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船舶監控系統數據通信技術開發研究

2018-04-23 09:50:03 來源網站:免費論文網創業好點子 本文移動端:船舶監控系統數據通信技術開發研究

船舶監控系統數據通信技術開發研究 本文關鍵詞:數據通信,監控系統,船舶,技術開發,研究

船舶監控系統數據通信技術開發研究 本文簡介:摘要:不論是在內河航運還是海上貨物運輸,為了保障水路交通運輸的效率和安全性,都必須要加強船舶的實時監控。北斗衛星通信與導航系統是我國獨立研發的一種有源三維衛星定位系統,可以為用戶提供高精度定位、實時通信等功能。本文的研究對象是船舶監控系統,系統介紹了北斗衛星導航系統的組成和工作原理,并在此基礎上研發

船舶監控系統數據通信技術開發研究 本文內容:

摘要:不論是在內河航運還是海上貨物運輸,為了保障水路交通運輸的效率和安全性,都必須要加強船舶的實時監控。北斗衛星通信與導航系統是我國獨立研發的一種有源三維衛星定位系統,可以為用戶提供高精度定位、實時通信等功能。本文的研究對象是船舶監控系統,系統介紹了北斗衛星導航系統的組成和工作原理,并在此基礎上研發了監控系統的數據通信技術。試驗表明,基于北斗衛星的船舶監控系統具有覆蓋范圍廣、船舶定位精度高、時效性強等優點。

關鍵詞:北斗衛星;監控系統;定位;通信;導航

引言

我國水上運輸行業迅猛發展,內河和海上船舶的交通流量迅速增加,航線密集程度也進一步加大。基于此,水上交通事故頻繁發生,對國民經濟和人民生命安全帶來了嚴重威脅。為了促進我國內河航運和海上航運的效率,保障水上交通的安全性,必須要建立和健全我國的船舶監控系統[1]。船舶監控系統是利用多種水上設施,結合雷達、衛星和互聯網通信等,對航線上船舶的航行速度、航線狀態進行監控的一種綜合系統。船舶監控系統通常與GPS全球定位系統、船舶自動識別系統AIS和電子海圖系統相結合,對船舶進行精確的監控。本文的研究對象為船舶監控系統,本文結合了北斗衛星導航系統,設計了船舶實時監控系統,并對監控系統的數據通信技術進行詳細研究。

1北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統是我國自行研發的一種全球衛星導航系統,可以全天候實時的為用戶提供高精度和高可靠性定位、導航等服務,同時具有良好的短報文通信能力[2]。北斗衛星導航系統由地面段、空間段和用戶3部分組成,其工作原理如圖1所示。北斗衛星導航系統具有以下幾個優勢:1)快速定位能力北斗衛星導航系統采用主從請求響應模式提供定位功能,用戶在使用北斗導航衛星時首先在用戶機發出請求,然后地面控制中心接收用戶請求后進行計算,將準確的位置信息通過衛星發送至客戶端。2)雙向短報文通信能力北斗衛星導航系統具有良好的短報文通信能力,用戶與地面控制中心之間可以快速的通過短報文進行數據交換。3)并行處理能力并行處理能力是指北斗衛星導航系統可同時對多個用戶的請求進行處理,支持多用戶并發運行。

2基于北斗衛星的船舶監控系統數據通信技術開發

2.1監控系統的總體結構

本文基于北斗衛星導航系統設計了船舶監控系統,該系統的整體設計框架如圖2所示。如圖2,基于北斗衛星的船舶監控系統由監控終端、地面用戶、船載終端、數據終端、衛星監控地面中心、北斗衛星、GPS衛星和通信服務器等組成。1)船載終端船舶監控系統的船載終端安裝于船舶上,可以進行實時數據的接收和發送,常見的數據類型包括位置信息、航行狀態信息等。船載終端的功能可分為以下幾種:①通信功能:船載終端內部集成了PC機,可進行報文的編輯與傳輸。同時,船載終端的存儲器可以存儲一定量的報文,以供后期查詢與檢索。②定位功能:定位功能是船載終端的重要功能,采用北斗衛星定位,定位信息的刷新頻度為1s/次,船載終端的定位信息包括時間、速度、維度、經度等。③警報功能:當船舶行駛遇到事故或者極端天氣時,可利用船載終端進行報警。2)數據基站監控系統的數據基站主要是指數據庫服務器,包括GIS服務器、web服務器等。數據基站存儲和管理大量的船舶信息,包括船舶實時數據表、船舶歷史發送短信表等。3)通信服務器通信服務器是連接北斗衛星導航系統的特定數據網關,在客戶和服務器之間形成一條通信鏈路[3]。

2.2數據通信技術開發

數據通信技術是船舶監控系統的重要環節,通信鏈路的數據傳輸效率直接決定了監控系統的工作性能。本文在設計船舶監控系統時,采用了了北斗衛星導航系統的通信衛星作為信號中繼站,實現了全天候、大容量的數據傳輸。基于北斗衛星的船舶監控系統通信單元的結構組成如圖3所示。如圖3,基于北斗衛星的船舶監控系統通信單元由通信衛星、集中器、船載終端、交換機、服務器和信息化接收器等組成,該通信單元除了具有通信功能外,還具有下述功能:1)數據傳輸功能基于北斗衛星的船舶監控系統通信單元的數據傳輸能力強,可以根據實際數據傳輸需求進行擴頻通信、調制與解調,最大程度的利用衛星線路頻段。基于通信衛星的強大數據傳輸能力,船舶可以迅速、快捷的與其他船舶和岸基控制中心進行數據傳輸。2)電子海圖功能將電子海圖功能集成于監控系統的船載終端上,使船舶導航功能進一步提高。利用北斗衛星的良好定位功能,船載終端可以獲取不同海域的詳細航道信息與地理信息[5]。3)遠程監控功能利用在線式監控設備,工作人員可以對船舶進行實時監控,并將監控數據傳輸到岸基管理中心。4)互聯網功能2.3數據傳輸協議設計本文設計的船舶監控系統采用TCP/IP協議進行數據傳輸[6],該協議的原理如圖4所示。如圖4,TCP/IP數據傳輸協議的組織架構由SourcePort(源端口)、DestinationPort(目的地端口)、SequenceNumber(序號)、AcknowledgmentNumber(確認號)和HeaderLength(報頭長度)等組成。1)SourcePort(源端口)源端口是識別和發送數據報文的端口,套接字則是是主機額IP地址和端口的組合。2)DestinationPort(目的地端口)目的地端口具有識別數據報文需要發送的目標端口地址功能[7]。3)SequenceNumber(序號)序號字段主要功能是識別數據中的字節順序,通常,TCP第1次發送報文時,報文的初始序號是1個字節的偏移量。4)AcknowledgmentNumber(確認號)確認號表征接收者期望收到的下一個字節,每收到一個報文,確認序號要加1。5)HeaderLength(報頭長度)通常,TCP報頭的長度是32位字長度,報頭長度的4倍是TCP數據的字節偏移量。

3結語

船舶監控系統對于改善水上交通,維護我國海域安全、海上事故救援等有重要的作用,研究一種高性能的船舶監控系統具有深遠的意義。本文首先介紹了北斗衛星導航系統的工作原理,在此基礎上設計了一種基于北斗衛星的船舶監控系統,并重點對船舶監控系統的數據通信單元進行了研究。本研究表明,基于TCP/IP數據傳輸協議的船舶監控系統具有良好通信能力,可以基本滿足日常船舶監控的需求。

作者:趙云峰 武壯 戴永成 單位:北華航天工業學院 電子與控制工程學院 河北省航天遙感信息處理與應用協同創新中心

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