1、 海洋船舶北斗定位导航系统 解决方案 华云科技有限公司 2013 年 10 月2 目 录 一、综述 3 二、系统解决方案 4 （一）设计目标与原则 4 1. 设计目标 4 2. 设计原则 5 （二）总体方案设计 5 1. 卫星导航运营中心 6 2. 岸端监控中心 7 3. 船载北斗定位导航终端 7 （三）岸端监控中心功能设计 8 1. 岸船信息互通 8 2. 位置监控 8 3. 应急调度 8 4. 船舶报警 9 5. 增值信息服务 10 6. 系统管理 10 7. 系统接口 11 （四）船载北斗定位导航终端 12 1. 主要特点 13 2. 终端功能 13 3. 主要性能指标 17 （五）硬件
2、环境要求 18 1. 主机存储 18 2. 网络 19 3. 系统支撑软件 19 三、系统造价 21 （一） 概算一（终端含屏及本地导航） 22 （二） 概算二（终端不含屏） 23 3 一、综述 最古老的航海导航的方法是罗盘和星历导航 ， 人类通过观察星座的位置变化来确定自己的方位；最早的导航仪是中国人发明的指南针 ,后来发展成一直为人类广泛应用的磁罗经 。 在随后的两个世纪里 ， 人类通过综合利用星历知识、指南针和航海表来进行导航和定位。 卫星技术应用于海上导航可以追溯到 20世纪 60年代的第一代卫星导航系统 Transit,但是它有不连续导航、定位的时间间隔不稳定等缺点。GPS系统的出现
3、 克服了 Transit系统的局限性 ,而且提高了定位精度、可进行连续的导航、有很 强的抗干扰能力， 取代了陆基无线 电导航系统 ,在航海导航中发挥了划时代的作用。 2000 年我国建成 北斗卫星导航试验系统，中国成为第三个拥有自主卫星导航系统的国家。截至 2012 年底，北斗卫星导航系统已经成功发射 16 颗卫星，并组网运行，形成区域服务能力。目前在北京、郑州、西安、乌鲁木齐等地区，中国卫星导航定位精度可达 7 米，在东盟国家等低纬度地区，定位精度可达到 5 米左右。 随着 新一代北斗导航卫星 的发射 ， 以及 在技术以及管理上 的 诸多创新 ,北斗卫星导航精度 有望继续提高 。 在国家大力
4、扶持与推动下，国内北斗卫星导航系统建设和应用如火如荼。在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、电力调度、救灾减灾和国家安全等领域得到广泛应 用。 党的十八大提出建设“海洋强国” 的战略部署，国家科技部 “ 导航与位置服务科技十二五专项规划 ” 中，提出了 “十二五 “末导航与位4 置服务产业要直接形成 千 亿元以上的规模。 国家为 推动北斗卫星导航系统的民用产业化应用，鼓励海洋船舶通信导航科技领域采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统，要求涉及国家经济、公共安全的重要行业领域须逐步过渡到采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统。目前 ，北斗系统船舶入网用户已达 3 万 多 个。 北斗卫星导航系统不
5、仅在技术上优于国际海事卫星通信，而且还是我国自主研发、制造的拥有独立知识产权的卫星导航系 统。本方案基于北斗卫星定位与短报文通信，集海洋船舶远程定位监控、调度、信息交互、以及本地导航等功能于一体。对于海洋船舶信息管理具有十分重要的意义。 二、系统解决方案 （一）设计目标与原则 通过海洋船舶监控管理的需求分析，以北斗卫星导航系统为依托，结合北斗卫星导航、移动通信网络、计算机和互联网等技术，建立一个海洋船舶监控系统，将对海洋船舶的安全作业发挥积极影响。 1. 设计目标 海洋船舶监控管理系统总体设计目标是，落实科学发展观， 建设一个由监管平台、运营中心、船载终端三部分组成的一个全天候、全范围的海洋船
6、舶监控调度管理系统。可入网船只包括海洋运输船舶、渔船、行政执法船等。 5 2. 设计原则 技术先进，稳定可扩展原则： 系统建设遵循先进的设计理念，在进行系统设计时，从系统性能、功能、产品稳定性、经济性能等方面考虑系统的先进性，保证前期所选型的系统与今后系统性能提升在技术先进性方面的可延续性；对系统的终期容量进行方案设计，能够满足将来系统、终端设备功能扩展和中心管理功能的扩展； 开放与安全并重原则： 系统设计遵循开放性原则，能够支持多种设备终端和网络系统，并支持二次开发；在互联网中，防止非法用户享受服务，防止计算机病毒入侵，在系统运维中，实现对网络的实时监控，在终端接入中采用设备和用户双重认证，
7、保证接入的合法性。 统一标准，资源整合，信息共享原则： 平台建设须遵循国家、省相关要求，采用统一的数据与技术标准，保证系统可以实现纵向（上下级）和横向（与政府部门）互通。实现资源价值利用的最大化，最终实现信息共享。 （二）总体方案设计 海洋船舶北斗定位导航系统由三大分系统组成，主要包括卫星导航运营中心，岸端监控中心 和船载北斗终端设备。海洋船舶北斗定位导航系统总体框图如下图所示 : 6 图 1 系统总体框架图 海洋船舶北斗定位导航系统整合了移动通信网络、北斗卫星通信网络和互联网等通信网络，实现信息的无缝转发，向海上生产作业者及其关联者提供多种通信网络间的船岸、船间报文互通服务。 1. 卫星导航
8、运营中心 卫星导航运营服务中心（ 也叫北斗卫星民用网管中心，是北斗卫星定位导航系统地面中心站延伸部分，负责民用用户的注册、管理和运营，由具备服务资质的单位提供服务，本方案采用租用服务的方式使用第三方平台提供的服务 ）与北斗地面运控中心连接 ，实现北斗信息收发。可从北斗地面运控中心获得入网北斗终端的数据信息，并可通过运营中心向入网北斗终端发送数据信息。与地面移动网络连接，实现北斗短消息和地面移动网络之间的信息互通。实现地面运控中心7 和运营中心系统内部数据之间的格式转换，并对所有经过运营中心系统发送和接收数据进行存储，记录时间、发送方、接收方、内容等信息；实现地面移动网络和运营中心系统内部数据之
9、间的格式转换，并对所有经过运营中心系统发送和接收数据进行存储。 2. 岸端监控中心 监控中心是海洋船舶监控、调度指挥中心，船载终端通过北斗通信卫星，把终端采 集到的经纬度、时间、速度、方向等定位信息、报警求助信息和船舶状态信息上传到运营中心；监控中心可通过运营中心 实现对船载终端设备的监控和调度，将各种调度监控命令和管理信息通过运营中心下发给船载终端。 3. 船载北斗定位导航终端 船载北斗定位导航终端 功能主要围绕 航海导航方面的主要应用 ,它涵盖了四个方面的功能 :基本性能 (卫星状态、性 能指标、定位精度等 )、定位功能、导航功能、报警功能。 基本性能 :船用接收机终端的基本性能应当包括接
10、收机的基本性能显示。主要有 :卫星 状态 (卫星号、方位、仰角、卫星工作状态、信噪比 )、可见卫星、可用卫星、 精度 (水平精度、速度精度、时间精度 )、输出接收机序列号、软件版本号等等。 定位 和导航 功能 :定位功能是一个导航终端最基本的功能 ,它的目的是让用户能知道自己的准 确位置 ,也就是经度、纬度。从而能对自己在地理坐标上准确的定位。 导航功能是船用导航终端另一个重要8 的功能。 报警功能 :船用导航终端的报警主要分为四类 :航迹偏差报警、转向点报警、锚位监视报 警和紧急事件报警。 （三）岸端监控中心功能设计 1. 岸船信息互通 监控中心可向海洋船舶随时播发各类海洋气象预报预警信息、
11、气象灾害防御措施外，还可用于遇险呼救、紧急事件通报，发布导航服务信息、政策法规、重要通知等。同时可以接受海洋船舶发回的短报文信息，可实现信息的无缝转发，海上作业人员与家人之间可通过手机短信形式进行信息交互。 2. 位置监控 通过北斗系统实现全方位的船位监控。监控中心可看到所有管辖船舶的位置、航行轨迹。当船舶越界时，监控中心可及时制止，使船舶回到合法作业区或按要求返航。 3. 应急调度 （ 1）遇难求救 系统具有一键求救功能，在终端上设置求救键，当遇到险情时，按下终 端上的求救键，终端迅速将求救信息通过短波发送到系统。监控中心 获得求救信息后，在接警界面上突出显示求救信息，并对终端进行定位，获得
12、终端的最新位置，待管理人员查看。 9 （ 2）调度指挥 管理人员收到求救信息后，查看终端的位置，根据具体情况通过多种方式进行指挥调度，使救援船舶能够有明确的目标和位置，快速到达求救船舶处。系统提供区域定位功能，指挥调度人员利用区域定位，可以在电子海图上选择一个矩形或者圆形区域，系统对所有的终端进行定位，并将在此区域内的终端显示在电子海图上。通过此功能可以查看求救船舶附近的船舶，调度附近的 船舶进行救援支持，或者将险情通知附近的船舶，使其避开危险。 （ 3）海图导航 指挥调度、定位等功能需要结合电子海图实现，因此系统需要提供海图导航功能，方便用户的使用。海图导航功能包括海图的放大、缩小、移动等操
13、作。 4. 船舶报警 监控中心用户可以在电子海图上选择矩形、圆形区域以及边界线等，设置区域的范围，对区域进行命名，以及对区域进行布防和撤防。系统通过对船舶的定位，以及对用户设置的区域自动进行监控，当船舶进入预设的区域，或者到达边界时，系统自动产生告警。 当 监控中心 收到 船舶 发出的进出港报告、进入预警区域、遇险报警和报文时，系统能发出不同的声光信号或符号提示，直到人工干预才解除提示。 10 5. 增值信息服务 岸端监控中心还可向海洋船舶发送天气、海浪、等信息，方便作业人员海上作业。 6. 系统管理 （ 1） 船载终端管理 船载终端信息管理：新增、修改船载终端信息。终端号、开通日期、有效期、
14、定制的业务、终端对应的船舶信息等。提供船载终端的查询功能，查询条件包括终端号、开通时间范围、有效期、定制的业务等。 船载终端绑定：对手机号码和船载终端台号进行绑定。 船载终端状态 ： 记录船载的状态，包括是否注册，是否欠费等。 缴费历史信息 ： 记录船载终端必要的历史信息。 （ 2） 船载终端分组 系统提供分组管理功能，实现分组的新增、修改和删除等基本操作。分组创建完成后，可以将船舶终端挂靠在分组下进行管理，系统的业务可以以分组为单位进行，例如通过分组进行查询，通过分组进行信息广播等。通过分组机制，能够实现不同地区终端的管理。 （ 3） 数据统计分析 系统根据业务数据，进行统计分析，提供业务报
15、表，为工作人员11 提供数据支持。 （ 4） 用户 和权限 管理 提供用户管理功能，系统管理员可以对用户进行新增、修改、删除操作。用户可以修改其自己的基本信息，包括姓名、电话等，可以修改自己的登录密码。对应不同的菜单，例如某些权限只能进行信息发布，某些权限只能进行指挥调度等。系统可以为用户分配不同的权限。 7. 系统接口 （ 1）与北斗卫星导航运营中心的接口 由于本方案采用租用服务的方式使用第三方平台提供的服务，北斗定位导航终端的信息首先传输到北斗卫星导航运营中心，监控中心基于北斗卫星导航运营中心提供的定位、短报文、短消息等接口进行开发服务。 （ 2） 与气象信息相关接口 系统提供 与气象系统
16、的 信息推送服务 ，当气象系统有气象信息 更新 时，可以通过 平台数据接口推送 到监控中心，监控中心将气象信息进行 及时 发布。 （ 3）与政府 应急指挥 相关 系统接口 系统预留与应急指挥系统的接口，当船舶发出遇险求救，系统接12 收到告警信息后，通过预留的接口及时通知应急指挥系统，由应急指挥系统的相关人员进一步进行处理。 （四）船载北斗定位导航终端 监控中心系统可接入有屏和无屏终端，无屏终端相对有屏终端，只具备定位功能，不具备信息交互及导航功能。 图 2 有屏终端外观图 图 3 海图屏 13 1. 主要特点 支持 CDMA/GPRS/北斗网络，主要由北斗通讯模块、 GPS 定位模块、CDM
17、A/GPRS 模块和主控板、定位、通讯天线等部分组成，可满足用户在陆地和海上对卫星导航定位和报文通信的要求，且功耗低、可靠性高，使用方便。 针对海上运输作业通讯中断情况下，对卫星导航定位和报文通信的要求，北斗一体化实现对船只精确定位、动态跟踪、过程控制和可视化管理、调度管理，合理分布船只，以最快的速度响应用户的请求，降低能源消耗，节省运行成本。 2. 终端功能 （ 1） AIS 自动识别功能（仅限外接 AIS 后） 加电后自主工作，自主接入无线网络，无 需现场人为干预； 将周围附近的船舶的精确船位、航向、航速、转向速度和距离等动态信息和船名、呼号、船型、船长与船宽等静态信息接收到本船上，并通过
18、矢量图的方式显示在智能避碰仪的屏幕上； 将本船的类似的动态信息和静态信息通过 VHF 自动、定时播发，在 VHF 覆盖范围内装备 AIS 设备的船舶，可自动接收到这些信息。船舶管理部门可以据此对船舶进行监控管理和救生防护。 （ 2） 防碰撞功能（仅限外接 AIS 后） 当目标船 (A类船 )与本船的距离达到 6海里时有接近于黄色的光14 闪，当目标船与本船的距离达到 3 海里时有接近于红色的光闪，当目标船与本船的距离达到 2 海里时有接近于红色的强烈和急促的光闪，此时如果报警开关处在开的状态时，应该有声音报警。并且报警的距离值应该显示在屏幕上。对 A 类船只用红色显示，对 B 类船只用绿色显示
19、，从而区分其它类船只，并在 A 类船符的右下角显示该船与本船的距离（单位：海里），同时闪烁提示用户；对距离少于 2 海里（此距离可在菜单中设置）的船只还伴有报警声（此报警声也可在菜单中关闭）。 （ 3）北斗 定位功能 实时显示本船 的当前位置、速度、航向和渔区号； 实时显示目的地（或游标）所在位置、渔区号、目的地到当前船位距离； 实时显示当前时间、公历日期及农历日期； 实时跟踪并显示卫星状态。 （ 4） 电子海图显示功能 显示全中国海域的电子地图，并可实现多级缩放及任意移动和旋转海图； 在海图上记录船只的航行轨迹； 灵活调节亮度，使其适应航行中频繁交替出现的晴天、阴天、傍晚和夜晚。 15 （
20、5） 导航功能 电子罗盘导航； 实施航点、航线、航迹导航； 游标导航。 （ 6） 调度指挥功能 多模定位功能：支持 /GPS/北斗定位，系统自动在 GPS 失效的情况自动切换北斗定位，终端通过 GPS/北斗定位接收模块实时接收船舶当前定位信息，并根据监控中心的要求通过 CDMA/北斗一代等信道向中心发送定位信息；中心收到终端定位信息后，在电子海图上实时显示船舶的位置，并存储船舶的运行轨迹和进行历史轨迹的回放。对于重点的船舶，如遇险或报警船舶，可以在中心设置，进行实时跟踪 。 紧急报警功能：当船舶遇到紧急情况时，可通过按紧急报警按钮通知监控中心。该终端还有防误报功能，偶尔不小心触发该按钮是不进行
21、报警的，减少了系统中 误报警率。 船舶多网络通信功能：支持 CDMA/GPRS/北斗网络，进行实时跟踪 求助功能：船载设备通过两种方式实现求助，一是在船载手柄上面，安排了热键，按下热键，会直接将求助信息发送到特定地点；二是在菜单里面，可以设置求助菜单，通过求助菜单发送求助信息。 区域限制报警：中心能够预先设定航行的范围，一旦越界，船载16 设备立即向中心报警。 遥控监听功能：终端装有隐蔽麦克风，在船舶报警时，自动启动监听，向中心发送船舶内声音信息。在监听的同时，中心会自动启动数字录音系统。录音文件存储在数据库里，可以随时回放。 遥控参数 设置：中心可以无线修改船载设备的参数，如中心号码、功能菜
22、单、越界区域值、定位信息发送间隔等。无线更改参数还包括对船载电话的设置，一般有三种可控状态： A、只能连接监控中心； B、只能拨打固定电话； C、无限制拨打。 多中心功能：船载设备可同时向多达三个监控中心同时发送 定位状态信息，便于多中心情况时，每个中心均可以收到该船载设备的 定位 状态信息。 信息服务功能：通过船载设备的显示装置，将中心发布的航道信息、公司通知、政策法规、天气预报等信息提供给航行者。 信息存储：接收的短消息能长期保存在存储器中，最少保留 40条掉电 不丢失短消息记录。 信息显示： LCD 大液晶显示屏接收显示监控中心的广播消息，如海洋天气预报、航道状况及通知等。 短消息发送：
23、通过显示屏菜单操作向中心发送船舶行过程中的固定信息，同时根据需要发送船舶其他信息。终端的功能菜单可以根据用户要求更改，体现个性化。 17 通话功能：通过船载手柄，船员可与中心直接语音通话，得到监控中心的指引，故障、事故求援，以及实现三方通话等功能。 定位上传：船舶位置及轨迹信息的获取有以下几种方式：中心点名自动提取、终端定时上传、船员主动上传。 （ 7） 保护功能 电源反向保护：当用户将电源线接 反正负极后机器处于保护状态； 低压保护：当外接电源低于 10V 以下时机器处于保护状态； 高压保护：当外接电源高于 36V 以上时机器处于保护状态。 （ 8） 防震设计 终端采用标准工业模块，该模块有
24、明显的抗震性能和宽压设计；并在测试线上经过了标准震动和跌落试验。 （ 9） 防潮、防腐设计 终端采用船用设备工业标准生产，具有船舶特殊工作环境影响的工作能力。 3. 主要性能指标 18 （五）硬件环境要求 1. 主机存储 （ 1）主机设备 Web 服务器 Web 服务器负责部署监控中心各种 Web 组件。 应用服务器 支撑类应用服务器包括业务应用支撑组件、 GIS 服务、位置服务19 业务逻辑组件的部署。 数据库服务器 安装数据库系统软件，承载业务应用数据库、数据资源交换数据库等数据的存储处理。 数据交换系统服务器 负责与其他系统的数据交换。接口服务器负责与其他第三方的应用系统进行实施的数据接
25、口（也可与应用服务器部署在一起）。 （ 2）存储设备 数据库服务器：采用高性能存储设备， HA 构架部署，安装数据库系统软件。 2. 网络 网络基础设施是提供信息传输和交换的基础设施体系，是整个项目各系统正常运行的基础。（终端接入数量以 1000 台计算， 60 秒间隔上传，每次上传 100 字节计算，上行带宽小于 1Mbps，下行带宽 需要根据业务场景进行分析计算）。 3. 系统支撑软件 （ 1）操作系统软件 服务器建议采用 Linux 操作系统。 20 （ 2）数据库软件 数据库平台选型要考虑数据库软件平台的安全运行，数据库平台具有可靠的系统恢复和数据恢复的能力。建议采用 MySQL 数据
26、库。 （ 3） WEB 应用服务器中间件 Tomcat 服务器是一个免费的开放源代码的 Web 应用服务器，属于轻量级应用服务器，是开发和调试 JSP 程序的首选。 Tomcat 运行时占用的系统资源小，扩展性好，支持负载平衡服务等开发应用系统常用的功能；而且还在不断的改进和完善中，目前很对大型成熟网站都采用了 Tomcat 应用服务器。本方案采用 Tomcat 应用服务器。 21 三、系统造价 项目总概算包括岸端监控中心软件平台建设、硬件支撑环境建设、运行服务费用以及终端设备采购费用。 硬件支撑环境建设费用： 监控中心软件平台所依赖的硬件运行环境，包括主机、存储、系统软件、基础支撑软件。 岸
27、端监控中心软件平台建设： 包括 方案中所述软件系统的功能。 终端设备采购： 以 1000 台船载北斗终端计算。 运行服务费用： 包括北斗 SIM 卡、入网费及第一年的数据服务费。22 （一） 概算一（终端含屏及本地导航） 序号 项目名称 合计价格 （金额单位：元 人民币） 1 软硬件基础设施 714,728.00 2 终端设备 8,910,000.00 3 平台及应用软件开发 900,000.00 4 运行服务费用 2,120,000.00 合计 12,644,728.00 8 工程施工费（一 +二 +三） *6%） 758,683.68 总计报价 13,403,411.68 序号 产品名称
28、品牌型号 产地 单位 数量 单价 总价 备注 一、硬件基础设施 1 Web 服务器 2 路 8 核 /2.0GHz/64GB 内存 /标配硬盘 中国 台 2 22,820.00 45,640.00 监控中心平台 2 应用服务器 2 路 6 核 /2.0GHz/48GB 内存 /标配硬盘 中国 台 2 38,072.00 76,144.00 平台支撑组件， GIS 服务 4 数据库服务器 2 路 6 核 /2.0GHz/48GB 内存 /2TB 硬盘 中国 台 2 25,472.00 50,944.00 MySQL 两台 6 操作系统软件 Linux 中国 套 6 7,000.00 42,000
29、.00 7 GIS 引擎软件 地图服务引擎 中国 套 1 500,000.00 500,000.00 小 计 714,728.00 二、终端设备 1 船载北斗定位终端（含屏） 北斗 /GPS 双模 中国 套 1000 8,910.00 8,910,000.00 1000 台终端计算 小 计 8,910,000.00 三、软件开发 1 岸端监控中心平台系统 定制开发 中国 套 1 400,000.00 400,000.00 2 地理信息服务系统 二次开发 中国 套 1 300,000.00 300,000.00 4 系统接口开发 北斗运营中心、气象、应急指挥 中国 套 1 200,000.00
30、200,000.00 小 计 900,000.00 四、运行服务费用 1 终端接入服务费 入网费 2000+第一年服务费用 120 项 1 2,120,000.00 2,120,000.00 1000 台终端计算 小 计 2,120,000.00 23 （二） 概算二（终端不含屏） 序号 项目名称 合计价格 （金额单位：元 人民币） 1 软硬件基础设施 714,728.00 2 终端设备 7,370,000.00 3 平台及应用软件开发 900,000.00 4 运行服务费用 2,120,000.00 合计 11,104,728.00 8 工程施工费（一 +二 +三） *6%） 666,283
31、.68 总计报价 11,771,011.68 序号 产品名称 品牌型号 产地 单位 数量 单价 总价 备注 一、硬件基础设施 1 Web 服务器 2 路 8 核 /2.0GHz/64GB 内存 /标配硬盘 中国 台 2 22,820.00 45,640.00 监控中心平台 2 应用服务器 2 路 6 核 /2.0GHz/48GB 内存 /标配硬盘 中国 台 2 38,072.00 76,144.00 平台支撑组件， GIS 服务 4 数据库服务器 2 路 6 核 /2.0GHz/48GB 内存 /2TB 硬盘 中国 台 2 25,472.00 50,944.00 MySQL 两台 6 操作系统
32、软件 Linux 中国 套 6 7,000.00 42,000.00 7 GIS 引擎软件 地图服务引擎 中国 套 1 500,000.00 500,000.00 小 计 714,728.00 二、终端设备 1 船载北斗定位终端（不含屏） 北斗 /GPS 双模 中国 套 1000 7,370.00 7,370,000.00 1000 台终端计算 小 计 7,370,000.00 三、软件开发 1 岸端监控中心平台系统 定制开发 中国 套 1 400,000.00 400,000.00 2 地理信息服务系统 二次开发 中国 套 1 300,000.00 300,000.00 4 系统接口开发 北斗运营中心、气象、应急指挥 中国 套 1 200,000.00 200,000.00 小 计 900,000.00 四、运行服务费用 1 终端接入服务费 入网费 2000+第一年服务费用 120 项 1 2,120,000.00 2,120,000.00 1000 台终端计算 小 计 2,120,000.00
