關(guān)于科考船信息系統(tǒng)的配置方案

余勇林 陸小科 張遠(yuǎn)飛

摘 ? ?要：本文根據(jù)科考船的作業(yè)及航行特點(diǎn)，并結(jié)合科考船實(shí)船建造過(guò)程中的信息系統(tǒng)安裝經(jīng)驗(yàn)，分析介紹了：科考船的信息系統(tǒng)的功能模塊，包括業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、綜合顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程交互系統(tǒng);信息系統(tǒng)的設(shè)備配置，包括外部交互設(shè)備、內(nèi)部數(shù)據(jù)交互設(shè)備、終端設(shè)備;信息系統(tǒng)裝船配置。為類(lèi)似船舶的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：科考船;信息系統(tǒng);系統(tǒng)配置

中圖分類(lèi)號(hào)：U674.8?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： According to the operation and navigation characteristics of the research ship and the installation experience of the information system during the construction of the research vessel， this paper analyzes and introduces the functional modules of the information system of the research vessel， including business management system， safety management system， information acquisition system， integrated display system and remote interactive system; equipment configuration of information system， including external interactive equipment， internal data interactive equipment and terminal equipment; and shipping configuration of information system， to provide reference for information system design of similar ship projects

Key words： Research ship; Information system; System configuration

1 ? ? 前言

科考船主要用于調(diào)查研究海洋地質(zhì)、水文、生物、氣象、資源等。作為海上移動(dòng)數(shù)據(jù)采集、分析的試驗(yàn)室，科考設(shè)備之間有大量的數(shù)據(jù)交互，另外，船與岸基、船與船之間也需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，為豐富出航時(shí)科考船上的船員、科學(xué)家等人員的業(yè)余生活，科考船上常配置休閑娛樂(lè)系統(tǒng)。所有這些都可由船舶信息系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，信息系統(tǒng)可增強(qiáng)船舶功能，方便船舶管理，提高船上工作舒適度。

2 ? ?信息系統(tǒng)的功能模塊

根據(jù)科考船的工作特點(diǎn)與人員配置，信息系統(tǒng)主要包括：業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、綜合顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)等。所有這些系統(tǒng)均可通過(guò)公共信息子網(wǎng)或科考作業(yè)子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，各個(gè)系統(tǒng)在終端可以通過(guò)統(tǒng)一門(mén)戶網(wǎng)站進(jìn)入。信息系統(tǒng)模塊圖，見(jiàn)圖1所示。

統(tǒng)一門(mén)戶網(wǎng)站主要由新聞動(dòng)態(tài)、通知公告、船舶概況、船舶實(shí)時(shí)狀態(tài)、生活?yuàn)蕵?lè)、統(tǒng)一登陸等模塊組成，作為整個(gè)信息系統(tǒng)的交互窗口。

2.1 ? 業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

包括時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)、船務(wù)管理系統(tǒng)、作業(yè)管理系統(tǒng)、綜合導(dǎo)航信息顯示系統(tǒng)組成。

（1）時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)

可以對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)用戶提供網(wǎng)絡(luò)時(shí)碼信息和SNTP授時(shí)服務(wù);

（2）船務(wù)管理系統(tǒng)

主要有設(shè)備管理、備件管理、物資管理、資料管理、登船管理、外事管理、人員管理等功能;

（3）作業(yè)管理系統(tǒng)

主要有航程管理、科考數(shù)據(jù)管理、科考設(shè)備管理、系統(tǒng)管理等功能;

（4）綜合航行信息顯示系統(tǒng)

主要有導(dǎo)航信息集中顯示、報(bào)警信息集中顯示和處理、傳感器信息集中顯示和處理等功能。

2.2 ? 安全管理系統(tǒng)

包括數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、權(quán)限管理系統(tǒng)。

（1）數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)

能夠?yàn)榭茖W(xué)調(diào)查子網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)提供一套加密算法，所有通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和人工上傳的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)通過(guò)數(shù)據(jù)加密服務(wù)器提供的加密算法，對(duì)自身數(shù)據(jù)進(jìn)行加密封裝，提高數(shù)據(jù)安全性;

（2）門(mén)禁管理系統(tǒng)

主要用于船上重要部位，防止非授權(quán)人員任意出入。門(mén)禁系統(tǒng)在斷電情況下會(huì)失去作用，除使用UPS不間斷電源為門(mén)禁系統(tǒng)供電外，各重要艙室門(mén)上設(shè)立機(jī)械門(mén)鎖，避免在斷電情況下無(wú)關(guān)人員自由出入重要房間;

2.3 ? 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。主要功能是按照調(diào)查任務(wù)需求實(shí)現(xiàn)科考船數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)快速初步處理、質(zhì)量控制、分析、初步成果輸出與展示;以及現(xiàn)場(chǎng)資料的安全存儲(chǔ)與科學(xué)管理[1]，并為科考船現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供輔助決策功能。

2.4 ? 信息采集系統(tǒng)

包括導(dǎo)航信息采集系統(tǒng)、船舶設(shè)備信息采集系統(tǒng)、科考設(shè)備信息采集系統(tǒng)。

（1）導(dǎo)航信息采集系統(tǒng)

主要是采集GPS、AIS、電羅經(jīng)、測(cè)深儀、計(jì)程儀、氣象儀等，以上數(shù)據(jù)都會(huì)保存在服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過(guò)船舶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、下載服務(wù);采集的導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)作為整個(gè)科考業(yè)務(wù)的參考信息，通過(guò)船舶網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)發(fā)，為船舶航行、科考業(yè)務(wù)服務(wù);

（2）船舶設(shè)備信息采集系統(tǒng)

主要接入機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)顯示電站、推進(jìn)設(shè)備、輔機(jī)等設(shè)備信息;

（3）科考設(shè)備信息采集系統(tǒng)

可以實(shí)時(shí)獲取存儲(chǔ)放纜長(zhǎng)度、收放纜速度、纜繩張力等絞車(chē)信息及多波束、淺剖、ADCP等聲學(xué)數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)都會(huì)保存在服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過(guò)船舶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、下載服務(wù)。

2.5 ? 綜合顯示系統(tǒng)

包括多媒體播放系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、綜合調(diào)度系統(tǒng)、移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)：

（1）綜合調(diào)度系統(tǒng)

將采集到的重要音視頻信息統(tǒng)一調(diào)度，全船各種重要的視頻、數(shù)據(jù)信息，通過(guò)信息指揮調(diào)度臺(tái)在大屏上進(jìn)行多畫(huà)面組合顯示，實(shí)現(xiàn)音視頻信號(hào)的快速、便捷調(diào)度和切換控制，是工作人員作業(yè)決策的支撐平臺(tái);

（2）移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)

可在手機(jī)等移動(dòng)終端上查看船舶新聞公告、在線觀看監(jiān)控視頻圖像、查看設(shè)備狀態(tài)、接收設(shè)備報(bào)警信息、在線查看科考作業(yè)錄像、查看船舶所在位置和基本的導(dǎo)航信息、即時(shí)通訊等。

2.6 ? 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)

包括基礎(chǔ)平臺(tái)接入管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)：

（1）基礎(chǔ)平臺(tái)接入管理系統(tǒng)

科考船與外界通信的重要管理手段，該系統(tǒng)可有效防止接入終端過(guò)多或者接入終端占用帶寬過(guò)大，有效分配有限的帶寬資源;還可以控制接入終端訪問(wèn)不信任數(shù)據(jù)源，有效防止錯(cuò)誤訪問(wèn)導(dǎo)致病毒入侵，對(duì)網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行控制和審計(jì);

（2）遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)

利用船載無(wú)線AP覆蓋及衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為通訊鏈路，實(shí)現(xiàn)岸基專家對(duì)船載設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷及其相關(guān)技術(shù)支持。

3 ? ?信息系統(tǒng)的設(shè)備配置

科考船信息系統(tǒng)設(shè)備，主要由外部交互設(shè)備、內(nèi)部數(shù)據(jù)交互設(shè)備、終端設(shè)備三部分組成。

3.1 ? 外部交互設(shè)備

可采用Ka波段覆蓋全球的高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)----海事衛(wèi)星五代星+FBB作為傳輸通道，此配置基本可滿足科考船在全球各地科考作業(yè)聯(lián)網(wǎng)要求;另外需配置一套衛(wèi)星電視設(shè)備，此設(shè)備帶IP輸出的衛(wèi)星接收機(jī)，解調(diào)出電視節(jié)目，通過(guò)本地局域網(wǎng)傳送至信息系統(tǒng)，再由信息系統(tǒng)中的IPTV系統(tǒng)在各終端設(shè)備上播放。

3.2 ? 內(nèi)部數(shù)據(jù)交互設(shè)備

主要包括服務(wù)器、交換機(jī)、科考數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、科考數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)、公共數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、視頻監(jiān)控存儲(chǔ)設(shè)備、硬件防火墻、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、UPS電源等;另外配置各系統(tǒng)需要的軟件、機(jī)柜等。其中，服務(wù)器按2個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理分割布置提供系統(tǒng)安全性，其科考作業(yè)子網(wǎng)與公共信息子網(wǎng)主要要求如下。

（1）科考作業(yè)子網(wǎng)主要承擔(dān)科考作業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)管理，包括科考設(shè)備數(shù)據(jù)、作業(yè)計(jì)劃數(shù)據(jù)、調(diào)查數(shù)據(jù)、樣品數(shù)據(jù)等。該子網(wǎng)作為科考船科考調(diào)查業(yè)務(wù)信息化的主要承載平臺(tái)，具有多樣化、集中性、低延時(shí)、高速存儲(chǔ)、可擴(kuò)展性、安全性等要求：在硬件設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分考慮高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求;在軟件設(shè)計(jì)上，結(jié)合通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、專業(yè)調(diào)查設(shè)備、通用調(diào)查設(shè)備等設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和接口形式，頂層規(guī)劃統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)的集中管理、統(tǒng)籌調(diào)度;

（2）公共信息子網(wǎng)融合了衛(wèi)星通信、無(wú)線通信、內(nèi)部局域網(wǎng)等多種數(shù)據(jù)交換形式，主要用于運(yùn)行航行相關(guān)以及船員生活相關(guān)的保障信息。該子網(wǎng)包括視頻監(jiān)視、語(yǔ)音通信、船務(wù)管理、航行輔助、生活?yuàn)蕵?lè)等多方面應(yīng)用，有效提高船員的工作便利性和生活舒適性。由于涉及到多網(wǎng)融合且承載了視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等多樣化信息，公共信息子網(wǎng)在設(shè)計(jì)上應(yīng)充分網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化分配，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、流暢;同時(shí)，公共信息子網(wǎng)可通過(guò)衛(wèi)星通信接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸，因此與調(diào)查作業(yè)子網(wǎng)之間采用物理隔離，從而確保調(diào)查作業(yè)數(shù)據(jù)的安全。

3.3 ? 終端設(shè)備

主要包括終端電腦、無(wú)線路由、攝像機(jī)、門(mén)禁設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用終端、機(jī)頂盒、電視、會(huì)議系統(tǒng)設(shè)備等，這些設(shè)備根據(jù)艙室的布置選取合適的型號(hào)規(guī)格;電腦里預(yù)裝信息系統(tǒng)專用軟件，根據(jù)設(shè)置的用戶權(quán)限，可查看、處理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

科考船信息系統(tǒng)設(shè)備配置簡(jiǎn)圖，如圖2所示?？筛鶕?jù)系統(tǒng)功能要求，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4 ? ?信息系統(tǒng)的裝船配置

（1）信息系統(tǒng)設(shè)備集中安裝在信息系統(tǒng)提供的機(jī)柜中，這些設(shè)備、機(jī)柜需滿足船舶搖晃、振動(dòng)的特殊環(huán)境要求：機(jī)柜可增加減振裝置，如減振器或減振膠墊等;為減少晃動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響，機(jī)柜頂部應(yīng)與附近的機(jī)構(gòu)、艙壁連接;機(jī)柜前后需預(yù)留足夠的維護(hù)空間，左右兩邊需留有足夠的散熱空間;考慮到信息系統(tǒng)設(shè)備的安全性、可維護(hù)性，上建區(qū)域設(shè)置一間專用網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜間，用于布置信息系統(tǒng)設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜間最好能靠近試驗(yàn)室區(qū)域，并且配置專用機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，包含溫濕度監(jiān)控、煙感監(jiān)測(cè)、火焰監(jiān)測(cè)、門(mén)禁監(jiān)控、UPS監(jiān)控、漏水監(jiān)測(cè)等功能，并把報(bào)警信號(hào)延伸至值班負(fù)責(zé)人工作、居住艙室，或延伸至船舶報(bào)警系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜間需配置足夠的通風(fēng)、制冷、除濕設(shè)備，常規(guī)配置是由船上集中空調(diào)送風(fēng)，另配置空調(diào)柜機(jī)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管;網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜間地板可鋪上絕緣橡膠皮，提高設(shè)備安全性;

（2）信息系統(tǒng)終端設(shè)備裝船，需船廠提供固定支架，其強(qiáng)度需滿足要求，安裝位置需方便設(shè)備維護(hù);

（3）信息系統(tǒng)內(nèi)、外部主要使用網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，部分線路使用光纖、對(duì)絞線等;網(wǎng)線根據(jù)船用要求選用低煙無(wú)鹵的護(hù)套，為提高系統(tǒng)抗干擾性能，網(wǎng)線最好能帶鎧裝;船廠在設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)電纜路徑時(shí)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電電纜路徑，與強(qiáng)電電纜分開(kāi)托架敷設(shè)，減少電磁干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;

（4）信息系統(tǒng)作為船上綜合性系統(tǒng)，船上設(shè)備需提供相關(guān)接口給信息系統(tǒng)，常規(guī)接口如下：導(dǎo)航設(shè)備主要有DGPS、電羅經(jīng)、計(jì)程儀、測(cè)深儀、AIS、氣象儀、北斗、子母鐘，信號(hào)通常使用NMEA0183接口傳輸給信息系統(tǒng);電子海圖、雷達(dá)等圖像信號(hào)通過(guò)網(wǎng)口傳送至 信息系統(tǒng)，全船監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)RS485接口把船舶報(bào)警信號(hào)發(fā)送給信息系統(tǒng);科考絞車(chē)、聲學(xué)設(shè)備、科考?xì)庀笤O(shè)備都有網(wǎng)絡(luò)接口至信息系統(tǒng);另外，各實(shí)驗(yàn)室也預(yù)留網(wǎng)線至信息系統(tǒng)，方便后期臨時(shí)加裝的試驗(yàn)設(shè)備連接信息系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際工作需要傳送相關(guān)數(shù)據(jù)。

5 ? ?結(jié)束語(yǔ)

信息系統(tǒng)在科考船上的主要功能是提高船舶管理、科考工作的效率，提高出航人員的舒適性。隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息系統(tǒng)在科考船中占有越來(lái)越重要的地位。信息系統(tǒng)的接口可做成開(kāi)放式的，可根據(jù)科考船的實(shí)際工作需要不斷增加新的功能模塊，提高系統(tǒng)的完整性。希望本文的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)以后科考船的設(shè)計(jì)建造具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]常金玲.信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)---應(yīng)用與實(shí)踐[M]. 北京：航空工業(yè)? ? ? 出版社.