基于北斗的智慧船舶服务系统研究

石慧频

【摘 要】文章以西江流域为背景，针对西江流域船闸信息化建设程度不高的现状，提出基于北斗的智慧船舶服务系统的研究方案，通过系统与高精度北斗船载终端、手机APP的配套应用，打破传统船舶过闸缴费管理模式，提高船舶过闸缴费智能化管理水平和航运运输管理效率。

【关键词】北斗;智慧船舶服务系统;船舶调度;监控管理

【中图分类号】TN967.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）03-0054-03

0 引言

西江流域位于国家“一带一路”、珠江—西江经济带建设的腹地，是西南经济欠发达地区丰富矿产资源东运和出海唯一的水上通道，也是与泛珠江三角洲地区、东盟国家开放和合作的重要物流通道[1]。发展西江流域航运，对改善沿江地区投资环境和交通运输条件、推动沿江地区产业带的形成、支撑海上丝绸之路和珠江—西江经济带的建设具有重要战略意義。然而，随着水运物流经济的快速发展，日益增加的过闸需求与船闸实际通行能力之间的矛盾越来越突出，因此必须通过信息化手段加强船舶监控与管理，优化过闸业务流程，提升船舶过闸效率与服务质量。

基于此，本文以西江流域为背景，针对西江流域船闸信息化建设程度不高的现状，提出基于北斗的智慧船舶服务系统研究方案，并对该研究方案进行相关描述与说明。

1 现状分析

近年来，西江流域各级航道管理部门及单位高度重视船闸信息化建设，积极采用现代化信息技术和北斗卫星定位技术，结合“互联网+”展开应用，探索基于北斗的智慧船舶服务模式，进行相关项目建设并取得显著的效果。但是，由于缺乏顶层设计和统一规划[2]，各部门之间的信息资源还不能很好地实现共享，这在很大程度上制约了西江流域航运船闸信息化建设水平的进一步提升。主要表现在以下几个方面。

（1）过闸方式落后。目前，西江流域还有相当多的船闸仍采用传统的船舶报闸、过闸方式，这种方式极易导致船闸中心工作安排不合理、船舶过闸执行混乱、过闸拥堵、过闸缴费手续繁杂、耗费时间过长等问题，不利于航运事业及航运物流的发展。

（2）信息共享性弱。西江航运各船闸业主间处于独立运行管理状态，不同业主之间管理单位/模式不同、调度系统不统一，信息资源不共享，极易造成航道水位不稳定、梯级水位不衔接等问题，导致无法提前合理安排船舶过闸计划和调整船闸运行状态，严重影响通航效率。

2 基于北斗的智慧船舶服务系统研究

2.1 系统架构

针对西江流域船闸信息化建设现状，本文提出了基于北斗的智慧船舶服务系统研究方案。该系统的建设主要通过北斗/GPS卫星导航、大数据、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）、物联网、多传感器融合等多技术的集成应用，结合高精度北斗船载终端和手机APP与软件系统融合，实现全流域船舶调度与监控管理、智能过闸不停船收费、信息采集及身份识别和报表管理服务等功能。具体系统架构如图1所示。

2.2 功能实现

2.2.1 全流域船舶调度与监控管理

全流域船舶调度与监控管理功能采用北斗/GPS卫星定位技术、GIS技术、智能卫星通信技术等，由高精度北斗船载终端、通信传输网络、调度中心、视频监控中心、数据采集系统等部分组成，视频监控中心可以通过调度中心以电子海图的动态显示与船舶进行实时通信，实现全流域的船舶调度、动态监控等功能。具体实现如图2所示。

（1）全流域船舶调度。①基于北斗定位系统，对船闸上下游船舶进行定位，通过地理信息系统进行集中展现。调度中心可根据船闸上下游水位发布闸口信息，对港口、水文、过闸排队情况进行综合分析决策。②通过互联网整合相关信息，实现水文、气象、船闸排队情况等数据的实时汇总，结合电子地图，实现对全流域船闸运行状况的总体联合调度。

（2）监控管理。①在航行船舶上安装高精度北斗船载终端，并接入姿态传感器、摄像头等终端硬件设备，获取船舶航行姿态及影响船舶航行的因素（风速、水流）信息，上传至数据中心进行数据分析。配套GIS电子地图，实时显示船舶航行状态，实现对全流域航行船舶的监控管理。②通过视频监控，实时观察船舶航行信息，以及时提醒船主修正航速、航向，避免航行事故。

2.2.2 智能过闸不停船收费

智能过闸不停船收费使用通信和网络、传感、图像识别、现代射频识别、船舶信息自动识别（Automatic Vehicle Identification，AVI）等技术，结合相关硬件设备及软件，通过设备控制系统的信号发射与接收装置接收高精度北斗船载终端传来的信号，自动识别高精度北斗船载终端内置的内部编码信息（编码包含船号、船型、船舶账户等信息），根据船舶的货物种类和实载吨数，计算并记录船舶过闸费用，自动从船舶专用账户或与船主信息绑定的银行卡中扣除通行费，完成船舶高速通行条件下的自动交费业务，实现船舶智能过闸不停船收费功能，大大提高船舶过闸通行效率。船舶智能过闸不停船收费子系统架构如图3所示。

2.2.3 信息采集及身份识别

船舶过闸信息智能采集基于物联网基本框架，结合北斗卫星导航、GIS、GPRS、ZigBee等技术并融合了多种算法，对多传感应用技术、ZigBee技术、自组网技术进行研究，实现船舶过闸自身状态、船闸、船闸内的水文等信息的智能化采集。

（1）信息智能采集。①高精度北斗船载终端采集传感器、卫星定位和摄像头的视频或照片并上传至终端服务器，由终端服务器解释出各种信息，再将其中的视频和图片数据传输至视频管理中心进行存储与管理。管理人员、船长通过调度中心或者监控客户端可实时了解船舶状态信息，以便进行船舶过闸调度与操作。②在闸室内安装监控器和多种传感器，通过Zigbee技术实现联网。当安装有Zigbee模块的船舶进入闸室后，可自动与闸室内已有的Zigbee模块实现自动组网，并通过Zigbee网络将船舶状态信息进行回传，为调度中心的过闸排档提供数据信息。

（2）身份识别。当船舶驶入射频识别区时，系统将自动读取终端信息并上传，然后对采集到的信息进行认证，若识别的身份信息与一卡通账户信息一致，收费系统将进行扣费操作。

2.2.4 报表管理服务

报表管理服务提供全面数据统计分析功能，包括货物查询、船闸过闸货物比例、年度船舶吨位分布、船闸运行情况班报表、各班运行情况年报表等的统计与分析功能，为管理人员的分析决策提供数据支撑。

3 关键技术

3.1 北斗定位技术与GIS融合应用

在进行系统研究时，将北斗卫星导航定位系统与地理信息系统融合应用，利用高精度北斗船载终端和北斗地基增强网联合实现船舶精准定位;通过应用地理信息系统庞大的电子地图功能，将船舶、航道、水文、气象、船闸排队等数据信息实时显示在GIS地图上，并在此基础上研究与优化北斗高精度和GIS的集成应用，最终实现船舶调度与监控管理、信息采集及身份识别等功能。

3.2 流域船舶监控与调度服务模型构建

构建多控点流域船舶监控与调度服务模型，以最少船舶在港时间和等待时间为目标，应用高精度北斗船载终端对西江流域船舶的航行数据、位置等信息进行采集，以GIS电子地图的方式集中展示流域船舶监控情况。结合船舶监控与调度服务模型，对采集到的数据进行精准分析，辅助指挥中心进行综合决策分析，进而实现对流域船舶的实时动态监控与调度。

4 应用预期效果

基于北斗的智慧船舶服务系统与高精度北斗船载终端的实施使用，将有效提高西江流域水运物流智能化水平。

（1）提升管理效率。智能化的船舶信息采集与身份识别、实时监控、过闸自动缴费等功能的实现，为船舶过闸提供科学、精准的数据信息服务，以服务手段的创新促进管理方式的转变，在提升水运物流智能化管理服务水平的同时，也提高了行业监管能力。

（2）降低成本投入。通过高精度北斗船载终端与软件系统的融合应用，为船舶航运过程提供智能化服务，实现对船舶位置的精准定位、过闸流程优化管理，有效减少船舶航程与待闸时间，帮助物流企业降低船舶航行（时间、燃油、人力）成本投入。

5 结语

文章研究西江流域船舶过闸信息化建设现状，针对其存在的过闸方式落后、信息共享性弱等产生的联合调度难、过闸流程繁琐等问题，提出基于北斗的智慧船舶服务系统的建设研究方案，并对该系统各功能架构进行相关描述。目前，该系统已在西江流域部分船闸进行应用。经过一年多的试运行，实现了智能化过闸缴费管理和全流域船舶监控调度管理，在提高船舶智能通航效率、降低航运物流企业运输成本方面取得较好的应用效果。

参 考 文 献

[1]杨邦杰，严以新，安雪晖.西江流域航运问题浅析及对策建议[J].中国发展，2015，15（4）：1-6.

[2]趙阳，王国伟.智能化集中控制在智慧船闸建设中的应用探索[J].中国水运，2016，16（2）：124-126.

[3]李向前，董海英，韩瑜，等.水上ETC服务智能航运系统总体架构的研究与应用[J].2018，21（15）：177-179.

[4]王瑞，刘轰，郭亚中，等.基于AIS的内河船舶过闸管理系统研究[J].中国水运，2016（9）：93-94，122.

[5]金鹏飞，何斌，王春树，等.船闸计算机收费系统应用研究[J].水利规划与设计，2007（5）：61-62，65.

[责任编辑：钟声贤]