CN102510473A - 一种基于3g无线网络的船岸数据通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其包括至少一船端服务器、一通信控制器和一岸端服务器，所述船端服务器通过通信控制器与岸端服务器无线连接；先由船端采集视频数据的视频采集模块，并将视频数据进行模数转换、分析和处理，并根据分析处理结果进行编码压缩和存储，然后通过通信控制器利用3G无线网络传输至岸端，由岸端服务器视频数据进行解码和播放的视频解码播放模块，从而实现了视频数据的实时传输。本发明采用了3G无线传输技术解决了船岸之间数据传输带宽较小的瓶颈，通过采用数字视频处理技术实现了船端的智能监控，实现了监控的智能化管理，提高了工作效率，而且是还大大降低了监控系统的运营成本。

Description

一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统

技术领域

本发明涉及船岸通信技术领域，特别涉及一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统。

背景技术

近年来，随着计算机技术、信息技术、网络技术和物流技术的迅速发展，海运界对互联网的利用发生了巨大进步。如电子单证商务系统、运输数据库系统（如集装箱跟踪）、客户及货盘管理等系统应运而生，大大改观了海运界在物流上的发展空间。而作为船舶本身，与之相配套的各种船舶管理系统、全球卫星定位系统和海事卫星通信系统随着互联网通信技术的发展，也有了更深层次的应用，船舶已不再是一个“信息孤岛”，而是随时随地可以与世界任意角落进行沟通，这无疑对海运界物流的发展起到了举足轻重的作用。

船舶作为一个基本的生产单元，在运作过程中不可避免要与陆地众多方面产生频繁的信息交流。在海事卫星通信和互联网技术相互融合、相互促进、不断发展的今天，船舶通过海事卫星系统实现船岸全程Email通信技术的应用，使船舶随时随地可与世界任意角落进行联系，促进了船岸信息一体化。

传统的海事卫星通信方式主要是电话、电传和传真。众所周知，使用卫通的费用是极其昂贵的，再者，作为传统远距离的无线通信方式的传输效率和质量，都会因为船舶的移动性而大大降低，从而造成通信成本一直居高不下，人们只能通过减少通信量和通信次数来得到一定的缓解，而且通信内容也很单一，只局限于话音和文字。因此远远满足不了数字视频的传输所需要的带宽。

请参阅图1，其为现有技术中船岸全程E-mail通信的示意图。全程E-mail通信技术的全球中转服务由第三方机构实现，船舶被赋予一个真正的“Internet”或“Intranet”电子邮件地址，而不再是一个信箱地址。船舶每天只与第三方（专门服务机构）定时拨号联系，该服务机构将通过“Internet”或其“Intranet”、传真、电传等传输方式将船舶方打包发出的信息逐个按发送地址发出（邮局转发功能）。岸基将把船舶视为普通电子邮件客户对待，只需将信息发往该船舶的“E-mail”地址即可。它们将在该服务机构主机中等待，一旦船舶拨号时即被立即取走。目前，支持船岸全程E2mail通信技术的全球中转服务机制包括：荷兰BTS、英国BT、加拿大STARTOS等。

由图1可知，其通信成本为：一次卫通接通时间+岸基到代理、供应商等陆上电子邮件或传真方式等通信费用。因此该方式实现了船岸全程E-mail通信，但是这种通信方式存在以下不足：

1、由于使用通信卫星为主要手段以及通信技术的限制，目前的船舶E－Mail通信系统运行成本很高。为了降低通信成本，通常采用定时通信的方式，而这种定时通信方式会导致船舶应急反应能力的下降。这主要是系统不能保证通信双方的任何一方均可在任何时候叫通另外一方，在紧急情况下就可能导致灾难。因此，实施船舶E－Mail通信方式后，要仔细确定备用通信方式，以保证通信系统的应急反应能力。

2、数据在通信过程中的保密可以通过加密的手段来解决，但这又会带来操作难度的相应增加，如加密和解密工具及其过程时间成本，从而增加了进入实施成本。另外，电子数据的保存也是各公司面临的新问题。

目前用于海岸通信的方式主要有：Inmarsat（国际海事卫星组织）卫星通信和GSP/CMDA通信。国际海事卫星通信系统（INMARSAT-F77）可以实现64KBPS的数据流通道，CDMA的峰值速率为153．64KBPS，GPRS的峰值传输速率最高可达115．4KBPS，可见现有海岸通信的传输速率普遍偏低。然而如何优化系统流程、提高运输服务质量、促进运作效率，减低营运成本始终是船舶运输公司管理上追求的重要目标，也是其提高竞争力的重要手段。

随着3G网络的发展，公众移动网络得到了迅猛发展，它可以在陆地上传输各种数据报表、数据库、图像、影像、应用软件等，并且3G无线通信网络峰值为3.1MPS，比INMARSAT、CDMA和GSP的速率要快，而且可以明显地降低卫通通信使用费用。

目前有很多知名的公司企业，如：SONY、松下、SANYO公司等开始使用3G无线通信技术，但其应用在移动方面仅仅局限于车载视频监控、手机视频等。

我国有众多的内河，有漫长的海岸线，航运事业正在蓬勃发展，因此，船岸数字视频传输技术有着很广阔的发展和应用前景。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，能实现数字视频信息的实时传输，还能降低运营成本。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，包括至少一船端服务器、一通信控制器和一岸端服务器，所述船端服务器通过通信控制器与岸端服务器无线连接；所述船端服务器包括：用于采集视频数据的视频采集模块；用于对所述视频数据进行模数转换、分析和处理，并根据分析处理结果进行编码压缩和存储的视频控制分析模块；所述通信控制器包括：用于传输数据的3G通信控制模块；所述岸端服务器包括：用于接收所述视频数据的视频接收模块；用于对所述视频数据进行解码和播放的视频解码播放模块；所述视频采集模块通过视频控制分析模块与3G通信控制模块连接；所述3G通信控制模块与所述视频接收模块无线连接，所述视频接收模块与视频解码播放模块连接。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述船端服务器还包括：用于获取GPS信息的GPS采集模块；用于对所述GPS信息进行分析和提取的GPS分析模块；所述GPS采集模块通过GPS分析模块与3G通信控制模块连接；所述岸端服务器还包括用于接收并解析GPS信息的GPS解析模块；所述GPS解析模块与3G通信模块无线连接。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述船端服务器还包括：用于收发控制信息和请求信息的第一信息收发模块；所述岸端服务器包括：用于收发控制信息和请求信息的第二信息收发模块；所述第一信息收发模块通过3G通信控制模块与第二信息收发模块无线连接。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述通信控制器还包括用于分析数据类型的监听模块；所述3G通信控制模块还用于根据监听模块分析的数据类型，执行相应的传输模式。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，视频控制分析模块包括：用于将模拟视频数据转换成数字视频数据的模数转换单元；用于对所述数字视频数据进行分析和处理，并判断数字视频数据是否出现异常的分析处理单元；用于对所述数字视频数据进行编码压缩的编码压缩单元；用于存储编码压缩后的数字视频数据的存储单元。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述船端服务器还包括报警模块，用于在分析处理单元的判断结果为异常时输出报警信息。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述分析处理单元采用时间帧差法判断所述数字视频数据是否异常。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述船端服务器还包括侦听模块，用于侦听存储模块中是否存储有存储信息，并将存储信息实时上传给3G通信模块。

所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其中，所述控制信息包括文本数据和文字信息。

本发明提供的一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统采用了船端服务器、通信控制器和岸端服务器，通过船端服务器采集视频数据，并将视频数据进行模数转换、分析和处理，根据分析处理结果进行编码压缩和存储，在船端服务器中有编码压缩数字视频文件产生时通过3G无线网络实时传输给岸端服务器，实现了船端远程视频监控，通过一套远程的视频监控系统，工作人员可以在岸上的监控中心掌握监控船舶的动态信息，弥补船上人员不足和人为失误。通过对传输的数字视频信息做进一步的处理可以实现无人监控、智能监控，使人们能对移动载体进行全方位、全天候、实时地监控调度。

2、本发明提供的一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，还可传输字符串信息和文本信息，使岸端服务器能了解到船端的实时位置，并且能实现实时的文档和文字传输，方便了船岸两端的信息沟通。

3、本发明提供的一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其船端服务器能判断异常情况，当船端有异常情况发生时，船端服务器自动发送异常时间产生的视频或图像文件传输给岸端服务器，并输出报警信息通知船员，及时引起船员和岸上人员的注意。

4、本发明提供的一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，与GPS/CDMA和Inmarsat卫星通信相比具有速度快，成本低的优势，因此本发明具有很大的市场竞争力和应用前景。

附图说明

图1为现有技术中船岸全程E-mail通信的示意图。

图2为本发明基于3G无线网络的船岸数据通信系统的结构框图。

图3为本发明船岸数据通信系统一应用实施例的界面示意图。

具体实施方式

近几年来，伴随着我国3G技术的发展使得公众移动网络迅猛发展。3G技术的出现将为近海船舶视频传输提供了一种新的手段，其效果将大大优于其他无线网络。随着科技的发展使得船舶的安全比以往更具保障，船舶与陆地的交流也更加的方便。

本发明提供一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，包括船端服务器、通信控制器和岸端服务器，本发明将岸端作为服务器端，船端服务器作为客户端，可以实现一对多的管理，即一个岸端服务器可以管理多只船只。

在本发明提供的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其岸端服务器和船端服务器分别具有以下功能：

岸端服务器（岸端服务器要求有固定的网络IP地址）的主要功能包括：1、可分别接收各个船端的视频数据和GPS数据并显示，当岸端服务器无人时，也可以设置为自动接收；2、可对船端服务器传送的视频数据进行解码并显示；3、可以分别发送数据请求、控制信息给多个客户端。

船端客户端主要功能包括：1、船端作为客户端实现对编码压缩过的视频信号传输和GPS信息的采集及发送；2、接收岸端传输过来的控制信息，当船端没人时可设置为自动接收；3、自动扫描指定路径上（缓存区）是否有新文件的生成（当有新文件生成意味着船端有异常发生），当有新文件产生时将其发送到岸端服务器。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，本发明实施例提供的基于3G无线网络的船岸数据通信系统包括船端服务器、通信控制器和岸端服务器，所述船端服务器通过通信控制器与岸端服务器无线连接。其中，每一系统中的船端服务器为多个，岸端服务器仅为一个，从而实现一对多的监控和管理。

其中，所述船端服务器包括视频采集模块和视频控制分析模块，所述通信控制器包括3G通信控制模块，所述岸端服务器包括视频接收模块和视频解码播放模块。所述视频采集模块通过视频控制分析模块与3G通信控制模块连接。所述3G通信控制模块与所述视频接收模块通过3G无线网络无线连接，所述视频接收模块与视频解码播放模块连接。

所述视频采集模块用于采集视频数据或者视频音频混频数据。所述视频控制分析模块用于对所述视频采集模块采集的视频数据进行模数转换、分析和处理，并根据分析处理结果进行编码压缩和存储。

所述3G通信控制模块，用于传输数据，其主要用于将船端服务器中存储的所有信息通过3G无线网络实时地传输至岸端，也可以将岸端的控制信息和请求信息传输至船端，实现了快速的、双向的数据传输，从而实现了船岸两端的即时通信。

所述视频接收模块用于接收3G通信控制模块传输的视频数据，通过视频解码播放模块进行解码和播放，并通过岸端服务器的显示器显示，从而便于岸端工作人员实时了解船端的情况。

为了使岸端工作人员能实时了解各船端服务器的位置信息，所述船端服务器还包括用于获取GPS信息的GPS采集模块，用于对所述GPS信息进行分析和提取的GPS分析模块，所述GPS采集模块通过GPS分析模块与3G通信控制模块连接。所述岸端服务器包括用于接收并解析GPS信息的GPS解析模块，该GPS解析模块与3G通信模块通过3G网络无线连接。

所述GPS定位信息包括经纬度、方位角、速度地磁变化方向等信息。GPS采集模块采集的GPS信息通过串口传入计算机（即船端服务器），再由GPS分析模块将把GPS信息格式转化为字符串格式，然后从字符串中提取出系统所需要的信息（速度，经纬度等信息）并通过3G通信模块发送给岸端服务器中的GPS解析模块，再通过GPS解析模块解析数据，使接收到地数据在岸端服务器上显示。

为了进一步便于船岸两端的实时沟通，所述船端服务器还包括第一信息收发模块，用于收发控制信息和请求信息。岸端服务器也相应包括第二信息收发模块用于收发控制信息和请求信息的。所述第一信息收发模块通过3G通信控制模块与第二信息收发模块无线连接，实现船岸两端即时信息的相互沟通。其中，所述控制信息包括文本数据和文字信息，其控制信息和请求信息可由岸端服务器发送至船端，也可以由船端发送到岸端，并且在船端没有人时，也可以自动接收。

由于本发明实施例提供的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其传输的数据类型较多（如：视频数据、GPS数据、word，excel、文本等），为了便于数据更好的传输，所述的通信控制器还包括监听模块，用于分析数据类型。并且所述3G通信控制模块还用于根据监听模块分析的数据类型，执行相应的传输模式。譬如，当监听模块监听到的数据类型为视频数据时，则采用视频数据的传输模式，监听到的数据为文本时，则直接采用文本数据的传输模块，其为现有技术此处不再详述。

在船端获得视频数据和GPS定位数据后，必须将这些信息实时发送到岸端，便于岸端及时了解到船端的适时状况。为了把视频数据、文件和GPS数据传送到远程视频服务器（即岸端服务器），本发明通过3G无线网络进行传输。

在本发明较佳例中，3G通信采用TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议）进行通信，其理由在于：1、TCP/IP不依赖于任何计算机硬件或操作系统，所以提供的是开放的协议标准。因而，TCP/IP成为一种联合各种硬件和软件的有效协议。2、TCP/IP工作站和网络提供了统一的寻址系统。能够提供方便、快速、跨平台的网络寻址能力，从而提高了系统的可用性和可靠性。

并且，网络传输通过Windows的嵌套字Winsock实现，它的特定接口可以用来开发客户—服务器应用程序。嵌套字是通信端点的一种抽象，它提供了一种发送和接收数据的机制。

在本发明较佳实施例中，视频控制分析模块具体包括：模数转换单元、分析处理单元、编码压缩单元和存储单元。

在具体实施时，所述视频采集模块为摄像头，其架设与船舶的重要位置，用于拍摄视频图像。所述模数转换单元用于将摄像头获取的视频图像转换成计算机可识别的数字信号。

所述分析处理单元用于对所述数字视频数据进行分析和处理，并判断数字视频数据是否出现异常。所述船端服务器还包括报警模块用于在分析处理单元的判断结果为异常时输出报警信息。

编码压缩单元用于对所述数字视频数据进行编码压缩，本实施例中，所述编码压缩单元的功能可以预先设置，可根据需要，仅在分析处理单元的处理结果为异常时对视频数据进行编码压缩，也可设置为将所有的视频数据进行编码压缩处理。

本实施例中，所述编码压缩单元采用MPEG-4的压缩标准。由于MPEG-4标准是数字超低码率的视频标准，适用于较低传输速率的视频通信。并且，MPEG-4是基于IP的视频传送，可在压缩品质和压缩质量上取得最佳平衡，以确保传输时的流畅，而且MPEG-4可以利用很窄的带宽，再通过帧重建技术来压缩和传输数据，以求利用最少的数据获得最佳的图像质量。

所述存储单元用于存储编码压缩后的数字视频数据，以备后续传输处理。其中，所述存储单元可为缓存，其存储路径为默认路径以便于数据的及时存储。所述船端服务器还包括侦听模块，用于侦听存储模块中是否新的文件产生，并将存储信息（即产生的新文件）实时上传给3G通信模块，以便于将异常信息及时发送给岸端服务器。

在具体实施时，所述分析处理单元采用时间帧差法判断所述数字视频数据是否异常，从而当船上发生险情或者异常的时候，船上控制中心自动发送视频数据到岸端服务器，并自动报警通知船上工作人员。

例如：船端服务器获得视频流之后，视频流图像经过自定义的过滤器按每帧分解成图像信息并保存，记录固定时间间隔Δt（该固定时间间隔可自行设定）的图像信息，并保存成为BMP图像。设定一个阈值F（该阈值可自行设定），将相邻两个固定时间间隔Δt的BMP图像进行比较，如果两幅图片的差别大于阈值F，则可判定为有异常或者险情发生，这时，船端服务器将自动报警通知船上的工作人员，并将发生异常的这段时间的视频保存在存储单元中，侦听模块检测到默认路径上（即存储单元中）有新的文件夹生成，将这些信息自动上传给3G通信模块，由3G通信模块发送视频文件到岸端服务器，便于岸端的工作人员了解船上的情况。然而，本发明可通过这种方法确定在所关心的区域是否有运动的物体或其场景是否发生改变，当图像发生改变时报警，实现了特定区域的无人监控和智能监控。

本发明实施例提供的基于3G无线网络的船岸数据通信系统中，其船端服务器为客户端，岸端服务器为服务器端。通过在船端服务器和岸端服务器上中设置该系统，来实现具体数据传输操作。

本发明实施例提供的基于3G无线网络的船岸数据通信系统需结合相应的软件系统制定成一应用程序，其功能通过船岸两端的服务器上分别安装该软件系统，并运行相应的程序实现。请参阅图3，其为本发明服务器/客户端界面示意图。以下结合图3，举一实用实施例对本发明的基于3G无线网络的船岸数据通信系统进行详细说明：

如图所示，启动该系统后，当在界面的“服务选择”中选择“服务器”时，该系统程序作为服务器使用，否则作为客户端。当作为服务器时，点击“启动服务”，则服务器处于监听模式，监听客户端的连接请求。作为客户端使用时，需要在“端口号和IP地址”中输入服务器的端口号和IP地址，然后再在名称中输入固定名字作为标识，方便服务器（岸端服务器）管理，最后点击“连接”既可连接到服务器建立通信。当客户端连接成功，在服务器端的“成员列表”中会添加相应客户端的名称。

在建立服务器和客户端连接成功后，服务器和客户端就可以进行通信，传输字符串控制信息和文件信息（word，excel，视频图片文件等）。此时，只需在服务器端的“成员列表”中选中相应的客户后，在“聊天”中的小编辑框中输入欲发送内容，点击“发送信息”，即可把编号信息发送给相应客户端；或者点击“选择文件”选中欲发送文件发送给相应客户。并且在客户端也可进行相应的操作，其操作过程与现有QQ聊天模式类似，此处不在详述。

船端服务器通过GPS采集模块获取到GPS信息，通过GPS分析模块转换和提取将经纬度等内容显示在“GPS信息”中相应的编辑框。而岸端服务器就可以通过选中“成员列表”中的相应客户名称，然后点击“启动GPS”来获取相应客户的GPS信息。

当船端有异常情况发生时，侦听模块将实时侦听存储单元中的视频或图像文件。当点击图3所示的界面中的“开始监视”按钮时，客户端就开始监视存储单元中有没有新文件产生，当产生新文件时，自动上传给3G通信控制模块，并通过3G通信控制模块发送给岸端服务器。并且，在本发明提供的船岸数据通信系统中，当船端没有异常情况发生时，视频监控的录像可不进行保存。具体通过设置船端服务器中的分析处理单元的功能来控制。

综上所述，本发明采用了3G无线传输技术解决了船岸之间数据传输带宽较小的瓶颈，使得传输数据量较大的视频信息得以实现。本发明采用了数字视频处理技术实现了船端的智能监控，打破了传统监控中心的人工观察模式，实现了监控的智能化管理，提高了工作效率，提高了通信系统的应用能力，减少了人为失误，为船舶的安全航行提供了有力保障。

并且，随着科技的不断进步，视频压缩技术和船岸通信技术都会有更大的发展空间。可以预见，在不远的将来在视频压缩技术方面，将会给人们提供一种压缩率更高、图像更清晰、占用带宽更少的编码方式。然而，通过使用本发明的船岸数据通信系统，使船岸之间的联系将更加方便、快捷，而且还大大降低了运营成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，包括至少一船端服务器、一通信控制器和一岸端服务器，所述船端服务器通过通信控制器与岸端服务器无线连接；

所述船端服务器包括：

      用于采集视频数据的视频采集模块；

      用于对所述视频数据进行模数转换、分析和处理，并根据分析处理结果进行编码压缩和存储的视频控制分析模块；

所述通信控制器包括：

      用于传输数据的3G通信控制模块；

所述岸端服务器包括：

      用于接收所述视频数据的视频接收模块；

      用于对所述视频数据进行解码和播放的视频解码播放模块；

所述视频采集模块通过视频控制分析模块与3G通信控制模块连接；所述3G通信控制模块与所述视频接收模块无线连接，所述视频接收模块与视频解码播放模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，

所述船端服务器还包括：

用于获取GPS信息的GPS采集模块；

用于对所述GPS信息进行分析和提取的GPS分析模块；

所述GPS采集模块通过GPS分析模块与3G通信控制模块连接；

所述岸端服务器还包括用于接收并解析GPS信息的GPS解析模块；所述GPS解析模块与3G通信模块无线连接。

3.根据权利要求1所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，

所述船端服务器还包括：用于收发控制信息和请求信息的第一信息收发模块；

所述岸端服务器包括：用于收发控制信息和请求信息的第二信息收发模块；

所述第一信息收发模块通过3G通信控制模块与第二信息收发模块无线连接。

4.根据权利要求2或3所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，所述通信控制器还包括用于分析数据类型的监听模块；所述3G通信控制模块还用于根据监听模块分析的数据类型，执行相应的传输模式。

5.根据权利要求1所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，视频控制分析模块包括：

用于将模拟视频数据转换成数字视频数据的模数转换单元；

用于对所述数字视频数据进行分析和处理，并判断数字视频数据是否出现异常的分析处理单元；

用于对所述数字视频数据进行编码压缩的编码压缩单元；

用于存储编码压缩后的数字视频数据的存储单元。

6.根据权利要求5所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，所述船端服务器还包括报警模块，用于在分析处理单元的判断结果为异常时输出报警信息。

7.根据权利要求5所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，所述分析处理单元采用时间帧差法判断所述数字视频数据是否异常。

8.根据权利要求5所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，所述船端服务器还包括侦听模块，用于侦听存储模块中是否存储有存储信息，并将存储信息实时上传给3G通信模块。

9.根据权利要求1所述的基于3G无线网络的船岸数据通信系统，其特征在于，所述控制信息包括文本数据和文字信息。

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