专利名称：一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种利用在线分析处理技术、多种感知技术(GPS、AIS、RFID、传感器和视频)和通信技术，通过对内河船舶航行状态下的多态异构数据的聚合、重构和交互，实现船舶身份的自动识别和运行状态的感知的面向内河智能航运信息服务(船联网)的智能船载终端设备。
背景技术：
水路运输是综合运输体系的重要组成部分，是符合资源节约型、环境友好型要求的运输方式，也是典型的低碳运输方式；随着国家着力加快转变经济发展方式和建设“两型”社会，水运运能大、占地少、能耗低、污染小的独特优势和带动社会经济发展的作用更加凸显。
虽然近几年我国已经认识到水路运输的优势和带动经济发展的巨大作用，已加大了对内河航道的整治和建设力度，各地方水运管理信息化建设也取得了长足的发展，但是在船舶信息的感知领域仍旧存在明显的不足；具体表现以下几个方面(一 )目前我国大部分地区的内河船舶管理主要依靠人工来完成，缺乏有效识别船舶身份的手段，导致难以辨别套牌和伪牌照的船舶，让不法分子有机可乘。这不仅给国家带来了经济上的损失，而且也造成了非常恶劣的社会影响。(二)对于长三角等一些内河发达的水域，尽管海事管理部门已经对辖区内的部分船舶安装了 GPS、AIS、RFID和视频等船载设备，但是由于管理体系和技术手段的落后，船载设备数据异构严重，信息标准不统一，不能跨地区使用，系统之间互不兼容，造成了重复建设和资源浪费。(三)目前，除少数试点航段外，船舶过闸、检查、报港签证等业务仍采用传统作业方式，船民需要停船登岸办理业务，费时费力，严重降低通航的效率，增加因重复启动船舶柴油机带来的燃油成本和船舶尾气排放。(四)虽然部分地区的海事管理部门通过移动网络平台，以手机短信的方式，提供给船民一些常规的航道信息，但服务内容单一，缺乏针对性，也无法实时感知船舶所处航线上的桥梁或其他障碍物信息，造成船民经常对桥身高度估计错误，尤其在夜间或恶劣天气情况下，船民没有发现或来不及发现前方障碍物，致使船舶与之碰撞，造成基础设施或桥梁损毁。综合上述，船舶信息的感知与交互，作为内河航运信息服务的关键一环，目前亟需相应的设备和相关的技术手段解决上述存在问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是通过提供一种运用在线分析技术、多种感知技术(GPS/北斗、AIS、RFID、传感器和视频)和通信技术，有效地实现船舶身份自动识别和运行状态的感知，解决船载终端种类和型号各异带来的多态异构数据聚合、重构和交互的问题；同时采用模块化的设计，对已经安装的船载设备(如GPS、AIS等)预留数据接口，避免重复建设；通过人机交互的方式，丰富服务内容，为船民、物流企业和管理部门三者之间提供了互动平台，提高船舶管理服务水平的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备。为达到上述目的，本发明的技术方案如下一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，所述船载终端包括电源模块，负责电压的转换及电流稳定，保证设备正常工作，在外部电源断开时，负责给RFID模块供电，保证该模块与岸基设备和其他智能船载终端正常通信；数据采集模块，负责数据的感知与采集，并将采集的数据经通信总线传送给主控模块进行处理；
主控模块，负责数据处理和存储；通信模块，提供信息传输的媒介和交互的渠道；人机交互模块，负责对主控模块处理结果的显示，以便提醒用户，进行不同的操作。优选的，所述电源模块包括电源转换模块，负责电压转换，将船用220V交流电转换为24V直流电；电源管理模块，确保电路中电压和电流的稳定，推动后级电路进行功率输出，保证设备正常工作；备用电池模块，在设备外部电源断开时，负责给RFID模块供电，保证设备与岸基设备和其它智能船载终端设备通信。优选的，所述数据采集模块包括RFID模块，具有数据采集和短程无线通信的功能；GPS/北斗模块，负责进行定位导航；将卫星的轨道参数、定位位置、时间和日期数据发送给主控模块；GPS/北斗接口，用于外接GPS/北斗设备；AIS接口，为已安装AIS设备的船舶预留的接口 ；无线传感接收模块，具有无线接收传感数据的功能；有线传感器接口，用于连接有线式传感器；视频接口，用于外部摄像机视频信号的采集。优选的，所述主控模块包括；处理器，负责读取和执行操作指令，处理多态异构数据的聚合和重构，并对其他外围模块进行控制；显示处理模块，负责接收处理器提供的指令，将系统所需要的显示信息进行转换驱动，支持的分辨率闻达1280x1024像素的图形和图像显不；智能分析模块，利用船舶上安装的摄像机，将拍摄画面的四周设置为警戒区域，当有物体或人非法穿越警戒区时，立即触发报警；自检模块，负责设备自检以及分析处理传感数据，分析结果可以显示在LCD触摸屏上；数据存储模块，负责储存用户数据，包括航运轨迹信息、视频记录和设备日志，但不包括RFID模块中提及的船舶基本属性数据、签证数据和货物数据信息。优选的，所述通信模块包括；通信模块，利用3G移动通信网络进行通信，将船舶相关数据发送到航运信息服务中心服务器，同时还可以用来接受物流信息和航运服务信息，为船民提供通告、货源、航道和天气便民信息；WiFi模块，负责在船舶空间内组建无线局域网；VHF接口，用于外接VHF设备；网口，用于满足船载电脑上网或其他网络设备的数据有线传输和上网要求。优选的，所述人机交互模块包括LCD触摸屏，显示各种信息，同时触控屏幕上不同的菜单，执行不同的操作命令，实现对应的功能；LED接口，为已经安装LED信息发布屏的港航管理艇预留的接口，用于港航管理艇发布信息；警报模块，负责对智能分析模块和自检模块处理结果的响应，当出现“异常”情况时，警报发出响声，提醒用户；状态指示灯，用于显示船舶和设备的运行状态。优选的，所述的船载终端设备能兼容船舶上已经安装的GPS、北斗、AIS、视频或其他船载设备，还能根据实际需求装配不同功能模块，实现异构数据聚合和重构。优选的，所述的船载终端设备与岸基具有多种通信模式，包括RFID无线短距离通信、WiFi无线局域网通信、3G移动通信和VHF通信。利用RFID、VHF和移动通信模块，实现船-船互联、船-岸互联，利用传感技术和视频技术，实现船-货互联。优选的，所述RFID模块由控制模块、射频模块以及天线组成。优选的，所述处理器为ARMll处理器。通过上述技术方案，本发明的有益效果是I、模块化；本发明采用模块化设计，内设多类模块，船舶可根据自身需求，选配不同的模块，实现船舶综合智能感知、聚合、重构和交互；支持的模块包括=RFID模块、GPS模块、AIS模块、移动通信模块、WiFi模块和无线传感接收模块。2、兼容性；考虑到长三角等一些内河发达的水域，海事管理部门对辖区内部分船舶已经安装了 GPS/北斗、AIS或传感器等各类船载设备，为了避免重复建设，统一航运基础信息，智能船载终端为已经安装上述各类船载设备的船舶预留了接口，并对不同设备来源的多态异构数据完成数据格式的聚合转换和发送，解决内河船舶多种类设备共存带来的数据异构的问题。3、可互操作；智能船载终端支持短距离数据传输和3G移动网络通信；智能船载终端之间、智能船载终端与岸基设备之间、智能船载终端与航运信息服务中心服务器之间均能实现双向通信，在标准化的通信协议基础上，支持M2M可互操作。4、功能丰富；本发明具有船舶身份自动识别、定位导航、船舶状态检测、船载货物 监控、信息发布与显示、支持不停船报港签证，以及在线办公或娱乐休闲等多项功能，具体包括水上服务区提示向船舶告知周围水域的水上服务区的名称以及提供服务的种类、数量等；航道指向、诱导信息为船舶提供实时导航业务，提供安全快捷的出航路线；不停船报港签证对服务域内的船只进行身份认证和签证管理；危险品通告对载有危险品的船只进行安全导航，并对其他船舶进行通告；临近桥梁或其他建筑物警告提示；航行路由根据多方数据，对航道内的船舶进行航道管理，疏导拥塞线路，给出航行建议；
船舶动态检查对航道内的船舶进行动态远程检查，检查人员勿需登船巡检；船舶真实身份鉴别；肇事通知对肇事船只进行及时通告；载货物流对周边物流进行有效的组织管理，给出物流需求；卡口监控自动识别过卡船舶，对航道内的各个卡口实时统计监测，向水域内的船舶通告相关信息；天气气象给出实时气象情况及天气预报；政策、新闻向船舶提供相关政策法规以及实时新闻。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明的总体结构示意图；图2为本发明的内部硬件连接结构示意图；图3为RFID模块内部结构图；图4为RFID的通信数据链路示意图；图5为摄像机覆盖船舶警戒区示意图；图6为智能分析模块的工作流程示意图；图7为本发明通讯方式示意图；图8为本发明的主视图；图9为本发明的后视图。图中数字和字母所表示的相应部件名称10、电源模块11、电源转换模块12、电源管理模块13、备用电池模块20、数据采集模块21、RFID模块22、GPS/北斗模块23、GPS/北斗接24、AIS接25、无线传感接收模块26、有线传感器接27、视频接30、主控模块31、处理器32、显示处理模块33、智能分析模块34、自检模块35、数据存储模块36、硬盘37、SD卡槽38、串39、内存40、通信模块41、移动通信模块42、WiFi模块43、VHF接44、网口 50、人机交换模块51、LCD触摸屏52、LED接53、警报模块54、状态指示灯55、USB接56、USB控制器57、视频接58、嵌入式DVR 59、双工器60、PCI总线61、AGP总线62、通信总线63、地址总线AB 64、数据总线DB 65、控制总线CB 66、SPI总线67、ISA总线70、设备电源开关71、LED触摸屏开关72、电源接73、I/O芯片74、I/O扩展接口 75、散热孔80, RFID天线8UGPS/北斗天线82、传感器天线83、移动通信天线84、WiFi天线90、键盘芯片91、键盘接92、功能导航区93、键盘区100、控制模块101、射频模块
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。参见图I至图9所示，本发明一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，所述船载终端设备由电源模块10、数据采集模块20、主控模块30、通信模块40以及人机交互模块50组成。、
本发明采用嵌入式通信电源供电；电源模块10由电源转换模块11、电源管理模块12和备用电池模块13三个部分组成；所述备用电池模块13与电源管理模块12连接，所述电源转换模块11分别与电源管理模块12和备用电池模块13连接。电源模块10内部的电源转换模块11负责电压转换，将船用220V交流电转换为24V直流电；电源管理模块12确保电路中电压和电流的稳定，推动后级电路进行功率输出，保证设备正常工作；在设备外部电源断开时，备用电池模块13启动，给RFID模块21供电，保证设备与岸基设备(包括港口、船闸、码头、桥梁及航道沿岸安装的RFID读写设备)和其他智能船载终端通信；本发明电源的性能参数见附表I。附表I
工页圓I性能参数
交流电压/V220
输入交流电流/A1.6
频率范围/Hz47 63
直流电压/V24
输出额定电流/A6
额定功率/W144W
启动、上升和保持时间100、50、20 (满载时)
/ms
保护过载125% 165% (额定负载)本发明数据采集模块20由RFID模块21、GPS/北斗模块22、GPS/北斗接口 23、AIS接口 24、无线传感接收模块25、有线传感器接口 26以及视频接口 27组成。本发明采用2. 45GHz有源RFID模块21，与岸基设备的通信协议符合我国《信息技术射频识别2. 45GHz空中接口协议》制定的相关技术标准；该模块为本发明的最低功能配置，即要求每台船载智能终端中都具备RFID模块21 ;该模块具有数据采集和短程无线通信的功能，主要完成的任务包括与岸基设备和其他船载智能终端进行短程无线通信，实现船舶身份的自动识别、不停船报港签证、建筑物(包括桥梁、船闸等)避碰提醒等功能，交互的信息主要包括船舶基本属性信息(船舶ID号、船检登记号、船舶种类、发动机功率、总吨位、总长和最大宽度等)、签证信息和船货信息等。本发明RFID模块21由控制模块100、射频模块101以及RFID天线80组成；船舶基本属性信息、签证信息和船载货物信息都存储在控制模块100中，这些数据全部采用RFID模块21的短程无线通信通道实现数据传输，RFID天线80采用外接方式，通信数据链路如图4所示；当设备外部电源断开时，其他功能模块停止工作，电源模块10中的备用电池模块13启动，给RFID模块21供电，保证其仍能正常工作，RFID模块21的技术参数见附表2。附表2
数据掉电保存期__10年以上_
电气技术指标可靠性MTBF&3年
工作寿命>10年
2400. 0(MHZ
工作频段
2483. 50MHZ
信号载波中心默认载频2450MHZ_
信号载波中心频率误差<±30 ppm_
微波链路技术指信道宽度B__5MHZ_
标信道序号cn0一15
信号调制方式O-QPSK
天线极化方向圆极化
信号缺省发射功率 OdBm_
微波通讯距离>200m
微波通讯检错方式 CRC16循环冗余校验
^在误码率为0. 1%时，接收
接收机灵敏度
i/c敏度大于等于-90 dBm本发明采用北斗/GPS双模定位导航单元模块(S卩“GPS/北斗模块”22)进行定位导航，GPS/北斗模块22能够快速定位，将卫星的轨道参数、定位位置、时间和日期等数据发送给主控模块30 ;对已经安装GPS/北斗设备的内河船舶，本发明预留了 GPS/北斗接口 23，可将已安装的GPS/北斗设备通过预置的接口连接到本设备中，进行多态异构数据的采集、重构、聚合和传输；内置或外接的GPS/北斗模块22经通信总线62进行通信和数据传输，经主控模块30处理后的数据，数据保存在硬盘36中或通过移动通信模块41发送到航运信息服务中心服务器；GPS/北斗模块22及GPS/北斗接口 23的性能参数见附表3。附表权利要求
1.一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述船载终端包括 电源模块，负责电压的转换及电流稳定，保证设备正常工作，在外部电源断开时，负责给RFID模块供电，保证该模块与岸基设备和其他智能船载终端正常通信； 数据采集模块，负责数据的感知与采集，并将采集的数据经通信总线传送给主控模块进行处理； 主控模块，负责数据处理和存储； 通信模块，提供信息传输的媒介和交互的渠道； 人机交互模块，负责对主控模块处理结果的显示，以便提醒用户，进行不同的操作。
2.根据权利要求I所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述电源模块包括 电源转换模块，负责电压转换，将船用220V交流电转换为24V直流电； 电源管理模块，确保电路中电压和电流的稳定，推动后级电路进行功率输出，保证设备正常工作； 备用电池模块，在设备外部电源断开时，负责给RFID模块供电，保证设备与岸基设备和其它智能船载终端设备通信。
3.根据权利要求I所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述数据采集模块包括 RFID模块，具有数据采集和短程无线通信的功能； GPS/北斗模块，负责进行定位导航；将卫星的轨道参数、定位位置、时间和日期数据发送给主控模块； GPS/北斗接口，用于外接GPS/北斗设备； AIS接口，为已安装AIS设备的船舶预留的接口 ； 无线传感接收模块，具有无线接收传感数据的功能； 有线传感器接口，用于连接有线式传感器； 视频接口，用于外部摄像机视频信号的采集。
4.根据权利要求I所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述主控模块包括； 处理器，负责读取和执行操作指令，处理多态异构数据的聚合和重构，并对其他外围模块进行控制； 显示处理模块，负责接收处理器提供的指令，将系统所需要的显示信息进行转换驱动，支持的分辨率闻达1280x1024像素的图形和图像显不； 智能分析模块，利用船舶上安装的摄像机，将拍摄画面的四周设置为警戒区域，当有物体或人非法穿越警戒区时，立即触发报警； 自检模块，负责设备自检以及分析处理传感数据，分析结果可以显示在LCD触摸屏上；数据存储模块，负责储存用户数据，包括航运轨迹信息、视频记录和设备日志，但不包括RFID模块中提及的船舶基本属性数据、签证数据和货物数据信息。
5.根据权利要求I所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述通信模块包括；通信模块，利用3G移动通信网络进行通信，将船舶相关数据发送到航运信息服务中心服务器，同时还可以用来接受物流信息和航运服务信息，为船民提供通告、货源、航道和天气便民信息； WiFi模块，负责在船舶空间内组建无线局域网； VHF接口，用于外接VHF设备； 网口，用于满足船载电脑上网或其他网络设备的数据有线传输和上网要求。
6.根据权利要求I所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述人机交互模块包括 LCD触摸屏，显示各种信息，同时触控屏幕上不同的菜单，执行不同的操作命令，实现对应的功能； LED接口，为已经安装LED信息发布屏的港航管理艇预留的接口，用于港航管理艇发布信息； 警报模块，负责对智能分析模块和自检模块处理结果的响应，当出现“异常”情况时，警报发出响声，提醒用户； 状态指示灯，用于显示船舶和设备的运行状态。
7.根据权利要求I至4中任意一项所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述的船载终端设备能兼容船舶上已经安装的GPS、北斗、AISjf频或其他船载设备，还能根据实际需求装配不同功能模块，实现异构数据聚合和重构。
8.根据权利要求I至4中任意一项所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述的船载终端设备与岸基具有多种通信模式，包括RFID无线短距离通信、WiFi无线局域网通信、3G移动通信和VHF通信；利用RFID、VHF和移动通信模块，实现船-船互联、船-岸互联，利用传感技术和视频技术，实现船-货互联。
9.根据权利要求I至4中任意一项所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述RFID模块由控制模块、射频模块以及天线组成。
10.根据权利要求4所述的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，其特征在于所述处理器为ARMll处理器。
全文摘要
本发明公开了一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，所述船载终端设备由电源模块、数据采集模块、主控模块、通信模块以及人机交互模块组成；本发明运用了在线分析处理技术、多种感知技术(GPS、AIS、RFID、传感器和视频)和通信技术，通过对内河船舶航行状态下的多态异构数据的聚合、重构和交互，实现船舶身份的自动识别、运行状态的感知，为我国内河智能航运信息服务系统的船舶数据感知和实现船-船互联、船-岸互联、船-货互联和内河船舶的安全航行和高效运输提供坚实保障，推动我国内河智能航运信息服务(船联网)快速发展。
文档编号H04L29/08GK102663899SQ20121012937
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者孙伟, 张成雷, 董丽华, 董耀华 申请人:上海海事大学