船舶GPS监控系统教材

1、GPS卫星定位 水上交通管理监控系统郑州依波贝尔电子有限公司1.系统概述目录.3.3.3.2.系统总体设计.4.1.1 前言1.2 系统目标2.1 系统设计思想 4.2.2 系统结构 6.2.2.1 系统的拓朴结构 6.2.2.2 系统的逻辑结构 8.3. 系统服务 1.0.4. 系统功能 1.1.5. 终端简介 2.0.1. 系统概述1.1 前言水上交通管理监控系统不仅将促进水上安全管理和水运行业管 理水平跃升到一个新的台阶；同时，通过将先进的综合信息管理网 络资源、安全监察管理资源向行业市场开放，进一步向市场提供服 务功能，将对扶持水运行业企业提高市场竞争力发挥重要的积极作 用。通过对综合

2、信息化管理系统、先进设备的研发及应用，不仅为 水路运输业奠定了良好的发展基础；同时，也对提高中国水路运输 整体信息化应用水平作出了贡献。1.2 系统目标系统定位是一个基于现代卫星定位和无线数据通信技术的、开 放的、面向多用户、多种应用的水上安全动态监控及预警综合服务 平台，是针对水上安全管理的现状和特点， 利用 GPS 卫星定位技术、 移动通信技术和 GIS 地理信息系统技术等高新技术建立的水上安全 管理监控平台。系统通过信息快速传递，实现主动防范、快速救援 及航运信息一体化，提高安全防范和管理预控能力，降低水上安全 事故率和减少人民群众的生命、 财产损失， 以促进航运事业的发展。系统建成后将

3、首先用于水上交通安全管理的需要 , 在此基础上，系统还要面向航运企业和船舶提供有偿的增值服务，以确保此系统 持续的运营和长久的生命力。 这些航运企业和相关用户， 可通过 ASP方式建设自己的网站，并共享系统的软硬件资源，可以使用户以较 少的投资，较快的速度建设起自己的服务体系。考虑到这些用户的真正需要，提供并方便定制他们所需要的应用是系统的另一项主要 工作基于以上的考虑，我们可以确定系统的总体系统目标为：在充分考虑系统先进性、开放性、安全性、可靠性以及访问效 率前提下，建立一个以电子湖泊地图、 GPS 定位和移动数字通讯为 技术核心的综合服务平台，以灵活的平台结构和综合的服务功能为 水上交通安

4、全管理提供有价值的信息服务，并向航运企业及船舶提 供生产调度等相关增值服务。2. 系统总体设计2.1 系统设计思想先进性 : 在系统结构和技术应用上体现系统的先进性， 搭建 的系统平台是一个多功能的平台， 通过合理的功能模块和逻 辑结构的划分，使之能方便地拆分组合，适应多种应用；所 应用的技术紧跟技术和时代的潮流，以用户为中心，充分运 用互联网的优势，实现 Client/Server 和 Browser/Server 的 两种技术架构，满足不同用户的需求。开放性 : 本系统要设计成一个开放平台， 不仅为安全管理服务，也可以为其它的航运企业和社会公众服务。系统平台以电子地图和通讯网关为核心，任何

5、用户只要有类似的需求， 要用到地图和通讯服务， 都可使用系统提供的 API 和服务引 擎，通过其自身开发或系统提供的 ASP服务，方便地连接到系统的服务平台。用户不用昂贵的系统投资，就可开通自己 的服务。安全性 : 本系统要设计成一个授权访问平台， 任何用户要使用系统的数据和通讯服务，都要经过系统的授权，向中心交 纳服务费用，用户每一次访问本系统平台，都要经过系统的 鉴权，未经授权的用户是不能使用服务的。同时系统要设计 的足够健壮，防止有人对系统的恶意攻击和偷窃数据。可靠性：本系统要设计成一个高可靠性的服务平台，由于要 面向众多团体或个人用户， 特别是团体用户可能会依托本系 统平台构建其自己的

6、服务平台， 所以要求系统能够长时间稳 定的工作，必要时要建立备份服务平台，以并行或主从方式 工作，相互进行实时的数据备份，一旦一个系统平台故障， 另一备份平台能立即投入工作。高效率 : 要求对系统的访问效率要足够高， 包括较快的地图 调出速度和较快的网页刷新速度， 避免让访问者长时间等待 的痛苦。同时系统要能支持多用户的同时访问，避免因系统某一环节的瓶颈造成整个系统访问效率的低下， 达不到实用 的效果。2.2 系统结构系统的拓朴结构示意图如下所示：从图中可以看出，系统大致分为七个子系统：A. 船载终端和其它用户终端2.2.1 系统的拓朴结构负责数据采集和数据通讯的前端设备，担负着对船舶定位信息

7、 或运行状态等重要数据的采集及上报，以及接受调度控制命令的系 统任务。B. 数据库子系统是系统负责数据处理的中心设备，负责对系统核心数据的存储与管理，负责用户终端采集数据的处理和存放，以满足用户对信息数据的查询需求。中心服务器主要包括如下数据库访问服务：存储 和处理用户信息、船舶行驶记录、报警记录、通信信息的历史数据 记录等。C. 地图子系统是系统负责地图数据处理的中心设备，以满足用户对地图信息 数据的查询需求。包括地图的漫游、放大、缩小、回放等处理。由 于要对大量用户同时提供地图的服务，因此，对服务器的性能和可 靠性要求较高。D. 通讯子系统是系统中负责数据传递的枢纽，负责用户终端采集数据的

8、上传 和系统调度控制命令的下达，它由短消息通讯网关或 GPRS(CDMA1X) 网关配合移动通讯运营商或其它通讯服务商的短消息服务中心设备 实现数据传递，信息缓存，协议和代码转换等功能，并实现：与用户终端的接口；与短消息中心的接口或 GPRS(CDMA1接X)口；与数据库子系统的接口与其它应用的接口E. 网管子系统是系统中负责网络管理的子系统，负责对系统中的网络流量、运行状态进行监控， 完成对终端的初始设定， 并对用户对网络的使用进行计量和计费，进行用户（组）管理，收费管理等，以满足运营的要求F. 应用子系统是系统中负责实现最终应用要求的子系统， 如实现船舶基本 信息查询，定位跟踪，历史轨迹回

9、放等；G. 监控中心子系统是系统或用户进行监控管理和查询的窗口，按照用户的查询要 求向系统中心服务器提取数据；也可以经由系统直接向用户发送管 理调度命令。互联网查询终端：对经过授权用户提供通过互联网网站来查询所关心船舶或航线、旅游线路等信息。用户监控终端： 用户直接连接到互联网， 或用户通过与中心相联 的VPN网络监控和调度船舶的运行。管理中心监控终端及监控大屏投影墙： 运行管理监控软件， 用于 对用户终端进行收费管理， 参数配置，开启或关闭服务， 集中发 出管理指令以及接收点告警信息的终端及大屏投影墙。呼叫中心功能2.2.2 系统的逻辑结构系统的逻辑结构示意图如下图所示从这个图中可以看出系统

10、各功能模块的逻辑组成及他们之间的 相互关系。系统的核心技术在于系统的服务引擎，包括：地图服务引擎、 数据库服务引擎和通讯服务引擎，它们负责接受用户的服务请求， 执行相关的处理操作，然后将结果返回给用户。系统支持 C/S和B/S两种结构， C/S结构客户端软件特点功能强 大、速度快、易于二次开发， 适应用船只较多的船运企业， B/S结构 采用浏览器 / 服务器模式，操作简单、只需拥用一台能上 Internet 的PC即可监控，适用于小规模的船运企业或个人用户。访问鉴权引擎是为了实现一个授权访问的需要，因为使用系统 的数据和通讯服务不能是无偿的，要向中心交纳服务费用。因此用 户应用系统每一次访问本

11、系统平台，都要经过系统的鉴权。3. 系统服务3.1 水上安全监控3.1.1 服务对象：港航管理局3.1.2 服务功能 :违章报警：对违章航行发出警示指令，制止违章航行；实现船舶基本信息查询， 定位跟踪， 历史轨迹回放等， 为快速搜 救提供指挥的帮助；3.1.3 服务方式 通过管理监控中心的各种应用软件和设备为行业管理提供服务。3.2 电子助航3.2.1 服务对象：船长和船员3.2.2 服务功能 :违章报警：接受对违章航行发出警示指令， 以避免违章航行；3.2.3 服务方式通过安装在船上的船载 GPS终端配合系统提供的通迅服务提供相应的功能。按流量或以月费年费的方式缴纳服务费。3.3 船舶定位和

12、调度3.3.1 服务对象：船运企业3.3.2 服务功能船舶的定位与实时跟踪，轨迹存储与回放：查询某船舶过去的 行驶记录情况，以列表的方式显示或在电子地图上回放。3.3.3 服务方式 通过网络与监控中心相联，运行本地的生产调度软件，按流量或以月费年费的方式缴纳服务费。4. 系统功能4.1 实时定位监控跟踪船载终端隔设定时间自动上传一条位置数据，系统收到位置数 据后，实时更新船舶在地图的位置，实现船舶实时监控。用户选择 某台船舶跟踪，跟踪的船舶将始终在可视区域，电子地图随船舶移 动而移动。4.2 本地录像存储车载录像机支持 SD 卡/硬盘存储（不同机型有不同的存储模式） ， 将音视频信息，报警和登

13、录日志记录存储在 SD 卡/硬盘中，通过客 户端或专用的播放器在电脑上可以播放和查询。录像数据能作为取 证的重要证据。4.3 远程实时监控 系统前端采用高清晰、全天候摄像机，可将船舶情况实时采集至监 控终端中。每艘船上安装 4 个摄像头，可对船头甲板、船舶左侧、甲板右侧、 驾驶室范围进行拍摄，通过驾驶舱内的显示屏可以观察监控的情况。3.2-1 实时视频和定位4.4 本地报警和联动船上可以根据需要选择安装报警按钮，发生警情时驾驶员可按下按 钮向系统发送信号。可设置船舶 DVR 报警联动抓拍图像，并将报警信息上 传给系统平台， 平台收到报警后，系统可更具根据报警信息查询船舶实时的位置， 查看船舶所

14、在地的状况。4.5 数字语音对讲采用高清晰数字语音对讲技术，后台管理中心随时和司机可以进行语音对讲，并且所有司机都能听到和参与进来，方便沟通和统一调度。4.6 一键警急报警在船内安装报警按钮，驾驶舱安装一个，船舶内特定位置两个，当发生特殊情 况时船长或船员触按此按钮三秒，系统自动向后台管理中心报警，并在监控中 心自动开启该船舶的某一路视频画面或播放特定的声音来提醒管理人员注意， 及时采取救援行动4.7 节点设置管理用户在船舶经过的路线上设置节点，同时将节点下发存储到船 载器终端，当船舶经过设置节点框时，设备主动上传经过节点的信 息，监控中心收到后将数据保存。 用户无需每时每刻在电脑旁守候， 只

15、要通过查询节点统计数据便知船舶是否照指定时间到达指定区 域。4.8 电子栅栏设置管理用户可自定义设置船舶行驶区域、船舶行驶路线，然后将定义信息下载到船载终端，此时船舶只能在规定区域或路线中行驶，若船舶违规，系统自动识别，产生船舶报警信息，同时在监控中心发 出报警声音。反之，规定船舶不能进入某区域为同样原理4.9 船舶历史轨迹回放相关管理船舶历史轨迹回放提供运动、点轨迹、全轨迹三种回放模式。 同时可以区分停船、报警数据。用户可以对指定船舶的任意时间内 的轨迹进行回放。 回放过程中， 用户可知船舶任意点的速度、 方向、时间、报警状态。回放速度可自行调节。同时对违规停船时间 及地点、报警地点时间及地

16、点作统计记录。作权限管理系统可严格的设置与管理权限。根据工作的权限不同使用系统的权限不同，由系统管理员统一进行分配。可实现一机多用户查看不同船舶，多机一用户查看相同船舶。也可设置为工作站共享服务器数据。4.6 船载终端 IP 地址远程更新船载终端添加或修改 IP 地址，可进行远程修改4.7 数据保存补报当船舶行驶到 GPRS（CDMA1信X）号盲区， 会自动将定位数据保存 到船载终端，待 GPRS（CDMA1信X）号接通后，自动将定位数据包上传 监控中心。4.8 客户分控中心支持因特网远程下载国家法定节假日或其他原因导致客户端监控中心未启动，可通 过因特网远程下载历史定位数据。4.9 数据保存

17、功能网络中心及用户端分控平台设置各类动态、静态数据库，可保 存入网船舶的行驶定位数据。其保存时间由总监控中心服务器存储 空间决定。4.10 应急（应劫）报警当遇有紧急险情（如机械故障等），马上按动应急报警按钮， 设备自动向监管中心警，监管中心即刻弹跳出红色报警幕，并辅以 声光报警提示系统监管员船舶处于紧急状态以及船舶所在位置。也 可将报警相关信息发送到事先设置的指定负责人手机。经核实后，进入警情处理程序，助您脱险4.11 越、入电子栅栏报警当船舶行驶超出或驶入所设定的范围时，系统会弹跳出报警窗 口显示该船超出或驶入规定范围，并作统计记录。4.12 里程统计统计里程通过船载终端自行运算，当监控中

18、心下发统计指令，船机接收到指令自行统计公里总里程，当船机接收到返回里程指令后， 自动上传，同时清零备下次统计。正常工作下公里里程总误差不超过 5%。4.13 超时停舶报警可对该船舶停舶时间作出限制，当超过规定时间后，系统自动弹跳报警窗口显示该船停船超时并作统计。4.14 远程参数设置以对船舶行驶上限速度、 违规停船时间、 断电报警启用或关闭、 船载电话通话权限等远程设置。用户可分别选择指定船舶进行监控，通过点名、查询、跟踪等 指令，让船载设备上传当前最新位置数据；返回当前工作状态及当 前参数设置值；通过静默指令命令让船载设备不主动上传位置数据， 保持静默；通过单点发送指令恢复主动上传数据。4.

19、15 查询统计可对各类报警记录、船舶状态、进出节点数据、已下发工作任务单查询，监控日记查询、用户交接班数据进行查询。4.1可对公司船舶号码、船员联络号码、自编号、吨位、颜色、照片、等实现 无纸化办公，支持船牌号模糊查询、船队查询、报废船舶查询等方式。同时可 导入 EXCEL生成报表文件，支持打印。4.17 船员资料管理基本资料维护：如船员姓名、出生日期、身份证号、驾驶证实现无纸化办 公。支持按按出生日期、学历、离职船员（新增船员资料时会自动检索之前是否已存在）、身份证等查询。4.18 支持外接摄像头船载终端支持 4 路摄像头。可将数据打包上传监控中心。5. 终端简介设备外观方案一：四路视频监控

20、 SD 卡终端主机摄像机调度屏防水装配箱主机技术参数 视频主芯片采用美国 TI 公司的方案，视频压缩采用 H.264 标准； 视频解压缩性能较高，传输占用流量较小。视频处理芯片采用 DAVINCI 处理器录像存储采用 SD 卡存储。除具有北斗 GPS 终端通用的功能， 能够实现图像、声音的实时回传，实现远程实时图像的监控 支持多达 30 个矩形电子围栏；可外接门磁报警器 ;可外接 1 到 4 路摄像机，通过摄像机和拾音器采集信息实时回传 到中心。可实现中心与设备端点对点语音对讲。本款终端采用 SD 卡存储数据，支持最大容量 32GB 可同传输 4路视频、 2路音频输入， 1路视音频输出。 终端

21、内置无线网络传输模块，支持 CDMA 、EVDO、WCDMA 等网。内置高灵敏度北斗 /GPS 双模模块，定位信息封装入录像码流中 终端具备 USB 2.0 备份接口，宽幅电源输入( DC +9 +36V )， 符合+12/24 V 车辆电气要求。通讯模块通讯模块采用 HUAWEI EM660通讯方式： TCP/IP、UDP/IP ；工作电压： 3.9V；工作电流：最大峰值 280MA ；工作频段： 900MHZ 、1800MHZ 、GPRS Class 8；工作环境： -20 +70；定位模块定位模块采用：泰斗双模；输出格式： 0183（ GPRMC、 GPGGA、 GPVGT）； 波特率：

22、 9600；工作电压：3V；工作电流：30mA；GPS通道：16 通道；启动参数：热启动： 5 秒；温启动： 38秒；冷启动： 45S；刷新率： 1 次/秒；定度精度： 15 米；整机参数体积：长 120mm 宽 155mm 高 45mm；颜色：棕红色； 重量： 1.2KG；工作电压：宽电压 DC 9V34V工作环境：-20 +70过压保护门阀： 32V100V通讯方式： SMS、 UDP、TCP整机参数：操作系统：嵌入式 RTOS 操作系统；视频压缩标准： H.264预览分辨率 ：PAL：704 576(4CIF)；NTSC： 704480(4CIF)回放分辨率 ： 4CIF/DCIF/2C

23、IF/CIF/QCIF视频输入：1/4 路（PAL/NTSC 自动识别；电平： 1.0Vp-p，阻抗：75)，视频输出：1 路 （PAL/NTSC 可选；电平： 1.0Vp-p，阻抗： 75 ）视频帧率：PAL：1/16 25帧/秒； NTSC：1/16 30帧/秒视频压缩码率： 32K 2M 可调，也可自定义，上限 8M（ 单位： bps）音频压缩标准： OggVorbis音频输入： 1/2 路（电平： 2.02.4Vp-p，阻抗： 1000） 音频输出： 1 路（电平： 2.02.4Vp-p，阻抗： 600）码流类型：可选择单一视频流或复合流报警输入： 7路电平信号输入， 1路脉冲信号输入

24、报警输出： 2 路开关量或干节点号输出 无线网络传输：模块内置， SMA 天线接口GPS定位：内置高灵敏度 GPS模块， SMA 天线接口数据存储：SD 卡存储，支持最大容量 32GB数据备份：SD 卡备份、 USB 备份通讯接口：LAN 、 RS-485、USB 接口各 1 个电源输入：DC +6 +36V电源输出：DC +12V/2A 、+5V/2A设备功耗： 5W 工作温度 -10 +55工作湿度： 10 95产品尺寸 155mm（宽） 45mm（高）120mm（深）设备外观方案二：四路视频监控硬盘终端主机技术参数 视频主芯片采用美国 TI 公司的方案，视频压缩采用 H.264 标准；

25、视频解压缩性能较高，传输占用流量较小。视频处理芯片采用 DAVINCI 处理器录像存储采用 SD 卡、硬盘双存储。除具有北斗 GPS 终端通用 的功能，能够实现图像、 声音的实时回传， 实现远程实时图像的 监控支持多达 30 个矩形电子围栏； 可外接门磁报警器 ;可外接 1 到 4 路摄像机，通过摄像机和拾音器采集信息实时回传到中心。可实现中心与设备端点对点语音对讲。本款终端采用 SD卡、硬盘存储数据，支持最大容量 32GBSD 卡， 500G硬盘可同传输 4路视频、 2路音频输入， 1路视音频输出。 。 终端内置无线网络传输模块，支持 CDMA 、EVDO、WCDMA 等网。内置高灵敏度北斗 /GPS 双模模块，定位信息封装入录像码流中 终端具备 USB 2.0 备份接口，宽幅电源输入( DC +9 +36V )， 符合+12/24 V 车辆电气要求。通讯模块通讯模块采用 HUAWEI EM660通讯方式： TCP/IP、UDP/IP ；工作电压： 3.9V； 工作电流：最大峰值 280MA ；工作频段： 900MHZ 、1800MHZ 、GPRS Class 8； 工作环境： -20 +70；定位模块定位模块采用：泰斗双模；输出格式： 0183(