某科考船数字化信息系统的设计

倪 铭，陈嘉伟，倪其军

（1.国防科技大学，湖南 长沙 410073；2.中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）

0 引言

为实现某科考船科考数据智能化管理、船舶安全智能化管理，需要建立一套全船信息管理系统网络及现代化的远程可视化的综合信息网络及传输系统，实施全船航行及水面、水下作业等重要数据的收集、整理、归档，以及船舶管理及远程协作指挥。

船舶计算机网络系统为全船的信息传送、信息存储和信息处理提供网络平台。具有良好的可集成性、可伸缩性和可管理性，满足日常应用系统运行的需求。

1 系统建设目标与原则

拟建设的信息系统是为实现科考调查船智能化指挥系统的移植，将本船建设成为一个流动的科研所。建设的信息化系统包括：1）保障数字智能化办公的综合布线及机房系统网络硬件设施；2）覆盖科考船四周水域的视频监控系统；3）完备的视频会议远程协作指挥系统；4）船舶机务、设备数据存储、处理；5）科考辅助设备监控、调查、测量数据存储、处理；6）与岸基主管部门无缝对接的移动数字办公系统；7）无线通信传输系统。

拟建设的信息系统建设原则：

1）智能化集成原则。本次系统建设遵循智能化集成原则[1]，保证在最小建设的情况下实现各系统功能的整合，利用一套网络系统实现所有船载办公网络需求，保证实现智能化高度集成，节约建设成本。

2）成熟性原则。船载信息化系统直接影响到科考船的办公效率，要保证建设后的系统与岸基中心的无缝对接，必须选用成熟的产品和集成方案，实现本次系统的建设目标。能够最大限度地满足实际工作的要求，把满足用户的业务管理作为第一要素进行考虑，采用集中管理控制的模式[2]，在满足功能需求的基础上操作方便、维护简单、管理简便，确保系统可长期不间断运行。

3）先进性原则。信息智能化建设的主要目标是实现数字智能化作业任务，保证系统的先进性才能实现本次建设的目标。采用的系统结构应该是先进的、开放的体系结构[3]，系统使用科学。整个系统能体现当今多媒体信息技术的发展水平。

4）兼容性原则。系统建设应能兼容所有基于国际标准协议开发的设备与应用，兼容其他平台的网络设备，保证系统建设完成后，仍可根据未来信息化发展需求，增加其他标准协议开发的设备和系统。

5）可扩容性原则。智能化系统建设随着网络技术的发展而发展，更先进的应用系统可能在未来几年内开发成功[4]，新系统在本船上应用时，能与现有的系统接口对接，保证系统的可扩容性[5]，为系统以后的升级预留空间。

2 系统设计与功能说明

2.1 综合布线及机房建设

综合布线系统是本科考船数字化有线应用的基础，要实现所有应用的接入，必须有完善的布线系统保障。由于船舶空间较小，通信要求较高，故网络综合布线系统选用光纤、六类网线及对应的产品组成，保障网络通信的高效率，与综合布线相关的其他布线工作全部归纳到船舶电缆敷设系统中。

数据处理中心及机房建设是综合布线及数据通信的核心，由于科考船工作环境恶劣，工作空间较小，普通的陆用机房在实际使用中老化较快，影响网络的使用。使用调试密度集成化机房能保障在恶劣环境下的机房应用，同时减少占船面积。

2.2 全船动态数据监控系统

船舶动态信息系统需实时采集、处理船舶的航行动态数据，采集的设备包括电罗经、GPS 及北斗、测深仪、计程仪、气象仪、AIS。本系统通过AIS，可采集周边船船位信息。本系统对采集的数据处理后进行存储，进行实时查看，历史记录调用。

本系统可通过机舱报警系统提供的RS485 接口采集有关机电设备的参数，供局域网用户查看、浏览。配备电子海图显示系统，可实现本船位置显示、本船航迹显示、AIS 接收设备获取的它船船位信息显示。

2.3 视频监控系统

本船设计有视频监控系统3 套，一套调查实验区域专用，一套船舶机舱设备区域监控专用，一套上层建筑区域驾驶室监控，每套均有存储功能。

船舶视频监控集成于自动化系统中，对全船重要部位进行实时连续监视。摄像机在主要出入口、主机舱、艏/艉侧推推进设备舱、主推进系统设备舱、机舱、辅机舱、空调舱、舵机舱、中央液压泵站舱、机舱集控室、绞车舱、地震空压机舱、主甲板艉部作业区域（作业及作业管理摄像头视频信号，同时在艇甲板艉部作业综合操控室设置一独立液晶显示屏显示）、各层甲板两舷侧、全船主要出入口适当配置。在驾控台、集控台、数据中心、艇甲板艉部作业综合操控室等配有专门控制及监视器设备。

2.4 船载多媒体会议系统

设置一个大会议室，满足召开调查研讨会、科学实验协调会及远程视频会议的需求，配置一套具有多种会议场景设定功能的办公会议系统。该会议系统包括网络数据传输、多媒体显示终端、扩声系统、圆桌手拉手视频会议系统。

与数据中心网线接口2 个：一个是远程会议系统与通过海事卫星相连用于召开两地远程视频会议；另一个与船上局域网相连用于船上信息系统的共享，会议室可作为全船所有信息的显示终端。

会议系统中配备音响扩声系统，配置功能先进的音影视频播放器，满足船上工作及文化交流需求。船载本地会议系统组成：显示系统、会议系统、信号处理系统、视频会议系统、摄像系统、数字中控系统、音响系统、会议照明系统。

2.5 船载计算机网络系统

本船计算机网络平台包括：综合船舶信息网络、公共信息网络、科考网络及综合信息显控终端。

综合船舶信息网络主要用于管理船舶机务、航行安全船务的数据（导航信息、水文、气象等）、视频等图文信息；公共信息网络为船员的共享Internet 公网或行业公网信息网络；科考网络用于连接科考实验室及科学家相关舱室，科考调查信息共享，实时监测调用调查数据。各网络在物理独立设置，综合船舶信息网配有2 台核心交换机（驾驶室-机舱）、科考网络配有2 台核心交换机（驾驶室-数据处理中心）分别组成的骨干千兆光纤网络；每个网络都具有1 台服务器作为管理中心，各网络的划分通过VLAN 技术划分；从综合船舶信息网络交换机、公共信息网络交换机、科考网络交换机均为百兆电缆到房间。网络中心设在数据处理中心，安装一套KVM 系统实现对服务器的统一管理，并可以通过无线VPN 与三亚深海科学与工程研究所系统内部网络连接，信息共享。

2.6 办公自动化系统

办公自动化系统（OA）是本数字信息化系统建设的重点。计算机和局域网在利用网络进行日常办公管理和运作时，将产生日常办公文件、图纸文件、ERP 等企业业务数据资料以及个人的许多文档资料。传统的内部局域网内一般都没有文件服务器，上述数据一般都存放在分散的电脑和服务器上，没有一个合适的设备作为其备份和存储的应用。由于个人电脑的安全级别很低，员工的安全意识参差不齐，重要资料很容易被窃取、恶意破坏或者由于硬盘故障而丢失。

从数据存储的分析中可以看出，要使整个全船内部的数据得到统一管理和安全应用，就必须有一个安全、性价比好、应用方便、管理简单的物理介质来存储和备份企业内部的数据资料。NAS 网络存储服务器是一款特殊设计的文件存储和备份的服务器，它能够将网络中的数据资料合理有效、安全地管理起来，并且可以作为备份设备将数据库和其它应用数据实时自动备份到NAS 上。

安装一套KVM 系统实现对服务器的统一管理。研究中心资源信息专业监控虚拟化桌面用于将岸基调查调度系统转移到移动的本科考船上，在本科考船上实现与岸基研究中心相同的指挥操作和专业设备数据情况。考虑使用专用的网络系统，与岸基研究中心内部网络未联网，其信号也不可通过网络进入岸基研究中心内部网络中，要实现岸基中心与本科考船的一体化操作，首先要在中心建设一台专用的虚拟桌面服务器，通过隔离网闸将2 个网络分开，使岸基中心内网只能通过网闸发送数据至船载虚拟桌面服务器，保证资源系统的安全。

2.7 高清电视网络点播系统

设置一套船用网络点播卫星电视系统，用于在船上收看卫星电视，各舱室彩色液晶电视机或电脑显示器，能通过网络收看点播电视节目。每个房间的电视设置成IPTV，不但能看视频监控信号及数据监控还能参加本地会议。

C波段卫星电视接收天线设置在艇甲板综合操控室上方，设置信号功放器，将信号送至首楼甲板艏部机柜间进行电视信号的集中解码。

网络点播卫星电视系统，用于在船上收看卫星电视（船靠岸可接入岸上有线电视信号），首楼甲板配备卫星电视控制柜1 套，设置卫星电视接收系统1 套，在餐厅、会议室、小餐厅、居住舱室等舱室彩色液晶电视机或电脑显示器，能通过网络收看点播电视节目。

图1 高清电视网络点播系统图

2.8 无线通信系统

远程通信系统实现局域网内用户通过船舶上的VSAT 进行远程数据通信，享受安全和可管理的邮件服务。系统提供船舶电子邮件服务，方便船岸邮件通信。

为本船与岸上机关实时图像、语音、数据双向高速传输的需要，配置水上卫星宽带通信（VSAT）系统一套。传真机安装在驾驶室指挥区，在船长室、首席科学家室安装网络电话机。卫星网控制机设置打印机，该水上宽带卫星通信系统与GPS、磁罗径、电罗经、网络系统以及语音调度平台有接口。

本船设有INMARSAT“FBB”站，作为本船数据信息及语音通信备用设施。为便于方便船员作业及丰富其业余生活，设置船载公共WIFI 热点功能；另外可预置一套专用码头专网WIFI 热点，船载内网可在Wi-Fi 布控范围内接入主管信息中心。

运用Wi-Fi 直连无线显示设备，通过无线方式分享视频画面。本船在每层安装了无线热点，便于手机、笔记本或IPAD 接入网络，无线热点采用2.4 GHz 吸顶式AP，每个节点提供300 Mbps 的无线接入速度。

3 结语

图2 无线通信系统图

科考船是一种数字化、信息化集成度极高的船型，本文设计一套全船信息管理系统网络及现代化的远程可视化的综合信息网络及传输系统，实现了科考船的科考数据智能化管理、船舶安全智能化管理，采用VLAN 的方式为科考建立虚拟局域网，最大限度满足考察数据的存储、调用，并使考察数据免受外来病毒的影响。同时为实现科考船舶海上作业数据智能化管理、安全航行信息数据管理，在船上实现所有系统与岸基系统的对接，并实现所有功能双向可视化管理，为其他先进科考船的数字化信息系统设计提供了借鉴。