CN202009384U - 一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统，该系统包括监控中心、AIS基站、巡逻船、卫星通信链路和光缆通信网络，卫星通信链路包括北斗卫星或海事卫星与卫星接收站之间的通信链路，其中，AIS基站接收其周围的船舶信息，通过光缆传送至监控中心，巡逻船配置有AIS接收机和卫星数据发射机，监控其周围的船舶，并借助所述卫星通信链路将监控到的船舶信息传回卫星接收站，卫星接收站再将数据通过光缆传送至监控中心。应用本实用新型的系统来保护海光缆/电缆路由，其中监控中心对海缆路由的大体安全状况有了宏观的掌控，可以主动及时地调度巡逻船对违规船舶进行驱赶、或到危险区域进行警戒。

Description

一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统

技术领域

本实用新型涉及船舶监控管理，特别是涉及一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统。

背景技术

用来传输信息的海缆设备虽然在几米深的地下和浅海、深海海底铺设，但也容易受到如挖掘机、帆涨网渔船等机械设备作业的损坏。中国的海缆每年都会发生大大小小的阻断，造成的经济损失高达数亿美元。而累次阻断，都主要是渔船作业造成的，其中帆张网渔船最容易造成海缆损坏。为了应对这一问题，在加大对渔船规范作业的宣传力度的同时，要加强对海缆海区的有效监管，实现实时的监控和预防，保证信息传播安全畅通。在出现事故后也要能够做到有据可查。

目前，保护海缆安全的管理系统主要是基于VHF（Very High Frequency ，甚高频）、单边带的巡逻船管理系统。VHF（Very High Frequency ，甚高频）是一种用于船舶之间、船舶与岸上之间利用无线电甚高频率进行语言通信的设备，通信距离一般可达12海里，频带由30MHz到300MHz。单边带通信是一种用于船舶与岸上之间的长距离语音通讯设备，在天气良好的情况下通信距离可达200海里。

海缆监控中心通过在海缆路由的海域安排巡逻船来管理违规船只。当巡逻船发现在海缆路由上抛锚或者捕鱼作业的违规船只后，使用VHF或靠违规船只要求其停止作业并立即离开海缆路由保护区域。每艘巡逻船在规定时刻把驱赶的船舶资料定时向岸上监控中心进行汇报，监控中心再对汇报数据进行记录汇总分析，并按照分析结果结合海缆事故频发地段调整巡逻船的巡逻区域。该系统存在以下不足之处：

（1）实时性差。监控中心只能通过对巡逻船汇报的资料进行汇总分析后才能了解海缆路由上的违规船只分布情况，无法对违规船只进行实时监控。

（2）主动性差。监控中心获知海缆路由安全状况的唯一途径是通过巡逻船的汇报，无法主动了解某一区域的具体情况，也无法第一时间对巡逻船进行合理调度。

（3）数据缺乏全面性。由于巡逻船的数量有限，同一时间只能覆盖到整个保护区域的一小部分，因此取得的驱赶船舶资料缺乏完整性和全面性。

（4）数据精度差。由于监控中心获得的违规船只资料是通过单边带语音通讯获得的，船上工作人员人为获得数据因人而异，监控中心获得的数据也存在一定的误差。

（5）无数据管理功能。由于监控中心是通过与巡逻船的单边带语音通讯获得的数据，获得的数据无法进行实时的保存，也无法对数据进行回溯。

发明内容

为了克服以上技术问题，本实用新型专利申请提供了一种结合巡逻船、可远程监控并进行自动报警的海缆路由保护管理系统。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统,该系统包括监控中心、AIS基站、巡逻船、卫星通信链路和光缆通信网络，卫星通信链路包括北斗卫星或海事卫星与卫星接收站之间的通信链路，其中，AIS基站接收其周围的船舶信息，通过光缆传送至监控中心，巡逻船配置有AIS接收机和卫星数据发射机，监控其周围的船舶，并借助所述卫星通信链路将监控到的船舶信息传回卫星接收站，卫星接收站再将数据通过光缆传送至监控中心。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，对于位于所述AIS基站覆盖范围内的船舶，通过AIS基站就能接收其信息，并将信息通过光缆传送至监控中心；对于位于AIS基站的接收范围之外的船舶，通过巡逻船来监控其周围的船舶的动态信息，并利用所述卫星通信链路将监测到的信息经由卫星接收站传送至监控中心。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，监控中心的数据处理设备对其接收到的数据进行处理，依照存储的数据为访问的客户端提供服务。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，监控中心的数据处理设备对其接收到的数据进行分析处理后，通过单边带或卫星电话调度合适位置的巡逻船对违规船舶进行驱赶，或到危险区域进行警戒。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，该系统应用于保护海底光缆或电缆。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，监控中心包括防火墙设备、网络交换设备、卫星数据处理服务器、数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器和监控终端，通过光缆接收到的数据穿过防火墙设备后，经过卫星数据处理服务器的解析，由数据库服务器对AIS基站数据和卫星信号数据进行存储，并将其在磁盘阵列中进行存储备份，应用服务器作为电子海图监控服务器端，提供电子海图显示平台以及船位数据处理服务，监控终端提供用户界面，实现电子海图显示和操作。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，所述AIS接收机和卫星数据发射机分别为船载AIS平台和北斗卫星终端，并且巡逻船还配置有远程AIS装置和船载海事宽带站。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，所述远程AIS装置实时存储巡逻船及周围船舶的AIS数据，响应监控中心通过北斗或者海事卫星终端发送的各种指令，并自动通过海事宽带站将相关数据发送至监控中心。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，船载北斗终端接收监控中心的相应控制指令，该指令被发送至船载AIS平台,由AIS平台进一步对相关数据和设备进行调用和控制。

根据本实用新型的一个实施方式的船舶监控与管理系统，当接收到远程AIS数据提取指令或是定时发送AIS数据到监控中心的指令时，远程AIS装置都主动控制船载海事宽带站登陆，并以TCP/IP数据包的形式将远程AIS数据或历史数据通过卫星链路、卫星接收站发送到监控中心卫星数据处理服务器。

本实用新型一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统的优点在于：监控中心对海缆路由的大体安全状况有了宏观的掌控，可以主动及时地调度巡逻船对违规船舶进行驱赶、或到危险区域进行警戒。

附图说明

下面参照附图结合实例对实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型船舶监控与管理系统的逻辑框图。

图2是监控中心数据处理设备的结构图。

图3是巡逻船数据处理设备的结构图。

具体实施方式

为了能够更充分地理解本实用新型，以下将通过举例的方式详细说明本实用新型的海缆路由保护管理系统。本领域技术人员应当明白，这并不构成对本专利申请所请求保护的范围的限制。

参阅图1，本实用新型的用于海底管线维护的船舶监控与管理系统主要由监控中心、AIS基站、巡逻船、无线通信网络和光缆通信网络五部分组成。其中无线通信网络主要是指卫星通信链路，包括北斗卫星或海事卫星与卫星接收站之间的通信链路。在图1中还示出了配有卫星发射机的船舶,也就是将被监控的作业船舶，如渔船等。

AIS为船舶自动识别系统的简称，是一种能够每隔一段时间（通常为几秒）就能把船舶的静态信息（如船名、船长、呼号等）、动态信息（如船位、航向、船速等）和与航次有关的信息（如船舶吃水、货物种类和目的港等）通过无线电波向四周发射的设备，而其他船舶或AIS接收基站，就能在有效距离内（通常为25 海里左右）接收到这些信息。该设备于本领域技术人员而言是熟悉的设备。

建造在海岸边和海岛上的AIS基站能够接收周围的船舶信息，并通过光缆传送至监控中心。当船舶离开AIS基站的接收范围时，被监控船舶通过安装在其上的北斗卫星发射机或海事卫星发射机把自身的相关信息通过卫星链路传送至岸上的卫星接收站，再通过光缆将信息传送至监控中心。巡逻船配置有AIS接收机和卫星数据发射机，它在AIS基站覆盖范围外巡逻，监控周围的船舶动态情况，并使用卫星链路将监控的船舶数据存储传回卫星接收站，卫星接收站再将数据通过光缆传送至监控中心。这样，对于位于AIS基站覆盖范围内的船只，通过AIS基站就能接收其信息，并将该信息通过光缆传送至监控中心；而对于位于AIS基站的接收范围之外的船只，通过巡逻船可监控其周围的船舶的动态信息，并使用卫星链路将监测到的信息经由卫星接收站传送至监控中心。即能够对违规作业船只实现最大范围和程度的监控。

监控中心的数据处理设备对接收到的数据进行处理，依照存储的数据为访问的客户端提供服务；监控中心工作人员对报警信息和船舶数据进行分析处理，再通过单边带或卫星电话调度合适位置的巡逻船对违规船舶进行驱赶，或到危险区域进行警戒；巡逻船接到驱赶指令后，使用VHF或靠近违规船只要求其停止作业并立即离开海缆路由保护区域，驱赶结束后向监控中心进行汇报。

由以上描述，可以得出本实用新型的船舶监控与管理系统的工作逻辑为：

首先，通过以下三种途径获得海域上相关作业船只的信息：

（1）配置在巡逻船上的AIS接收机接收周围船舶信息，通过FB （FleetBroadband 海事宽带）设备经过卫星链路传回卫星接收站，再通过光缆传到监控中心；

（2）配置在船舶（装配有北斗卫星或者海事卫星设备的作业船舶）上的卫星设备将自身的实时信息通过卫星链路传到卫星接收站，再传送至监控中心；

（3）建立在海岸线及海岛上的AIS基站将接收到的船舶信息通过光缆传送至监控中心；

然后，监控中心的卫星处理服务器对传回来的数据进行处理存储；

再次，监控客户端软件访问应用服务器获得船舶数据及报警数据；

最后，监控人员根据系统提供的数据，使用单边带或卫星电话调度巡逻船对违规船舶进行驱赶，或到重点区域进行警戒。

图2为图1中所示的监控中心内数据处理设备的结构图，主要由防火墙设备、网络交换设备、卫星数据处理服务器、数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器和监控终端组成。

正如前面所述，AIS基站的信号可直接使用光缆连接到监控中心，同时监控中心通过光缆与北斗卫星系统、海事卫星系统的地面卫星站连接，来获取卫星链路系统的信息。来自光缆的数据穿过防火墙，经过卫星数据处理服务器的解析，由数据库服务器对AIS基站数据和卫星信号数据进行存储，并在磁盘阵列进行存储备份。同时应用服务器作为电子海图监控服务器端，提供电子海图显示平台以及船位数据处理服务，监控终端提供用户界面，实现电子海图显示、操作及相关功能。

本实用新型的船舶动态监控管理系统软件

（1）电子海图基本功能模块

电子海图显示控制与标绘，显示背景控制，航道图放大、缩小，按设定比例尺显示航道图，分层显示图层信息，显示标绘两点之间的距离、方位以及多点的总距离等操作。

同时具有电子海图修订功能，可以在海图上添加或修改海缆路由图层数据和警戒区数据。

（2）船舶短信息播发模块

船舶安全信息发送：可以利用卫星链路对船舶进行宣传短信、警告信息短信的播发；

（3）历史信息记录与重放模块

船舶历史动态回放：根据船舶动态历史数据，对选定区域及时间段的船舶或区域进行历史回放；回放选定时间范围的运动状态与轨迹。还原事故发生地点在某时刻的船舶航行情况，可以对事故进行辅助分析。

（4）船舶动态显示模块

船舶动态标绘：在电子航道图上标绘船舶运动矢量符号（位置、航向、船首、航速及尾迹）与船舶状态信息；

显示动态船位信息，信息包括：

静态信息：MMSI、呼号和船名（中文船名）、船长和船宽、船舶类型、 船上使用的定位天线的位置；

动态信息：带有精度指示和完整性状态的以WGS84坐标系为参考船位、 UTC时间、对地航向、对地速度、艏向、航行状态、转向率（如可用）；

与航行有关的信息：船舶吃水、危险货物、目的港和预计抵达的时间。

（5）预警、报警模块

在每一条海缆路由两侧规定范围内，禁止抛锚及渔捞作业。在电子海图上根据海缆路由情况设置警戒区域，并设置报警参数，当发现越界船舶、非法闯入该区域船舶后立刻自动报警。对在该区域附近的船舶可以通过设置实现自动短信预警。

下面对巡逻船上的数据处理设备进行说明。参阅图3，示出了巡逻船上的数据处理设备结构图,巡逻船上的数据处理设备主要包括AIS船台、北斗终端、远程AIS装置、FB（FleetBroadband 海事宽带）站。北斗终端和AIS船台分别通过RS-232C和RS-422总线向远程AIS装置传送数据，而FB（FleetBroadband 海事宽带）站和远程AIS装置之间经过局域网（LAN）线相互收发数据。

以下分别对远程AIS装置、船载北斗终端、船载FB站和AIS船台作进一步说明。

远程AIS装置：由于船载AIS接收设备不具备存储功能，当监控中心需要获取某艘船舶周围船舶AIS数据的时候，船上AIS设备无法提供相应的数据。远程AIS 装置是采用嵌入式的操作系统基于ARM9 芯片组开发的用于实现远程AIS 数据的采集、调取、控制。通过与船上的AIS 设备相连实现对AIS 数据的采集、存储和转发；通过与船上的北斗卫星终端相连实现北斗短信息的接收、解析以及相应的数据处理；通过与船上的海事卫星FB 终端相连实现Internet 链路的建立和陆地与船舶间的数据收发。内置了大存储容量的存储卡，可实现2 个月以上AIS 历史数据的保存。

船载北斗终端：船载北斗终端是系统完成通信的控制设备和小量数据通信设备，负责系统的控制指令通信及短信发送。监控中心如需主动提取巡逻船舶的远程AIS历史数据或该船附近的船位数据，就需要首先给巡逻船的船载北斗终端发出相应控制指令。在接收到监控中心的指令后，指令被发送给船载AIS平台。由AIS平台进一步对相关数据和设备进行调用和控制。同时，可以使用北斗终端与监控中心通过短信进行信息交流。

船载FB站：船载FB站是系统的远程AIS数据通信单元，是系统完成大数据量通信的重要设备，当接收到远程AIS数据提取指令或是定时发送AIS数据到监控中心时，远程AIS装置都会主动控制FB站登陆，并直接以TCP/IP数据包的形式将远程AIS数据或特定内容的历史数据通过卫星链路、卫星接收站发送到监控中心卫星数据处理服务器。如果船舶北斗卫星终端设备出现故障，系统还支持以FB站短信的方式代替北斗设备控制指令。

AIS船台：AIS船台设备是系统的主要信息源，船舶的航行信息主要来自AIS设备。信息包括船名、呼号、吃水、船员人数、货物、到港目的地等静态信息和船舶航向、船位等动态信息。

以上采用示例性的实施方式对本实用新型进行了具体描述，从中可以看出，本实用新型的为了保护海底光缆/电缆路由的船舶动态监控管理系统具有以下功能：

（1）船舶动态监控功能

用户登录后，可以在监控终端电子海图平台上实时显示各船舶信息。

（2）船舶查询功能

用户登录后，可以根据MMSI码、船名或者卫星设备号对某一单个船只进行跟踪查询，也可以用鼠标点击船舶获取其相应信息。

（3）定位跟踪功能

对于某艘或几艘特定的违规船只，可以改变其显示色彩，以更醒目的方式显示船舶的行驶位置，并显示其最近1小时的航行轨迹。

（4）轨迹回放功能

实现查看船舶在过去的指定时间内的历史状态情况。设定轨迹回放的时间段，回放条件，系统根据设定的回放条件寻找符合条件的记录，并在电子海图上进行直观显示。回放的速度可以调节，可以暂停回放，亦可以查看任意时间的船舶定位数据和状态，同时可以对多艘船舶同时进行轨迹回放，以便查看多条船舶在时间上的相互位置关系，便于对各类事件进行分析。

（5）自动报警功能

一旦船舶驶入预先设定的海缆保护区域，且速度低于设定的阀值，船舶的颜色即转变成醒目的红色，同时伴有声光警告，提醒监控人员进行处理。界面上的船舶列表中也会显示该船的详细信息，当违规船只的航速高于阀值或离开保护区域时，报警自动停止，该船条目也自动从船舶列表中删除。

（6）警告短信功能

对于安装有北斗终端设备的船舶，监控中心可以通过客户端软件直接向违规船舶发送警告短信。

（7）主动船位信息调取功能

安装北斗终端系统或海事卫星系统的船舶回传本身信息的间隔一般都大于30分钟，但监控中心需要这些船舶的实时信息时，可以通过客户端下达船位信息调取指令，即可获得当前时间的该船信息。

（8）海缆路由及电子海图编辑功能

当海缆路由和电子海图在服务器端进行更新后，客户端软件会自动下载更新。

Claims (8)

1.一种用于海底管线维护的船舶监控与管理系统，其特征在于包括监控中心、AIS基站、巡逻船、卫星通信链路和光缆通信网络，卫星通信链路包括北斗卫星或海事卫星与卫星接收站之间的通信链路，其中，AIS基站接收其周围的船舶信息，通过光缆传送至监控中心，巡逻船配置有AIS接收机和卫星数据发射机，监控其周围的船舶，并借助所述卫星通信链路将监控到的船舶信息传回卫星接收站，卫星接收站再将数据通过光缆传送至监控中心。

2.如权利要求1所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，对于位于所述AIS基站覆盖范围内的船舶，通过AIS基站就能接收其信息，并将信息通过光缆传送至监控中心；对于位于AIS基站的接收范围之外的船舶，通过巡逻船来监控其周围的船舶的动态信息，并利用所述卫星通信链路将监测到的信息经由卫星接收站传送至监控中心。

3.如权利要求1所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，监控中心的数据处理设备对其接收到的数据进行处理，依照存储的数据为访问的客户端提供服务。

4.如权利要求1所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，监控中心包括防火墙设备、网络交换设备、卫星数据处理服务器、数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器和监控终端，通过光缆接收到的数据穿过防火墙设备后，经过卫星数据处理服务器的解析，由数据库服务器对AIS基站数据和卫星信号数据进行存储，并将其在磁盘阵列中进行存储备份，应用服务器作为电子海图监控服务器端，提供电子海图显示平台以及船位数据处理服务，监控终端提供用户界面，实现电子海图显示和操作。

5.如权利要求1所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，所述AIS接收机和卫星数据发射机分别为船载AIS平台和北斗卫星终端，并且巡逻船还配置有远程AIS裝置和船载海事宽带站。

6.如权利要求5所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，所述远程AIS装置实时存储巡逻船及周围船舶的AIS数据，响应监控中心通过北斗或者海事卫星终端发送的各种指令，并自动通过海事宽带站将相关数据发送至监控中心。

7.如权利要求6所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，船载北斗终端接收监控中心的相应控制指令，该指令被发送至船载AIS平台,由AIS平台进一步对相关数据和设备进行调用和控制。

8.如权利要求5所述的船舶监控与管理系统，其特征在于，当接收到远程AIS数据提取指令或是定时发送AIS数据到监控中心的指令时，远程AIS装置都主动控制船载海事宽带站登陆，并以TCP/IP数据包的形式将远程AIS数据或历史数据通过卫星链路、卫星接收站发送到监控中心卫星数据处理服务器。

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