基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置及方法

技术领域

本发明涉及海事信息服务领域，特别是涉及一种基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置及方法。

背景技术

作业在冰区覆盖海域的船只常常面临着对所在位置大范围、远距离海冰环境的实时感知能力不够导致的冰困问题，严重影响了通航的效率和航行安全。而岸基的船舶控制中心常因为对于海洋环境数据、水文环境数据的实时监测手段不足导致的海事信息安全保障工作不够完善。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升航行船只对于远距离海冰环境的感知能力，保障船只的航行安全，同时获取船只在航行时的海洋环境数据、水文环境数据作为航行安全保障的参考信息的基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置及方法。

本发明提供了一种基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置，所述装置包括：

数据采集与传输控制模块、北斗短报文通信模块、数据交换机、船载导航设备与环境传感器，所述数据采集与传输控制模块分别连接所述北斗短报文通信模块、数据交换机、船载导航设备与环境传感器；

所述环境传感器用于采集船舶所在位置的环境数据，并将所述环境数据传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块将采集的所述环境数据通过所述数据交换机存储于船舶服务器，并将所述环境数据打包、封装后通过所述北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心；

所述船载导航设备用于获取船舶导航信息，并将所述导航信息传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块采集所述导航信息，将所述导航信息打包、封装后通过所述北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心，岸基船舶控制中心根据所述导航信息获取船舶所在海域的海冰特征遥感数据，并将所述海冰特征遥感数据通过所述北斗短报文通信模块传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块解析所述海冰特征遥感数据，并通过所述数据交换机存储于船舶服务器。

在其中一个实施例中，还包括电源模块，所述电源模块用于为数据采集与传输控制模块、北斗短报文通信模块、数据交换机、船载导航设备与环境传感器供电。

在其中一个实施例中，所述环境传感器包括气象传感器，所述环境数据包括所述气象传感器测量的气象数据，包括风向、风速、海浪浪向、海浪浪高、海浪周期、温度、云量与雨量数据。

在其中一个实施例中，所述环境传感器还包括水文环境传感器，所述环境数据还包括所述水位环境传感器测量的水文环境数据，包括水流方向、水流速度、当前能见度、潮汐水位与水位数据。

在其中一个实施例中，所述导航数据包括船舶当前的所在的位置、航向以及速度信息。

在其中一个实施例中，所述海冰特征遥感数据包括船舶所在位置附近区域的海冰的冰量、冰厚、海冰形态、冰山所在位置、冰山所在方向、冰山预估大小、冰山移动方向以及冰山移动速度。

在其中一个实施例中，所述数据采集与传输控制模块包括主控芯片与多路数据接口单元，所述多路数据接口单元用于将RS232协议、RS485协议、RS422协议、网口通信与USB协议转换为所述主控芯片可调用的TTL数据协议。

本发明还一种基于北斗短报文的冰区海事服务通信方法，应用于上述所述的基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置，所述方法包括：

提供冰区导航信息服务，由船载导航设备获取船舶导航信息，并将所述导航信息传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块采集所述导航信息，将所述导航信息打包、封装后通过所述北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心，岸基船舶控制中心根据所述导航信息获取船舶所在海域的海冰特征遥感数据，并将所述海冰特征遥感数据通过所述北斗短报文通信模块传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块解析所述海冰特征遥感数据，并通过所述数据交换机存储于船舶服务器；

提供气象信息服务，由船载环境传感器将气象传感器的测量的气象数据，通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装最后使用北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心；

提供水文环境信息服务，由船载环境传感器将水文环境传感器的测量的水文环境数据通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装后使用北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心。

上述基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置及方法，可利用海冰特征遥感数据实现实时冰区环境监测和航路指引，同时将船载气象、水文环境传感器数据实时回传到岸基的船舶控制中心用于监测船只周围的环境信息，保障船只航行安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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1为本发明一个实施例的基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置示意图；

图2为本发明统一数据接口电路原理图；

图3为本发明一个实施例的基于北斗短报文的冰区海事服务通信方法流程图；

图4为本发明数据采集与通信装置软件工作流程图；

图5为本发明冰区辅助导航海事信息短报文语句格式设计图；

图6为本发明气象环境海事信息短报文语句格式设计图；

图7为本发明水文环境海事信息短报文语句格式设计图。

附图标记：

110、数据采集与传输控制模块；120、北斗短报文通信模块；130、数据交换机；140、船载导航设备；150、环境传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够提升航行船只对于远距离海冰环境的感知能力，保障船只的航行安全，同时获取船只在航行时的海洋环境数据、水文环境数据作为航行安全保障的参考信息，针对作业在冰区作业船舶的航行环境和国际海事组织(IMO)提出的海事服务集协议中的第十三项冰区导航服务、第十四项气象信息服务以及第十五项实时水文和环境服务，基于北斗短报文提供一套上述信息的通信方案。综合利用了环境遥感数据、船载气象传感器、船载水文传感器，将船只位置附近区域的海冰的冰量、冰厚、海冰形态、冰山所在位置、冰山所在方向、冰山预估大小、冰山移动方向以及冰山移动速度发送至船舶用于后续航行的决策与判断；将包含风向、风速、海浪浪向、海浪浪高、海浪周期、温度、云量、雨量数据的实时气象信息以及包含水流方向、水流速度、当前能见度、潮汐水位、水位数据的实时环境信息分类封装发送至岸基船舶控制中心，用于后续的航行建议与海事信息预报。

本发明提供了一种针对冰区海事服务的通信方案，设计的数据采集与通信装置中包含了北斗短报文通信模块、数据采集与传输控制模块、电源模块，其中，北斗短报文通信方式的特点在于实时性好，传输距离不受限，使用成本低。首先，船只将位置、航向、航速等航行信息通过北斗短报文发送到岸基的船舶控制中心；接着，船舶控制中心将获取的船只位置、航行信息与海冰卫星遥感数据进行比对分析，将船只位置附近区域的海冰的冰量、冰厚、海冰形态、冰山所在位置、冰山所在方向、冰山预估大小、冰山移动方向以及冰山移动速度再次通过北斗短报文的方式发送给船只用于对所处冰区冰情的远距离感知；然后，船只将船载环境传感器采集的环境数据通过北斗短报文的形式传输到岸基的船舶控制中心，环境数据的分析和提出针对性的航行建议。

下面结合图1-图7描述本发明的基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置及方法。

如图1所示，在一个实施例中，一种基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置，包括数据采集与传输控制模块110、北斗短报文通信模块120、数据交换机130、船载导航设备140与环境传感器150，数据采集与传输控制模块110分别连接北斗短报文通信模块120、数据交换机130、船载导航设备140与环境传感器150。

环境传感器150用于采集船舶所在位置的环境数据，并将环境数据传输至数据采集与传输控制模块110，数据采集与传输控制模块110将采集的环境数据通过数据交换机130存储于船舶服务器，并将环境数据打包、封装后通过北斗短报文通信模块120发送至岸基船舶控制中心。

其中，船舶服务器为船舶上的本地服务器，数据交换机130为船舶上的网络交换机。船舶服务器中存储的数据可通过数据交换机130供数据采集与传输控制模块110调用。

具体的，环境传感器150包括气象传感器与水文环境传感器，环境数据包括气象传感器测量的气象数据，包括风向、风速、海浪浪向、海浪浪高、海浪周期、温度、云量与雨量数据，以及水位环境传感器测量的水文环境数据，包括水流方向、水流速度、当前能见度、潮汐水位与水位数据。

船载导航设备140用于获取船舶导航信息，并将导航信息传输至数据采集与传输控制模块110。数据采集与传输控制模块110采集导航信息，将导航信息打包、封装后通过北斗短报文通信模块120发送至岸基船舶控制中心。岸基船舶控制中心根据导航信息获取船舶所在海域的海冰特征遥感数据，并将海冰特征遥感数据通过北斗短报文通信模块120传输至数据采集与传输控制模块110。数据采集与传输控制模块110解析海冰特征遥感数据，并通过数据交换机130存储于船舶服务器。

其中，导航数据包括船舶当前的所在的位置、航向以及速度信息。海冰特征遥感数据包括船舶所在位置附近区域的海冰的冰量、冰厚、海冰形态、冰山所在位置、冰山所在方向、冰山预估大小、冰山移动方向以及冰山移动速度。

本实施例的基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置，可利用海冰特征遥感数据实现实时冰区环境监测和航路指引，同时将船载气象、水文环境传感器数据实时回传到岸基的船舶控制中心用于监测船只周围的环境信息，保障船只航行安全。

在本实施例中，基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置，还包括电源模块，电源模块用于为数据采集与传输控制模块、北斗短报文通信模块、数据交换机、船载导航设备与环境传感器供电。

在本实施例中，数据采集与传输控制模块110包括主控芯片与多路数据接口单元，所述多路数据接口单元用于将RS232协议、RS485协议、RS422协议、网口通信与USB协议转换为所述主控芯片可调用的TTL数据协议，参见图2。

此外，本发明还提供了一种基于北斗短报文的冰区海事服务通信方法，应用于图1实施例的基于北斗短报文的冰区海事服务通信装置，该方法包括以下步骤：

步骤S310，提供冰区导航信息服务。

具体的，由船载导航设备获取船舶导航信息，并将所述导航信息传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块采集所述导航信息，将所述导航信息打包、封装后通过所述北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心，岸基船舶控制中心根据所述导航信息获取船舶所在海域的海冰特征遥感数据，并将所述海冰特征遥感数据通过所述北斗短报文通信模块传输至所述数据采集与传输控制模块，所述数据采集与传输控制模块解析所述海冰特征遥感数据，并通过所述数据交换机存储于船舶服务器。

步骤S320，提供气象信息服务。

具体的，由船载环境传感器将气象传感器的测量的气象数据，通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装最后使用北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心。

步骤S330，提供水文环境信息服务。

具体的，由船载环境传感器将水文环境传感器的测量的水文环境数据通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装后使用北斗短报文通信模块发送至岸基船舶控制中心。

另外，设计了一种数据采集与通信控制装置设计，集成数据采集、数据存储、数据分类和数据封装发功能，统一控制模块的通信接口协议，便于接入不同通信接口的传感器数据。数据采集与通信装置的软件工作流程如图4所示，当数据输入端串口接收到传感器数据时先将数据存储起来等待所有传感器数据接受完成，在这期间当新数据到来时便将旧数据替换。当所有传感器数据完成更新时，计算所有数据量，超出北斗短报文单次传输容量时就将数据进行分包处理，否则将数据直接打包封装进行短报文通信，实现的基于北斗短报文的冰区海事服务通信方案包括以下步骤：

步骤S1：提供冰区导航信息服务，由船载导航设备获取船舶所在位置，将船舶当前的所在的位置、航向以及速度信息通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装最后使用北斗通信终端发送至岸基船舶控制中心，短报文语句设计如图5A所示。当岸基控制中心获取船只位置、航向以及速度信息后，根据船舶的位置信息，获取所在海域的海冰特征遥感数据，将船只位置附近区域的海冰的冰量、冰厚、海冰形态、冰山所在位置、冰山所在方向、冰山预估大小、冰山移动方向以及冰山移动速度通过北斗短报文通信终端发送至船舶，短报文语句设计如图5B所示。船舶端通过北斗短报文通信终端接收短报文数据，使用数据采集与传输控制模块进行数据存储与解析，并可将数据接出用于后续的船只航行决策。

步骤S2：提供气象信息服务，由船载环境传感器将气象传感器的测量数据，其中包含风向、风速、海浪浪向、海浪浪高、海浪周期、温度、云量、雨量数据通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装最后使用北斗通信终端发送至岸基船舶控制中心，短报文语句设计如图6所示。

步骤S3：提供水文环境信息服务，由船载环境传感器将水文环境传感器的测量数据，其中包含水流方向、水流速度、当前能见度、潮汐水位、水位数据通过数据采集与传输控制模块采集、打包、封装最后使用北斗通信终端发送至岸基船舶控制中心，短报文语句设计如图7所示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。