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沿海小型船舶態(tài)勢感知與事故預(yù)警平臺研究

來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:水利時間:瀏覽:

  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)險預(yù)警平臺

  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。

  2研究設(shè)計(jì)

  2.1研究思路

  針對沿海小型船舶的運(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,通過該平臺,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)險預(yù)警等管理服務(wù)。

  2.2平臺架構(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)至岸基中心后存儲在數(shù)據(jù)庫中。同時,岸基中心通過沿海小型船舶態(tài)勢感知與事故預(yù)警平臺實(shí)時展示,監(jiān)視捕獲信息的實(shí)時變化,對收集到的信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)的處理,判斷沿海小型船舶的風(fēng)險狀態(tài),對風(fēng)險等級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)離移動手機(jī)地面基站,有時無法收到任何通信信號,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,只有使用移動船載衛(wèi)星天線,才能夠自動搜索、自動跟蹤衛(wèi)星信號,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,通信終端接收到北斗衛(wèi)星發(fā)射的信號,通過研究的船載北斗衛(wèi)星設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為WiFi信號,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)時數(shù)據(jù)信息,方便船員和遠(yuǎn)程監(jiān)控人員實(shí)時掌握沿海小型船舶態(tài)勢,及時采取應(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)時運(yùn)行狀態(tài)等;并用曲線展示某個設(shè)備某個時間段核心參數(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問題難以克服??紤]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,對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)適配終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理,自動識別有變化的數(shù)據(jù),并且,靈活配置每個數(shù)據(jù)的上傳周期,有針對性地上傳數(shù)據(jù),最大限度降低通信壓力,減小通信延時。

  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,如何及時掌握沿海小型船舶是否會發(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,解決方案針對收集上來的采集數(shù)據(jù),系統(tǒng)軟件平臺提供工業(yè)大數(shù)據(jù)解決方案,通過對采集數(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。例如通過對最近一段時期(如幾個小時、一天、一周或幾個月)之內(nèi)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析,對設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)做出客觀評估,并對設(shè)備在未來一段時間的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)測。同時加入人工智能服務(wù),可以對沿海小型船舶狀態(tài)進(jìn)行風(fēng)險識別(穩(wěn)定性風(fēng)險、故障風(fēng)險、突變風(fēng)險等)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。

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