可创建并将联系人添加至通信录，通信服务模块中的系统设置通过调用Android系统设置，可设置3G/Wi-Fi网络、蓝牙、GPS信号开关、声音、屏幕分辨率、设置时间语言等功能。

图3 船舶服务模块示意图

（2）船舶服务模块

如图3所示，船舶服务模块可获取航行速度，显示当前室内温度，通过仪表盘显示航行速度、剩余油量和载货状态。

（3）公共服务模块

公共信息服务是面向政府和广大船舶业主提供增强型数据和语音广播服务，提供天气预报、航路交通管制、航行告警、航道实施状况、船闸通信状态等公共信息服务。如图4所示。

图4 公共服务模块示意图

增值信息服务是用户通过订阅或主动请求获取的个性化增值服务信息,包括物流载货信息、港口通行信息、交通航道实时状态信息、实时航道尺度信息等，这一类的信息是用户根据自己的业务需要，主动订阅的，属于信息消费服务内容。

（4）娱乐服务模块

娱乐服务模块中音乐功能可添加音乐播放器，搜索终端所有文件夹的音乐并添加至播放器，可通过艺术家、专辑、歌曲、播放列表来切换歌曲顺序。娱乐服务模块中的摄像头可拍照、录像，可在图库中查看照片，视频播放中观看录像。可加载第三方应用软件收音机、腾讯QQ。录音功能，将所录音音频保存至本地，可播放录音和删除录音。如图5所示。

图5 娱乐服务模块示意图

3 智能船载终端的通信协议结构与分类

结合我国的标准制定情况及系统应用现状，借鉴了国际航运信息化相关标准规范的成功经验，在智能船舶终端的通信协议与数据格式等方面做了深入的研究和创新，有效地促进智能船舶终端软件和平台信息服务的标准化。

3.1 通信协议结构

每条协议消息由标识位、消息头、消息体和校验码组成，通信协议结构如图6所示。

图6 通讯协议结构图

（1）标识位

采用0x7e表示，若校验码、消息头以及消息体中出现0x7e，则要进行转义处理，即在0x7e后紧跟一个0x02。

（2）消息头

消息头内容包括消息ID、消息体属性、终端手机号、消息流水号和消息包封装项。消息头内容详见表1。

表1 消息头内容

（3）校验码校验码指从消息头开始，同后一字节异或，直到校验码前一个字节，占用一个字节。

3.2 协议分类

（1）终端管理类协议

终端在未注册状态下，应首先进行注册，注册成功后终端将获得鉴权码并进行保存，鉴权码在终端登录时使用。船舶需要拆除或更换终端前，终端应该执行注销操作，取消终端和船舶的对应关系。

终端通过SMS方式发送终端注册和终端注销消息时，平台通过SMS方式发送终端注册应答对终端注册进行回复，通过SMS方式发送平台通用应答对终端注销进行回复。

终端注册后每次在与平台建立连接后，必须立即进行鉴权。鉴权成功前终端不得发送其他消息。终端通过发送终端鉴权消息进行鉴权，平台回复平台通用应答消息。

平台通过发送设置终端参数消息设置终端参数，终端回复终端通用应答消息。平台通过发送查询终端参数消息查询终端参数，终端回复查询终端参数应答消息。不同网络制式下的终端应支持各自网络的一些特有参数。

（2）位置、报警类协议

终端根据参数设定周期性发送位置信息汇报消息。根据参数控制，终端在判断到船舶拐弯时可发送位置信息汇报消息。

平台通过发送位置信息查询消息，查询指定船载终端当时位置信息，终端回复位置信息查询应答消息。平台通过发送临时位置跟踪控制消息启动/停止位置跟踪，位置跟踪要求终端停止之前的周期汇报，按消息指定时间间隔进行汇报。终端回复终端通用应答消息。终端判断满足报警条件时发送位置信息汇报消息，在位置汇报消息中设置相应的报警标志，平台可通过回复平台通用应答消息进行报警处理。

（3）信息类协议

平台通过发送文本信息下发消息，按指定方式通知船员。终端回复终端通用应答消息。平台通过发送事件设置消息，将事件列表发到终端存储，船员在遇到相应事件后可进入事件列表界面进行选择，选择后终端向平台发出事件报告消息。事件设置消息，需要终端回复终端通用应答消息。事件报告消息，需要平台回复平台通用应答消息。

平台通过发送提问下发消息，将带有候选答案的提问发到终端，终端立即显示，船员选择后终端向平台发出提问应答消息。提问下发消息，需要终端回复终端通用应答消息。

平台通过发送信息点播菜单设置消息，将信息点播项列表发到终端存储，船员可以通过菜单选择点播/取消相应的信息服务，选择后终端向平台发出信息点播/取消消息。信息服务被点播后，将定期收到来自平台的信息服务消息，如新闻、天气预报等。信息点播菜单设置消息，需要终端回复终端通用应答消息。信息点播/取消消息，需要平台回复平台通用应答消息。信息服务消息，需要终端回复终端通用应答消息。

4 安全保密设计

通过采用先进的安全保密技术和严格的管理约束机制，充分保护关键信息的完整性和安全性，避免系统内部主要信息的泄漏。充分考虑设备运行的安全需求，设置不同的安全策略和机制。

（1）用户使用权限设计：系统用户分为两类—— 超级管理员、普通管理员。用户每种功能可以在智能船载终端设置权限。第一次登录使用超级管理员：用户名、密码进行权限验证进行修改应用程序参数。登录后可创建一个普通管理员，并可修改用户名和密码。

（2）存储安全性设计：数据服务器采用raid1的存储策略，做双硬盘备份。

（3）数据传输安全性设计：公共船舶服务平台可以构架在专网之上，从网络架构上保障了数据安全性。系统在数据传输时，为用户预留了加密接口。

（4）系统应用服务软件：服务平台具有较高容错性，出错时，自动丢弃错误数据。所有的系统日志将保存在软件安装目录的log目录下。

（5）客户端软件：客户端的出错直接重起。

5 结束语

基于总线技术的多模智能船载终端应用软件采用模块化、智能化的设计理念，依托多元信道连接营运船舶与信息服务平台，可以提升船舶运输服务水平。船载终端的应用软件采用统一的标准协议，可以使内河航运的安全性和效率进一步提升，应用软件标准化开放符合国家和行业标准规范、方便实用、稳定可靠、功能强大、适合内河航运应用的智能船载终端产品，对于船联网项目具有十分重要的意义。

[1] 张亚超，陈欢，李辉.基于内河航运公共信息服务平台的”船联网”研究 [J] .智能交通应用，201l：578-585

[2] LUIGIAtzori, ANTONIOlera, GIAC0M0Morabito. TheInternetofThings:Asurvey[J]. ComputerNetworks, 2010, 3l(5): 4247-4266.

[3] 赵学洋，李海红，储凌剑.基于船联网的内河智能航行体系探讨研究[期刊论文] .新技术新工艺，2013(6)