CN200954867Y

CN200954867Y - 航标遥测监控系统

Info

Publication number: CN200954867Y
Application number: CNU2006200989753U
Authority: CN
Inventors: 李昕; 朱庆; 杨瑞庆; 吴立
Original assignee: Changjiang Waterway Planning Design and Research Institute
Current assignee: Yangtze River Channel Bureau; Changjiang Waterway Planning Design and Research Institute
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2016-09-14

Abstract

本实用新型公开了一种航标遥测监控系统，它包括GPS卫星发射信号到航标灯的遥测遥控平台和航标灯监控中心，航标灯的遥测遥控平台通过无线传输单元与航标灯监控中心之间进行通信，航标灯的遥测遥控平台由GPS接收单元、信号转换单元、航标灯检测单元、碰撞报警单元、控制单元和自动拍照装置构成，其中GPS接收单元接收的信号传输到控制单元；信号转换单元在控制单元与信号源之间将模拟信号与数字信号进行转换；控制单元对航标灯检测单元、碰撞报警单元和自动拍照装置进行控制；控制单元通过无线传输单元与航标灯监控中心之间进行通信。该系统能对航标进行定位。发生碰撞可进行报警及记录周围环境通过CDMA或GPRS发送回控制中心，留作证据。

Description

航标遥测监控系统

技术领域

本实用新型属于水上助航设备的监控装置，具体涉及一种航标(包括浮标和岸标)进行远程遥控和实时遥测技术的遥测监测的系统。

背景技术

航标是船舶安全航行的重要助航设施，其主要功能是标示航道的方向、界限与碍航物，揭示有关航道信息，为船舶航行指出安全经济的航道。但是传统的航标维护方式是靠航标工作船艇定期巡查，这种方式成本高、效率低、劳动强度大。随着航运的发展，利用传统的维护方式和手段，已不适应发展的需要。需要以“服务航道、保障畅通”为目标，依靠科技进步和技术创新为手段，改革助航设施，提高航标维护的科技含量，改变传统的航标维护方式，逐步实现航标维护管理现代化、信息化，以最大程度地减轻助航标志的水损，及时恢复，减少维护工作量，提高保证率，减轻工人的劳动强度，从而为船舶提供更为可靠的航行保障。目前国内外也有一些航标遥测系统投入使用，在位移检测方面大多采用全球卫星定位系统(GPS)的单点定位技术，有些采用全球卫星定位系统(GPS)的差分定位技术，通过GPS定位取得航标的坐标位，与预先设置的标准位置相比较，超出设置范围后报警。这种系统只适用于航标的航标灯检测及报警，功能较少；不能反映航标发生碰撞的损坏情况及碰撞情况。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能对航标进行航标灯检测及报警，能反映航标发生碰撞的损坏情况及碰撞情况的航标遥测监控系统。

本实用新型的技术方案为：航标遥测监控系统，它包括GPS卫星发射信号到航标灯的遥测遥控平台和航标灯监控中心，航标灯的遥测遥控平台通过无线传输单元与航标灯监控中心之间进行通信，航标灯的遥测遥控平台由GPS接收单元、信号转换单元、航标灯检测单元、碰撞报警单元、控制单元和自动拍照装置构成，其中GPS接收单元接收的信号传输到控制单元；信号转换单元在控制单元与信号源之间将模拟信号与数字信号进行转换；控制单元对航标灯检测单元、碰撞报警单元和自动拍照装置进行控制；控制单元通过无线传输单元与岸上的航标监控中心之间进行通信。

所述控制单元包括主控制器CPU、逻辑电路芯片及电源，由主控制器CPU控制逻辑电路芯片。主控制器CPU的数据输入端连接到用于采样比较判断及和数据总线进行通信的逻辑电路，主要输入信号有GPS接收信号、航标灯检测信号和碰撞感应器信号，主控制器CPU的输出端连接报警通信及自动拍照单元。

该系统中的航标灯的遥测遥控平台定期或受控制中心指令进行GPS搜星定位，如误差超限，则在5分钟内进行三次定位，如果都是发生超限，则报警；否则不予报警。在航标遥测遥控终端中安装振动感应器，浮标受到船舶的撞击时，浮标猛烈晃动，伴有巨大的声响，触发振动感应器和声音感应器向终端发出信号，直接向控制中心报警，同时利用手机拍照功能对周围环境拍照，通过CDMA或GPRS发送回控制中心，留作证据。该系统采取航标灯监测单元与航标灯相对脱离的方式，专门在不易被打的船舱内设置航标灯监测单元，同时集成GPS定位、数据链及控制处理芯片，形成独立的遥测平台，将航标灯的灯质设定及电流电压测量功能均设置其中，由单片CPU管理，或直接用工业控制PLC单元控制，数据及控制信号通过屏蔽线传到航标灯器，灯架上只有仅含灯芯和透镜的灯器以及GPS天线，以最大程度减少被打损失，该集成终端成本相对较低。

附图说明

图1本实用新型原理图

图2系统结构简图

图3航标遥测平台组成图

图4航标遥测平台多通道数据采集系统的简化框图

图5数据无线传输单元UIM卡电路

图6航标遥测平台报警照相电路图

图7航标遥测控制中心管理系统流程图

具体实施方式

如图1所示，GPS卫星100发射信号到航标灯的遥测遥控平台200和航标灯监控中心300，航标灯的遥测遥控平台300通过无线传输单元400与航标灯监控中心300之间进行通信。无线传输单元400通过GSM短信方式或GPRS、CDMA方式解决，这些应用公网的传输方式需配置GSM或GPRS、CDMA模块及UIM卡。

如图2、3所示，航标灯的遥测遥控平台200由GPS接收单元201、信号转换单元202、航标灯检测单元203、碰撞报警单元204、光敏检测单元207、控制单元205和自动拍照单元206构成，其中GPS接收单元201接收的信号传输到控制单元205，即通过GPS接收单元201、控制单元205和航标定位单元208实现航标的定位；信号转换单元202在控制单元205与信号源之间将模拟信号与数字信号进行转换；控制单元205对航标灯检测单元203、碰撞报警单元204和自动拍照装置206进行控制；控制单元205通过无线传输单元400与航标灯监控中心300之间进行通信。航标灯检测单元203包括航标灯电压检测单元230，航标灯灯质检测单元231，航标蓄电瓶电压检测单元232和太阳能板充电检测单元234。

如图4所示，控制单元205包括主控制器CPU250及主控制器电源251，主控制器CPU250的数据输入端连接到GPS接收信号、航标灯检测信号和碰撞感应器信号，由主控制器CPU205控制的，用于采样比较判断及和数据总线进行通信的逻辑电路252，主控制器CPU的输出端连接显示报警单元253，控制面板254为显示输出。

如图5所示，无线传输单元的UIM卡电路包括石英晶振时钟电路OSC200，石英晶振时钟电路OSC200输出信号连接UIM卡接口电路SIM200。

如图6所示，自动拍照单元包括CCD成像装置，CCD成像装置的电源电路及接口电路，CCD成像装置的信号切换电路。CCD成像装置的电源电路及接口电路包括控制芯片U411和与之连接的开关管Q414组成电源电路；CCD成像装置的接口电路包括双比较器U412-1、U412-2和耳机接口，电源电路为接口电路提供电源。CCD成像装置的信号切换电路包括接收数字信号的电子选择开关U232和发送数字信号的电子选择开关U231，接收数字信号的电子选择开关U232和发送数字信号的电子选择开关U231可对内部信号的照相C和外接信号的照相IF两种模式进行选择、切换。

由于内河航标使用的特点，灯器电压是可调的，因此，对航标遥测平台控制器的要求：工作电压满足范围要求(2.8V-12V)，工作电流应小于灯器的日均工作电流，静态电流应小于10mA；工作温度结合武汉季节特点，应适应-15℃～+50℃，湿度适应90％，具有良好的防水性能；体积应较小，便于安装；定位精度应满足内河航道航标的要求，小于5～10m。

控制单元是航标遥测平台的核心部分，为了对航标的工作状况进行全面的控制，控制单元应能响应陆上遥测控制中心的指令，控制航标灯的工作(包括开/关航标灯和GPS电源)，自动发射超过设定限差范围的报警信号，自动检测振动感应器和声音感应器的报警信号，控制微型照相机对周围环境拍照，并采用安全设计即在GPS、通讯链路出现故障时，维持原设定参数。此外，采用宽电压设计，在电路元器件上进行优化，确保产品的耐高、低温和节电的要求。

其基本工作原理是：在系统通电后，CPU就等待控制中心发来的命令，命令格式包括航标遥测平台各监测单元需采样的起始通道号、结束通道号、采样频率、每个通道中采集数据的个数。CPU接到命令后，首先发送第一个监测单元起始通道(如航标定位监测)切换命令，然后命令A/D进行数据转换，转换结束将数据存储起来，再切换到下一通道(如航标灯参数监测)进行数据采集、存储……。直到每个通道都采集到上位机所需数据个数为止。等最后一个通道结束后，将各通道所采集到的数据与预存的数据进行比较，若超限即触发通信单元电路，若正常则切换到起始通道，重复上述操作。最后，定时或接收到控制中心的查询指令时，将各通道所采集到的数据上传给控制中心，进行数据处理及图形处理。

航标灯监测单元集成了航标灯电路的参数测试，对航标灯的工作电压、蓄电池的工作电压和电流、太阳能板的充电电流予以监测，对航标灯的闪光周期、日光阀值等灯质状态予以监测，监测值既可发送回控制管理中心，亦可与控制单元中的预置数相比较，超值则主动向控制管理中心报警。

航标灯需检测的主要内容是灯光的明灭、灯光的闪光周期、灯光的光强、日光阀的灵敏度以及相关的电压、电流：蓄电池的放电电流、电压、太阳能板的充电电流等等。

对灯质的检测利用光敏传感器实现，日光阀的灵敏度亦利用光敏传感器进行。对电压与电流的检测，可利用比较器电路进行。

当晚间环境亮度低于日光阀设定光敏度时，航标灯开始工作，按设定的周期闪动，同时检测光敏传感器感应航标灯光的强度，并将光信号转变成电信号送到航标遥测平台中央处理器中，灯光的亮灭闪动形规则的高低电数字信号，中央处理器传来的一组数字信号与予置的灯器闪光周期相比较，就知道灯质是否正常，并利用光敏管的阀值检测灯器的亮度。对电压、电流的检测采用比较器电路，该电路广泛应用于手机、BB机等电路中，为成熟技术，设置正常电压值，在工作电压超出额定电压±25％时予以报警，这样，当蓄电池无电或被窃时，也会触发报警。

航标遥测平台与遥测控制中心的数据无线传输可通过GSM短信方式或GPRS、CDMA方式解决，这些应用公网的传输方式需配置GSM或GPRS、CDMA模块及UIM卡。航标遥测平台要求能够长期在航标工作，且要求防水、防潮，因此，设计中选择工业级标准的通信链路，该模块要符合系统对通信可靠性的要求，且功耗较低。天线方面，航标遥测平台采用2db增益天线，总台采用0db天线。

数据无线传输单元UIM卡电路见图5。UIM卡的时钟是由专用的石英晶振时钟电路OSC200产生，输出的时钟信号的频率为3.6864MHz。当控制单元中的逻辑电路输出控制信号UIM_CLK_N时(低电平有效)，Q206基极电平下降，Q206饱和导通，可将电源V_MSMP送到OSC200第1脚(OE)，时钟电路OSC200开始工作，由其第3脚(OUT)输出UIM卡时钟信号UIM_CCLOCK，该信号送到UIM卡接口电路SIM200第3脚。SIM200第2脚是复位信号UIM_RST输入脚，而第4脚是发射数据UIM_TXD信号和接收数据UIM_RXD信号输入脚。

航标定位单元207是为了确定航标的位置，采用GPS定位技术。一般情况下，从经济的角度可选定导航型GPS接收机(目前单点定位精度为15米)，如要求提高定位精度，可考虑采用事后差分方式进行处理(处理后的精度约2米以内)。

另外可直接采用GPS差分台，亦可利用当地已有测控网的GPS差分台，从而节省差分台建设费用。直接利用DGPS接收机，定位精度可达1米以内，而且不用将数据回传遥测控制中心再去做后差分处理，进行移位超距判断，直接进行信号判断报警，更及时有效，但费用较高。

碰撞报警单元204是巧妙地利用了电子安防系统中的声频及震动式玻璃损坏感应器的原理，结合声音和振动两种不同的感应方式，减少误报。感应器放置在船舱，其感应结构针对水上条件予以专门调整，增大感应阀值，使一般的浪涌晃动和浪击声响不能触发，只有剧烈碰撞发生的猛烈摇晃和巨大声响才能触发报警。促使控制单元检测GPS定位单元对浮标进行定位，发信息给岸上控制中心。

自动拍照单元206是利用现代数码成像技术在CCD感光模块上成像，在数上手机上应用已相当普及，其照像和图像传输技术目前已十分成熟，而且像数亦达到50万以上，可以满足辨认船的外形和种类的需要，对寻找肇事船、追回损失起到很大作用。照像记录单元采用手机拍照模块，触发由控制单元给予脉冲，控制单元在接受到碰撞报警单元的报警后，发出拍照指令，照像记录单元拍照后将图像数据传给控制单元发送回岸上控制中心存贮。

自动拍照单元206可以外接数码照相机，该单元电路图见图6。主要分成照相机的电源电路及接口电路和照相机的信号切换电路两部分。

在照相机的电源电路及接口电路图的右侧部分由U411和Q414组成照相机电源电路。当标志船受到撞击时，航标遥测平台的碰撞报警单元触发控制单元向U100的T1脚(GPIO_INT1)输出照相模式启动信号CAMERA_MODE_N。当该控制信号为低电平时，Q414饱和导通，使U411第1脚(EN)取得高电平，并进入工作状态，可由U411第4脚(OUT)输出照相机的工作电源V_CAMERA，可以通过控制单元接口向照相机供电。

在照相机的电源电路及接口电路图的左侧部分，是以双比较器U412和耳机接口为中心的照相机接口电路。图中，C_TX_DATA是照相机发送数据信号，C_RX_DATA是照相机接收数据信号。V_CAMERA是接口的供电电源，也是接口的检测点；EAR_DET是触发控制检测信号；SEND_END是触发控制中断信号。图中，两个输出信号SEND_END和EAR_DET送到U100的H4脚(GPIO18)和P13脚(GPIO_INT41)，告知该接口电路的工作状态。

在照相机的信号切换电路图中，C_TX_DATA和C_RX_DATA是照相机的发送和接收信号，而IF_TX_DATA和IF_RX_DATA是来自控制单元外部接口的收、发信号；U232是接收数字信号的电子选择开关，U231是发送数字信号的电子选择开关。它仍在U100输出的CAMERA_MODE_N照相启动信号的控制下，可使U231、U232进入导通转换状态，可对C(内部信号的照相)和IF(外接信号的照相)两种模式进行选择、切换。由U232第4脚(A)输出经选择的接收数据信号DP_RX_DATA，由U231第4脚(A)输出经选择的发送数据信号DP_TX_DATA，它们都送到控制单元的CPU去。

本专利主要采取航标灯监测单元与航标灯相对脱离的方式，专门在不易被打的船舱内设置航标灯监测单元，同时集成GPS定位、数据链及控制处理芯片，形成独立的遥测平台，将航标灯的灯质设定及电流电压测量功能均设置其中，由单片CPU管理，或直接用工业控制PLC单元控制，数据及控制信号通过屏蔽线传到航标灯器，灯架上只有仅含灯芯和透镜的灯器以及GPS天线，以最大程度减少被打损失。

航标灯监控中心300可由一台计算机和相关软件和通信链路组成的，计算机和数据链，二者通过RS-232串口进行联结，计算机中运行系统管理和电子航道图显示软件。在今后扩展中，可以根据陆上控制单元职能的不同，将计算机数量和有关设备进行扩充，通过有线网络将多个控制分中心连接在一起，形成分布状的管理网络。实现内部局域网络化的陆上控制单元网络。航标遥测控制中心管理系统流程如图7所示。

Claims

1、一种航标遥测监控系统，它包括GPS卫星发射信号到航标灯的遥测遥控平台和航标灯监控中心，航标灯的遥测遥控平台通过无线传输单元与航标灯监控中心之间进行通信，其特征是：航标灯的遥测遥控平台由GPS接收单元、信号转换单元、航标灯检测单元、碰撞报警单元、控制单元和自动拍照装置构成，其中GPS接收单元接收的信号传输到控制单元；信号转换单元在控制单元与信号源之间将模拟信号与数字信号进行转换；控制单元对航标灯检测单元、碰撞报警单元和自动拍照装置进行控制；控制单元通过无线传输单元与航标灯监控中心之间进行通信。

2、如权利要求1所述航标遥测监控系统，其特征在于控制单元包括主控制器CPU及主控制器电源，主控制器CPU的数据输入端连接到GPS接收信号、航标灯检测信号和碰撞感应器信号，由主控制器CPU控制的，用于采样比较判断及和数据总线进行通信的逻辑电路，主控制器CPU的输出端连接显示报警单元。

3、如权利要求1所述航标遥测监控系统，其特征在于所述自动拍照单元包括CCD成像装置，CCD成像装置的电源电路及接口电路，CCD成像装置的信号切换电路。

4、如权利要求3所述航标遥测监控系统，其特征在于所述CCD成像装置的电源电路及接口电路包括控制芯片U411和与之连接的开关管Q414组成电源电路；CCD成像装置的接口电路包括双比较器U412-1、U412-2和耳机接口，电源电路为接口电路提供电源。

5、如权利要求3所述航标遥测监控系统，其特征在于所述CCD成像装置的信号切换电路包括接收数字信号的电子选择开关U232和发送数字信号的电子选择开关U231，接收数字信号的电子选择开关U232和发送数字信号的电子选择开关U231可对内部信号的照相C和外接信号的照相IF两种模式进行选择、切换。

6、如权利要求1所述航标遥测监控系统，其特征在于所述无线传输单元的UIM卡电路包括石英晶振时钟电路OSC200，石英晶振时钟电路OSC200输出信号连接UIM卡接口电路SIM200。