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1、基于GPS的船舶定位監(jiān)控系統(tǒng)□華南理工大學鄭志恒摘要：為減小海上船舶海損事故的發(fā)生，提高船舶監(jiān)管能力，同時為了更好地對海上運輸進行監(jiān)督管理、提高遇險救助能力，建立高效的水上交通管理系統(tǒng)，在GPS及相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討船舶定位監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。關(guān)鍵詞：GPS船舶定位1目前主要的船舶管理技術(shù)目前我國對海上船舶的管理主要通過沿岸各港口的船舶交通管理系統(tǒng)(VTS)。VTS是負責增進交通安全和提高交通效率以及保護環(huán)境的主管部門所實施的服務(wù)系統(tǒng)。其功能有數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)評估、信息服務(wù)、航行協(xié)助服務(wù)、交通組織服務(wù)、支持聯(lián)合行動。1.1VTS的系統(tǒng)組成VTS由信息獲取
2、、信息傳輸、信息處理三大部分組成。雷達設(shè)備是VTS中的信息獲取設(shè)備，其作用是對水域目標采集與監(jiān)視導航。通信設(shè)備是將雷達站采集到的信息傳送至VTS控制中心；將VTS控制中心發(fā)出的對系統(tǒng)的控制信號送到各雷達站，建立VTS控制中心與船舶間的信息交換。數(shù)據(jù)處理設(shè)備將對各雷達站的雷達信息進行綜合處理顯示；對監(jiān)視區(qū)域內(nèi)航道，錨地的船舶與航標的動靜態(tài)信息處理與評估、預測潛在危險并報警；記錄信息收集和信息服務(wù)的情況。1.2VTS存在的不足由于目前的VTS主要利用雷達作為技術(shù)手段，而雷達存在著觀測性能的局限性，使得所提供的目標位置精度及分辨率不高，目標特征參數(shù)少，不易識別
3、，以至造成目標的誤、漏跟蹤，目標丟失及動態(tài)監(jiān)測精度不高；特別是在目標密集、機動性大或海浪、雨雪干擾雜波大時更為嚴重，制約系統(tǒng)的整體性能。同時,目前我國各地的VTS中心，覆蓋范圍小，基本上還處于相互獨立、分散管理，只能監(jiān)測到本水域范圍內(nèi)的船舶航行狀況，而對于相鄰水域或其它水域有關(guān)的船舶航行狀況尚不能很好地了解。因此，尋求一種更可靠的船舶檢測定位技術(shù)去支持VTS是很有必要的。2GPS及技術(shù)優(yōu)點2.1GPS概述是由美國研制的導航、授時和定位系統(tǒng)。它由空中衛(wèi)星、地面跟蹤監(jiān)測站、地面衛(wèi)星數(shù)據(jù)注入站、地面數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)等部分組成。用戶只需購買GPS接收機
4、，就可享受免費的導航、授時和定位服務(wù)。2.2GPS的優(yōu)點(1)全球地面連續(xù)覆蓋。由于GPS衛(wèi)星數(shù)目較多，且分布合理，所以地球上任何地點均可同時觀測到至少4顆衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候連續(xù)地三維定位。(2)功能多、精度高。GPS可為多類用戶連續(xù)提供動態(tài)目標的三維位置、三維速度和時間信息。GPS提供兩種服務(wù)：標準定位服務(wù)（SPS）定位精度為25米左右和精密定位服務(wù)（PPS）定位精度為10米左右。(3)實時定位。利用GPS可以實時地確定運動目標的三維位置和速度，由此既可以保障運動載體沿預定航線運行，也可以實時地監(jiān)視和修正航行路線，并可以選擇最佳航線。3基于G
5、PS的船舶定位監(jiān)控系統(tǒng)方案船載終端接收GPS衛(wèi)星每秒鐘發(fā)來的定位數(shù)據(jù)，并根據(jù)來自三顆以上不同衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)計算自身所處的位置坐標，將該位置連同船舶的狀態(tài)、報警器和傳感器輸入等信息發(fā)送到監(jiān)控指揮中心，經(jīng)過監(jiān)控中心計算機處理后，與計算機系統(tǒng)上的電子地圖進行匹配，并在地圖上顯示坐標的正確位置。指揮控制中心可清楚及時掌握船舶的動態(tài)信息（位置、速度、報警、統(tǒng)計和分析等），同時中心也可以對船舶進行指揮調(diào)度（語音通話、發(fā)送交通和調(diào)度信息、救援和違章警告等）。在遇到緊急情況時，可以通過船載終端，采用手動或自動報警，將船舶所在位置、報警類型等數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，經(jīng)計算機處
6、理后，將船舶精確位置顯示在電子地圖上，并向海事、救助等機構(gòu)報告，以實施緊急救援。3.1GPS船載終端GPS船載終端的主要功能是通過GPS模塊接收GPS衛(wèi)星定位信號，中央處理單元對定位信號進行計算處理得到位置信息(經(jīng)緯度、速度、方位角、時標)，再由通信模塊將信息發(fā)至監(jiān)控服務(wù)器。中央處理單元也可以通過通信模塊接收來自監(jiān)控中心的指令，從而完成其他的一些功能，例如通過其他功能模塊實現(xiàn)報警、通話等。中央處理單元GPS模塊移動通信模塊其他功能模塊無線網(wǎng)卡圖1船載終端結(jié)構(gòu)示意圖船載終端的功能及工作流程：(1)登錄和注銷。船只出航時必須向監(jiān)控中心登錄，歸航時向監(jiān)控中心注
7、銷。(2)監(jiān)控。當發(fā)生以下情況時，監(jiān)控中心對船只實施監(jiān)控?！づc規(guī)定的行駛路線誤差超過了允許的范圍；·船只在行駛過程中停留時間超過了監(jiān)控中心允許的時間；·監(jiān)控中心較長時間無法接收到船只的信號；·監(jiān)控中心收到求助信號。(3)緊急報警功能。遇到緊急情況時，通過船載終端向監(jiān)控中心報警。(4)行駛記錄功能。按照預定的時間間隔，定時記錄船只運行情況，包括時間、經(jīng)緯度、速度、方向、水位等。(5)導航功能。配備了導航軟件和電子地圖的船載終端可以實現(xiàn)導航功能。(6)數(shù)據(jù)管理·對用戶信息數(shù)據(jù)的管理；·對船舶信息數(shù)據(jù)的管理；·對短消息或其他信息數(shù)據(jù)的管理。3.2通信子系統(tǒng)通信
8、子系統(tǒng)是系統(tǒng)中負責數(shù)據(jù)傳遞的樞紐，負責用戶終端采集數(shù)據(jù)的上傳和系統(tǒng)調(diào)度控制命令的
