CN206863971U - 一种基于ais/gprs的施工船舶作业区虚拟警戒标系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，包括虚拟警戒标设备、云服务器和移动终端；虚拟警戒标设备在作业水域内的各个施工船舶上；其中：虚拟警戒标设备包括设备壳体，设备壳体上设置有显示屏，设备壳体内部设置有主控模块、GPS模块、罗经传感器和GPRS数据通信模块等；AIS海图系统、GPS模块、罗经传感器和GPRS数据通信模块均通过串口连接的方式与主控模块相连；显示屏与AIS海图系统相连；虚拟警戒标设备通过GPRS模块与云服务器无线连接，移动终端与云服务器无线连接。该系统方便数据传送和远程访问；能够实时查看施工海域内的虚拟警戒标，有效的防止船舶碰撞，提高了安全性。

Description

一种基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统

技术领域

本实用新型涉及智能航海技术领域，尤其涉及一种基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统。

背景技术

目前，港口、航道和水工设施的相关建设工程越来越多，建设周期越来越短，施工船舶越来越多。如海南某机场建设项目参与的施工船舶达1000余艘，施工船舶施工期的安全保障成为越来越重要的研究课题。施工船舶在施工作业期间，其作业水域应不被其它船舶侵入，避免发生碰撞事故。

长期以来，施工船舶只能通过号灯、号型来标示其作业性质，对于附近航行的其它驾驶人员而言存在识别困难的缺点，尤其是在视线不良的时候。而施工船舶的施工区域是动态变化的，如通过布设实物航标来标识施工水域，则存在难度大、费用高，难以实施。通过现有的技术手段如AIS、虚拟警戒标等，来解决施工船舶作业水域的明确标识，是一个较好的思路。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中识别施工水域难度大、费用高的缺陷，提供一种基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，包括虚拟警戒标设备、云服务器和移动终端；虚拟警戒标设备设置在作业水域内的各个施工船舶上；其中：

虚拟警戒标设备包括设备壳体，设备壳体上设置有显示屏，设备壳体内部设置有主控模块、GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块；GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块均通过串口连接的方式与主控模块相连；显示屏与AIS海图系统相连；

虚拟警戒标设备通过GPRS模块与云服务器无线连接，移动终端与云服务器无线连接。

进一步地，本实用新型的虚拟警戒标设备还包括设置在设备壳体内部的电压转换电路，电压转换模块与主控模块相连。

进一步地，本实用新型的主控模块包括不少于2个相互连接的主控单片机，每个主控单片机上设置有5个串口，GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块分别与不同的串口相连。

进一步地，本实用新型的设备壳体上还设置有电源开关按钮和电源线。

进一步地，本实用新型的主控模块与AIS海图系统之间还连接有电平接口转换电路。

进一步地，本实用新型的设备壳体的背面设置有多个USB接口。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，通过将虚拟警戒标设备、移动终端和云服务器进行无线连接，方便数据传送和远程访问；通过设置在虚拟警戒标设备上与AIS海图系统相连的显示屏，能够实时查看施工海域内的虚拟警戒标，有效的防止船舶碰撞，提高了安全性；设置在设备壳体内部的GPS模块和罗经传感器采集数据，通过GPRS数据通信模块发送给云服务器，方便移动终端实时查看，提高了设备的使用效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型实施例的设备壳题图；

图2为本实用新型实施例的虚拟警戒标设备框架设计图；

图3是本实用新型实施例的装置硬件结构设计图；

图4是本实用新型实施例的SIM900硬件电路图；

图5是本实用新型实施例的主控单片机硬件电路图；

图6是本实用新型实施例的供电电路图；

图7是本实用新型实施例的电平转换电路图；

图中，1-秉火GPRS模块；2-主控单片机1；3-主控单片机2；4-电源管理模块；5-秉火GPS模块；6-接口部分。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，包括虚拟警戒标设备、云服务器和移动终端；虚拟警戒标设备设置在作业水域内的各个施工船舶上；其中：

虚拟警戒标设备包括设备壳体，设备壳体上设置有显示屏，设备壳体内部设置有主控模块、GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块；GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块均通过串口连接的方式与主控模块相连；显示屏与AIS海图系统相连；

虚拟警戒标设备通过GPRS模块与云服务器无线连接，移动终端与云服务器无线连接。

虚拟警戒标设备还包括设置在设备壳体内部的电压转换电路，电压转换模块与主控模块相连。

主控模块包括不少于2个相互连接的主控单片机，每个主控单片机上设置有5个串口，GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块分别与不同的串口相连。

设备壳体上还设置有电源开关按钮和电源线。

主控模块与AIS海图系统之间还连接有电平接口转换电路。

设备壳体的背面设置有多个USB接口。

为了达到远程跟踪内河航道的施工船舶，并且根据实际工作需求设置船舶的施工水域，告知来往船舶，以示警戒，避免发生碰撞等一系列事故的效果，所以采用模块SIM900，它可以提供简单方便的GSM语音、短信及GPRS的数据通讯功能，内嵌TCP/IP协议；具体在PCB板上的设计如图4所示:

针对这个项目涉及到很多的传感器，并且为了进一步扩展以后需要的功能，需要用一定量的串口来采集不同传感器的数据信息，而一块STM32的主控单片机只有5个串口，所以采用两块主控2，3来综合处理，也方便了程序代码的梳理和改写。具体电路涉及如图4所示：

对于整个系统的供电而言，因为不同模块所需要的电压会有不同，比如GPS模块的供电电压是5V,GPRS的供电电压是12V，对于两块主控单片机而言则是3.3V，所以会根据实际情况设计电路，这方面采用了电源管理模块TPS54340，如图模块4。具体电路如图6所示。

根据项目实际的实时跟踪施工船舶的需求，必不可少的就是采用相应传感器采集船舶的地理位置，并经行处理，所以采用模块5秉火gps模块，通过串口，把含有地理信息的原始信息输入到主控芯片。

对于项目的最终需求，需要把船舶的施工区域以AIS的形式通过AIS发射机发射出去，AIS发射机采用通讯方式是RS232，主控单片机出来的是TTL电平，所以需要MAX232来进行中间通讯方式的改变，如图2中的模块6部分，具体电路设计如图7所示。

在本实用新型的另一个具体实施例中：

STM32单片机是系统的控制中心，通过串口采集数字罗经传感器(HCM365B)得到的船艏向原始数据信息和GPS传感器(秉火GPRS模块)得到的地理位置原始数据信息之后，进行数据的解析处理，得到最终数据。

单片机控制GPRS模块向云服务器发射本船的船艏向信息和地理信息，而移动终端则收到云服务器的相应信息，并且通过无线网络向云服务器发送施工船的施工水域参数信息指令，云服务器通过基站收发信台向工程船控制中心STM32发送相应指令，完成一系列的数据传输任务。终端与云服务器的通信：终端(移动终端和虚拟警戒标终端)与云服务器的通信依赖于GPRS通信网络。依据既定通信IP和端口，当虚拟警戒标终端通过云服务器向移动终端提供施工船舶相应状态量信息时，移动终端便能知道施工船舶经纬度，航向等信息，并且返回施工水域参数。

单片机通过无线网络接收来自手机终端返回的数据信息(施工水域参数)后，综合本船的GPS信息进行数据的分析和位置信息解算：首先根据本项目的需求设计出一种虚拟警戒标的显示模型，即根据参数中的长宽显示相应的矩形区域，以笛卡尔坐标系(Cartesian coordinates)为基础，结合矩阵变化及航迹绘算原理建立相应位置的解算算法。实现根据用户提供的相关参数及GPS模块采集的位置信息进行解算，推算出四个顶点的位置信息。之后通过单片机的串口输出AIS报文，让AIS发射机发射，AIS接收机则负责接受相应的AIS指令，用于施工矩形区域四点的警戒标的显示，让其他的船只识别，

除此之外，考虑到设计方案的完整性和功能实现的全面性，作为通讯中转的云服务器具有数据存储功能，移动终端向云服务器发出指令后，可以随时查阅船舶的历史运动与工作信息。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，包括虚拟警戒标设备、云服务器和移动终端；虚拟警戒标设备设置在作业水域内的各个施工船舶上；其中：

虚拟警戒标设备包括设备壳体，设备壳体上设置有显示屏，设备壳体内部设置有主控模块、GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块；GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块均通过串口连接的方式与主控模块相连；显示屏与AIS海图系统相连；

虚拟警戒标设备通过GPRS模块与云服务器无线连接，移动终端与云服务器无线连接。

2.根据权利要求1所述的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，虚拟警戒标设备还包括设置在设备壳体内部的电压转换电路，电压转换模块与主控模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，主控模块包括不少于2个相互连接的主控单片机，每个主控单片机上设置有5个串口，GPS模块、AIS海图系统、罗经传感器和GPRS数据通信模块分别与不同的串口相连。

4.根据权利要求1所述的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，设备壳体上还设置有电源开关按钮和电源线。

5.根据权利要求1所述的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，主控模块与AIS海图系统之间还连接有电平接口转换电路。

6.根据权利要求1所述的基于AIS/GPRS的施工船舶作业区虚拟警戒标系统，其特征在于，设备壳体的背面设置有多个USB接口。