一种海上设施警戒系统的制作方法
【专利摘要】一种海上设施警戒系统，涉及海上设施警戒设备。包括箱体、海上警戒装置和岸基警戒终端；海上警戒装置设天线模块、AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块；海上警戒装置实时接收、存储并处理AIS接收模块的AIS消息和北斗定位模块的位置信息，判别船只是否位于警戒圈内，以发送警戒报文和工作状态报文，岸基警戒终端根据船只行为和警戒装置工作状态，采取措施处理以保障海上设施安全。结构简单轻巧、成本低廉，适用于全海域、全天候情况下海上设施大范围、实时警戒，能在供电能力有限的远海海域长时间工作，所采集数据能用于海上设施警戒，对周围可疑船只进行监测取证，且可用作海上科研设施采集信息的背景场。
【专利说明】
一种海上设施警戒系统
技术领域
[0001]本发明涉及海上设施警戒设备，尤其是涉及适用于全天候、全海况下低功耗工作，基于船舶自动识别系统(Automatic Identificat1n System，简称AIS)和北斗卫星导航系统(简称北斗)的一种海上设施警戒系统。
【背景技术】
[0002]目前在海洋水质、生物化学、水文动力、声光测量等海洋研究、监测和管理领域布设的海上设施，为避免影响船只通行以及降低设施采集信息中的人为干扰因素，多布放在船只分布较少的偏僻海域，且多采用无人值守的方式工作，但随着海上航运、娱乐、执法管理等船只的日益增多，经常需要采取一定的监控措施以确保海上设施被损坏或失窃时能够及时取证和挽救，避免造成重大经济损失以及诸多宝贵数据信息的丢失。
[0003]现有海上设施采用的常规警戒侦测手段，如雷达、激光、红外技术等存在扫描范围小且易受天气海况环境影响的缺陷，若警戒系统发现危险或异常，此时再派遣船只出去海上设施所在偏远海域进行取证和挽救，或许已经无可挽回；其次，由于海上设施供电能力有限，常规警戒侦测设施实时监控的功耗较大，不利于长时间实时工作;最后，警戒系统采用的通讯手段多为只能在近岸工作的电信装置，对于在深远海工作的海上设施，由于缺乏陆上电信基站信号，多采用海事通讯手段，该方式费用高，则限制了通讯数据不能太频繁。
[0004]鉴于海上设施警戒重点对象是船只，因此可以利用AIS消息和北斗短报文结合，进行大范围警戒监控。已有北斗和AIS结合的工作技术方法中，多属于船基设备，通常是将AIS消息以北斗报文方式发送至服务器端，其目的主要用于航运中航船监控或事故分析，而若直接将其应用在海上设施警戒系统中，还需要解决三个方面的问题:首先，在普通用户北斗短报文长度和频率限制情况下，如何减少北斗短报文发送频率;其次，在海上供电能力有限情况下如何长时间工作，以减少供电维护频率和成本;最后，警戒范围大的优点是提早预警，但短处是如何确认可疑船只以减少/避免虚警。
[0005]目前还没有成熟的方法和设备能用于解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供适用于全天候、全海况下低功耗工作，基于船舶自动识别系统和北斗卫星导航系统的一种海上设施警戒系统。
[0007]本发明包括箱体、海上警戒装置和岸基警戒终端；
[0008]所述海上警戒装置设有天线模块、AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块和电源模块;AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块和电源模块均封装于箱体内部，AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块和电源模块通过水密插头与天线模块相连接；
[0009]所述天线模块包括AIS甚高频VHF天线和北斗定位通讯多频天线，AIS甚高频VHF天线用于接收周围船只的AIS消息，北斗定位通讯多频天线用于定位和短报文通信，AIS甚高频VHF天线和北斗定位通讯多频天线置于箱体外端，天线模块通过水密插头与AIS接收模块和北斗定位模块、北斗短报文模块相连接；
[0010]所述AIS接收模块为双通道、低功耗、高灵敏度的AIS接收器，能满足本发明接收NEMA-0183所有AIS消息类型的需求，AIS接收模块通过水密插头与天线模块中的AIS天线相连接，所述AIS接收模块的输出端连接至数据存储处理分析模块；
[0011]所述北斗定位模块用于提供警戒装置自身位置信息，首选北斗(二代)无源定位，在出现故障无法获取定位信息时，启用所述北斗(一代)短报文模块的有源定位功能，所述北斗定位模块输入端与天线模块中的北斗定位通讯多频天线相连接，北斗定位模块输出端与数据存储处理分析模块相连接；
[0012]所述北斗短报文模块用于发送周围船舶信息、自身状态(包括位置)信息以及接收远程用户指令，采用北斗一代通讯模式;所述北斗短报文模块分别与天线模块中的北斗定位通讯多频天线、数据存储处理分析模块相连接；
[0013]所述数据存储处理分析模块分别与AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块相连接，数据存储处理分析模块用于实时接收、存储及处理AIS消息、处理北斗定位数据、接收和发送北斗短报文，并与电源模块相连接，为AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块供电；
[0014]所述电源模块可采用锂电池供电，与数据存储处理分析模块相连接，电源模块为本发明提供电力支持；
[0015]所述岸基警戒终端用于接收、处理所述北斗短报文模块发送的报文以及发送用户指令，实时处理并显示警戒装置及其周围航船的状态信息，岸基警戒终端可采用自动和人机交互两种模式工作。
[0016]本发明从三个方面着手设计解决方案:降低设备工作功耗、划定警戒圈判别可疑船只、发送船只AIS消息关键字段使北斗短报文发送尽量多有用的监控信息。鉴于海上设施警戒对象多为航船，因此可采用AIS接收周围船舶消息，结合北斗短报文发送功能，对海上设施周围船舶进行警戒值守。但是由于普通用户北斗短报文通讯容量有限，并为减少虚警报告，以及满足北斗短报文长度限制，采用划定不同等级警戒圈，并实时处理存储AIS消息，然后提交重点监控对象船只的关键AIS字段(如MMS1、呼号、经玮度等)，岸基警戒终端根据北斗短报文发送的数据，判断海上设施危险状态等级而决定是否进行现场查勘、取证和挽救。
[0017]本发明基于北斗卫星和船舶自动识别系统的海上设施警戒系统，具有下列优点及有益效果:
[0018]I)可以在全天候、全海域下大范围、实时警戒。天线模块采用陶瓷材料，防水防晒抗腐蚀，与岸基警戒终端采用无线通讯，受天气、海况影响较小。结合北斗卫星定位和短报文通讯系统，让陆地管理机构随时掌握海上设施自身和周边船只的相关动态信息；
[0019]2)设备的低功耗和低频次报文警报。可利用北斗报文指令调整警戒圈范围，以适用于近海(航船密度大)和远海(航船稀少)各种情况，并根据船只行为判别可疑等级，从而减少虚警；
[0020]3)所采集信息的充分利用性。所采集数据不仅能用于海上设施警戒，对周围可疑船只进行监测、取证，而且可用作海上科研设施采集信息的背景场，例如海洋声学、大气化学监测浮/潜标，尤其对于海洋环境噪声的同步监测和建模，以及AIS卫星的精度评估和验证，使警戒系统本身所采集信息成为科学研究数据；
[0021]4)功能易扩充性。可与其它警戒侦测手段结合，或增加北斗用户卡数量，以增强、完善海上设施警戒系统。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例的组成结构示意图；
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0024]如图1所示，本发明实施例包括箱体、海上警戒装置(由天线模块1、AIS接收模块2、北斗定位模块3、北斗短报文模块4、数据存储处理分析模块5和电源模块6组成)和岸基警戒终端7。
[0025]天线模块I包括AIS的VHF天线和北斗卫星多频天线，均置于箱体外部，天线模块I通过水密插头与警戒装置箱体相连接。箱体内置AIS接收模块2、北斗定位模块3、北斗短报文模块4、数据存储处理分析模块5和电源模块6。
[0026]AIS接收模块2连接天线模块I中的AIS的VHF天线，并将所接收AIS消息发送至数据存储处理分析模块5AIS接收模块2内置定时检测功能，以便于在偏远、航船稀少的海域，由于长时间未接收到AIS消息，而对AIS接收模块工作状态进行检测，并将监测结果发送至数据存储处理分析模块，若AIS接收模块出现故障，数据存储处理分析模块将通过北斗短报文模块向岸基警戒终端报告。
[0027]北斗定位模块3连接天线模块I中的北斗卫星多频天线，北斗定位模块3用于实时获取警戒装置自身定位信息，并发送至数据存储处理分析模块。
[0028]北斗短报文模块4连接天线模块I中的北斗卫星多频天线，北斗短报文模块4用于发送警戒装置状态信息、警戒报文和接收用户指令，在北斗定位模块持续无定位信息的情况下，采用有源定位方式获得警戒装置位置信息。
[0029]数据存储处理分析模块5是本发明海上警戒装置最核心部分，与电源模块6相连接获得电源模块电压状态，并控制AIS接收模块2、北斗定位模块3、北斗短报文模块4的电源供应，以便于对这三个模块进行重启以检测和重置其工作状态。数据存储处理分析模块5实时存储并解码AIS消息、北斗定位信息和短报文，并设定警戒圈范围、计算航船离警戒装置距离、计算警戒装置移动速度和方向、控制北斗短报文发送内容和频次。
[0030]电源模块6采用锂电池供电，连接至数据存储处理分析模块。
[0031 ]岸基警戒终端7通过北斗短报文与海上警戒装置进行通讯，解码短报文内容，并在屏幕上实时更新警戒装置状态和航船信息，可在自动和人机交互两种模式下工作，人机交互模式下，可发送用户指令，以修改警戒圈范围、重启警戒装置和获取警戒装置工作状态信息。
[0032]以下给出本发明实施例的工作流程:
[0033]数据存储处理分析模块实时存储并解码AIS接收模块的AIS航船消息和北斗定位模块接收的位置信息，在无AIS消息时，仍然实时存储并解码北斗定位信息。数据存储处理分析模块内有北斗定位信息和AIS消息各关键字段的标识编码，以根据岸基警戒终端要求发送所需的报文内容。
[0034]在收到AIS消息时，计算对应航船和警戒装置的间距，若航船位于警戒圈外，则不做处理;若航船位于警戒圈内，则发送一条警戒范围内航船的AIS关键字段(包括MMS1、航船位置、航速、航向、警戒装置自身位置)的警戒报文，若岸基警戒终端无回应指令，则持续更新发送含航船AIS关键字段(包括MMS1、位置、警戒装置自身位置)的警戒报文;若岸基警戒终端用户有回应指令代码，则发送用户所要求内容的警戒报文;岸基终端根据北斗短报文所提供的信息，包括船只的MMS1、位置、航速、航向，综合船只国籍、类型、航速、航向、航迹等信息分析、判别船只行为。同时，根据警戒装置轨迹、移动速度和方向，以确定船只可疑程度及警戒级别，并分别采取对应措施(包括确认无害通过、现场取证、维护/挽救)来应对。
[0035]若在用户规定时间内，岸基警戒终端没有收到警戒报文，则警戒装置将定期发送一条工作状态短报文，包括AIS接收模块、北斗定位模块、电源模块的工作状态标识代码和警戒装置位置，岸基警戒终端根据北斗短报文内容确定海上警戒装置是否工作正常;否则，将采取警戒装置重置、修改参数、咨询警戒装置状态、现场查看维护等措施。
[0036]所述AIS接收模块内置定时检测功能，以在周围长时间无航船时进行自检。所述数据存储处理分析模块与所述电源模块相连接获得电压状态，并控制所述AIS接收模块、所述北斗定位模块、所述北斗短报文模块的电源供应，以便于对这三个模块进行重启以检测和重置其工作状态。可根据不同海域情况划定特定警戒圈范围，对警戒圈外的航船仅记录AIS消息，而对进入警戒圈内的航船进行警戒，以减少不必要的虚警信息。根据船只国籍、类型、航速、航向和轨迹，判别船只行为。根据警戒装置的位置信息判断是否移动异常而发送警戒报文。生成的首条警戒报文包括可疑船只的MMS1、位置、航速、航向和警戒装置位置，其后报文内容仅包括警戒系统位置、可疑船只的MMSI和位置，以发送尽量多可疑船只状态信息，也可根据指令设定发送所需内容的警戒报文。在长时间无警戒报文时，海上警戒装置将定时发送工作状态报文。所述岸基警戒终端在屏幕上实时更新警戒装置状态和航船信息，可在自动和人机交互两种模式下工作，可发送用户指令，以修改警戒圈范围、重启警戒装置和获取警戒装置工作状态信息。
[0037]本发明具有结构简单轻巧、成本低廉等优点，适用于全海域、全天候情况下海上设施大范围、实时警戒，能够在供电能力有限的远海海域，长时间工作，所采集数据不仅能用于海上设施警戒，对周围可疑船只进行监测、取证，而且可用作海上科研设施采集信息的背景场。
【主权项】
1.一种海上设施警戒系统，其特征在于包括箱体、海上警戒装置和岸基警戒终端；所述海上警戒装置设有天线模块、AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块和电源模块;AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块和电源模块均封装于箱体内部，AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块、数据存储处理分析模块和电源模块通过水密插头与天线模块相连接； 所述天线模块包括AIS甚高频VHF天线和北斗定位通讯多频天线，AIS甚高频VHF天线用于接收周围船只的AIS消息，北斗定位通讯多频天线用于定位和短报文通信，AIS甚高频VHF天线和北斗定位通讯多频天线置于箱体外端，天线模块通过水密插头与AIS接收模块和北斗定位模块、北斗短报文模块相连接； 所述AIS接收模块为双通道、低功耗、高灵敏度的AIS接收器，能满足本发明接收NEMA-0183所有AIS消息类型的需求，AIS接收模块通过水密插头与天线模块中的AIS天线相连接，所述AIS接收模块的输出端连接至数据存储处理分析模块； 所述北斗定位模块用于提供警戒装置自身位置信息，首选北斗(二代)无源定位，在出现故障无法获取定位信息时，启用所述北斗(一代)短报文模块的有源定位功能，所述北斗定位模块输入端与天线模块中的北斗定位通讯多频天线相连接，北斗定位模块输出端与数据存储处理分析模块相连接； 所述北斗短报文模块用于发送周围船舶信息、自身状态(包括位置)信息以及接收远程用户指令，采用北斗一代通讯模式;所述北斗短报文模块分别与天线模块中的北斗定位通讯多频天线、数据存储处理分析模块相连接； 所述数据存储处理分析模块分别与AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块相连接，数据存储处理分析模块用于实时接收、存储及处理AIS消息、处理北斗定位数据、接收和发送北斗短报文，并与电源模块相连接，为AIS接收模块、北斗定位模块、北斗短报文模块供电； 所述电源模块可采用锂电池供电，与数据存储处理分析模块相连接，电源模块为本发明提供电力支持； 所述岸基警戒终端用于接收、处理所述北斗短报文模块发送的报文以及发送用户指令，实时处理并显示警戒装置及其周围航船的状态信息，岸基警戒终端可采用自动和人机交互两种模式工作。
【文档编号】G08B13/00GK105894860SQ201610292207
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】黄二辉, 杨燕明, 许德伟, 陈本清
【申请人】国家海洋局第三海洋研究所