倪 銘，陳嘉偉，倪其軍

（1.國防科技大學，湖南 長沙 410073；2.中國船舶科學研究中心，江蘇 無錫 214082）

0 引言

為實現(xiàn)某科考船科考數(shù)據(jù)智能化管理、船舶安全智能化管理，需要建立一套全船信息管理系統(tǒng)網絡及現(xiàn)代化的遠程可視化的綜合信息網絡及傳輸系統(tǒng)，實施全船航行及水面、水下作業(yè)等重要數(shù)據(jù)的收集、整理、歸檔，以及船舶管理及遠程協(xié)作指揮。

船舶計算機網絡系統(tǒng)為全船的信息傳送、信息存儲和信息處理提供網絡平臺。具有良好的可集成性、可伸縮性和可管理性，滿足日常應用系統(tǒng)運行的需求。

1 系統(tǒng)建設目標與原則

擬建設的信息系統(tǒng)是為實現(xiàn)科考調查船智能化指揮系統(tǒng)的移植，將本船建設成為一個流動的科研所。建設的信息化系統(tǒng)包括：1）保障數(shù)字智能化辦公的綜合布線及機房系統(tǒng)網絡硬件設施；2）覆蓋科考船四周水域的視頻監(jiān)控系統(tǒng)；3）完備的視頻會議遠程協(xié)作指揮系統(tǒng)；4）船舶機務、設備數(shù)據(jù)存儲、處理；5）科考輔助設備監(jiān)控、調查、測量數(shù)據(jù)存儲、處理；6）與岸基主管部門無縫對接的移動數(shù)字辦公系統(tǒng)；7）無線通信傳輸系統(tǒng)。

擬建設的信息系統(tǒng)建設原則：

1）智能化集成原則。本次系統(tǒng)建設遵循智能化集成原則[1]，保證在最小建設的情況下實現(xiàn)各系統(tǒng)功能的整合，利用一套網絡系統(tǒng)實現(xiàn)所有船載辦公網絡需求，保證實現(xiàn)智能化高度集成，節(jié)約建設成本。

2）成熟性原則。船載信息化系統(tǒng)直接影響到科考船的辦公效率，要保證建設后的系統(tǒng)與岸基中心的無縫對接，必須選用成熟的產品和集成方案，實現(xiàn)本次系統(tǒng)的建設目標。能夠最大限度地滿足實際工作的要求，把滿足用戶的業(yè)務管理作為第一要素進行考慮，采用集中管理控制的模式[2]，在滿足功能需求的基礎上操作方便、維護簡單、管理簡便，確保系統(tǒng)可長期不間斷運行。

3）先進性原則。信息智能化建設的主要目標是實現(xiàn)數(shù)字智能化作業(yè)任務，保證系統(tǒng)的先進性才能實現(xiàn)本次建設的目標。采用的系統(tǒng)結構應該是先進的、開放的體系結構[3]，系統(tǒng)使用科學。整個系統(tǒng)能體現(xiàn)當今多媒體信息技術的發(fā)展水平。

4）兼容性原則。系統(tǒng)建設應能兼容所有基于國際標準協(xié)議開發(fā)的設備與應用，兼容其他平臺的網絡設備，保證系統(tǒng)建設完成后，仍可根據(jù)未來信息化發(fā)展需求，增加其他標準協(xié)議開發(fā)的設備和系統(tǒng)。

5）可擴容性原則。智能化系統(tǒng)建設隨著網絡技術的發(fā)展而發(fā)展，更先進的應用系統(tǒng)可能在未來幾年內開發(fā)成功[4]，新系統(tǒng)在本船上應用時，能與現(xiàn)有的系統(tǒng)接口對接，保證系統(tǒng)的可擴容性[5]，為系統(tǒng)以后的升級預留空間。

2 系統(tǒng)設計與功能說明

2.1 綜合布線及機房建設

綜合布線系統(tǒng)是本科考船數(shù)字化有線應用的基礎，要實現(xiàn)所有應用的接入，必須有完善的布線系統(tǒng)保障。由于船舶空間較小，通信要求較高，故網絡綜合布線系統(tǒng)選用光纖、六類網線及對應的產品組成，保障網絡通信的高效率，與綜合布線相關的其他布線工作全部歸納到船舶電纜敷設系統(tǒng)中。

數(shù)據(jù)處理中心及機房建設是綜合布線及數(shù)據(jù)通信的核心，由于科考船工作環(huán)境惡劣，工作空間較小，普通的陸用機房在實際使用中老化較快，影響網絡的使用。使用調試密度集成化機房能保障在惡劣環(huán)境下的機房應用，同時減少占船面積。

2.2 全船動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

船舶動態(tài)信息系統(tǒng)需實時采集、處理船舶的航行動態(tài)數(shù)據(jù)，采集的設備包括電羅經、GPS 及北斗、測深儀、計程儀、氣象儀、AIS。本系統(tǒng)通過AIS，可采集周邊船船位信息。本系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)處理后進行存儲，進行實時查看，歷史記錄調用。

本系統(tǒng)可通過機艙報警系統(tǒng)提供的RS485 接口采集有關機電設備的參數(shù)，供局域網用戶查看、瀏覽。配備電子海圖顯示系統(tǒng)，可實現(xiàn)本船位置顯示、本船航跡顯示、AIS 接收設備獲取的它船船位信息顯示。

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本船設計有視頻監(jiān)控系統(tǒng)3 套，一套調查實驗區(qū)域專用，一套船舶機艙設備區(qū)域監(jiān)控專用，一套上層建筑區(qū)域駕駛室監(jiān)控，每套均有存儲功能。

船舶視頻監(jiān)控集成于自動化系統(tǒng)中，對全船重要部位進行實時連續(xù)監(jiān)視。攝像機在主要出入口、主機艙、艏/艉側推推進設備艙、主推進系統(tǒng)設備艙、機艙、輔機艙、空調艙、舵機艙、中央液壓泵站艙、機艙集控室、絞車艙、地震空壓機艙、主甲板艉部作業(yè)區(qū)域（作業(yè)及作業(yè)管理攝像頭視頻信號，同時在艇甲板艉部作業(yè)綜合操控室設置一獨立液晶顯示屏顯示）、各層甲板兩舷側、全船主要出入口適當配置。在駕控臺、集控臺、數(shù)據(jù)中心、艇甲板艉部作業(yè)綜合操控室等配有專門控制及監(jiān)視器設備。

2.4 船載多媒體會議系統(tǒng)

設置一個大會議室，滿足召開調查研討會、科學實驗協(xié)調會及遠程視頻會議的需求，配置一套具有多種會議場景設定功能的辦公會議系統(tǒng)。該會議系統(tǒng)包括網絡數(shù)據(jù)傳輸、多媒體顯示終端、擴聲系統(tǒng)、圓桌手拉手視頻會議系統(tǒng)。

與數(shù)據(jù)中心網線接口2 個：一個是遠程會議系統(tǒng)與通過海事衛(wèi)星相連用于召開兩地遠程視頻會議；另一個與船上局域網相連用于船上信息系統(tǒng)的共享，會議室可作為全船所有信息的顯示終端。

會議系統(tǒng)中配備音響擴聲系統(tǒng)，配置功能先進的音影視頻播放器，滿足船上工作及文化交流需求。船載本地會議系統(tǒng)組成：顯示系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、數(shù)字中控系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、會議照明系統(tǒng)。

2.5 船載計算機網絡系統(tǒng)

本船計算機網絡平臺包括：綜合船舶信息網絡、公共信息網絡、科考網絡及綜合信息顯控終端。

綜合船舶信息網絡主要用于管理船舶機務、航行安全船務的數(shù)據(jù)（導航信息、水文、氣象等）、視頻等圖文信息；公共信息網絡為船員的共享Internet 公網或行業(yè)公網信息網絡；科考網絡用于連接科考實驗室及科學家相關艙室，科考調查信息共享，實時監(jiān)測調用調查數(shù)據(jù)。各網絡在物理獨立設置，綜合船舶信息網配有2 臺核心交換機（駕駛室-機艙）、科考網絡配有2 臺核心交換機（駕駛室-數(shù)據(jù)處理中心）分別組成的骨干千兆光纖網絡；每個網絡都具有1 臺服務器作為管理中心，各網絡的劃分通過VLAN 技術劃分；從綜合船舶信息網絡交換機、公共信息網絡交換機、科考網絡交換機均為百兆電纜到房間。網絡中心設在數(shù)據(jù)處理中心，安裝一套KVM 系統(tǒng)實現(xiàn)對服務器的統(tǒng)一管理，并可以通過無線VPN 與三亞深?？茖W與工程研究所系統(tǒng)內部網絡連接，信息共享。

2.6 辦公自動化系統(tǒng)

辦公自動化系統(tǒng)（OA）是本數(shù)字信息化系統(tǒng)建設的重點。計算機和局域網在利用網絡進行日常辦公管理和運作時，將產生日常辦公文件、圖紙文件、ERP 等企業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)資料以及個人的許多文檔資料。傳統(tǒng)的內部局域網內一般都沒有文件服務器，上述數(shù)據(jù)一般都存放在分散的電腦和服務器上，沒有一個合適的設備作為其備份和存儲的應用。由于個人電腦的安全級別很低，員工的安全意識參差不齊，重要資料很容易被竊取、惡意破壞或者由于硬盤故障而丟失。

從數(shù)據(jù)存儲的分析中可以看出，要使整個全船內部的數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一管理和安全應用，就必須有一個安全、性價比好、應用方便、管理簡單的物理介質來存儲和備份企業(yè)內部的數(shù)據(jù)資料。NAS 網絡存儲服務器是一款特殊設計的文件存儲和備份的服務器，它能夠將網絡中的數(shù)據(jù)資料合理有效、安全地管理起來，并且可以作為備份設備將數(shù)據(jù)庫和其它應用數(shù)據(jù)實時自動備份到NAS 上。

安裝一套KVM 系統(tǒng)實現(xiàn)對服務器的統(tǒng)一管理。研究中心資源信息專業(yè)監(jiān)控虛擬化桌面用于將岸基調查調度系統(tǒng)轉移到移動的本科考船上，在本科考船上實現(xiàn)與岸基研究中心相同的指揮操作和專業(yè)設備數(shù)據(jù)情況?？紤]使用專用的網絡系統(tǒng)，與岸基研究中心內部網絡未聯(lián)網，其信號也不可通過網絡進入岸基研究中心內部網絡中，要實現(xiàn)岸基中心與本科考船的一體化操作，首先要在中心建設一臺專用的虛擬桌面服務器，通過隔離網閘將2 個網絡分開，使岸基中心內網只能通過網閘發(fā)送數(shù)據(jù)至船載虛擬桌面服務器，保證資源系統(tǒng)的安全。

2.7 高清電視網絡點播系統(tǒng)

設置一套船用網絡點播衛(wèi)星電視系統(tǒng)，用于在船上收看衛(wèi)星電視，各艙室彩色液晶電視機或電腦顯示器，能通過網絡收看點播電視節(jié)目。每個房間的電視設置成IPTV，不但能看視頻監(jiān)控信號及數(shù)據(jù)監(jiān)控還能參加本地會議。

C波段衛(wèi)星電視接收天線設置在艇甲板綜合操控室上方，設置信號功放器，將信號送至首樓甲板艏部機柜間進行電視信號的集中解碼。

網絡點播衛(wèi)星電視系統(tǒng)，用于在船上收看衛(wèi)星電視（船靠岸可接入岸上有線電視信號），首樓甲板配備衛(wèi)星電視控制柜1 套，設置衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)1 套，在餐廳、會議室、小餐廳、居住艙室等艙室彩色液晶電視機或電腦顯示器，能通過網絡收看點播電視節(jié)目。

圖1 高清電視網絡點播系統(tǒng)圖

2.8 無線通信系統(tǒng)

遠程通信系統(tǒng)實現(xiàn)局域網內用戶通過船舶上的VSAT 進行遠程數(shù)據(jù)通信，享受安全和可管理的郵件服務。系統(tǒng)提供船舶電子郵件服務，方便船岸郵件通信。

為本船與岸上機關實時圖像、語音、數(shù)據(jù)雙向高速傳輸?shù)男枰渲盟闲l(wèi)星寬帶通信（VSAT）系統(tǒng)一套。傳真機安裝在駕駛室指揮區(qū)，在船長室、首席科學家室安裝網絡電話機。衛(wèi)星網控制機設置打印機，該水上寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)與GPS、磁羅徑、電羅經、網絡系統(tǒng)以及語音調度平臺有接口。

本船設有INMARSAT“FBB”站，作為本船數(shù)據(jù)信息及語音通信備用設施。為便于方便船員作業(yè)及豐富其業(yè)余生活，設置船載公共WIFI 熱點功能；另外可預置一套專用碼頭專網WIFI 熱點，船載內網可在Wi-Fi 布控范圍內接入主管信息中心。

運用Wi-Fi 直連無線顯示設備，通過無線方式分享視頻畫面。本船在每層安裝了無線熱點，便于手機、筆記本或IPAD 接入網絡，無線熱點采用2.4 GHz 吸頂式AP，每個節(jié)點提供300 Mbps 的無線接入速度。

3 結語

圖2 無線通信系統(tǒng)圖

科考船是一種數(shù)字化、信息化集成度極高的船型，本文設計一套全船信息管理系統(tǒng)網絡及現(xiàn)代化的遠程可視化的綜合信息網絡及傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了科考船的科考數(shù)據(jù)智能化管理、船舶安全智能化管理，采用VLAN 的方式為科考建立虛擬局域網，最大限度滿足考察數(shù)據(jù)的存儲、調用，并使考察數(shù)據(jù)免受外來病毒的影響。同時為實現(xiàn)科考船舶海上作業(yè)數(shù)據(jù)智能化管理、安全航行信息數(shù)據(jù)管理，在船上實現(xiàn)所有系統(tǒng)與岸基系統(tǒng)的對接，并實現(xiàn)所有功能雙向可視化管理，為其他先進科考船的數(shù)字化信息系統(tǒng)設計提供了借鑒。