远洋船舶在线监控系统研究∗郑士君1)褚建新1)陈正杰2)王增华2)王新全2)1)上海海事大学，上海，2001352)中国远洋运输集团，北京，100031摘要：由于船-岸在地域上的分离，我国海运企业对远洋船舶的安全监控能力还很薄弱，缺乏对所属船舶状态和运载货物状态的有效监控。
应用先进的计算机信息技术、通信技术和网络技术等，将船-岸安全监控管理有机地结合在一起，船-岸随时交互数据，协作管理业务，确保远洋运输的安全高效。
形成一个开放的集船舶监控、管理、决策于一体的远洋船舶在线监控系统，从而实现和提高远洋船舶的安全管理水平。
以中远集团所辖船舶为实施对象开发成功了远洋船舶在线监控系统。
关键词：远洋船舶；在线监控；信息系统；船岸通信中图分类号：U675.79；TP315 文献标识码：ADevelopment of the Online Monitoring System for Ocean VesselsAbstract:Because ocean vessels are far away from the land, the safety management and monitoring for ocean vessels is rather insufficient in China shipping enterprises. The effective monitoring for the navigation status and cargo status of ocean vessels is lacked. With computer information, communication and network technologies, the land-ship safety monitoring management is perfectly realized, so that data can be transmitted between vessels and the land each other, various management services can be carried out and the high efficiency of ocean shipping is ensured. Regard COSCO as target, an online monitoring system for ocean vessels that integrates the query, the control, the management and the decision is developed.Key words: ocean vessel; online monitoring; information system; Land-ship communication0．引言我国90%的进出口货物采用海上运输，中国远洋运输集团（COSCO）、中国海运集团（CS）等大型航运企业承担着大部分的进出口物资和战略物资的海洋运输任务。
据权威部门统计[1]，2007年我国远洋运输货运量17173.89万吨，远洋运输集装箱量1711.93万TEU，分别比上年度增长13.9%和12.2%；全国现有各类远洋运输船舶2280余艘，净载重量4164.64万吨，集装箱箱位106.98万TEU。
提高我国航运企业的船舶航行安全监控水平、保证远洋运输安全生产、提高其远洋运输管理效率，既可以为企业创造可观的经济效益，也可以为海上战略物资运输的安全提供可靠保证。
国际海事组织(IMO)于上世纪90年代发布了ISM规则（International Safety Management国际安全管理规则），要求全球航运企业建立船舶安全管理体系，保证航行船舶的安全，最大限度避免各类海上事故的∗“十一五”国家重大科技支撑项目，远洋船舶及货物运输在线监控系统，项目编号：2006BAG01A05发生[2]。
2000年以来，IMO对船舶安全监控和管理的进一步强制性要求，以及航运管理信息化技术的发展，基于国际海事卫星（Inmarsat）的远洋船队监控与管理系统相继被开发。
国外大型航运企业基于自身战略利益，着重进行了船舶安全、机务管理、航运管理，船舶监控等技术的研究，如瑞士MSC航运、丹麦MAERSK 航运、美国APL航运等投入大量的资金引进开发系统。
国外一些船务海事技术公司如英国Transas公司、挪威C-MAP公司、荷兰SpecTec公司、新加坡Danaos公司等公司也开发了船舶监控的相关技术和系统[3-4]。
但是国外应用的系统也存在系统分散、实时性不强等缺点，现在仍然没有成熟应用一套比较完善的船岸一体化的综合监控管理和服务平台。
目前，我国海运企业对远洋船舶的安全监控能力还很薄弱。
由于船-岸在地域上的分离，通常是将航运企业与航行船舶看作为两个无法相互直接联系的对象。
航运企业对船舶的掌控，无论是航行安全还是机务、海务管理等等，均是在企业端或船舶端的单独行为。
船舶发生的事件、船岸之间的信息交流主要是通过电报、电传、传真及邮件等手段实现。
这使得信息的滞后性、主观性、历史记录的不均匀性、以及历史记录的连续储存问题等较为突现，缺乏对船舶状态和运载货物状态的有效监控。
船岸信息孤岛和监控能力薄弱给航运企业的船舶安全管理带来诸多隐患和不利影响。
本文以COSCO为实施对象，研究的远洋船舶在线监控系统是指COSCO及其二级分公司管理部门（岸基）与所属船舶（船端）于一体的远洋船舶在线监控平台，其核心是远洋航行中船舶及其所载物资的全过程实时监控和全过程安全保障管理。
本质上是应用先进的计算机信息技术、通信技术和网络技术等，将船-岸安全监控管理有机地结合在一起，船-岸随时交互数据，协作管理业务，确保远洋运输的安全高效。
形成一个开放的集船舶监控、管理、决策于一体的远洋船舶在线监控系统，从而实现和提高远洋船舶的安全管理水平。
1．远洋船舶在线监控系统总体方案架构远洋船舶在线监控系统强调“船岸一体”的概念，系统的总体架构如图1所示，由三大部分组成：船端（船舶端）数据采集与处理系统、船-岸通信系统和岸基应用系统。
Inmarsat-C Inmarsat-FInmarsat-BGAN海事卫星各二级分公司图1 远洋船舶在线监控系统总体架构船端数据采集与处理系统主要由船舶端数据采集控制、数据分析处理、数据传输控制和船舶端的监控系统组成。
船-岸通信系统主要包括船端的数据通信与岸端的数据通信系统组成。
岸基系统分为集团总公司和各二级航运公司两级系统，包括船舶监控管理、安全管理、船舶调度、船舶动态监控与船舶遇险应急处置系统组成。
船端与岸基系统的双向数据交换，即船-岸通信，主要通过国际海事卫星（Inmarsat）。
根据当前船舶的不同通信装备，以国际海事卫星的三种主流船载通信终端实现与岸基的通信联系，分别是Inmarsat-C、Inmarsat-F和Inmarsat-BGAN。
Inmarsat-C是一个存储转发式的双向通信系统，目前大多数船舶都装备有Inmarsat-C的船载通信终端。
将文本文件加密或压缩后以E-mail方式发送到岸基，在岸基对收到的E-mail 进行解压缩和解密后分发到相应的应用系统或储存到指定的数据库。
Imarsat-F是一个对用户透明的基于TCP/IP的通信传输系统，实现移动船舶对互联网的接入，支持船岸数据的透明传输。
Inmarsat-BGAN是Imarsat的一个低成本互联网接入简约版，具有全球无缝隙的宽带网络接入，它保证船舶用户在全球任何地点都可以得到高质量、高可靠的通信服务。
国际海事卫星数据通信传输由卫星地面站落地，岸基各分公司的安全管理系统通过Internet-VPN接入到卫星地面站数据网关，从而建立起船岸数据通信链路。
而总公司与所辖各分公司的数据交换通过专网建立数据通信链路。
2．船端数据采集与处理船载数据采集与处理系统在功能结构上分为三个模块：数据采集模块、数据分析处理模块和数据传输控制模块。
2.1 数据采集数据采集模块结构示意图如图2所示。
船舶航行数据、机舱数据和货物数据将分别从分散在船舶各处的单元设备系统中获得。
采集的当前数据存储的同时，交由数据分析处理模块进行数据处理。
图2 数据采集示模块意图船舶航行数据主要从船舶自动识别系统（AIS）和航行数据记录仪（VDR）中获取。
从VDR中可以获取四类数据：1）操舵信息：包括车钟指令和回令数据，主机油门/螺距操作、转舵操作和实际舵角、推进器、侧推器等数据。
2）船舶状态信息：包括主机转速、船艏向、航迹向、航速、船位、船体开口状况、水密门和防火门状况、船体应力、风向和风速、水深等数据。
3）图像信息：每15s一帧的雷达图像。
4）语音信息：驾驶室内的谈话，驾驶室内部通信、船舵令、广播系统和声响报警的声音，甚高频（VHF）无线电话通信的声音。
从AIS中可以获取三类数据：1）静态信息：MMSI、IMO编号、呼号和船名、船长和船宽、船舶类型、船上使用的定位天线的位置。
2）动态信息：带有精度指示和完整性状态的以WG84坐标系为参考的船位（经纬度）、UTC时间、航向、航速度、船艏向、航行状态、回转速率。
3）与航次有关的信：船舶吃水、危险货物类型、目的港和预计到港时间以及与安全有关的短信息等。
机舱数据主要从机舱集中监视报警系统和一些主要的单元自动化系统（如主机遥控系统等）中获取。
包括主机系统、燃油系统、滑油系统、冷却水系统、排气系统、空气系统、锅炉系统和电站辅机系统等8大类实时数据。
船舶货物数据根据大宗货物类型可以分为集装箱、散杂货和液货。
因此，货物数据采集根据这三种不同类型货物进行。
1）集装箱货物数据：对集装箱船舶货物的动态数据可由电子积载图来明确表示，而冷藏集装箱状态数据可以从船舶冷藏集装箱控制系统获取，主要有：各冷藏集装箱的设定冷藏温度与当前温度、压缩机起/停时间、压缩机电压/电流等。
2）杂散货物数据。
对大宗散货（粮食、化肥、工业原料等），在货舱安装温度和湿度传感器以监视散状货物状态。
3）液化气和油品数据。
专用液化气船和油船都有本船监控系统，包括油/气舱监控系统、油/气管网监控系统、油份浓度监控系统等。
通过数据接口获取数据，主要有：各舱室的油/气温度、压力、液位、惰性气体浓度；油气管网的压力、流量、管系主要阀门开/闭状态；排放浓度、排放流量等。
2.2 数据分析处理数据分析处理模块结构示意图如图3所示。
所采集的数字数据并非都是有效数据，进行有效性检验实质是滤除非法数据和无效数据。
有效性检验包括：数据时效的准确性检验、数据量值的范围检验、异常数据检验。
数据格式转换是将不同量纲的数据一律转换成标准量纲数据（以kg/m/s及其导出单位为标准），以及统一的数据类型。