林英獅 施志鴻

摘? ?要：船舶報警系統(tǒng)完善程度直接關系到船舶安全，為了使船員能有效進行航線調整，減少事故的發(fā)生，保證船舶安全，文章設計了一種船舶智能報警系統(tǒng)，應用于基于北斗衛(wèi)星定位的船舶智能避碰報警終端。該系統(tǒng)通過北斗衛(wèi)星定位單元來確認其他船舶的位置、航向及航速等信息，并通過數據采集單元采集本船舶的位置、航向及航速等信息，控制處理單元根據兩種信息進行計算，在本船舶處于不同的航速時，采用不同的預警條件，在其他船舶的航行狀態(tài)達到預警條件時，控制報警單元進行報警，以使本船能對其他船舶進行有效避讓。在船舶進入港口區(qū)域時，因港口船舶密度過大，系統(tǒng)自動關閉報警避免不必要的擾亂，在船舶進入特定水域時，通過報警單元進行語音提示。這是一種智能化、使用方便的船舶報警系統(tǒng)，具有很大的實用價值，應用前景廣闊。

關鍵詞：船舶;船舶智能報警系統(tǒng);報警;北斗定位

我國是世界漁業(yè)大國，2018年全國漁業(yè)人口1 878.68萬人，其中，漁業(yè)從業(yè)人員1 325.72萬人;擁有漁船86.39萬艘，占世界漁船總數1/4以上;水產品總產量占世界水產品產量比重超過1/3;漁業(yè)經濟總產值2.59萬億元，其中漁業(yè)產值1.28萬億元，占農業(yè)產值比重為9.3%。發(fā)展?jié)O業(yè)生產對保障國家食物安全、增加農漁民收入、促進生態(tài)文明、維護海洋權益等均具有重要意義[1]。漁船生產作業(yè)具有流動性、隨機性，因天氣、海況、漁訊、作業(yè)習慣而各不相同。漁船在海上航行作業(yè)時，由于與商船航線互為交叉，頻頻發(fā)生碰撞事故，海上作業(yè)漁船基本屬于群眾漁船，生產組織化程度低。

與此同時，我國漁業(yè)漁船在航行作業(yè)生產過程中的安全問題也不容忽視。目前，漁業(yè)船舶一般采用雷達探測目標、人工瞭望、船舶自動識別系統(tǒng)進行助航，即船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS），實現過往船舶的有效避讓，以避免船舶碰撞事故的發(fā)生。雷達探測與人工瞭望對人的依賴非常強，一定要有專人值班，AIS的避讓又只對船只航行姿態(tài)無區(qū)分的報警[2]。

基于AIS系統(tǒng)新型的數據交互，時常有無法顯示船名信息的情況，導致問題出現的因素有以下兩種：（1）由于傳輸數據丟包導致的超時刷新，接收的所有信息被刷新清除，需重新進行信息接收，導致船名不顯示。（2）由于AIS不同的信息類型有不同的更新間隔，靜態(tài)信息更新間隔為6 min，動態(tài)信息取決于航速和船向的變化，有2 s，3 s，6 s，10 s，30 s 5種報告間隔，一般情況下收到動態(tài)信息立即顯示，而船名信息只在接收到靜態(tài)信息時才會顯示，導致船名時常無法顯示[3]。

本文根據前人研發(fā)經驗以及深入分析現有船舶報警系統(tǒng)存在的問題，設計了一種智能化的船舶智能報警系統(tǒng)，具有很強的可靠性，有助于保障船舶航行中的安全。

1? ? 船舶智能報警系統(tǒng)總體結構設計

本文提出的船舶智能報警系統(tǒng)主要包括：控制處理單元、北斗定位單元、通信單元、數據采集單元、電源單元及報警單元，系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

其中，控制處理單元與通信單元、數據采集單元、北斗定位單元、電源單元和報警單元電性連接。通信單元用于建立與其他船舶之間的數據通信;北斗定位單元用于定位信息的處理和生成，數據通信的內容包括其他船舶的航行狀態(tài)信息;數據采集單元用于采集船舶的航行狀態(tài)信息;電源單元用于為控制處理單元單元提供電能;控制處理單元用于將通信單元獲得的其他船舶航行狀態(tài)信息與所在船舶航行狀態(tài)信息進行比對，在比對結果達到預設預警條件時，控制報警單元進行報警。

2? ? 船舶智能報警系統(tǒng)組成單元結構設計

2.1? 通信單元設計

系統(tǒng)的每個單元都由若干個子單元組成。具體地，通信單元由發(fā)送子單元、接收子單元、轉換子單元及通信天線組成，如圖2中A部分所示。發(fā)送子單元用于將所在船舶的航行狀態(tài)信息通過轉換子單元發(fā)送到通信天線，再通過通信天線發(fā)送出去。相反地，通信天線將接收到的其他船舶的航行狀態(tài)信息傳輸至轉換子單元進行信息轉換，轉換后的信息將傳輸至控制處理單元。通過通信單元的數據傳輸，實現與其他船舶之間的數據通信。

船舶之間數據通信是基于AlS系統(tǒng)來實現的，而AIS設備的船名和識別碼之間的關系是相互對應且唯一的，并且經過相關部門登記備案[4]。通過收集相關部門登記的AIS設備信息，制作水上移動通信業(yè)務標識碼（Maritime Mobi1e Service Identify，MMSI）與船名一一對應的數據庫，在AIS系統(tǒng)軟件中嵌入船名的數據庫，通過接收到的AIS動態(tài)信息，系統(tǒng)將自動采集識別碼查找數據庫中對應的船名并顯示[5]。由于數據庫中儲存的船名數量高達幾百萬，為了實現快速索引，本文設計的系統(tǒng)將MMSI進行有序排列，采用二分法進行查詢，提高查找速度。

在AIS系統(tǒng)軟件中嵌入船舶名數據庫的優(yōu)點是顯示速度快，并且不影響AIS系統(tǒng)正常運行。例如在數據量為1×106的數據庫查找，查找次數最多的情況是在最后一次二分才找到目標。二分法時間復雜度為O（N），根據公式（1）：

O（N）=log21×106（1）

可以算出大概需要查找20次即可索引到對應的船名，相對于按序查找速度更快。通過該方案，解決了現有技術中，AIS時常無法顯示船名信息的問題。

2.2? 數據采集單元設計

數據采集單元包括定位子單元和航向航速采集子單元，如圖2中B部分所示，定位子單元用于采集系統(tǒng)所在船舶的位置信息發(fā)送至控制處理單元，航向航速采集子單元用于采集所在船舶的航向和航速信息，傳輸至控制處理單元。通過比對采集到的其他船舶信息，可以避免碰撞的發(fā)生，保證航行安全。

2.3? 控制處理單元設計

控制處理單元，如圖2中C部分所示，使用收集到的本船與其他船舶的各項數據，判斷是否符合報警條件，如果符合，則控制報警單元進行報警。在本船的航速超過預設航速時，根據本船和其他船舶的航行狀態(tài)信息計算出最小會遇距離和最小會遇時間，當最小會遇距離小于預設會遇距離或最小會遇時間小于預設會遇時間時，控制報警單元進行報警。