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摘 要文章主要就安徽省内河航道危险品船舶、客渡船的交通安全和智能化的信息管理系统的建立进行论述。
关键词危险品船舶；客渡船；GPS监控系统
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)062-0167-02
近年来，安徽省水运事业发展迅猛，安徽省地方海事机构现辖的通航航道5000余公里，其中大部分分布于偏远地区，全省共有渡口1800余道，渡船（含客运船舶）2000余艘，渡运航线分布较广，日常监管难度大，渡船超核定航线航行灯偶发性违章行为难以得到及时查纠；全省现有危险品船舶1100余艘，广泛分布于我省淮河、巢湖等主要航道和周边省份，由于流动性大，缺少有效的动态监管手段。因此，提高水运的安全监管能力也就愈发重要，建立一个能整合各类资源，以地理信息为基础，通过实时经纬度数据对船只实行监控，并能提供导航和预警信息的动态监控救援系统就有着重要的意义。该系统的建立能提高管理部门对渡船、危险品船等重点船舶航行、停泊、作业状况的远程动态监控水平，增强通航环境监管能力，有效提高海事监管效率。同时，在处置突发事件时，该系统能在第一时间提供现场相关数据以及视频音频资料，为各级应急机构正确决策提供必要的信息。在国内，同类系统目前海上及长江也有应用，但是在内河航道危险品船舶、客渡船中应用还不多见。特别是基于3G网络实时传输船上音视频数据方面，尚无先例。进行该项目的研究，对内河航道危险品船舶、客渡船的交通安全和智能化的信息管理具有相当的实用价值。
1研究内容和目标及主要技术经济指标
1.1研究内容
该项目研究内容有：航道地理信息系统和水运信息数据库的建立，基于GPS的实时监控系统的开发，基于3G通信系统的应急救援系统的开发，基于水文信息的航道交通预警系统研究。主要研究内容如下:
1）综述国内外航道管理的研究现状，分析内河航道危险品船舶、客渡船管理中尚待解决的问题。
2）构建水运信息数据库。
3）构建基于GIS的内河航道危险品船舶、客渡船监控救援系统，根据功能实现的区别将系统分成地理信息子系统、水上救援信息查询子系统和船只动态监控子系统。采用结构化设计方法，利用VS2008.NET、MapInfo 、MapX、SQL2008，对系统各功能模块进行详细地设计。
4）根据系统详细设计，确定各功能模块的实施方案。着重研究系统开发过程中涉及的关键技术。在系统详细设计的基础上，编制相关应用软件。
5）进行系统调试工作，发布应用程序，并运行演示。
6）内河航道危险品船舶、客渡船动态监控系统实例应用。
1.2目标
1）建立一个存储危险品船舶、客渡船资料的水运信息数据库和安徽省水运地理信息系统，该数据库与与地理信息系统结合，随时为管理人员提供航道、船只的详细资料，实现数据管理可视化和地图化。
2）建立安徽省内河航道危险品船舶、客渡船的动态监控系统，实现对这些船只航行状况的实时监控、违章情况的自动记录、航行轨迹存储和回放，并能为这些船只提供导航、预警和公共信息服务。
3）建立安徽省内河航道危险品船舶、客渡船的应急救援系统，系统自动监听船只发回的事故报警信号并通知管理人员，快速定位出事船只的地点，调取船只现场视频，提供搜救船只的位置和救援物资等情况，为管理部门部署救援提供充足的信息支持。
1.3主要技术指标
根据总体设计的要求，危险品船舶、客渡船的动态监控救援系统开发过程中涉及以下几项关键技术的应用:航道地图矢量化技术、数据库技术、信息处理技术和信息传输技术。航道地图矢量化技术在电子地图制作中应用；根据数据库技术建立属性表；利用信息处理技术及船只信息3G传输技术，对船只进行定位；在良好的数据库存储结构的基础上，结合GIS强大的查询功能，实现救援信息的多方位查询等
矢量化就是地图数字化，即将光栅图像转化为特定对象的矢量图形的过程。在开始数字化之前——数字化——属性数据的输入——建立GeoSet对象。
数据库技术：信息编码——GPS数据提取。
船只信息传输技术：船只定位子系统的信息传输方式有两种:专用无线通信网和公众移动通信网（2.5G和3G）。
利用3G无线通信系统的优势：
1）建设成本低：建设在成熟的3G网络系统之上，无须投入日常维护通信传输网络设备所需的大量资金。
2）监控范围广：本系统的有效范围为公众网络的覆盖范围，船只在该网络范围内都能够得到有效的监控。
3）灵活性强：采用了模块化结构，支持多级、多中心、多组合的积木化使用，适用于各种不同性质的单位和管理部门，系统规模可大可小，系统功能可以灵活搭配组合。
4）可实施性强：该系统运用的多种技术现在已经非常成熟，完全可以满足系统建设要求的先进性、安全可靠性、简易性、扩展性和兼容性。
5）系统容量大：系统可以无限分组，服务器可积木式扩容，单台服务器可管理5000船只。
6）系统运行指标高：①地图显示性能：打开速度：≤10秒；关闭速度：≤10秒；缩放速度：≤3秒；漫游速度：≤3秒；查询速度：≤5秒。②车（船）监控性能：定位、追踪速度：≤10秒；接收报警、信息速度：≤15秒。
2达到的科学技术水平、经济、社会效益及其推广应用范围
动态监控救援系统具有船舶定位、导航预警、搜救定位、调查取证、船舶管理、信息服务等功能。
1）船舶动态监控功能：海事监控中心及其他分中心可对所辖装有GPS终端的船舶进行有效动态监控，监控其航行位置、速度、航向等，可下达监控指令，监控船舶，遏制船舶违章，实现对船舶水上交通安全的动态监管。
2）船舶防撞预警功能： 船载GPS终端可与雷达、电子航道图实现防撞预警功能。航行中船舶在GPS终端上设定预警范围，当目标船舶进入预警范围，船载GPS终端会发出报警，提示驾驶员注意避让；同样船舶锚泊时，也可以在GPS终端上确定船舶锚泊位置，设置一个适当的警戒范围，对锚位进行监测。如果由于某种原因引起船舶走锚，船位超出设置的警戒范围GPS 就会自动报警，提醒值班人员注意，保障船舶安全。
3）重点水域预警功能：监控中心可向航行船舶发出不同等级的预警信息，装有GPS终端纳入管理的船舶进入重点监控水域如水上交通管制区、控制航段、施工作业区等，终端上会有相关的提示信息，提醒船舶注意，以避免发生险情。
4）快速搜救定位功能：船载GPS终端可利用定位、报警功能，及时准确对遇险船舶定位，实现快速搜救。GPS终端上设有各种遇险报警触摸按钮，当船舶遇险时，相关按钮一经触发，将连续发送报警信号到监控中心。监控中心可进行位置跟踪，指挥、协助船舶救援。
5）船舶助航导航功能：装有电子航道图的船载GPS终端，它可以动态显示航道及相关资料，实时显示本船的位置，以及助航标志和周围目标船舶的位置，为船舶安全航行提供辅助导航。同时海事监控中心也可以通过GPS监控管理平台为船舶提供导航服务。
6）事故调查取证功能：利用动态监控管理平台，通过查询、回放船舶航行轨迹信息记录，系统能够准确定位船舶事故发生时的位置、航向、航速、视频录像等，给水上交通事故调查提供了有效的证据，以便海事部门能快速准确地分析水上交通事故发生原因，提高了水上交通事故处理工作效率，保障了调查处理的质量。
7）公共信息服务功能：该系统可与航道、水利、安监、公安等管理部门管理信息平台对接，实现部分数据信息共享，利用监控中心的群呼功能向船舶提供天气、水位、航道交通状况等公共信息服务等。
危险品船舶、客渡船动态监控救援系统能够提高对船只航行状况的动态监控能力和管理能力。在对出事船只的救援过程中能提高救援工作的效率，同时基于地理信息的数据管理系统也可以为管理部门的日常办公提供便利。项目的建成对于相关部门提高水运管理的能力和效率具有积极意义。
3研究、试验方法和技术路线
1）前期调查与资料收集:收集全省航道地形图以及航道上航道、港口、码头、船舶以及海事管理机构的信息。了解目前船只所装备的 GPS的功能、数据接口等信息。了解信息发送系统的数据接口。
2）建立省航道地理信息系统及水运信息数据库，编写系统运行及数据库管理程序，由此构成一个水运信息管理系统。地理信息系统采用MapInfo软件进行开发，数据库采用SQL格式，程序采用VS.NET开发平台编写。
3）根据船只GPS和视频监控设备的装备情况，建立与设备相适应的实时监控系统，编写船只航行状况的实时定位程序、航道报警程序、违章记录程序、资料查询程序和互动交流程序等。
4）建立船只应急救援子系统，编写船只报警信息监听程序、出事地点定位和现场视频调取程序、搜救船只定位和搜救物资查询程序等。
5）系统试运行阶段，通过系统的实际运行来测试系统功能，完善系统结构，最终完成系统定型。在此基础上向相关部门申请进行成果鉴定。
技术路线：
按照结构化设计方法的思路，确定本系统的开发步骤为:系统分析、系统设计和系统实施。
在确定了建立基于GIS的内河航道危险品船舶、客渡船管理系统的建设目标之后，需要利用统一的表达方法和工具对系统进行分析和表达，作为系统设计的基础。GIS结构化分析是面向GIS数据流而进行的需求分析过程，采用GIS数据流模型来模拟GIS数据处理过程。具体地讲，就是用抽象模型的概念，按照GIS软件内部数据传递、数据变换等关系，将GIS系统自上而下逐层分解，直至找到满足GIS功能的实现为止。
在系统分析阶段确定系统建设的详细任务之后，需要进行系统的总体设计。
GIS总体设计阶段的主要任务是将系统需求转换为数据结构和软件体系结构，即数据设计和体系结构设计。数据设计就是把分析阶段所建立的信息域模型变化成软件实现中所需的数据结构。体系结构则是把系统的功能需求分配给软件结构，形成软件的模块结构图。
参考文献
[1]朱志勤.全球定位的抗干扰及适应性技术[J].导弹与航天运载技术,2000,01.
[2]周捷,翟羽健,马瑜兰,方涛.差分GPS/GIS实时监控管理系统的设计应用[J].微型电脑应用,1999,07.
关键词危险品船舶；客渡船；GPS监控系统
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)062-0167-02
近年来，安徽省水运事业发展迅猛，安徽省地方海事机构现辖的通航航道5000余公里，其中大部分分布于偏远地区，全省共有渡口1800余道，渡船（含客运船舶）2000余艘，渡运航线分布较广，日常监管难度大，渡船超核定航线航行灯偶发性违章行为难以得到及时查纠；全省现有危险品船舶1100余艘，广泛分布于我省淮河、巢湖等主要航道和周边省份，由于流动性大，缺少有效的动态监管手段。因此，提高水运的安全监管能力也就愈发重要，建立一个能整合各类资源，以地理信息为基础，通过实时经纬度数据对船只实行监控，并能提供导航和预警信息的动态监控救援系统就有着重要的意义。该系统的建立能提高管理部门对渡船、危险品船等重点船舶航行、停泊、作业状况的远程动态监控水平，增强通航环境监管能力，有效提高海事监管效率。同时，在处置突发事件时，该系统能在第一时间提供现场相关数据以及视频音频资料，为各级应急机构正确决策提供必要的信息。在国内，同类系统目前海上及长江也有应用，但是在内河航道危险品船舶、客渡船中应用还不多见。特别是基于3G网络实时传输船上音视频数据方面，尚无先例。进行该项目的研究，对内河航道危险品船舶、客渡船的交通安全和智能化的信息管理具有相当的实用价值。
1研究内容和目标及主要技术经济指标
1.1研究内容
该项目研究内容有：航道地理信息系统和水运信息数据库的建立，基于GPS的实时监控系统的开发，基于3G通信系统的应急救援系统的开发，基于水文信息的航道交通预警系统研究。主要研究内容如下:
1）综述国内外航道管理的研究现状，分析内河航道危险品船舶、客渡船管理中尚待解决的问题。
2）构建水运信息数据库。
3）构建基于GIS的内河航道危险品船舶、客渡船监控救援系统，根据功能实现的区别将系统分成地理信息子系统、水上救援信息查询子系统和船只动态监控子系统。采用结构化设计方法，利用VS2008.NET、MapInfo 、MapX、SQL2008，对系统各功能模块进行详细地设计。
4）根据系统详细设计，确定各功能模块的实施方案。着重研究系统开发过程中涉及的关键技术。在系统详细设计的基础上，编制相关应用软件。
5）进行系统调试工作，发布应用程序，并运行演示。
6）内河航道危险品船舶、客渡船动态监控系统实例应用。
1.2目标
1）建立一个存储危险品船舶、客渡船资料的水运信息数据库和安徽省水运地理信息系统，该数据库与与地理信息系统结合，随时为管理人员提供航道、船只的详细资料，实现数据管理可视化和地图化。
2）建立安徽省内河航道危险品船舶、客渡船的动态监控系统，实现对这些船只航行状况的实时监控、违章情况的自动记录、航行轨迹存储和回放，并能为这些船只提供导航、预警和公共信息服务。
3）建立安徽省内河航道危险品船舶、客渡船的应急救援系统，系统自动监听船只发回的事故报警信号并通知管理人员，快速定位出事船只的地点，调取船只现场视频，提供搜救船只的位置和救援物资等情况，为管理部门部署救援提供充足的信息支持。
1.3主要技术指标
根据总体设计的要求，危险品船舶、客渡船的动态监控救援系统开发过程中涉及以下几项关键技术的应用:航道地图矢量化技术、数据库技术、信息处理技术和信息传输技术。航道地图矢量化技术在电子地图制作中应用；根据数据库技术建立属性表；利用信息处理技术及船只信息3G传输技术，对船只进行定位；在良好的数据库存储结构的基础上，结合GIS强大的查询功能，实现救援信息的多方位查询等
矢量化就是地图数字化，即将光栅图像转化为特定对象的矢量图形的过程。在开始数字化之前——数字化——属性数据的输入——建立GeoSet对象。
数据库技术：信息编码——GPS数据提取。
船只信息传输技术：船只定位子系统的信息传输方式有两种:专用无线通信网和公众移动通信网（2.5G和3G）。
利用3G无线通信系统的优势：
1）建设成本低：建设在成熟的3G网络系统之上，无须投入日常维护通信传输网络设备所需的大量资金。
2）监控范围广：本系统的有效范围为公众网络的覆盖范围，船只在该网络范围内都能够得到有效的监控。
3）灵活性强：采用了模块化结构，支持多级、多中心、多组合的积木化使用，适用于各种不同性质的单位和管理部门，系统规模可大可小，系统功能可以灵活搭配组合。
4）可实施性强：该系统运用的多种技术现在已经非常成熟，完全可以满足系统建设要求的先进性、安全可靠性、简易性、扩展性和兼容性。
5）系统容量大：系统可以无限分组，服务器可积木式扩容，单台服务器可管理5000船只。
6）系统运行指标高：①地图显示性能：打开速度：≤10秒；关闭速度：≤10秒；缩放速度：≤3秒；漫游速度：≤3秒；查询速度：≤5秒。②车（船）监控性能：定位、追踪速度：≤10秒；接收报警、信息速度：≤15秒。
2达到的科学技术水平、经济、社会效益及其推广应用范围
动态监控救援系统具有船舶定位、导航预警、搜救定位、调查取证、船舶管理、信息服务等功能。
1）船舶动态监控功能：海事监控中心及其他分中心可对所辖装有GPS终端的船舶进行有效动态监控，监控其航行位置、速度、航向等，可下达监控指令，监控船舶，遏制船舶违章，实现对船舶水上交通安全的动态监管。
2）船舶防撞预警功能： 船载GPS终端可与雷达、电子航道图实现防撞预警功能。航行中船舶在GPS终端上设定预警范围，当目标船舶进入预警范围，船载GPS终端会发出报警，提示驾驶员注意避让；同样船舶锚泊时，也可以在GPS终端上确定船舶锚泊位置，设置一个适当的警戒范围，对锚位进行监测。如果由于某种原因引起船舶走锚，船位超出设置的警戒范围GPS 就会自动报警，提醒值班人员注意，保障船舶安全。
3）重点水域预警功能：监控中心可向航行船舶发出不同等级的预警信息，装有GPS终端纳入管理的船舶进入重点监控水域如水上交通管制区、控制航段、施工作业区等，终端上会有相关的提示信息，提醒船舶注意，以避免发生险情。
4）快速搜救定位功能：船载GPS终端可利用定位、报警功能，及时准确对遇险船舶定位，实现快速搜救。GPS终端上设有各种遇险报警触摸按钮，当船舶遇险时，相关按钮一经触发，将连续发送报警信号到监控中心。监控中心可进行位置跟踪，指挥、协助船舶救援。
5）船舶助航导航功能：装有电子航道图的船载GPS终端，它可以动态显示航道及相关资料，实时显示本船的位置，以及助航标志和周围目标船舶的位置，为船舶安全航行提供辅助导航。同时海事监控中心也可以通过GPS监控管理平台为船舶提供导航服务。
6）事故调查取证功能：利用动态监控管理平台，通过查询、回放船舶航行轨迹信息记录，系统能够准确定位船舶事故发生时的位置、航向、航速、视频录像等，给水上交通事故调查提供了有效的证据，以便海事部门能快速准确地分析水上交通事故发生原因，提高了水上交通事故处理工作效率，保障了调查处理的质量。
7）公共信息服务功能：该系统可与航道、水利、安监、公安等管理部门管理信息平台对接，实现部分数据信息共享，利用监控中心的群呼功能向船舶提供天气、水位、航道交通状况等公共信息服务等。
危险品船舶、客渡船动态监控救援系统能够提高对船只航行状况的动态监控能力和管理能力。在对出事船只的救援过程中能提高救援工作的效率，同时基于地理信息的数据管理系统也可以为管理部门的日常办公提供便利。项目的建成对于相关部门提高水运管理的能力和效率具有积极意义。
3研究、试验方法和技术路线
1）前期调查与资料收集:收集全省航道地形图以及航道上航道、港口、码头、船舶以及海事管理机构的信息。了解目前船只所装备的 GPS的功能、数据接口等信息。了解信息发送系统的数据接口。
2）建立省航道地理信息系统及水运信息数据库，编写系统运行及数据库管理程序，由此构成一个水运信息管理系统。地理信息系统采用MapInfo软件进行开发，数据库采用SQL格式，程序采用VS.NET开发平台编写。
3）根据船只GPS和视频监控设备的装备情况，建立与设备相适应的实时监控系统，编写船只航行状况的实时定位程序、航道报警程序、违章记录程序、资料查询程序和互动交流程序等。
4）建立船只应急救援子系统，编写船只报警信息监听程序、出事地点定位和现场视频调取程序、搜救船只定位和搜救物资查询程序等。
5）系统试运行阶段，通过系统的实际运行来测试系统功能，完善系统结构，最终完成系统定型。在此基础上向相关部门申请进行成果鉴定。
技术路线：
按照结构化设计方法的思路，确定本系统的开发步骤为:系统分析、系统设计和系统实施。
在确定了建立基于GIS的内河航道危险品船舶、客渡船管理系统的建设目标之后，需要利用统一的表达方法和工具对系统进行分析和表达，作为系统设计的基础。GIS结构化分析是面向GIS数据流而进行的需求分析过程，采用GIS数据流模型来模拟GIS数据处理过程。具体地讲，就是用抽象模型的概念，按照GIS软件内部数据传递、数据变换等关系，将GIS系统自上而下逐层分解，直至找到满足GIS功能的实现为止。
在系统分析阶段确定系统建设的详细任务之后，需要进行系统的总体设计。
GIS总体设计阶段的主要任务是将系统需求转换为数据结构和软件体系结构，即数据设计和体系结构设计。数据设计就是把分析阶段所建立的信息域模型变化成软件实现中所需的数据结构。体系结构则是把系统的功能需求分配给软件结构，形成软件的模块结构图。
参考文献
[1]朱志勤.全球定位的抗干扰及适应性技术[J].导弹与航天运载技术,2000,01.
[2]周捷,翟羽健,马瑜兰,方涛.差分GPS/GIS实时监控管理系统的设计应用[J].微型电脑应用,1999,07.