CN108288408A - 一种基于ppu的港口安全船舶引航系统及港口安全船舶引航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PPU的港口安全船舶引航系统及港口安全船舶引航方法。该系统包括PPU、船端海事安全信息显示系统、船端引航安全自动报告系统、岸基引航辅助信息推送系统、岸基引航安全监管系统和数据中心；船端引航安全自动报告系统与岸基引航安全监管系统间通信，岸基引航辅助信息推送系统与船端海事安全信息显示系统间通信。该方法包括在船端建立引航安全记录机制，在岸基建立数据中心；建立船岸协同，采用“订阅‑发布”机制；利用船岸间的通信，实现引航自动报告和海事安全信息推送，实现引航作业中的船岸互联互通和信息共享。本发明提升了引航业务数据和海事安全信息共享效率，保障了引航安全，加强了引航安全监管。

Description

一种基于PPU的港口安全船舶引航系统及港口安全船舶引航 方法

技术领域：

本发明属于港口船舶导航和信息共享技术领域，尤其涉及一种基于PPU的港口安全船舶引航系统及港口安全船舶引航方法。

背景技术：

近年来，随着信息技术的不断发展和在航运业中的深入应用，在港口船舶引航作业中，信息化技术已经成为提升引航生产效率和保障引航安全的有效手段，各种新型信息技术如计算机、电子海图、PPU、DGPS、AIS、网络、远程通信等先后不同程度地应用于引航信息化建设中。特别是，在国际海事组织(IMO)的E-Navigation计划的影响下，引航信息化建设要向着高效、精确、智能化的引航需求方向发展。

PPU，是引航员便携设备(Portable Pilot Units)的简称，是一种便携式引航系统，可以被描述为一个便携式的，以计算机为基础的系统，作为一个决策支持工具在受限水域航行船舶上的使用，多为港口船舶引航员使用。它在很大程度上实现了引航业务的网络化、数字化、智能化，对保障引航安全，维护引航秩序，提高引航生产效率，增强引航工作技术水平和服务能力起到了很大的作用。

AIS系统，是船舶自动识别系统(Automatic Identification System)的简称，由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。AIS系统是一种工作在甚高频(VHF)频道的船舶和岸基广播和接收系统，能将船舶信息自动传送给其他船舶和岸上的AIS设备。船舶自动识别系统(AIS)配合全球定位系统(GPS)将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。AIS加强了船舶间避免碰撞的措施，增强了ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，在电子海图上能显示所有船舶可视化的航向、航线、船名等信息，改进了海事通信的功能，提供了一种与通过AIS识别的船舶进行语音和文本通信的方法。目前，AIS已发展成一种通用的海上无线通信系统及通信方式。

目前，大多数引航机构建立了引航信息系统，基本配置了引航业务电子化平台、船舶动态监控系统、便携式引航设备(PPU)等信息化装备，这些装备的投入，对保障引航安全、提高引航生产效率起到了很大的作用。但是，现有的引航信息系统还存在以下问题：(1)船舶技术和信息技术的发展速度迅猛，业务移动化、行业大数据应用的发展趋势显现，现有的系统架构已经落后；(2)引航系统缺乏信息共享，使得在船作业的引航员只能获取非常有限的海事安全信息，严重影响了引航员操船的判断和决策；(3)在船作业的引航员与引航管理站间缺乏协同，港口助航信息和引航管理信息无法实时传送给在船作业的引航员；(4)引航作业过程缺乏安全监管和作业记录，给引航应急处理和引航后评估带来困难。

因此，E-Navigation框架下的数字化引航技术发展的关键在于信息的有效共享和高效利用。为解决引航信息化的瓶颈问题，要将先进的信息技术、通信技术和船舶技术等集成应用于传统的港口船舶引航业务体系，通过各系统的互联互通、资源共享，实现引航辅助信息的采集和推送，引航安全监管记录，建立起大范围内协同、实时、精准、智能的港口安全船舶引航作业体系。

发明内容：

本发明的目的在于：针对现有技术中存在的以上问题，提出了一种能实现引航作业中的船岸互联互通和信息共享的基于PPU(引航员便携设备)的港口安全船舶引航系统及港口安全船舶引航方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种基于PPU的港口安全船舶引航系统，该系统包括：引航员便携设备PPU、船端系统、岸基系统；船端系统设置在引航员便携设备PPU上；船端系统包括船端海事安全信息显示系统、船端引航安全自动报告系统；岸基系统设置在引航站；岸基系统包括岸基引航辅助信息推送系统、岸基引航安全监管系统和数据中心；引航员除便携设备PPU外，增加引航音频记录仪，即录音笔；在引航员便携设备PPU内设有可记录船舶引航AIS信息的硬盘(可将船舶引航AIS信息记录在便携式电脑的硬盘上)；船端引航安全自动报告系统与岸基引航安全监管系统(通过无线网络)通信连接，岸基引航辅助信息推送系统与船端海事安全信息显示系统(通过无线网络或AIS2.0通信方式)通信连接。

所述港口安全船舶引航系统，硬件部分包括：引航员便携设备PPU和引航音频记录仪、引航站的计算机设备，软件部分包括以下五个部分：船端海事安全信息显示系统、船端引航安全自动报告系统、岸基引航辅助信息推送系统、岸基引航安全监管系统和数据中心。

所述船端海事安全信息显示系统，是以引航员便携设备PPU为基础，将水文、气象、航行警告等动态海事安全信息以图表样式或电子海图叠加样式显示在PPU的显示屏上，使得引航员在引航作业过程中能够直观、准确地获得与引航安全相关的信息，辅助引航员的引航作业和决策。

所述船端引航安全自动报告系统，是一个基于PPU的船端子系统，包括引航音频记录仪、船舶引航AIS硬盘记录机和引航自动报告系统。

所述引航音频记录仪，通过录音笔(引航员随身佩戴)和PPU上带有的录音功能进行引航员指令的音频记录，在引航作业开始后，启动录音功能，并具有同步校时功能。

所述船舶引航AIS记录硬盘机，为PPU上带有的记录功能，在引航作业开始后，开始记录本船(引航员正在引航的船舶)和拖轮的AIS(自动识别系统)信号，并与引航音频记录仪通过时间点方式进行同步。

所述引航自动报告系统，在引航作业期间，按已定义的标准格式向岸基系统自动发送本船的引航报告，涉及引航安全监管所需信息。

所述岸基引航辅助信息推送系统，根据引航计划或引航调度情况，在引航作业前和引航作业中不同时期，实时推送相关的引航辅助信息，推送的信息具有定制性、个性化的特点。

所述岸基引航安全监管系统，是岸基系统的核心部分，它负责各类引航辅助信息、海事安全信息、航道环境信息和引航作业信息的收集、存储、管理和辅助决策，重点为引航安全监管服务。

所述数据中心，是岸基引航安全监管系统的核心(基础)，包括基础数据集(船舶基础信息、航道和码头基本信息、海图等)、动态环境数据集(船舶AIS、水文、气象、航行警告等)、引航数据集(引航计划调度、历史引航记录等)。

所述基于PPU的港口安全船舶引航系统，通过气象局和海事局提供的数据接口，采集水文、气象、航行警告和AIS(自动识别系统)等动态实时数据。

所述基于PPU的港口安全船舶引航系统，采用多种通信方式，引航自动报告系统采用港口范围内的无线网络向岸基系统自动发送本船的引航报告，推送类信息采用无线网络或AIS2.0通信方式。

所述船端海事安全信息显示系统，包括：海事安全信息服务请求模块、海事安全信息分类组织模块、电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块；其中，海事安全信息服务请求模块与岸基引航辅助信息推送系统的引航辅助信息订阅代理模块间通信，海事安全信息分类组织模块与岸基引航辅助信息推送系统的信息推送模块间通信；海事安全信息分类组织模块分别与电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块连接，为电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块提供数据。

海事安全信息服务请求模块，用于向岸基的引航辅助信息推送系统发送订阅指令，指令包含：信息服务类别、推送频率、订阅起止时间和船位信息等。

海事安全信息分类组织模块，用于组织和管理接收到的海事安全信息，以及存储和检索海事安全信息。

电子海图安全信息图层叠加显示模块，提供海事安全信息以海图叠加方式显示的显示功能，用于将海事安全信息以电子海图(S-52)图层叠加的方式显示出来。

安全信息文字和表格显示模块，提供海事安全信息以文字和表格方式显示的显示功能，用于将海事安全信息以文字和表格的形式显示出来。航行警告信息以文字方式显示，气象信息以海图叠加方式显示，水文潮汐信息以海图叠加方式显示，实时水深和潮水表以表格方式显示。

所述船端引航安全自动报告系统，包括：AIS数据记录模块、引航员音频指令记录模块、船舶驾驶台音频记录模块、引航安全报告自动发送模块；其中，AIS数据记录模块、引航员音频指令记录模块、船舶驾驶台音频记录模块分别通过数据转换单元与PPU的数据处理单元连接，引航安全报告自动发送模块通过数据传输单元与PPU的数据处理单元连接，引航安全报告自动发送模块与岸基引航安全监管系统的引航安全报告管理模块间通信。

AIS数据记录模块，用于记录引航过程中本船及周围船舶的AIS信息(采用AIS报文原文格式)。

引航员音频指令记录模块，借助引航员随身佩戴的音频记录仪设备，用于引航过程中引航员全程指令的录音，以及音频的导出。

船舶驾驶台音频记录模块，借助PPU的录音功能，用于引航过程中船舶驾驶台全程录音，以及音频的管理和导出。

以上三部分记录通过各记录的“时间戳”来同步，各相关设备通过时间校准功能来统一系统时钟。

引航安全报告自动发送模块，用于引航安全报告的生成和发送，通过预设的报告频率自动生成报告(报告格式事先定义)，通过船岸通信功能发送至引航安全监管系统。

所述岸基引航辅助信息推送系统，包括：引航辅助信息订阅代理模块、引航辅助信息分类管理模块和信息推送模块；其中，引航辅助信息订阅代理模块与船端海事安全信息显示系统的海事安全信息服务请求模块间通信，引航辅助信息分类管理模块与数据中心的数据记录与组织模块连接，引航辅助信息分类管理模块与信息推送模块连接，信息推送模块与船端海事安全信息显示系统的海事安全信息分类组织模块间通信。

引航辅助信息订阅代理模块，用于接收海事安全信息的订阅指令。

引航辅助信息分类管理模块，用于从数据中心分类别获取海事安全类信息。

信息推送模块，用于根据订阅指令向指定的PPU推送订阅的海事安全信息。

所述岸基引航安全监管系统，包括：安全监管员值班模块、引航动态信息显示模块、气象信息管理模块、水文潮汐信息管理模块、航行警告类信息管理模块、船舶船况信息管理模块、航行环境信息管理模块、引航安全规定及应急处置模块、引航安全报告管理模块和引航过程回放模块；其中，上述各模块均分别通过数据传输单元与引航站的数据处理单元连接，且上述各模块均分别与数据中心连接；引航安全报告管理模块与船端引航安全自动报告系统的引航安全报告自动发送模块间通信。

安全监管员值班模块，用于引航安全监管人员日常工作。

引航动态信息显示模块，用于实时显示引航站全部引航作业的信息，包括：船位信息、船舶姿态信息、引航员信息和航行环境信息。

气象信息管理模块、水文潮汐信息管理模块和航行警告类信息管理模块，分别用于气象、水文和海事航行警告三大类动态信息的管理。

船舶船况信息管理模块，用于基础船舶信息和船况历史记录的管理(船舶信息来源于本系统外船舶数据库)。

航行环境信息管理模块，用于航道、桥梁和码头等与航行环境相关的信息类的管理。

引航安全规定及应急处置模块，用于引航安全事故的应急处理，包括：引航安全操作规则、引航安全事故处理流程、引航安全事故后评估等。

引航安全报告管理模块，用于接收各引航航次的安全报告，并存储和检索。

引航过程回放模块，用于安全监管人员对指定引航航次的AIS和音频记录进行回放，可应用于引航实操案例教学和安全事故责任认定。

所述数据中心，包括顺序连接的数据采集接口模块、数据库、数据记录与组织模块；

数据采集接口模块，用于通过气象局和海事局提供的数据接口，采集水文、气象、航行警告和AIS(自动识别系统)等动态实时数据，并将采集到的数据放入数据库进行储存；

数据库，用于储存从数据采集接口模块采集到的数据，包括基础数据集(船舶基础信息、航道和码头基本信息、海图等)、动态环境数据集(船舶AIS、水文、气象、航行警告等)、引航数据集(引航计划调度、历史引航记录等)

数据记录与组织模块，用于记录传输到数据中心的数据库中的引航安全报告等数据，并对数据库中的数据进行组织整理。

本发明的基于PPU的港口安全船舶引航系统，应用于港口船舶引航领域。

本发明同时提供一种基于PPU的港口安全船舶引航方法，该方法包括：在船端建立引航安全记录机制，在岸基建立数据中心；建立船岸协同，即船端系统与岸基系统间的信息协同；在船岸协同中，采用“订阅-发布”机制；利用船岸间的通信，实现引航自动报告和海事安全信息推送，实现引航作业中的船岸互联互通和信息共享。

所述在船端建立引航安全记录机制，包括：在船端系统增设海事安全信息显示系统、引航安全自动报告系统。船端系统与岸基系统之间采用多种通信方式进行通信，船端引航安全自动报告系统采用港口范围内的无线网络向岸基引航安全监管系统自动发送本船的引航报告，岸基引航辅助信息推送系统采用港口范围内的无线网络或AIS2.0通信方式向船端海事安全信息显示系统发送推送类信息。

船端系统以PPU为核心，除具有船舶导航的基本功能外，还要扩展引航安全功能。一方面，接收岸基系统推送的海事安全信息并以PPU上的电子海图为底图可视化各类安全信息；另一方面，PPU结合引航安全记录设备(即引航音频记录仪、船舶引航AIS硬盘记录机)将引航作业中的音频和AIS信息制作成记录，以引航自动报告的方式发送给岸基引航安全监管系统。

本发明的有益效果：

基于上述技术方案，本发明通过在岸基建立数据中心，在船端建立引航安全记录机制，利用船岸间的通信实现引航自动报告和海事安全信息推送，实现了引航作业中的船岸互联互通和信息共享。水文、气象、海事安全信息及港口、码头信息的使用，使得引航员和引航站能够选择与引航员作业环境最相关的明确信息，使引航作业安全最大化，风险最小化。并且，通过提供自动指示、报警和防故障方法，减少人为错误；强化引航作业过程记录能力，改善引航作业的可靠性和完整性。岸基引航安全监管系统构建统一的基础信息集和数据库集群，彻底解决引航信息孤岛难题。并通过建立信息推送体系，实时推送相关业务信息和海事安全信息至引航一线，为船端引航作业提供数据支撑和辅助决策支持，减轻引航员工作负担，使引航走向智能化。

附图说明：

图1是本发明中一种基于PPU的港口安全船舶引航系统的组成框图；

图2是本发明中的引航自动报告功能中各模块间交互图；

图3是本发明中的海事安全信息推送功能中各模块间交互图；

图4是本发明中船岸协同的物理架构的框图；

图5是本发明中的基于PPU的港口安全船舶引航系统的工作流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种基于PPU的港口安全船舶引航系统，包括：引航员便携设备PPU(即便携式电脑，亦称笔记本电脑)、船端系统、岸基系统；船端系统设置在引航员便携设备PPU上；船端系统包括船端海事安全信息显示系统、船端引航安全自动报告系统；岸基系统设置在引航站；岸基系统包括岸基引航辅助信息推送系统、岸基引航安全监管系统和数据中心；引航员除便携设备PPU外，增加引航音频记录仪，即录音笔；在引航员便携设备PPU内设有可记录船舶引航AIS信息的硬盘(可将船舶引航AIS信息记录在便携式电脑的硬盘上)；船端引航安全自动报告系统与岸基引航安全监管系统(通过无线网络)通信连接，岸基引航辅助信息推送系统与船端海事安全信息显示系统(通过无线网络或AIS2.0通信方式)通信连接。

所述港口安全船舶引航系统，硬件部分包括：引航员便携设备PPU和引航音频记录仪、引航站的计算机设备，软件部分主要由以下五个部分组成：船端海事安全信息显示系统、船端引航安全自动报告系统、岸基引航辅助信息推送系统、岸基引航安全监管系统和数据中心。

所述船端海事安全信息显示系统，是以引航员便携设备PPU为基础，将水文、气象、航行警告等动态海事安全信息以图表样式或电子海图叠加样式显示在PPU的显示屏上，使得引航员在引航作业过程中能够直观、准确地获得与引航安全相关的信息，辅助引航员的引航作业和决策。

所述船端引航安全自动报告系统，是一个基于PPU的船端子系统，包括引航音频记录仪、船舶引航AIS硬盘记录机和引航自动报告系统。

所述引航音频记录仪，通过录音笔(引航员随身佩戴)和PPU上带有的录音功能进行引航员指令的音频记录，在引航作业开始后，启动录音功能，并具有同步校时功能。

所述船舶引航AIS记录硬盘机，为PPU上带有的记录功能，在引航作业开始后，开始记录本船(引航员正在引航的船舶)和拖轮的AIS(自动识别系统)信号，并与引航音频记录仪通过时间点方式进行同步。

所述引航自动报告系统，在引航作业期间，按已定义的标准格式向岸基系统自动发送本船的引航报告，涉及引航安全监管所需信息。

所述岸基引航辅助信息推送系统，根据引航计划或引航调度情况，在引航作业前和引航作业中不同时期，实时推送相关的引航辅助信息，推送的信息具有定制性、个性化的特点。

所述岸基引航安全监管系统，是岸基系统的核心部分，它负责各类引航辅助信息、海事安全信息、航道环境信息和引航作业信息的收集、存储、管理和辅助决策，重点为引航安全监管服务。

所述数据中心，是岸基引航安全监管系统的核心(基础)，包括基础数据集(船舶基础信息、航道和码头基本信息、海图等)、动态环境数据集(船舶AIS、水文、气象、航行警告等)、引航数据集(引航计划调度、历史引航记录等)。

所述基于PPU的港口安全船舶引航系统，通过气象局和海事局提供的数据接口，采集水文、气象、航行警告和AIS(自动识别系统)等动态实时数据。

所述基于PPU的港口安全船舶引航系统，采用多种通信方式，引航自动报告系统采用港口范围内的无线网络向岸基系统自动发送本船的引航报告，推送类信息采用无线网络或AIS2.0通信方式。

所述船端海事安全信息显示系统，包括：海事安全信息服务请求模块、海事安全信息分类组织模块、电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块；其中，海事安全信息服务请求模块与岸基引航辅助信息推送系统的引航辅助信息订阅代理模块间通信，海事安全信息分类组织模块与岸基引航辅助信息推送系统的信息推送模块间通信；海事安全信息分类组织模块分别与电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块连接，为电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块提供数据。

海事安全信息服务请求模块，用于向岸基的引航辅助信息推送系统发送订阅指令，指令包含：信息服务类别、推送频率、订阅起止时间和船位信息等。

海事安全信息分类组织模块，用于组织和管理接收到的海事安全信息，以及存储和检索海事安全信息。

电子海图安全信息图层叠加显示模块，提供海事安全信息以海图叠加方式显示的显示功能，用于将海事安全信息以电子海图(S-52)图层叠加的方式显示出来。

安全信息文字和表格显示模块，提供海事安全信息以文字和表格方式显示的显示功能，用于将海事安全信息以文字和表格的形式显示出来。航行警告信息以文字方式显示，气象信息以海图叠加方式显示，水文潮汐信息以海图叠加方式显示，实时水深和潮水表以表格方式显示。

所述船端引航安全自动报告系统，包括：AIS数据记录模块、引航员音频指令记录模块、船舶驾驶台音频记录模块、引航安全报告自动发送模块；其中，AIS数据记录模块、引航员音频指令记录模块、船舶驾驶台音频记录模块分别通过数据转换单元与PPU的数据处理单元连接，引航安全报告自动发送模块通过数据传输单元与PPU的数据处理单元连接，引航安全报告自动发送模块与岸基引航安全监管系统的引航安全报告管理模块间通信。

AIS数据记录模块，用于记录引航过程中本船及周围船舶的AIS信息(采用AIS报文原文格式)。

引航员音频指令记录模块，借助引航员随身佩戴的音频记录仪设备，用于引航过程中引航员全程指令的录音，以及音频的导出。

船舶驾驶台音频记录模块，借助PPU的录音功能，用于引航过程中船舶驾驶台全程录音，以及音频的管理和导出。

以上三部分记录通过各记录的“时间戳”来同步，各相关设备通过时间校准功能来统一系统时钟。

引航安全报告自动发送模块，用于引航安全报告的生成和发送，通过预设的报告频率自动生成报告(报告格式事先定义)，通过船岸通信功能发送至引航安全监管系统。

所述岸基引航辅助信息推送系统，包括：引航辅助信息订阅代理模块、引航辅助信息分类管理模块和信息推送模块；其中，引航辅助信息订阅代理模块与船端海事安全信息显示系统的海事安全信息服务请求模块间通信，引航辅助信息分类管理模块与数据中心的数据记录与组织模块连接，引航辅助信息分类管理模块与信息推送模块连接，信息推送模块与船端海事安全信息显示系统的海事安全信息分类组织模块间通信。

引航辅助信息订阅代理模块，用于接收海事安全信息的订阅指令。

引航辅助信息分类管理模块，用于从数据中心分类别获取海事安全类信息。

信息推送模块，用于根据订阅指令向指定的PPU推送订阅的海事安全信息。

所述岸基引航安全监管系统，包括：安全监管员值班模块、引航动态信息显示模块、气象信息管理模块、水文潮汐信息管理模块、航行警告类信息管理模块、船舶船况信息管理模块、航行环境信息管理模块、引航安全规定及应急处置模块、引航安全报告管理模块和引航过程回放模块；其中，上述各模块均分别通过数据传输单元与引航站的数据处理单元连接，且上述各模块均分别与数据中心连接；引航安全报告管理模块与船端引航安全自动报告系统的引航安全报告自动发送模块间通信。

安全监管员值班模块，用于引航安全监管人员日常工作。

引航动态信息显示模块，用于实时显示引航站全部引航作业的信息，包括：船位信息、船舶姿态信息、引航员信息和航行环境信息。

气象信息管理模块、水文潮汐信息管理模块和航行警告类信息管理模块，分别用于气象、水文和海事航行警告三大类动态信息的管理。

船舶船况信息管理模块，用于基础船舶信息和船况历史记录的管理(船舶信息来源于本系统外船舶数据库)。

航行环境信息管理模块，用于航道、桥梁和码头等与航行环境相关的信息类的管理。

引航安全规定及应急处置模块，用于引航安全事故的应急处理，包括：引航安全操作规则、引航安全事故处理流程、引航安全事故后评估等。

引航安全报告管理模块，用于接收各引航航次的安全报告，并存储和检索。

引航过程回放模块，用于安全监管人员对指定引航航次的AIS和音频记录进行回放，可应用于引航实操案例教学和安全事故责任认定。

所述数据中心，包括顺序连接的数据采集接口模块、数据库、数据记录与组织模块；

数据采集接口模块，用于通过气象局和海事局提供的数据接口，采集水文、气象、航行警告和AIS(自动识别系统)等动态实时数据，并将采集到的数据放入数据库进行储存；

数据库，用于储存从数据采集接口模块采集到的数据，包括基础数据集(船舶基础信息、航道和码头基本信息、海图等)、动态环境数据集(船舶AIS、水文、气象、航行警告等)、引航数据集(引航计划调度、历史引航记录等)；

数据记录与组织模块，用于记录传输到数据中心的数据库中的引航安全报告等数据，并对数据库中的数据进行组织整理。

本发明的基于PPU的港口安全船舶引航系统，在现有的引航信息系统的基础上增加了引航自动报告功能和海事安全信息推送功能。

引航自动报告功能：如图2中所示，船端引航安全自动报告系统的引航安全报告自动发送模块，通过港口范围内的无线通信网络，向岸基引航安全监管系统的引航安全报告管理模块自动发送本船的引航安全报告，然后，通过引航安全报告管理模块将本船的引航安全报告传送到数据中心的数据记录与组织模块进行记录，再传送到数据库进行储存，之后，再从数据中心的数据记录与组织模块传送到岸基引航安全监管系统的引航过程回放模块，通过引航过程回放模块回放记录。

海事安全信息推送功能：岸基引航辅助信息推送系统，通过港口范围内的无线通信网络或AIS2.0通信方式，向船端海事安全信息显示系统发送推送类信息。船端海事安全信息显示系统与岸基引航辅助信息推送系统之间，采用“订阅-发布”机制来交换海事安全信息。如图3中所示，工作过程如下：首先，船端海事安全信息显示系统的海事安全信息服务请求模块向岸基引航辅助信息推送系统发出订阅指令，然后，岸基引航辅助信息推送系统的引航辅助信息订阅代理模块接收到海事安全信息的订阅指令后，通过引航辅助信息分类管理模块从数据中心分类别获取海事安全类信息，之后，通过信息推送模块，根据订阅指令向指定的PPU推送订阅的海事安全信息；之后，船端海事安全信息显示系统的海事安全信息分类组织模块，将接收到的海事安全信息进行组织和管理，以及存储和检索；之后，通过电子海图安全信息图层叠加显示模块，将海事安全信息以电子海图图层叠加的方式显示出来，和/或，通过安全信息文字和表格显示模块，将海事安全信息以文字和表格的形式显示出来。

本发明一种基于PPU的港口安全船舶引航方法，该方法包括：在岸基建立数据中心，在船端建立引航安全记录机制，建立船岸协同(即船端系统与岸基系统间的信息协同)，利用船岸间的通信，实现引航自动报告和海事安全信息推送，实现引航作业中的船岸互联互通和信息共享。

所述在船端建立引航安全记录机制，包括：在船端系统增设海事安全信息显示系统、引航安全自动报告系统。船端系统与岸基系统之间采用多种通信方式进行通信，船端引航安全自动报告系统采用港口范围内的无线网络向岸基引航安全监管系统自动发送本船的引航报告，岸基引航辅助信息推送系统采用港口范围内的无线网络或AIS2.0通信方式向船端海事安全信息显示系统发送推送类信息。

船端系统以PPU为核心，除具有船舶导航的基本功能外，还要扩展引航安全功能。一方面，接收岸基系统推送的海事安全信息并以PPU上的电子海图为底图可视化各类安全信息；另一方面，PPU结合引航安全记录设备(即引航音频记录仪、船舶引航AIS硬盘记录机)将引航作业中的音频和AIS信息制作成记录，以引航自动报告的方式发送给岸基引航安全监管系统。

发送引航自动报告的过程如下：如图2中所示，船端引航安全自动报告系统的引航安全报告自动发送模块，通过港口范围内的无线通信网络，向岸基引航安全监管系统的引航安全报告管理模块自动发送本船的引航安全报告，然后，通过引航安全报告管理模块将本船的引航安全报告传送到数据中心的数据记录与组织模块进行记录，再传送到数据库进行储存，之后，再从数据中心的数据记录与组织模块传送到岸基引航安全监管系统的引航过程回放模块，通过引航过程回放模块回放记录。

海事安全信息推送过程：岸基引航辅助信息推送系统，通过港口范围内的无线通信网络或AIS2.0通信方式，向船端海事安全信息显示系统发送推送类信息。船端海事安全信息显示系统与岸基引航辅助信息推送系统之间，采用“订阅-发布”机制来交换海事安全信息。如图3中所示，海事安全信息推送的具体过程如下：首先，船端海事安全信息显示系统的海事安全信息服务请求模块向岸基引航辅助信息推送系统发出订阅指令，然后，岸基引航辅助信息推送系统的引航辅助信息订阅代理模块接收到海事安全信息的订阅指令后，通过引航辅助信息分类管理模块从数据中心分类别获取海事安全类信息，之后，通过信息推送模块，根据订阅指令向指定的PPU推送订阅的海事安全信息；之后，船端海事安全信息显示系统的海事安全信息分类组织模块，将接收到的海事安全信息进行组织和管理，以及存储和检索；之后，通过电子海图安全信息图层叠加显示模块，将海事安全信息以电子海图图层叠加的方式显示出来，和/或，通过安全信息文字和表格显示模块，将海事安全信息以文字和表格的形式显示出来。

本发明的港口安全船舶引航系统系统以通信技术、大数据技术、信息交换技术等新一代信息技术为基础，以自动化和互联化的方式动态获取、感知、分析和整合引航各方面数据，促进海事安全信息高效化利用和引航资源的网络化共享、集约化整合。并且，将引航作业中的人、机和环境三部分有机关联，提升了引航业务数据和海事安全信息的共享效率，保障了引航安全，加强了引航安全监管。

整个港口安全船舶引航系统的物理架构，可以概括为船岸协同、数据中心、引航作业过程驱动。

(一)、船岸协同

船端系统以PPU为核心，除具有船舶导航的基本功能外，还要扩展引航安全功能。一方面，接收岸基系统推送的海事安全信息并以PPU上的电子海图为底图可视化各类安全信息；另一方面，PPU结合引航安全记录设备(即引航音频记录仪、船舶引航AIS硬盘记录机)将引航作业中的音频和AIS信息制作成记录，以引航自动报告的方式发送给岸基引航安全监管系统。在引航作业中，引航员借助PPU的海事安全信息可视化方式可以减少人为错误和提高预警能力；岸基引航安全监管系统也可以实时获取引航船舶状态和在船作业引航员的工作状态，对引航作业过程进行安全监管和事后责任追溯。

船岸协同是船端系统与岸基系统间的信息协同，既可为在船作业引航员提供安全引航支持，又可为引航站安全员提供安全监管的数据支撑。在船岸协同中，采用“订阅-发布”机制，引航计划和引航调度信息是该机制的凭据。引航员接收到某引航计划任务并确认，可以凭此订阅；岸基引航安全监管系统接收到的引航自动报告中也含有本次引航作业的引航调度信息，凭此组织报告信息并记录整个引航航次信息。船岸协同下，按“人-机-环境”推送的海事安全类信息如表1所示。

表1：海事安全信息分类表

如图4所示，导航系统与通信网络应满足岸基和船端之间信息的可靠传输，无线网络覆盖船舶之间和船岸之间。对引航员而言，只要关心获得的信息是否满足自己需要，而不需要知道这些信息具体来源于哪个具体的技术服务子系统或哪个设备；而对岸基系统而言，其需要在数据域执行各种业务数据请求(即引航员根据自己需要的信息发出的业务数据请求)，从不同的技术服务子系统(数据库)中获取数据，并以标准的数据格式、适当的展现形式提供给用户(引航员)，从而满足用户的需求。它集成所有相关海上技术服务系统，按照统一的引航业务模型和数据进行传输(它可采用多种海上通信技术，按照引航业务来进行数据传输)。最终实现按需获取数据、隐藏数据来源和通信方式的智能化服务保障体系，实现简捷而有效的船岸之间的通讯，提高引航安全和管理效率。

(二)、数据中心

数据中心涵盖基础信息类数据、引航生产数据、安全引航类动态数据和安全引航记录数据4个主要数据类别。

数据中心的各类数据主要有三大来源，一是引航站自身管理和业务产生的，例如：引航调度信息、引航员信息等；二是各类海事助航信息，由引航站以外获得，例如：水文气象信息、航标信息、航行警告等；三是其它信息，包括：港口、码头作业调度、拖轮调配信息等第三方服务公司的信息。第一类信息的采集依靠引航站现有系统的信息整合或是系统完善，第二类信息的采集由我国海事、气象、防汛等国家机关或事业单位完成，核心是信息的引入和数据格式的转换(它的核心是引航基础数据集，其中包含各类引航基础信息，其作为安全引航数据集的元数据，其定义了各类引航数据的基本数据格式和数据转换方法，使各类引航数据能够纳入到数据中心)。

通过数据中心使得引航管理更精准，涉及引航安全、引航生产和引航员培训等多个方面。对于引航员，可将其信息高度整合，对引航员从入业开始进行全程跟踪和管理，引航员的培训、引航员的能力评估、引航员的考核、以及引航调度任务分配都可以更贴心。对于引航安全生产，可更好地调配引航资源(保障资源、引航员)，结合引航员能力调配引航资源分配引航任务。对于引航作业过程，可监管引航员作业的全过程并记录，并充分发挥资深引航员的专业水平，在引航过程中对引航船的引航员给出指导，变个人引航为团队引航。对于引航后评估，通过引航全过程的记录，借助数据挖掘等技术手段，科学地对引航过程进行后评估，发现问题，提高引航业务水平和引航管理水平，这个反馈环节对实现引航智能化至关重要。

(三)、引航作业过程驱动

本发明的港口安全船舶引航系统及引航方法，以引航计划为船岸协同的联系，以引航作业过程为驱动。引航作业过程可以分为引航作业前、引航作业中和引航作业后三个阶段。(如图5所示)

1、引航作业前

引航员接收到引航计划，由引航员本人确认该引航计划，进入引航调度状态。在引航作业前，引航员可以查看待引船舶的基本信息和既往的本港引航记录(主要是船况记录)；查看船舶登船时间和地点；查看拖轮情况；制定航线和设置船队(及拖轮)；查看潮水表；查看靠泊码头信息；查看航道信息(含桥梁)。

2、引航作业中

引航员登船后，将PPU与船舶信号源连接，获取AIS、船舶航行姿态、雷达、测深仪、主机监控等数据。开始引航，启动引航音频记录仪和PPU上记录功能。引航员可通过PPU实时获取岸基系统推送的信息，包括气象、潮水数据，以及码头装卸调度数据。在PPU上实时显示更新风速、流速、潮水点水深、航行警告通知、拖轮相关信息等。

引航记录以引航自动报告方式，将引航过程中的驾驶台和引航员操控音频或视频、船舶航向、航速和航迹等发送至岸基引航安全监管系统。PPU能够根据现场设置各系统参数，完成自动“预警”功能，在紧急情况下，可向引航站发起“应急处置”申请，通过音视频与引航站实时交流，引航专家通过引航站监控系统可掌握当前引航的全信息，并结合自身经验给予在船引航员相应的指导或建议。

引航安全监管系统的值班员通过监视屏，看到以电子海图为基础，特殊颜色显示站引航船(站引航船，是指引航站自己的用于引航服务的船舶，相当于一个为出港引航员结束引航或引航员等待入港船舶的临时的引航员休息、工作的场所)、本站在引航船舶的位置和状态信息，并在底图上叠加船位、CCTV等设备的位置信息和状态信息，还有海事安全类信息，时刻关注某引航航次。通过选择某船舶查看当前引航记录、船舶信息和引航员信息。通过参数预设，实现自动预警功能

3、引航作业后

引航安全监管系统完整记录该引航航次的全部航次数据，并自动完成该引航员的工作量计算和对本引航航次工作的后评估。引航员可通过PPU填写引航船况记录，与其他引航员分享业务，查阅或补充本引航航次记录。引航记录可作为引航员的升值升档、奖惩的依据。在事故发生后，作为责任判定依据。

本发明通过在岸基建立数据中心，在船端建立引航安全记录机制，利用船岸间的通信实现引航自动报告和海事安全信息推送，实现了引航作业中的船岸互联互通和信息共享。水文、气象、海事安全信息及港口、码头信息的使用，使得引航员和引航站能够选择与引航员作业环境最相关的明确信息，使引航作业安全最大化，风险最小化。并且，通过提供自动指示、报警和防故障方法，减少人为错误；强化引航作业过程记录能力，改善引航作业的可靠性和完整性。岸基引航安全监管系统构建统一的基础信息集和数据库集群，彻底解决引航信息孤岛难题。并通过建立信息推送体系，实时推送相关业务信息和海事安全信息至引航一线，为船端引航作业提供数据支撑和辅助决策支持，减轻引航员工作负担，使引航走向智能化。

Claims (10)

1.一种基于PPU的港口安全船舶引航系统，其特征在于，包括：引航员便携设备PPU、船端系统、岸基系统；船端系统设置在引航员便携设备PPU上；船端系统包括船端海事安全信息显示系统、船端引航安全自动报告系统；岸基系统设置在引航站；岸基系统包括岸基引航辅助信息推送系统、岸基引航安全监管系统和数据中心；引航员除便携设备PPU外，增加引航音频记录仪，即录音笔；在引航员便携设备PPU内设有可记录船舶引航AIS信息的硬盘；船端引航安全自动报告系统与岸基引航安全监管系统间通信，岸基引航辅助信息推送系统与船端海事安全信息显示系统间通信；

所述船端海事安全信息显示系统，是以引航员便携设备PPU为基础，将包括水文、气象、航行警告的动态海事安全信息以图表样式或电子海图叠加样式显示在PPU的显示屏上，使得引航员在引航作业过程中能够直观、准确地获得与引航安全相关的信息，辅助引航员的引航作业和决策；

所述船端引航安全自动报告系统，是一个基于PPU的船端子系统，包括引航音频记录仪、船舶引航AIS硬盘记录机和引航自动报告系统；

所述引航音频记录仪，通过引航员随身佩戴的录音笔带有的录音功能进行引航员指令的音频记录；

所述船舶引航AIS记录硬盘机，为PPU上带有的记录功能，在引航作业开始后，开始记录本船和拖轮的AIS信号，并与引航音频记录仪通过时间点方式进行同步；

所述引航自动报告系统，在引航作业期间，按已定义的标准格式向岸基系统自动发送本船的引航报告，涉及引航安全监管所需信息；

所述岸基引航辅助信息推送系统，根据引航计划或引航调度情况，在引航作业前和引航作业中不同时期，实时推送相关的引航辅助信息，推送的信息具有定制性、个性化的特点；

所述岸基引航安全监管系统，是岸基系统的核心部分，它负责各类引航辅助信息、海事安全信息、航道环境信息和引航作业信息的收集、存储、管理和辅助决策，重点为引航安全监管服务；

所述数据中心，是岸基引航安全监管系统的基础，包括基础数据集、动态环境数据集、引航数据集。

2.根据权利要求1所述的基于PPU的港口安全船舶引航系统，其特征在于，所述船端海事安全信息显示系统，包括：海事安全信息服务请求模块、海事安全信息分类组织模块、电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块；其中，海事安全信息服务请求模块与岸基引航辅助信息推送系统的引航辅助信息订阅代理模块间通信，海事安全信息分类组织模块与岸基引航辅助信息推送系统的信息推送模块间通信；海事安全信息分类组织模块分别与电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块连接，为电子海图安全信息图层叠加显示模块、安全信息文字和表格显示模块提供数据；

海事安全信息服务请求模块，用于向岸基的引航辅助信息推送系统发送订阅指令，指令包含：信息服务类别、推送频率、订阅起止时间和船位信息；

海事安全信息分类组织模块，用于组织和管理接收到的海事安全信息，以及存储和检索海事安全信息；

电子海图安全信息图层叠加显示模块，提供海事安全信息以海图叠加方式显示的显示功能，用于将海事安全信息以电子海图图层叠加的方式显示出来；

安全信息文字和表格显示模块，用于将海事安全信息以文字和表格的形式显示出来。

3.根据权利要求1所述的基于PPU的港口安全船舶引航系统，其特征在于，所述船端引航安全自动报告系统，包括：AIS数据记录模块、引航员音频指令记录模块、船舶驾驶台音频记录模块、引航安全报告自动发送模块；其中，AIS数据记录模块、引航员音频指令记录模块、船舶驾驶台音频记录模块分别通过数据转换单元与PPU的数据处理单元连接，引航安全报告自动发送模块通过数据传输单元与PPU的数据处理单元连接，引航安全报告自动发送模块与岸基引航安全监管系统的引航安全报告管理模块间通信；

AIS数据记录模块，用于记录引航过程中本船及周围船舶的AIS信息；

引航员音频指令记录模块，借助引航员随身佩戴的音频记录仪设备，用于引航过程中引航员全程指令的录音，以及音频的导出；

船舶驾驶台音频记录模块，借助PPU的录音功能，用于引航过程中船舶驾驶台全程录音，以及音频的管理和导出；

以上三部分记录通过各记录的“时间戳”来同步，各相关设备通过时间校准功能来统一系统时钟；

引航安全报告自动发送模块，用于引航安全报告的生成和发送，通过预设的报告频率自动生成报告，通过船岸通信功能发送至引航安全监管系统。

4.根据权利要求2所述的基于PPU的港口安全船舶引航系统，其特征在于，所述岸基引航辅助信息推送系统，包括：引航辅助信息订阅代理模块、引航辅助信息分类管理模块和信息推送模块；其中，引航辅助信息订阅代理模块与船端海事安全信息显示系统的海事安全信息服务请求模块间通信，引航辅助信息分类管理模块与数据中心的数据记录与组织模块连接，引航辅助信息分类管理模块与信息推送模块连接，信息推送模块与船端海事安全信息显示系统的海事安全信息分类组织模块间通信；

引航辅助信息订阅代理模块，用于接收海事安全信息的订阅指令；

引航辅助信息分类管理模块，用于从数据中心分类别获取海事安全类信息；

信息推送模块，用于根据订阅指令向指定的PPU推送订阅的海事安全信息。

5.根据权利要求3所述的基于PPU的港口安全船舶引航系统，其特征在于，所述岸基引航安全监管系统，包括：安全监管员值班模块、引航动态信息显示模块、气象信息管理模块、水文潮汐信息管理模块、航行警告类信息管理模块、船舶船况信息管理模块、航行环境信息管理模块、引航安全规定及应急处置模块、引航安全报告管理模块和引航过程回放模块；其中，上述各模块均分别通过数据传输单元与引航站的数据处理单元连接，且上述各模块均分别与数据中心连接；引航安全报告管理模块与船端引航安全自动报告系统的引航安全报告自动发送模块间通信；

安全监管员值班模块，用于引航安全监管人员日常工作；

引航动态信息显示模块，用于实时显示引航站全部引航作业的信息，包括：船位信息、船舶姿态信息、引航员信息和航行环境信息；

气象信息管理模块、水文潮汐信息管理模块和航行警告类信息管理模块，分别用于气象、水文和海事航行警告三大类动态信息的管理；

船舶船况信息管理模块，用于基础船舶信息和船况历史记录的管理；

航行环境信息管理模块，用于包括航道、桥梁和码头在内的与航行环境相关的信息类的管理；

引航安全规定及应急处置模块，用于引航安全事故的应急处理，包括：引航安全操作规则、引航安全事故处理流程、引航安全事故后评估；

引航安全报告管理模块，用于接收各引航航次的安全报告，并存储和检索；

引航过程回放模块，用于安全监管人员对指定引航航次的AIS和音频记录进行回放，可应用于引航实操案例教学和安全事故责任认定。

6.根据权利要求1所述的基于PPU的港口安全船舶引航系统，其特征在于，所述数据中心，包括顺序连接的数据采集接口模块、数据库、数据记录与组织模块；

数据采集接口模块，用于通过气象局和海事局提供的数据接口，采集水文、气象、航行警告和AIS动态实时数据，并将采集到的数据放入数据库进行储存；

数据库，用于储存从数据采集接口模块采集到的数据，包括基础数据集、动态环境数据集、引航数据集；

数据记录与组织模块，用于记录传输到数据中心的数据库中的引航安全报告等数据，并对数据库中的数据进行组织整理。

7.一种采用如权利要求1-6任一所述的基于PPU的港口安全船舶引航系统的港口安全船舶引航方法，其特征在于，该方法包括：在船端建立引航安全记录机制，在岸基建立数据中心；建立船岸协同，即船端系统与岸基系统间的信息协同；在船岸协同中，采用“订阅-发布”机制；利用船岸间的通信，实现引航自动报告和海事安全信息推送，实现引航作业中的船岸互联互通和信息共享。

8.根据权利要求7所述的港口安全船舶引航方法，其特征在于，所述在船端建立引航安全记录机制，包括：在船端系统增设海事安全信息显示系统、引航安全自动报告系统；船端系统与岸基系统之间采用多种通信方式进行通信，船端引航安全自动报告系统采用港口范围内的无线网络向岸基引航安全监管系统自动发送本船的引航报告，岸基引航辅助信息推送系统采用港口范围内的无线网络或AIS2.0通信方式向船端海事安全信息显示系统发送推送类信息。

9.根据权利要求7所述的港口安全船舶引航方法，其特征在于，

发送引航自动报告的过程如下：船端引航安全自动报告系统的引航安全报告自动发送模块，通过港口范围内的无线通信网络，向岸基引航安全监管系统的引航安全报告管理模块自动发送本船的引航安全报告，然后，通过引航安全报告管理模块将本船的引航安全报告传送到数据中心的数据记录与组织模块进行记录，再传送到数据库进行储存，之后，再从数据中心的数据记录与组织模块传送到岸基引航安全监管系统的引航过程回放模块，通过引航过程回放模块回放记录。

船端海事安全信息显示系统与岸基引航辅助信息推送系统之间，采用“订阅-发布”机制来交换海事安全信息；海事安全信息推送的过程如下：首先，船端海事安全信息显示系统的海事安全信息服务请求模块向岸基引航辅助信息推送系统发出订阅指令，然后，岸基引航辅助信息推送系统的引航辅助信息订阅代理模块接收到海事安全信息的订阅指令后，通过引航辅助信息分类管理模块从数据中心分类别获取海事安全类信息，之后，通过信息推送模块，根据订阅指令向指定的PPU推送订阅的海事安全信息；之后，船端海事安全信息显示系统的海事安全信息分类组织模块，将接收到的海事安全信息进行组织和管理，以及存储和检索；之后，通过电子海图安全信息图层叠加显示模块，将海事安全信息以电子海图图层叠加的方式显示出来，和/或，通过安全信息文字和表格显示模块，将海事安全信息以文字和表格的形式显示出来。

10.根据权利要求7所述系统港口安全船舶引航方法，其特征在于，以引航计划为船岸协同的联系，以引航作业过程为驱动；引航作业过程分为引航作业前、引航作业中和引航作业后三个阶段；

1)、引航作业前

引航员接收到引航计划，由引航员本人确认该引航计划，进入引航调度状态；在引航作业前，引航员查看待引船舶的基本信息和既往的本港引航记录，主要是船况记录；查看船舶登船时间和地点；查看拖轮情况；制定航线和设置船队及拖轮；查看潮水表；查看靠泊码头信息；查看航道信息；

2)、引航作业中

引航员登船后，将PPU与船舶信号源连接，获取AIS、船舶航行姿态、雷达、测深仪、主机监控等数据；开始引航，启动引航音频记录仪和PPU上记录功能；引航员通过PPU实时获取岸基系统推送的信息，包括气象、潮水数据，以及码头装卸调度数据；在PPU上实时显示更新包括风速、流速、潮水点水深、航行警告通知、拖轮在内的相关信息；

引航记录以引航自动报告方式，将引航过程中的驾驶台和引航员操控音频或视频、船舶航向、航速和航迹发送至岸基引航安全监管系统；PPU根据现场设置各系统参数，完成自动“预警”功能，在紧急情况下，向引航站发起“应急处置”申请，通过音视频与引航站实时交流，引航专家通过引航站监控系统掌握当前引航的全信息，并结合自身经验给予在船引航员相应的指导或建议；

引航安全监管系统的值班员通过监视屏，看到以电子海图为基础，特殊颜色显示站引航船、本站在引航船舶的位置和状态信息，并在底图上叠加船位、包括CCTV在内的设备的位置信息和状态信息，还有海事安全类信息，时刻关注某引航航次；通过选择某船舶查看当前引航记录、船舶信息和引航员信息；通过参数预设，实现自动预警功能；

3)、引航作业后

引航安全监管系统完整记录该引航航次的全部航次数据，并自动完成该引航员的工作量计算和对本引航航次工作的后评估；引航员通过PPU填写引航船况记录，与其他引航员分享业务，查阅或补充本引航航次记录；将引航记录作为引航员的升值升档、奖惩的依据，在事故发生后，作为责任判定依据。