基于“北斗+物聯網+AIS技術”的水上安全監管系統研發與應用

工程技術

ＤＯＩ：１０．１６８３１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７３－２２７８．２０２１．０６．０２０

基于“北斗＋物聯網＋ＡＩＳ技術”的水上安全監管系統

研發與應用

（北海航海保障中心，天津 ３００４５５）

劉鐵君，郭小飛

ＬＩＵ Ｔｉｅ－ｊｕｎ， ＧＵＯ Ｘｉａｏ－ｆｅｉ （）

ＮＧＣＮ， Ｔｉａｎｊｉｎ ，Ｃｈｉｎａ

３００４５５

《交通強國建設綱要》要求加快推進基于船岸協同的

摘 要：

為提升水上安全管理與應急搜救能力，彌補船舶自

動識別系統（ＡＩＳ）技術的不足，研發了基于“北斗＋物聯網

＋ＡＩＳ技術”的水上安全監管系統，可普遍適用于內河和湖泊

小型船舶的安全監管，實現了小型船舶的動態監管、應急搜

救和超速超區域報警，為建設水上安全監管體系提供了有效

的技術手段。

關鍵詞：

北斗；船舶自動識別系統；物聯網；船舶監

管；應急搜救

Abstract:

Ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｍａｒｉｔｉｍｅ ｓａｆｅｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ

ｅｍｅｒｇｅｎｔ ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｒｅｓｃｕｅ ａｎｄ ｍａｋｅ ｕｐ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎａｄｅｑｕａｃｉｅｓ

ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＡＩＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｅ

ｍａｒｉｔｉｍｅ ｓａｆｅｔｙ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ

Ｂｅｉｄｏｕ， ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）， ａｎｄ ｔｈｅ ＡＩＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ

ｏｖｅｒ ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ ｓｈｉｐｓ ｉｎ ｉｎｌａｎｄ ｒｉｖｅｒｓ ｏｒ ｌａｋｅｓ． Ｉｔ ｉｓ ｃａｐａｂａｌｅ

ｏｆ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｇｏａｌｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ

ｓｈｉｐｓ， ｅｍｅｒｇｅｎｔ ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｒｅｓｃｕｅ， ａｎｄ ｗａｒｎｉｎｇ ｏｆ ｏｖｅｒｓｐｅｅｄ ｏｒ

ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｚｏｎｅ ｌｉｍｉｔ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｒｉｔｉｍｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．

Key words:

Ｂｅｉｄｏｕ； ｓｈｉｐ’ｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）； ｓｈｉｐ ｏｖｅｒｓｉｇｈｔ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ； ｅｍｅｒｇｅｎｔ

ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｒｅｓｃｕｅ

中圖分類號: 文獻標志碼：

Ｕ６７５．７ Ａ

文章編號：

１６７３－２２７８（２０２１）０６－００６１－０３

內河安全管控與應急搜救技術的研究與開發。為降低水上

航行風險，提升水上安全監管的數字化、智能化、現代化

水平，北海航海保障中心組織實施了基于“北斗+物聯網

+AIS技術”的水上安全監管系統研發項目，為建設水上安

全監管體系提供了有效的技術手段。水上安全監管系統由

三部分組成，分別為船舶動態智能監測設備、基于移動物

聯網技術的手持移動終端應用系統以及基于多源數據分

析的航行安全管控與應急搜救指揮平臺。

一、船舶動態智能監測設備

隨著內河航運、水上旅游業的快速發展，投入水上

營運的船舶數量越來越多，航行船舶的密度也越來越

大。如何快速、準確自動感知船舶危險駕駛，避免船舶

碰撞、擱淺、觸礁、翻沉等水上安全事故發生，一直是海

事航海保障部門努力尋求解決的技術課題。相關國際標

準和國內管理制度要求大于等于300總噸航行于國際航

線的船舶、大于等于500總噸航行于國內航線的貨船和

所有客船均須裝配AIS船臺設備。針對不具備安裝AIS船

臺設備條件的小型船舶，北海航海保障中心研發了一種

新型船舶碰撞、姿態智能監測的船舶動態智能監測設

備。（見圖1）

水上運輸是我國交通運輸體系的重要組成部分，AIS技

術在海上和大型內河水域得到了廣泛應用，為海事監管、應

急搜救、事故調查和航道規劃提供了重要的技術和數據支

撐。然而我國內河和沿海旅游水域的大量小型船艇不具備

安裝AIS船臺設備的電力條件，且內河小型水域建設AIS基

站成本較高，導致了一定數量的船舶仍處于監管盲區。

圖１ 船舶動態智能監測設備

船舶智能監測設備由船舶姿態傳感器、震動傳感器

GPS定位模塊、北斗定位模塊、微處理器、北斗衛星短

收稿日期：２０２１－０３－２８；修回日期：２０２１－０５－０９

第一作者簡介：劉鐵君（１９７０—），男，山東青島人，本科，主要從事航標和ＡＩＳ管理工作。

中國海事

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2021

第6期

報文通信模塊、NB-lot物聯網通信模塊以及供電系統組

成。通過對航行船舶船位、航速、航向、姿態以及受沖擊

力的監測與綜合分析，自動監測船舶超速、船身傾斜、被

撞擊等危險狀態信息。危險狀態信息一旦產生，報警器會

立即通過通信模塊，按照通訊協議自動按設定間隔向航

行安全管控與應急搜救指揮平臺發送船舶當前時刻的位

置、航速、航向、姿態、撞擊烈度等信息。水域安全監控

指揮中心能夠第一時間感知水上安全事故情況，為及時

啟動應急搜救和科學制定搜救方案提供信息依據。

設備采用低功耗芯片，采用休眠、觸發自動喚醒技

術，保證報警器在正常監測狀態下，處于微功耗穩定運

行，電子器件完全密封在塑封外殼內，確保報警器在水中

浸泡環境下仍可正常工作。

船舶智能監測設備小巧、易安裝，外觀為10 cm×7 cm×

4 cm，能夠長期自動感知無供電裝置的小型船舶的航行狀

態，有效彌補了小型船舶不能安裝AIS船臺設備的不足，

在不需要AIS基站的情況下實現了船舶運行狀態的實時監

控，其性能指標如下：

1. 通信方式：支持北斗衛星短信、物聯網NB-lot通

信方式，可依據應用環境選擇配置；2. 通信間隔：北斗衛

星短信模式為300 s；NB-lot通信模式通信間隔以船速

為依據，按船舶航速1～120 s自適應；3. 遇險通信模式：

北斗衛星短信：60 s；NB-lot：2 s；4. 船舶航行姿態監

≦

測：精度：0.2°；5. 船舶碰撞監測：監測靈敏度：0.1 G；

≦

監測范圍：1～20 G。6. 定位于時間同步：GPS、北斗衛星

自動定位與UTC時間精確同步；7. 應急呼救按鈕：一鍵啟

動后自動連續發送求救和位置信息；8. 供電方式：太陽能

+鋰電池。

二、基于移動物聯網技術的手持移動終

端應用系統

借助船舶駕駛人員和海事執法人員的手持移動終

端，實現船舶的位置監控、航次報告、應急報警、應急搜

救、超速提醒、助航服務等。根據應用人員職業職責不

同，分為船舶駕駛人員應用系統和海事執法人員應用系

統，數據中心以“設備ID號+用戶名+登錄密碼”認證模

式，辨識移動終端登錄人員身份，進而提供相應的信息

和操作服務。（見圖2）

（一）船舶駕駛人員APP

船舶駕駛人員APP是一款以電子地圖應用為基礎，

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集船舶出航備案上報管理、安全信息接收管理與應急呼

救功能為一體的手持移動終端應用系統，與船舶動態智

能監測設備配合使用，以加強船舶航行安全管理，具有

以下功能：

1. 航行安全信息接收：自動接收數據中心發送的航

行安全信息，包括海事管理信息、氣象預報信息、助航

設施狀態信息；2. 出航備案：在船舶出航前，申報航線

信息、出航時間、載客人數等；3. 船舶位置監控：出航模

式啟動后，移動終端自動向數據中心報送船舶的實時位

置、航行速度、船舶航向、網絡信號情況、電池電量等，

直至出航確認結束；4.禁航區域提醒：接近及進入禁航

區域提示報警；5. 超速報警：航行速度超過設定值提示

報警；6. 一鍵求救功能：“一鍵求救”啟動后，移動終端

按照設定間隔向數據中心報送移動終端設備的實時位

置、航速航向、信號強度、電池電量等信息。

（二）海事執法人員APP

海事執法人員應用系統APP是一款以電子地圖應用

為基礎，集個人巡查工作任務管理、巡查工作情況上報

管理、應急搜救處置管理為一體的手持智能終端應用系

統，具有以下功能：

1. 航行安全信息接收：自動接收數據中心發送的航

行安全信息，包括海事管理信息、氣象預報信息、助航設

施狀態信息；2. 執法與搜救救助信息接收：自動接收數

據中心發送違規航行和遇險求救信息，包括船舶位置、

船舶呼號、船載人員超載等；3. 船舶位置申報：自動申報

海事執法船舶所在實時位置、航行速度、船舶航向、網絡

信號情況、電池電量等；4. 工作情況上報：在巡查、搜救模

式下，系統支持文字、語音、音視頻信息存儲與上傳情況，自

動形成工作日志；5. 一鍵求救功能：“一鍵求救”啟動后，

移動終端按照設定間隔向數據中心報送移動終端設備的

實時位置、航速航向、信號強度、電池電量等信息。

圖２ 手持智能終端應用系統

三、基于多源數據分析的航行安全管控

與應急搜救指揮平臺

航行安全管控與應急搜救指揮平臺實現了水域動

態監控與智慧服務，以及常態化管理與應急搜救指揮，

為提升內河水域船舶安全監測預警、預防救援、應急處

置、危機管理等綜合防范能力，為形成全天候、系統性、

現代化的水上旅游安全保障體系提供信息和技術支撐

（見圖3）。系統功能包括：

圖３ 航行安全管控與應急搜救指揮平臺

（一）構建數據倉庫

平臺以MYSQL數據庫為基礎，綜合應用數據壓縮、

關聯檢索等數據高速存儲、檢索查詢技術，為系統數據

展示、統計分析、預警分析等功能提供信息支撐，系統數

據信息包括：

1. 航道管理數據庫：包括航道邊界，航道允許最大

航行速度、允許航行時間等；2. 船舶數據庫：包括船舶

類型、尺寸、吃水深度、動力、安全設備、允許載客數量，

建造商、建造日期、船檢日期、船檢結論以及船東信息

等；3. 移動終端設備管理數據庫：包括移動終端ID號、通訊

卡號、網絡服務商、設備型號，移動終端設備使用人信息等；

4. 管理執法人員及船舶駕駛人員數據庫：包括姓名、身

份證號、學歷、工作單位、執業資格、工作崗位、家庭住

址等信息；5. 航標、水文、氣象設備數據庫：包括航標位

置、燈器工作狀態、燈質、水文、氣象監測數據等。

（二）在電子海圖顯示所有要素

平臺以網絡地理信息系統（WEB GIS）技術為系統

數據展示基礎，為使用者提供直觀便捷的數據展示和系

統操作等功能，具體包括：

1. 船舶監控與查詢：AIS船舶、安裝船舶動態智能

監測設備的船舶、使用手持智能終端應用系統的船舶

航行動態信息的融合顯示，船舶信息查詢和歷史軌跡回

工程技術

放；2. 導助航設施監控與查詢：水域航標運行狀態信息

的顯示與查詢；3. 電子圍欄設置：在電子海圖上增加點

狀、線狀、面狀以及文字類別的各種類型標注，設置各類

信息標注及電子圍欄；4. 船舶安全監控信息顯示：監控

船舶的危險航行姿態、撞擊報警和手動求救信息；5. 越

界報警：船舶接近或進入警戒區時系統進行報警和實時

監控，并對船舶數量和類型進行統計；6. 超速報警：系統

自動監測船舶駕駛速度，當超速駕駛時系統自動報警。

（三）搜救指揮管理

系統基于自動監測報警信息的搜救應急響應管理，

功能包括：

1. 在電子地圖上自動鎖定預警船舶和求救船舶，顯

示船舶實時姿態、位置；2. 應急搜救流程管理，編輯、審

核搜救指令以及指定搜救指令發送通知相關人員；3. 當

搜救人員打開APP后，系統自動監測和顯示全部搜救人員的

位置及狀態，接收APP發送的語音、影像信息。

四、系統應用情況和應用效果

本項目彌補了AIS技術難以在小型船舶上推廣應用的

不足，為內河水域的安全監管提供了一套高效智能的技

術監管手段，建設了一套具有全面監測預警、預防救援、

應急處置、危機管理等綜合功能的水上船舶動態監控管

理系統，對于控制航行風險，提高水上監管水平具有重

要意義。

該項目的成果可普遍適用于內河和湖泊小型船舶的

安全監控管理，并已經在白洋淀水域使用，在河北省地

方海事局、安新縣地方海事處、雄縣地方海事一處和雄

縣地方海事二處對系統進行了安裝部署，為白洋淀水域

打造了一套適應水上旅游特色要求的水上船舶安全監控

系統，為雄安新區形成現代化的水上旅游安全保障體系

提供技術支撐。

參考文獻

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