一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统的制作方法

1.本发明公开了一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，属于通信技术领域。


背景技术：

2.目前港口企业普遍使用卫星ais系统作为船舶引航的主要通信系统，卫星ais是一种船舶定位技术，通过低轨道的卫星接收船舶发送的ais报文信息，卫星将接收和解码ais报文信息转发给相应的地球站，从而让陆地管理机构掌握船舶的相关动态信息，实现对海域航行船舶的监控。采用卫星ais技术存在以下问题：1.系统数据传输时间间隔问题，卫星ais报告的时间间隙为几分钟或者几个小时不等，时间间隔主要取决于卫星ais系统的容量以及海区船舶的密度。卫星ais不能保证在任何环境下都能立刻获取数据，存在因卫星星座设置和目标船舶环境会延迟信息收集或发送的情况，在最坏的情况下，时间间隔会达半个小时；2.信息安全问题，卫星探测ais信息的一个特点就是全球开放性服务，用户可以自由获取并使用接收到的ais信号。但信息的公开就会影响到数据的安全。可能会对船舶保安带来一定的负面影响；3.规避碰撞有效性问题，ais设备价格相对较高，对小型船舶通常不安装ais设备，ais系统无法发现，仍需进行其他安全管控手段进行补充。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，解决现有技术中，ais系统作为船舶引航的通信系统带来的通信效果差的问题。
4.一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，包括智慧航运平台、地图引擎、船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、数据库、5g模组及天线、北斗定位终端和探测仪，智慧航运平台、地图引擎和数据库部署在岸端机房和监控室，船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、5g模组及天线、北斗定位终端和探测仪固定在船上；
5.北斗定位终端在布设船艏、船中、船尾3个位置，依靠北斗高精度定位技术获取各监测点距离码头岸线距离、航向角度以及与其他船舶和拖轮的距离，对船舶靠离泊过程中船船距离、船岸距离进行动态亚米级测量，对地航向角精度为1度，实现船舶靠离泊过程中精准测距，通过专用网络实时传输到岸端平台、移动端及web端，辅助船舶驾引人员靠离泊作业；
6.在船艏、船尾及左右舷安装若干个高清摄像头，高清摄像头进行全景视频拼接，视频处理并压缩后基于专用网络将全景视频实时传输至船端驾驶室和岸侧监控中心的船舶辅助靠离泊系统显示端和相关移动端，实现船舶全方位可视化实时监控；
7.智慧航运平台在船舶运营中收集存储数据，通过数据的智能分析，对系统各类设备的运行状态、港口生效效率的波动、生产作业短板、航线利用效率指标进行掌控；
8.地图引擎提供地理信息服务，用于辅助航行和导航，将船舶各个角落的信息进行整合和展示，提供地图导航功能，地图引擎通过无线网络连接，在船载终端上进行实时展示，船员利用船载终端展示的信息，判断当前的位置和周边地貌环境；
9.船载终端用于无线通信和数据交互，通过wi-fi和5g网络连接到地面的基站或卫星网络，实现语音、图像、文本多种形式的通信，执行数据采集、处理和存储多种任务，为船舶管理和运行提供支持。
10.对航线进行5g网络测试，根据网络测试结果进行700m的5g专网基站选址，确认纳入5g专网范围的基站明细，满足航道近海区域的连续5g网络覆盖，并根据船舶数量进行基站资源切片定制。
11.当船只进入近海海域后，船舶智慧航运平台首先搜集船只运行数据，如船舶速度、方向和位置，通过5g专用网络将这些数据传输给指挥中心，指挥中心判断船只的位置和状态，并及时作出相应的调整和指挥。
12.地图引擎提供海图和导航信息，通过船载终端实时展示当前位置和航线，指挥中心根据地图上的信息，指挥船只调整航向和速度，确保船只安全前行。
13.5g基站为通信枢纽，使船只和指挥中心进行稳定数据传输，当船只进入5g覆盖范围内时，船载终端无缝连接到5g网络上，与指挥中心进行信息交流和数据传输。
14.船载终端是与指挥中心进行实时通信和数据传输，连接各种船舶监控设备，包括雷达和高清摄像头，实现对各种船舶信息的实时掌握和管理。
15.当船只接近其他船只或障碍物时，雷达及时预警，并提醒船员进行避让；高清摄像头实时监控船只周围的情况以及船舶内部设施的运行情况，保障船只安全运行。
16.在船只停靠岸边时，船载终端向岸边的指挥人员发送数据，告知岸边的条件和需求，指挥中心提供支持和指导，确保船只能够顺利进入停靠位置，并进行安全停靠。
17.本发明的有益效果为：700m/5g专用网络频率低、路径损耗小，作为船岸通信网络具有覆盖距离远、大带宽、低时延、切片资源不受公网影响的优点，智慧航运平台具有智慧引航靠泊功能，可实现多船舶第一视角vr展示，提升船舶引航安全性；通过700m/5g专用网络，突破了原有卫星ais系统传输容量限制，实现了近海视频vr数据传输，由于5g专用网络基站复用为北斗差分基准站，进一步提升了北斗定位精度以及船舶引航的效率和安全性。
附图说明
18.图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，结构框图如图1所示，包括智慧航运平台、地图引擎、船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、数据库、5g模组及天线、北斗定位终端和探测仪，智慧航运平台、地图引擎和数据库部署在岸端机房和监控室，船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、5g模组及天线、北斗定位终端和探测仪固定在船上；
21.北斗定位终端在布设船艏、船中、船尾3个位置，依靠北斗高精度定位技术获取各
监测点距离码头岸线距离、航向角度以及与其他船舶和拖轮的距离，对船舶靠离泊过程中船船距离、船岸距离进行动态亚米级测量，对地航向角精度为1度，实现船舶靠离泊过程中精准测距，通过专用网络实时传输到岸端平台、移动端及web端，辅助船舶驾引人员靠离泊作业；
22.在船艏、船尾及左右舷安装若干个高清摄像头，高清摄像头进行全景视频拼接，视频处理并压缩后基于专用网络将全景视频实时传输至船端驾驶室和岸侧监控中心的船舶辅助靠离泊系统显示端和相关移动端，实现船舶全方位可视化实时监控；
23.智慧航运平台在船舶运营中收集存储数据，通过数据的智能分析，对系统各类设备的运行状态、港口生效效率的波动、生产作业短板、航线利用效率指标进行掌控；
24.地图引擎提供地理信息服务，用于辅助航行和导航，将船舶各个角落的信息进行整合和展示，提供地图导航功能，地图引擎通过无线网络连接，在船载终端上进行实时展示，船员利用船载终端展示的信息，判断当前的位置和周边地貌环境；
25.船载终端用于无线通信和数据交互，通过wi-fi和5g网络连接到地面的基站或卫星网络，实现语音、图像、文本多种形式的通信，执行数据采集、处理和存储多种任务，为船舶管理和运行提供支持。
26.对航线进行5g网络测试，根据网络测试结果进行700m的5g专网基站选址，确认纳入5g专网范围的基站明细，满足航道近海区域的连续5g网络覆盖，并根据船舶数量进行基站资源切片定制。
27.当船只进入近海海域后，船舶智慧航运平台首先搜集船只运行数据，如船舶速度、方向和位置，通过5g专用网络将这些数据传输给指挥中心，指挥中心判断船只的位置和状态，并及时作出相应的调整和指挥。
28.地图引擎提供海图和导航信息，通过船载终端实时展示当前位置和航线，指挥中心根据地图上的信息，指挥船只调整航向和速度，确保船只安全前行。
29.5g基站为通信枢纽，使船只和指挥中心进行稳定数据传输，当船只进入5g覆盖范围内时，船载终端无缝连接到5g网络上，与指挥中心进行信息交流和数据传输。
30.船载终端是与指挥中心进行实时通信和数据传输，连接各种船舶监控设备，包括雷达和高清摄像头，实现对各种船舶信息的实时掌握和管理。
31.当船只接近其他船只或障碍物时，雷达及时预警，并提醒船员进行避让；高清摄像头实时监控船只周围的情况以及船舶内部设施的运行情况，保障船只安全运行。
32.在船只停靠岸边时，船载终端向岸边的指挥人员发送数据，告知岸边的条件和需求，指挥中心提供支持和指导，确保船只能够顺利进入停靠位置，并进行安全停靠。
33.本发明的主要组成如表1所示。
34.表1主要组成部分
[0035][0036]
船舶智慧航运平台主要负责集中管理和监控船舶运行情况。通过各种传感器和设备，以及配备在船舶上的计算机，实时搜集、分析船舶各种运行数据，从而对航线、航速、负载、船舱温度、燃油消耗等多个参数进行调节和管理，以提升船舶的性能和效率。同时，船舶智慧航运平台还可以为船员提供关于航行和运维方面的指导和建议，增加航行安全和可靠性。
[0037]
地图引擎数据来源为google maps，地图引擎主要提供地理信息服务，用于辅助航行和导航。它将船舶各个角落的信息进行整合和展示，提供地图导航功能。在船舶智慧航运系统中，地图引擎通过无线网络连接，在终端上进行实时展示。船员可以利用这些信息，快速准确地判断当前的位置和周边地貌环境，从而更好地规划航线和避免危险。
[0038]
船载终端的操作系统为安卓的电容式多点触摸屏，船载终端主要用于无线通信和数据交互。它可以通过wi-fi和5g网络等多种方式，连接到地面的基站或卫星网络，实现语音、图像、文本等多种形式的通信。同时，船载终端也可执行数据采集、处理和存储等多种任务，为船舶管理和运行提供支持。
[0039]
雷达设备型号为，furuno，利用电磁波来感测周围的物体和障碍物，以预警和避免船只与其他物体的碰撞。雷达工作过程中，发射器向周围发射电磁波，然后接受反射回来的信号，经过处理后将目标物体的位置、形态和距离等信息显示在雷达屏幕上。
[0040]
监控系统是一个集视频解码、数字输入、拼接、控制、漫游等功能于一体的视频综合管理平台，它将原有的解码设备、拼接控制设备集成到一体化的设备中，通过视频监控管理系统的管理平台软件即可实现视频解码输出、切换控制、大屏拼接、画面开窗、漫游等原来需要多套软件才能够实现的功能。它可支持多种数据源同时接入，如：网络编码接入，光纤数字接入，sdi信号接入，dvi信号接入，vga信号接入，bnc模拟信号接入。也可以支持多种输出接口输出，如：hdmi，dvi，vga或者bnc。
[0041]
监控系统的设计主要包括：前端摄像机部分、中间信号传输部分、监控中心图像记录、控制及显示部分等方面。
[0042]
前端摄像机部分主要用于视频监控和安全管理。船舶中可能有多个高清摄像头，并与一个终端设备连接，以实时监控船内的各种设施和周边环境。通过丰富的视频信息，船员可以及时了解各种紧急情况，快速采取应对措施，确保航行安全。
[0043]
中间信号传输部分是指将前端设备的信号传输至中心控制设备的各类线路，这部分关系到整个电视监控系统的图像质量和使用效果，因此要选择经济、合理的传输方式。传输子系统主要依托于智慧综合布线系统，由于本设计使用的是网络摄像机，大部分前端网络摄像机通过双绞线将图像汇集到交换机，交换机再通过光纤传输连接到监控中心的核心交换机上，核心交换机再通过双绞线连接相应的服务器及设备。
[0044]
存储设计中，视频压缩格式为h.264或h.265，1080p视频码流为4mbps，具体参数如表2所示。
[0045]
表2视频格式参数
[0046]
前端码率保存天数cbr系数存储净容量高清1080p4mbps301.14tb
[0047]
视频支持双码流，其中一路码流用于视频存储。当有视频存储需要时，视频存储服务系统会主动连接前端设备，对视频流进行存储。并可根据需要扩展支持ggvrbis等音频编解码标准实现音频同步存储。
[0048]
探测仪设备型号为生态仪器2g float，探测仪主要用于探测水体深度、温度、盐度、荧光度等参数。这些参数可以帮助船员更好地规划航线和了解周边海洋环境，也为科学研究和资源评估提供了重要基础数据。在船舶智慧航运系统中，探测仪通常配备在船底，并通过无线传输向终端提供数据。
[0049]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，包括智慧航运平台、地图引擎、船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、数据库、5g模组及天线、北斗定位终端和探测仪，智慧航运平台、地图引擎和数据库部署在岸端机房和监控室，船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、5g模组及天线、北斗定位终端和探测仪固定在船上；北斗定位终端在布设船艏、船中、船尾3个位置，依靠北斗高精度定位技术获取各监测点距离码头岸线距离、航向角度以及与其他船舶和拖轮的距离，对船舶靠离泊过程中船船距离、船岸距离进行动态亚米级测量，对地航向角精度为1度，实现船舶靠离泊过程中精准测距，通过专用网络实时传输到岸端平台、移动端及web端，辅助船舶驾引人员靠离泊作业；在船艏、船尾及左右舷安装若干个高清摄像头，高清摄像头进行全景视频拼接，视频处理并压缩后基于专用网络将全景视频实时传输至船端驾驶室和岸侧监控中心的船舶辅助靠离泊系统显示端和相关移动端，实现船舶全方位可视化实时监控；智慧航运平台在船舶运营中收集存储数据，通过数据的智能分析，对系统各类设备的运行状态、港口生效效率的波动、生产作业短板、航线利用效率指标进行掌控；地图引擎提供地理信息服务，用于辅助航行和导航，将船舶各个角落的信息进行整合和展示，提供地图导航功能，地图引擎通过无线网络连接，在船载终端上进行实时展示，船员利用船载终端展示的信息，判断当前的位置和周边地貌环境；船载终端用于无线通信和数据交互，通过wi-fi和5g网络连接到地面的基站或卫星网络，实现语音、图像、文本多种形式的通信，执行数据采集、处理和存储多种任务，为船舶管理和运行提供支持。2.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，对航线进行5g网络测试，根据网络测试结果进行700m的5g专网基站选址，确认纳入5g专网范围的基站明细，满足航道近海区域的连续5g网络覆盖，并根据船舶数量进行基站资源切片定制。3.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，当船只进入近海海域后，船舶智慧航运平台首先搜集船只运行数据，如船舶速度、方向和位置，通过5g专用网络将这些数据传输给指挥中心，指挥中心判断船只的位置和状态，并及时作出相应的调整和指挥。4.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，地图引擎提供海图和导航信息，通过船载终端实时展示当前位置和航线，指挥中心根据地图上的信息，指挥船只调整航向和速度，确保船只安全前行。5.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，5g基站为通信枢纽，使船只和指挥中心进行稳定数据传输，当船只进入5g覆盖范围内时，船载终端无缝连接到5g网络上，与指挥中心进行信息交流和数据传输。6.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，船载终端是与指挥中心进行实时通信和数据传输，连接各种船舶监控设备，包括雷达和高清摄像头，实现对各种船舶信息的实时掌握和管理。7.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，当船只接近其他船只或障碍物时，雷达及时预警，并提醒船员进行避让；高清摄像头实时监控船只周围的情况以及船舶内部设施的运行情况，保障船只安全运行。
8.根据权利要求1所述的一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，其特征在于，在船只停靠岸边时，船载终端向岸边的指挥人员发送数据，告知岸边的条件和需求，指挥中心提供支持和指导，确保船只能够顺利进入停靠位置，并进行安全停靠。

技术总结
本发明公开了一种用于港口船舶的引航、管控和通信系统，属于通信技术领域，包括智慧航运平台、地图引擎、船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、数据库、5G模组及天线、北斗定位终端和探测仪，智慧航运平台、地图引擎和数据库部署在岸端机房和监控室，船载终端、毫米波雷达、激光雷达、高清摄像头、5G模组及天线、北斗定位终端和探测仪固定在船上。本发明专用网络频率低、路径损耗小，作为船岸通信网络具有覆盖距离远、大带宽、低时延、切片资源不受公网影响的优点，突破了原有卫星AIS系统传输容量限制，实现了近海视频VR数据传输，由于专用网络基站复用为北斗差分基准站，进一步提升了北斗定位精度以及船舶引航的效率和安全性。性。性。


技术研发人员：张红卫 杨冰
受保护的技术使用者：中国移动通信集团山东有限公司青岛分公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/11