CN113436465A - 一种船舶交通管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船舶交通管理系统，包括雷达子系统、甚高频通信子系统、数据综合处理子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统，雷达子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统均与数据综合处理子系统相连，记录与重放子系统以及交通显示与控制子系统均与甚高频通信子系统相连，记录与重放子系统以及管理信息子系统均与交通显示与控制子系统相连，各系统协同工作，能够帮助海事管理部门大幅提升系统检测、数据分析与处理、交换和信息共享能力，使交管工作更智能，并进一步提升海事管理精细化水平和提高突发事件应急保障能力，为海事日常管理提供了更精准、更全面的数据支撑。

Description

一种船舶交通管理系统
技术领域
本发明涉及海上船舶监管技术领域，具体涉及一种船舶交通管理系统。
背景技术
船舶交通管理系统(Vessel Traffic Service，VTS)是海事主管机关对港口及沿海船舶交通进行实时监控的重要手段之一，目前世界上已建成船舶交通管理系统500多处，而我国自建设第一个船舶交通管理系统以来，经过三十几年的建设与发展，已拥有44个不同规模、不同类型的船舶交通管理系统，船舶交通管理系统建设和发展在保障水上交通安全、维护良好通航秩序、提高港口运营效率、保护水域生态环境以及协调应急搜救行动等方面发挥了重要作用，产生了明显的经济效益和社会效益。
但是当前的船舶交通管理系统中，报警功能单一不完善，虚假报警多，且MIS数据统计、数据分析、数据应用等方面功能欠缺，缺乏大数据统计分析应用功能，绝大多数系统WEB发布功能也没有实现，原有系统的数据库架构陈旧，不能满足直属局辖区内及全国VTS数据库的统一规划，不能对接监管指挥系统的相关数据，并且还存在较多VTS系统数据封闭，系统间无法进行信息交换共享等问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种船舶交通管理系统，通过该系统可以帮助海事管理部门大幅提升系统检测、数据分析与处理能力，提升数据分析、交换和信息共享能力，让交管工作更智能，并能够进一步提升海事管理精细化水平和提高突发事件应急保障能力，为海事日常管理提供更精准、更全面的数据支撑。
本发明的技术方案如下：
一种船舶交通管理系统，其特征在于，包括雷达子系统、甚高频通信子系统、数据综合处理子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统，所述雷达子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统均与数据综合处理子系统相连，所述记录与重放子系统以及交通显示与控制子系统均与甚高频通信子系统相连，记录与重放子系统以及管理信息子系统均与交通显示与控制子系统相连。
所述雷达子系统用于设置X波段的雷达天线工作波段，利用固态微波功率放大器产生发射脉冲以获取船舶航道动态信息，完成海面目标的搜索，并传递雷达采集信号；所述甚高频通信子系统采用VIOP交换方式向船舶提供信息服务、交通组织服务和助航服务的通信业务；所述数据综合处理子系统用于对雷达采集信号模数转换并进行目标检测和录取跟踪，获得各前端雷达数字视频和跟踪数据并结合AIS/BDS数据以及甚高频测向数据进行解析、航迹评估和关联处理，实现若干雷达目标进行跟踪、自动识别和交通形势评估，并对雷达目标、AIS/BDS目标进行险情预判和警示；所述交通显示与控制子系统配置为人机交互接口，用于提供给操作人员系统信息并负责控制整个系统，进行船舶交通管理和服务；所述管理信息子系统具备大数据统计分析应用功能，用于对各系统的数据信息进行存储、维护和使用，利用数据库与船舶航道动态信息交互并结合网络集成技术进行船舶交通相关业务的信息集成；所述记录与重放子系统采用分布式存储并构建存储集群，结合虚拟时钟技术和协同控制技术，对多媒体数据连续记录并在通用外设上进行重放。
优选地，所述雷达子系统包括雷达天线、雷达收发机、雷达控制器、雷达数据处理器和雷达维修终端，所述雷达天线与雷达收发机相连，所述雷达收发机分别与雷达控制器和雷达数据处理器相连，所述雷达数据处理器还与雷达维修终端相连。
优选地，所述雷达收发机包括第一雷达收发机和第二雷达收发机，所述雷达数据处理器包括第一雷达数据处理器和第二雷达数据处理器，所述雷达天线通过收发转换开关分别连接第一雷达收发机和第二雷达收发机，所述雷达控制器连接所述收发转换开关，所述第一雷达收发机和第二雷达收发机均与雷达控制器相互连接，所述第一雷达收发机与第一雷达数据处理器相连，所述第二雷达收发机与第二雷达数据处理器相连，所述第一雷达数据处理器、第二雷达数据处理器均与雷达维修终端相连。
优选地，所述甚高频通信子系统采用VOIP技术进行数据交换，并采用G.729语音编码协议，以及采用实时传输协议RTP提供时间标签和控制不同数据流同步特性的机制。
优选地，所述甚高频通信子系统还采用RTCP协议进行服务质量监控，并采用RSVP协议避免网络拥塞。
优选地，所述数据综合处理子系统包括雷达数据处理系统和多传感器综合处理系统，所述雷达数据处理系统对雷达采集信号进行模数转换，并进行杂波处理、目标检测、录取跟踪和数据压缩；所述多传感器综合处理系统将来自各前端雷达数字视频和跟踪数据、AIS和/或BDS数据以及甚高频测向数据进行解析、时空对准、野值剔除、信源航迹精度评估、航迹关联、航迹滤波和目标识别处理。
优选地，所述记录与重放子系统采用分布式存储技术进行存储，采用HBase搭建大规模存储集群，并采用虚拟时钟技术和协同控制技术实现多元异类记录数据的按需组合和同步重放。
优选地，所述雷达天线采用水平极化天线，用于抑制海浪杂波的干扰，工作波段为3cmX波段。
优选地，所述第一雷达收发机和第二雷达收发机均为固态雷达收发机，所述固态雷达收发机应用固态微波功率放大器产生发射脉冲，并采用脉冲压缩、频率和时间分集技术提高雷达收发机的技术性能。
本发明的技术效果如下：
本发明涉及的船舶交通管理系统，包括雷达子系统、甚高频通信子系统、数据综合处理子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统和记录与重放子系统，数据综合处理子系统通过对雷达采集信号模数转换并进行目标检测和录取跟踪，获得各前端雷达数字视频和跟踪数据并结合AIS/BDS数据以及甚高频测向数据进行解析、航迹评估和关联处理，实现若干雷达目标进行跟踪、自动识别和交通形势评估，并对雷达目标、AIS/BDS目标进行险情预判和警示，结合具备大数据统计分析应用功能的管理信息子系统，利用数据库与船舶航道动态信息交互并结合网络集成技术进行船舶交通相关业务的信息集成，并通过交通显示与控制子系统进行人机交互，各系统相互协同工作，通过该系统能够帮助海事管理部门大幅提升系统检测、数据分析与处理能力，并能够提升数据分析、交换和信息共享能力，使交管工作更智能，并进一步提升海事管理精细化水平和提高突发事件应急保障能力，实现了水上目标智能感知与识别、立体动态交通态势展示、电子化智能值班、通航异常动态分析与智能告警、应急事件智能化流程定制与处置以及电子巡航一键化生成与执行等，为海事日常管理提供了更精准、更全面的数据支撑。
附图说明
图1是本发明船舶交通管理系统的结构框图。
图2是本发明船舶交通管理系统的优选结构框图。
图3是本发明雷达子系统的优选结构示意图。
图中各标号列示如下：
1-雷达天线，2-第一雷达收发机，3-第二雷达收发机，4-雷达控制器，5-第一雷达数据处理器，6-第二雷达数据处理器，7-雷达维修终端，8-收发转换开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
本发明涉及一种船舶交通管理系统，该系统结构如图1所示，包括雷达子系统、甚高频通信子系统、数据综合处理子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统，雷达子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统均与数据综合处理子系统相连，记录与重放子系统以及交通显示与控制子系统均与甚高频通信子系统相连，记录与重放子系统以及管理信息子系统均与交通显示与控制子系统相连。其中，雷达子系统用于设置X波段的雷达天线工作波段，应用固态微波功率放大器替换原来脉冲调制雷达中的磁控管形成发射脉冲以获取船舶航道动态信息，完成海面目标的搜索，并传递雷达采集信号；甚高频通信子系统采用VIOP交换方式向船舶提供信息服务、交通组织服务和助航服务的日常通信业务；数据综合处理子系统用于对雷达采集信号模数转换并进行目标检测和录取跟踪，获得各前端雷达数字视频和跟踪数据并结合AIS/BDS数据以及甚高频测向数据进行解析、航迹评估和关联处理，实现若干雷达目标进行跟踪、自动识别和交通形势评估，并对雷达目标、AIS/BDS目标进行险情预判和警示；交通显示与控制子系统配置为人机交互接口，用于提供给VTS值班操作人员系统信息并负责控制整个系统，进行船舶交通管理和服务；管理信息子系统具备大数据统计分析应用功能，用于对VTS所涉及的各系统的数据信息进行存储、维护和使用，利用数据库、数据库管理系统与VTS船舶航道动态数据信息交互并结合网络集成等技术进行VTS船舶交通相关业务的信息集成，延伸信息的流程；记录与重放子系统采用分布式存储并构建存储集群，结合虚拟时钟技术和协同控制技术，对多媒体数据连续记录并在通用外设上进行重放。本发明所述系统能够帮助海事管理部门大幅提升系统检测、数据分析与处理能力，提升数据分析、交换和信息共享能力，让交管工作更智能，并进一步提升海事管理精细化水平和提高突发事件应急保障能力，实现了水上目标智能感知与识别、立体动态交通态势展示、电子化智能值班、通航异常动态分析与智能告警、应急事件智能化流程定制与处置以及电子巡航一键化生成与执行等，为海事日常管理提供了更精准、更全面的数据支撑。
图2是本发明船舶交通管理系统的优选结构框图，在该实施例中，雷达子系统包括雷达天线、雷达收发机、雷达控制器、雷达数据处理器和雷达维修终端，雷达天线与雷达收发机相连，雷达收发机分别与雷达控制器和雷达数据处理器相连，雷达数据处理器还与雷达维修终端相连。进一步优选地，雷达天线采用水平极化天线，水平极化有海浪干扰杂波抑制能力强的优点，比垂直极化减少海浪发射约1/4～1/10，并采用高分辨率、作用距离远的X波段(3cm)为雷达天线工作波段。雷达收发机主要为固态雷达收发机，固态雷达应用固态微波功率放大器替换原来脉冲调制雷达中的磁控管形成发射脉冲，并且采用脉冲压缩、频率和时间分集等技术来提高雷达收发机的技术性能。
优选地，雷达收发机包括第一雷达收发机和第二雷达收发机，雷达数据处理器包括第一雷达数据处理器和第二雷达数据处理器，如图3所示雷达子系统的优选结构，雷达子系统包括雷达天线1、第一雷达收发机2、第二雷达收发机3、雷达控制器4、第一雷达数据处理器5、第二雷达数据处理器6、雷达维修终端7和收发转换开关8，雷达天线1通过收发转换开关8分别连接第一雷达收发机2和第二雷达收发机3，雷达控制器4连接所述收发转换开关8，第一雷达收发机2和第二雷达收发机3均与雷达控制器4相互连接，第一雷达收发机2与第一雷达数据处理器5相连，第二雷达收发机3与第二雷达数据处理器6相连，第一雷达数据处理器5、第二雷达数据处理器6均与雷达维修终端7相连。进一步优选地，雷达天线1采用水平极化天线，其抑制海浪干扰杂波的能力强，工作波段采用3cm的X波段，分辨率高、作用距离远。优选地，第一雷达收发机2和第二雷达收发机3均为固态雷达收发机，固态雷达在原有脉冲调制雷达的基础上，用微波晶体管等固态功率放大器来产生发射脉冲，并采用脉冲压缩、频率和时间分集技术提高雷达收发机的技术性能。
甚高频通信子系统(Very High Frequency，VHF)是VTS向船舶提供信息服务、交通组织服务和助航服务等日常通信业务的系统，能够实现岸台与船舶间的日常通信，优选地，甚高频通信子系统采用VOIP(Voice over Internet Protocol，即基于IP的语音传输)技术进行交换，具体采用ITU-T H.323协议或IETF SIP会话初始化协议。H.323协议由ITU-T提出，基于电信网信令和协议制定的IP多媒体协议标准。SIP协议是由IETF提出的利用已有的IP网络协议提供多媒体业务的会话控制协议。其话音编码灵活，且编码速率和编码尺度可变可适应，并采用静音检测技术和回声消除技术去除噪声；优选地，还采用G.729语音编码协议对输入语音性质的模拟信号用8kHz采样，16比特线性PCM量化，具有高语音质量和低延时的优点，如G.729将64Kbit/s无失真压缩至8Kbit/s的话音编码标准，压缩范围扩展至6.4-11.8Kbit/s，能够有效的改善语音质量；进一步优选地，还采用实时传输协议RTP提供时间标签和控制不同数据流同步特性的机制，发送数据包在接受端按时间戳进行顺序排列，并通过服务质量反馈确保传输质量，另采用Qos机制保障语音传输带宽和优先级，以及采用实时传输协议RTP和实时传输控制协议RTCP进行服务质量监控，并结合资源预留协议RSVP(Resource ReSerVation Protocol)避免网络拥塞。
数据综合处理子系统包括前端站点的雷达数据处理系统和后端的多传感器综合处理系统，其中，雷达数据处理系统对雷达采集信号进行模数转换，并进行杂波处理、目标检测、录取跟踪和数据压缩等，多传感器综合处理系统将来自各前端雷达数字视频和跟踪数据、AIS/BDS数据以及甚高频测向数据等进行接入解析、时空对准、野值剔除、信源航迹精度评估、航迹关联、航迹滤波和目标识别等相关处理，实现多雷达目标的跟踪、自动识别和交通形势评估，并对雷达目标、AIS/BDS目标进行险情预判和警示以及对CCTV视频进行联动跟踪等综合处理。
优选地，管理信息子系统具备大数据统计分析及应用功能，具体体现在：
数据统计方面，综合利用系统掌握的船舶基础数据、接入的二级数据中心数据、船舶动态数据、航行计划、雷达航迹、AIS航迹等数据，实现船舶交通流量统计、违章统计、事故统计、重点船舶统计、锚地船舶统计、锚地抛锚超时统计、值班统计、进出辖区统计等，并支持统计结果的可视化，包括报表、直方图、饼图、曲线图、热力图等，支持统计数据的打印输出；
数据分析方面，能够接入港口、航运单位的船舶数据、物流数据、交易数据、船运数据及货物数据等，实现对辖区水域的航运情况进行统计，生成重点货物(油、矿、煤等)的物流分析和相关指数分析；
数据应用方面，利用统计、分析的各类数据结果，结合气象信息、交通态势、通航环境及管控措施等，对水上安全风险进行动态评估，对辖区水域船舶提供安全预警提醒。
记录与重放子系统负责记录雷达数字视频、跟踪数据、AIS/BDS数据和甚高频话音、系统操作和/或状态等信息，各数据之间实时同步，记录的数据供交通分析、海事处理、海难搜救和事故取证等使用，能够完成多媒体数据连续记录与并可在通用外设PC上进行重放。优选地，记录与重放子系统采用分布式存储技术进行存储，并采用非关系型数据库HBase(Hadoop Database)，利用HBase可以在X86服务器上搭建大规模存储集群，并结合虚拟时钟技术和双线程、双缓冲的协同控制技术，实现多元异类记录数据的按需组合和同步重放。
本发明所述系统能够帮助海事管理部门大幅提升系统检测、数据分析与处理能力，提升数据分析、交换和信息共享能力，让交管工作更智能，并进一步提升海事管理精细化水平和提高突发事件应急保障能力，实现了水上目标智能感知与识别、立体动态交通态势展示、电子化智能值班、通航异常动态分析与智能告警、应急事件智能化流程定制与处置以及电子巡航一键化生成与执行，为海事日常管理提供了更精准、更全面的数据支撑。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种船舶交通管理系统，其特征在于，包括雷达子系统、甚高频通信子系统、数据综合处理子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统，所述雷达子系统、交通显示与控制子系统、管理信息子系统以及记录与重放子系统均与数据综合处理子系统相连，所述记录与重放子系统以及交通显示与控制子系统均与甚高频通信子系统相连，记录与重放子系统以及管理信息子系统均与交通显示与控制子系统相连。
所述雷达子系统用于设置X波段的雷达天线工作波段，利用固态微波功率放大器产生发射脉冲以获取船舶航道动态信息，完成海面目标的搜索，并传递雷达采集信号；所述甚高频通信子系统采用VIOP交换方式向船舶提供信息服务、交通组织服务和助航服务的通信业务；所述数据综合处理子系统用于对雷达采集信号模数转换并进行目标检测和录取跟踪，获得各前端雷达数字视频和跟踪数据并结合AIS/BDS数据以及甚高频测向数据进行解析、航迹评估和关联处理，实现若干雷达目标进行跟踪、自动识别和交通形势评估，并对雷达目标、AIS/BDS目标进行险情预判和警示；所述交通显示与控制子系统配置为人机交互接口，用于提供给操作人员系统信息并负责控制整个系统，进行船舶交通管理和服务；所述管理信息子系统具备大数据统计分析应用功能，用于对各系统的数据信息进行存储、维护和使用，利用数据库与船舶航道动态信息交互并结合网络集成技术进行船舶交通相关业务的信息集成；所述记录与重放子系统采用分布式存储并构建存储集群，结合虚拟时钟技术和协同控制技术，对多媒体数据连续记录并在通用外设上进行重放。
2.根据权利要求1所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述雷达子系统包括雷达天线、雷达收发机、雷达控制器、雷达数据处理器和雷达维修终端，所述雷达天线与雷达收发机相连，所述雷达收发机分别与雷达控制器和雷达数据处理器相连，所述雷达数据处理器还与雷达维修终端相连。
3.根据权利要求2所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述雷达收发机包括第一雷达收发机和第二雷达收发机，所述雷达数据处理器包括第一雷达数据处理器和第二雷达数据处理器，所述雷达天线通过收发转换开关分别连接第一雷达收发机和第二雷达收发机，所述雷达控制器连接所述收发转换开关，所述第一雷达收发机和第二雷达收发机均与雷达控制器相互连接，所述第一雷达收发机与第一雷达数据处理器相连，所述第二雷达收发机与第二雷达数据处理器相连，所述第一雷达数据处理器、第二雷达数据处理器均与雷达维修终端相连。
4.根据权利要求1所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述甚高频通信子系统采用VOIP技术进行数据交换，并采用G.729语音编码协议，以及采用实时传输协议RTP提供时间标签和控制不同数据流同步特性的机制。
5.根据权利要求4所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述甚高频通信子系统还采用RTCP协议进行服务质量监控，并采用RSVP协议避免网络拥塞。
6.根据权利要求1所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述数据综合处理子系统包括雷达数据处理系统和多传感器综合处理系统，所述雷达数据处理系统对雷达采集信号进行模数转换，并进行杂波处理、目标检测、录取跟踪和数据压缩；所述多传感器综合处理系统将来自各前端雷达数字视频和跟踪数据、AIS和/或BDS数据以及甚高频测向数据进行解析、时空对准、野值剔除、信源航迹精度评估、航迹关联、航迹滤波和目标识别处理。
7.根据权利要求1所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述记录与重放子系统采用分布式存储技术进行存储，采用HBase搭建大规模存储集群，并采用虚拟时钟技术和协同控制技术实现多元异类记录数据的按需组合和同步重放。
8.根据权利要求2或3所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述雷达天线采用水平极化天线，用于抑制海浪杂波的干扰，工作波段为3cmX波段。
9.根据权利要求3所述的船舶交通管理系统，其特征在于，所述第一雷达收发机和第二雷达收发机均为固态雷达收发机，所述固态雷达收发机应用固态微波功率放大器产生发射脉冲，并采用脉冲压缩、频率和时间分集技术提高雷达收发机的技术性能。
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