自航挖泥船运营管控系统设计与应用

李 夏，周 滢，童荣彬

(中港疏浚有限公司，上海 200136）

引言

中港疏浚有限公司是一家专业港航施工企业，拥有十几艘大型自航挖泥船。由于公司海上工程船舶分布广泛，且经常长途调遣，在传统管理模式下，公司和项目部与船舶联系、沟通只是依靠船舶无线电设备、移动基站和F 站通信，存在信号覆盖范围少、通信带宽小和费用较高的问题，使得公司及项目部对国内外工程船舶缺乏真正有效、实时的日常管理手段。随着卫星通信技术、计算机技术、互联网技术等信息技术的快速发展，并且不断克服卫星信道传输的较大延时和较高丢包率的通信障碍问题，部署应用专业系统，实现公司船舶远程管控的目标，给公司船舶管理带来了数字技术革新。

1 挖泥船运营管控系统概况

挖泥运营管控系统共包括“挖泥船生产信息监测系统”、“挖泥船视频监控系统”和“挖泥船运营分析系统”三个子系统。系统基于VSAT 站卫星宽带系统，通过IPSec 方式构建了船岸通信虚拟专网，即船舶VPN 应用实现上下行通信速率100 Kbps 以上且成本较低，海域覆盖范围广。为确保船岸信息数据交互便捷性和安全性。项目成果实现了对自航挖泥船施工状态的远程监测、施工过程历史回放和数据分析。

2 挖泥船生产信息监测系统

挖泥船生产信息监测系统采用的是B/S 架构，具备便于推广应用的优势，但也增加了服务器端的数据处理量。系统开发克服了B/S 架构下的ActiveX控件和OpenScales 技术开发瓶颈，去除了网页插件运行，提升地图无极缩放功能。系统在提升服务器云计算效率的同时，也提升了前端用户体验，实现了基于WEB 界面监测的信息实时监测、回放和分析，满足了公司产量工程师和质量安全管控人员的日常数据采集分析需求。

2.1 挖泥船状态监测

系统可以将船舶GPS 定位位置和周围船舶AIS信息进行实时更新显示，在系统的WEB 电子地图上可实现度图层的叠加应用，全方面监测挖泥船的状态信息，系统用户可以根据需要自定义船舶监测信息显示。系统分别以图、表的方式提供了船舶实时设备状态的监测，监测船舶的所有实时信号可选择性排列，系统船舶状态的远程监测如图1 所示。

图1 系统WEB 监测显示界面图

2.2 施工数据曲线

系统用户可以查看挖泥船装舱、溢流、抛泥全过程实时施工曲线信息，比如船舶吃水信息、船载土方量、泥泵效率曲线信息等。基于系统提供的数据信息，港航施工工艺技术人员可以根据需求自定义曲线的生成，实时分析比较挖泥船施工工艺执行水平，优化工艺，提高挖泥效率，相关施工曲线如图2 所示。

图2 某船自定义施工曲线

2.3 全景回放分析

系统可以查看船舶的实时施工信息，也可以进行全景回放分析，系统通过船舶历史定位信息自动统计分析出船舶的历史轨迹信息，同时挖泥船的历史施工过程可以进行全景式回放分析，如图3 所示。

图3 某船界面全景回放图

用户可以检索船舶施工历史数据，并对检索到的数据进行回放分析，实现施工过程的全景分析。分析系统实现的功能与船端“疏浚监测平台”一致，但该回放与分析功能系在B/S 架构中实现的，用户使用更便捷、更安全，有效保障了企业数据信息安全。系统有效加强了挖泥船施工现场控制。系统实现了数据的快速获取、集中存储和多方应用，为数据自动统计分析、深度价值挖掘等更智能的数据应用奠定了基础[1]。

3 挖泥船视频监控系统

“挖泥船生产信息监测系统”虽然可以获取工程船舶的生产及设备运转信息，但是无法通过图像监控内船舶外环境实况信息。“挖泥船视频监控系统”可以在船舶发生故障或者意外情况时，将现场的画面传送至公司总部生产指挥监控中心，相关技术督导人员可以及时与现场进行实时视音频的通信，满足挖泥船施工作业远程管控需求。

3.1 系统架构

基于船载卫星宽带通信系统的视频监控系统主要包括：实时监控、历史回放、预警提示、远程指导等功能。挖泥船视频监控系统功能的架构图如图4 所示。

图4 挖泥船视频监控系统功能架构

系统使用船舶卫星宽带通信系统作为信息传输载体，因其链路带宽较小且稳定性较差，需要系统具备更高效的视频编解码技术来实现视频图像的远程传输。通过不断优化设计，“挖泥船视频监控系统”实现了在速率50 Kbps 左右的通信链路上传输4CIF 分辨率的视频信息。系统视频信号采集终端使用高低双码流摄像头，因此船端可以存储高码流视频图像，而低码流视频图像经过压缩处理再远程传输到岸端监控中心供岸端实时观看和指挥，并且能查看船端存储的历史监控视频信息[2]。

3.2 系统主要优势

相比通用的视频传输技术，中交上海航道局的船舶远程视频监控系统具有以下优势：

1）低传输速率要求，系统针对卫星通信链路的速率较低、不稳定、高时延等特点，优化通信链路，提升传输效率，保障视频传输的质量。

2）系统设备网元化，整套系统的设备采用网络IP 连接，各网元配置方便，操作简单。

3）图像高效编解码，系统针对卫星链路通信特点优化视频编码效率，采用h.265 超高压缩编码技术，保障小码流、高时延下的视频质量[3]。

4）用户并发数大，系统容量大，满足大量用户使用需求。

3.3 远程监控效果

系统提供了WEB 端和手机APP 端两种视频监控服务，实现了公司管理人员全天候、全方位的远程实时安全管控目标，用户可以远程操控摄像头监控范围，完成远程可视化巡检。另外系统还具备远程音视频会话讲功能，可以支持公司对施工作业现场的远程指导。

4 挖泥船生产经营分析系统

“挖泥船生产运营分析系统”专注于港航施工企业项目生产运营数据采集分析，具有多端口数据采集、多模块数据分析及自定义输入输出报表功能，且能与其他业务部门已应用系统进行数据交互。系统开发应用始终以提升船舶运营效益，倒逼公司基础数据管理上等级，实现辅助决策功能为目标，在开发过程中应尽可能提高系统的兼容性，确保数据的保密性和安全性。

4.1 数据准化建设

“挖泥船生产运营分析系统”搭建基础是数据，中交上海航道局围绕疏浚船舶生产运营分析需求进行了“数据字典”的编制。在秉持“一数一源”的基本原则下，系统的数据基础工作主要做了以下几点：

1）系统共定义了600 多个数据信息及相关计算规则；

2）梳理规范了120 多个船舶运行时间、约300个工程信息、100 多个设备信息以及100 多的费用收入科目；

3）采集信息涉及施工数据、工艺参数、设备信息、工程合同信息、项目成本等。

4.2 数据采集及分析

系统数据采集采用“人机结合”、“信息协同”等方式，避免重复采集、减少人工采集，让设备运转数据和工程管理数据有机结合，动态分析船舶运营状态。

系统的数据分析围绕船舶每日运营状态进行，船舶为基础单位，进行综合数据分析，满足技术管理及运营管理需求。

5 结语

中港疏浚有限公司设计和应用的“自航挖泥船运营监控管理系统”基本实现了公司对船舶的远程管控，在复杂的外部环境和施工工况下，公司能够远程管控施工现场，能够在现场发生意外事故前后做出准确的预判、警示并采取适当紧急措施，能够远程分析和诊断设备疑难故障，通过实时监测船舶生产运营数据进行效能分析来提升生产运营效益，这种以信息技术带动企业生产运营效益提升的发展战略，对整个港航施工行业生产管理水平提升有着深远的意义。