收稿日期：2017-12-07
基金项目：2017年度江苏省交通运输厅科技与成果转化项目（2017T21）；2017年镇江市科技局社会发展（重点）项目
（SH2017047）；2016年镇江市科技局前瞻性与共性关键技术项目（GY2016005）
作者简介：邓社军（1977—），副教授，硕士生导师，博士，研究方向为交通安全、交通运输规划与管理。 阳光天井
邓社军1，金文2，薛彦卿3，于世军1
闪蒸罐（1.扬州大学，江苏扬州225009；2.江苏金海星导航科技有限公司，江苏镇江212000；
3.镇江市交通运输局，江苏镇江212000）
摘要：针对目前我国船舶运输安全的严峻形势，基于北斗导航技术，将BDS+3G+GIS+Internet+MIS+AI
S+雷达多种技术进行
旋转喷嘴创新性应用，对多源数据进行融合与挖掘，开发一体化的船舶运行监控系统和智能终端设备，为船舶精确定位、防碰撞安全预警、运行状态实时监控等功能的实现提供技术支撑。实践表明，该预警系统对于降低船舶运输的碰撞事故隐患，提升汽渡运输管理的信息化和现代化水平，具有重要的理论价值和现实意义。
关键词：北斗；安全预警；船舶；系统平台中图分类号：U66
文献标识码：A
0引言
长江江苏段是我国航运最繁忙的水域之一，断面船舶日平均流量已经达到3000多艘。据相关数据统计，在长江江苏航段每年有数十起一般及以上等级水上交通事故发生，造成了大量的人员和财产损失。而在所有的事故中，碰撞事故是主要类型，占事故总数的63.8%左右。目前我国正在大力推广的“互联网+交通”信息技术能够很好地契合水上交通运输技术点多、线长、面广、移动性强的突出特点，可以推动以服务为核心的交通管理方式创新和业务流程再造。因此，针对水上交通运输的安全和效率问题，依托北斗导航、互联网和信息融合技术，研究船舶防碰撞预警系统，对于提高水上交通安全，降低管理成本，构建长江运输的黄金水道具有极其重要的现实意义。
1国内外研究现状
为了能够减轻驾驶员的操船负担，适应日益严峻的水上安全形势，国外将一系列保障船舶安全航行的辅助安全技术相继运用到船舶航行领域，如船用雷达与ARPA 、船用GPS 、AIS 等。20世纪80年代以来，以英国利物浦工业大学研制的原型实时航海知识库系统[1]和日本东京大学研制的实验船“汝路丸”号装配的避碰决策系统最具代表性。Kearon
网页电视[2]
提出运用DCPA 和TCPA 加权的方法，他认为该方法可以从一定程度上描述船舶碰撞危险度，但是在实际确定碰撞危险度的过程中，它还存在一定问题。
国内学者对水上交通风险研究主要集中在某宏观水域的风险研究上，如某桥区、长江干线等。张帅[3]将海上运输
通道作为整体，分析其风险影响因素，建立指标系统，运用模糊综合评判法模型量化处理；邢辉等[4]假定通航船舶在航路中的航迹线服从正态分布，再根据沉船位置确定船舶驶入碰撞航路的几何概率。陶存新等[5]从应急系统的角度出发，探讨了长江应急机制，构建了预警应急指挥系统。王超[6]在研究灾害致灾机理的基础上，结合现代系统理论和预警理论，探讨了相应的预警管理机制。徐开金[7]以危
机管理理论为基础，探讨了内河水上安全预警管理的基本内容，将水上安全预警分为季节性预警、特殊性预警和改进性预警。
船舶防碰撞预警是当前水上交通安全的重要研究方向，但目前相关应用研究较少，且目前已有的研究成果大多停留在理论阶段，能够真正实施应用的较少。如何针对长江水域交通的复杂性和轮渡船舶交通安全的特殊性与重要性，将水文条件、天气因素、航道特性、水上航行流量、船舶运行特征、轮渡运行特征和运营管理要求等因素进行集成创新，系统地构建基于北斗导航、互联网和信息融合技术的安全预警管理系统，对于降低水上交通安全隐患、提升水上交通安全监管水平具有重要的现实意义，而已有的研究成果基本处于空白。
2船舶防碰撞预警系统框架设计
2.1整体功能框架
为充分利用现有基础信息资源和应用系统开发成果，
提高系统的使用方便性，本系统主要采用B/S 架构进行设计。总体架构设计如图1所示。
项目总体架构主要分为基础数据建库、日常监督管理、船舶预示预警三大部分。系统建设方面，建立数据库，实现日常监督管理便利化、智能化，在船舶预示预警方面勇于做出创新。系统服务对象主要
包括现场管理部门、上级管理部门及相关数据需求部门。
2.2网络架构
船舶安全预警平台由一级服务和二级服务组成，一级服务由视频监控设备、北斗/GPS数据服务、GPS数据服务、海事通设备、外部厂商的通讯服务等组成。这些外部服务通过专网服务器进行数据交互。二级服务为公司内部服务器提供的服务，主要由CCTV视频服务、海事通视频服务、北斗/GPS服务、IIS网站服务、二维数据服务、二维GIS服务等组成。
3系统核心技术研发
3.1多源信号融合技术
相对于传统的数据处理方式，基于北斗的船舶安全预警系统采用大数据融合算法及处理体系结构，将AIS、雷达分析扫描系统、机舱监测系统、视频监控系统、无线网络等多个系统进行集成，形成一体化的船舶智能终端控制系统（J-box）。通过BDS+3G+GIS+Internet+MIS+AIS+雷达多种技术的创新与结合，实现对船舶的精确定位、违规报警、盲区续传、轨迹回放、规则设定、图像传输、手机查询、碰撞触警、运营分析、绩效统计和管理决策支持等功能。
3.2高精度定位终端
本项目设计的高精度定位终端在嵌入式操作系统的基础上集成北斗定位系统，同时发挥有源定位和无源定位各自的特长以实现不同要求的定位，并利用成熟的路由算法实现快速导航的功能，这样的用户终端更为人性化，用户可以根据自己的需要选择终端的工作模式，把快速和精准结合起来，达到更高的效率。该高精度定位终端，通过借助测绘部门的CORS网络或自建CORS，配合高精度定位终端和系统平台，实现在预定范围内的高精度定位。
4工程实例应用
镇江市丹徒区汽车轮渡管理处于1985年建成通渡，位于镇江市新区大港镇西侧，南接338省道、312国道及沪宁高速公路，北通扬州沿江快速、宁通高速、京沪高速等，是镇江南北交通的重要枢纽。2016年，渡运航次43242个，渡运车辆1352155辆，车辆及货运量大，安全形势严峻。为了实现从传统渡运逐步向智慧渡运转变，强化安全现场管理，确保汽渡渡运安全，在既有研究的基础上，针对大港汽渡的实际情况开发了船舶预警系统并进行了实际应用。
预警系统主要基于矢量地图、影像、电子海图等基础地理数据，借助于AIS和雷达实时融合数据以及数据电子警察相关算法，完成船舶位置的动态显示及不同类别船舶的不同符号的标识；完成船舶预警碰撞不同级别提醒功能；完成港口的区域非汽渡船舶进入提醒功能；完成电子地图中的放大、缩小、测量、标注等基本功能；完成区域流量、趟次、里程、停港时间、报警类型与次数等统计分析功能；完成用户、权限、日志、系统参数配置等功能。具体功能界面如下。
4.1登录界面
登录页多公司管理，先输入公司ID，再输入用户名和密码才能登录系统，下面有扫码图片，扫描可以下载APP。登录界面如图2所示。
4.2动态监管
船舶实时位置显示基于基础地图、电子海图、影像数
据，在地图界面上以不同符号对动态目标进行标识，左侧图1预警平台总体框架
为船舶树、电子区域标注、船舶实时列表、码头预警、底部船舶实时列表、顶部、船舶预警处理、船务提醒、地图船舶展示。当船舶有预警，与此船舶有关的船舶用不同颜图片展示，显示船舶行驶方向、长宽、船舶名称、九位码等信息。4.3实时场景模拟
点击船舶信息，场景模拟可以出现该船舶的实时场景
信息，包含4路视频（显示哪几路可以在船舶里面事先设定好）、甚高频、天气、水文信息。实时场景模拟界面如图3所示。
4.4船务管理
包含船舶摄像头基础资料、驾驶员、安全员基础资
料、船舶检修保养维护、船舶保险维护、加油记录、码头摄像头维护。4.5计人计车
高精度统计客流，准确判断某船舶场次、运载人员及
多媒体教室录播
车辆，一旦发生险情，及时提供搜救信息。并可以按时间、船舶进行人员车辆统计，提供运营分析报
表，客流数据图形报表包括线图、柱状图、饼状图、要素图等。人员车辆统计界面如图4所示。4.6语音播报
针对船舶行驶过程中的预警进行语音播报。语音播报
以当前船舶为参照，计算预碰撞船舶在当前的船舶位置，并进行语音播报提醒，比如“右前方45°距离当前50m 有船舶，存在碰撞风险，请注意避让”。语音播报界面如图5所示。
4.7报表中心
查询统计模块提供了船航次统计、行驶里程统计、停
港时间统计、预警信息统计的功能。报表中心界面如图6所示。
4.8系统设置
系统设置模块提供了用户管理、角管理、日志管
理、系统参数配置等功能。
5结论
基于北斗的防碰撞预警系统通过装置自动判断、发现安全隐患，并通知到对应的客渡船驾驶人员，提醒其及时采取措施避免事故发生。一旦发生事故，在控制主机中可对各类监控信号进行回放，保障渡运安全。预警系统可以实现精确定位，对船舶航行进行预警防范与船舶险情模
拟，为船舶管理人员决策分析提供依据。对于提升内陆河
图
2登录界面
图3
沥青阻尼板实时场景模拟界面
图4
人员车辆统计界面
图5语音播报界面
图6报表中心界面
船舶航行安全，减少或杜绝紧迫危险局面的出现，降低船舶运输的碰撞事故隐患，提升汽渡运输管理的信息化和现代化水平，具有重要的理论和现实参考意义。
参考文献
[1]COENEN F P,SMEATON G P,BOLE A G.Knowledge-
Based Collision Avoidance[J].The Journal of Navigation, 1989,42(1):107-116.
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and Track Keeping[C]//Conference on Mathematical As-pects on Marine Traffic.London:Academic Press,1977. [3]张帅.海上运输通道风险分析及预警模型[D].大连：大
连海事大学，2011.
[4]邢辉，于洪亮，段树林，等.海上沉船碍航概率风险评
估[J].中国航海，2012，35（1）：71-75.
[5]陶存新，严新平，刘清.危险品运输预替应急联动机制
研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2007，31（6）：980-983.
[6]王超.交通灾害中的载运工具致灾机理及其预警管理系
统研究[D].武汉：武汉理工大学，2002.
[7]徐开金.基于危机管理的水上安全预替管理研究[J].中国
海事，2005（1）：124-125.
（编辑：唐勍勍）
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