一种多功能船舶自动识别系统技术方案

本实用新型专利技术涉及智能航海领域，具体是一种多功能船舶自动识别系统，包括船载单元、基站单元、数据处理与显示单元，其中船载单元与基站单元通过LoRa无线通讯连接，基站单元实时接收船载单元上传的船舶航行数据，然后发送至数据处理与显示单元，基站单元还能接收数据处理与显示单元的数据，并且下行发送至船载单元；本实用新型专利技术保证了船舶航行信息传输的稳定性、高质量性、抗干扰性和安全性，同时，本实用新型专利技术设备耗能小、购置和后期使用的成本低，有利于本设备在各类船舶上的推广和普及，此外，本实用新型专利技术还有利于提高科学研究水平和为海事管理部门提供决策辅助信息，具有极高的市场推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能船舶自动识别系统
本技术涉及智能航海领域，具体是一种多功能船舶自动识别系统。
技术介绍
多功能船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem,简称AIS系统）是一种能够将船舶航行动态信息（航速、航向、船位等）和船舶静态信息（船舶识别码、船名、船舶尺寸和船舶类型等）向邻近船舶和附近岸台进行广播的设备，使邻近船舶及岸台能够及时掌握附近水域所有船舶的动、静态航行信息，必要时立刻互相通话协调，及时采取必要的避让行动，以保障船舶的航行安全。为此，我国规定，200总吨至500总吨沿海航行船舶、所有港作拖船和参与沿海水上水下施工作业的自航船舶、航行于内河长江干线、珠江干线、京杭运河及黄浦江的100总吨及以上的所有船舶以及100总吨以下的液货船和集装箱船应配备AIS船载设备，以帮助船舶航行过程中掌握足够多的安全航行信息，尽可能减少水上交通事故的发生。然而在实际使用过程中，现有的AIS设备至少存在以下缺陷：1、通讯方式的限制。现有AIS设备是通过甚高频（VeryHighFrequency，简称“VHF”）信道向邻近船舶广播船舶航行信息的，随着近年来水上数据通信需求的不断提升，AIS设备在VHF频段通信需求的增加导致AIS设备在可使用频段内变得非常拥挤，特别是在一些繁忙港口和狭窄水域（如内河或港区航道）已经出现了信息阻塞等问题，严重影响了AIS设备通讯的效率，导致经常出现广播延迟甚至无法发送的现象；2、在港区水域或者狭窄水域的适用性不高。由于现有AIS设备的信息发送方式是通过VHF信道进行的，即在同一水域的所有船舶会在同一时刻将本船信息向邻近船舶进行广播，这样就会发生在一些港区水域和狭窄水域（比如长江航道、浙北内河水网航道）中船舶密集的情况下，每台AIS设备上显示的船舶信息出现密密麻麻的“扎堆”现象，导致本船船员根本无法准确识别所需的邻近船舶航行信息，更无法判断当前的安全形势，使得AIS设备变得“鸡肋”，于是出现了很多船舶私自关掉AIS设备，以减少船舶的能耗和降低营运成本；3、由于每台AIS设备需要通过高功率的VHF天线进行通讯广播，且需保证其广播距离达到15km，因此，我国规定，船舶应配置12A以上稳压电源（同时还需配置一个应急电源）以保证AIS设备的正常工作，这样一来，对于一些航行在内河或者水库的小型船舶，由于自身条件的限制（自身船电较为欠缺），配备AIS设备就比较困难，从而限制了AIS设备在小型船舶助航以及监督管理中的应用；此外，由于功耗的问题，也增加了AIS岸台的建设和营运成本，这也限制了AIS的进一步推广。
技术实现思路
为解决当前AIS设备存在的通讯效率不高、船舶密度较大时适用性不好和能耗过高等问题，本技术提供一种新型的多功能船舶自动识别系统，较传统的AIS而言，该系统在通讯效率、受外界干扰程度、船舶密度较大时的适用性和能耗等方面具有明显的优势。本技术的具体方案为：一种多功能船舶自动识别系统，包括船载单元、基站单元、数据处理与显示单元，其中船载单元与基站单元通过LoRa无线通讯连接；所述基站单元实时接收船载单元上传的船舶航行数据，然后发送至数据处理与显示单元，所述基站单元还能接收数据处理与显示单元的数据，并且下行发送至船载单元。本技术所述的船载单元具有主控模块、主控模块上串口连接有LoRa模块、用于获取船舶船位和航速信息的GPS模块、用于获取船舶航向信息的罗经传感器、用于获取船舶运动信息的加速度传感器、显示屏模块和用于存储船舶航行信息的SD卡模块以及电源模块；所述LoRa模块具有数据双向传输功能，分别用于数据的上传和接收，所述加速度传感器根据船舶运动状态判断船舶是否处于在航状态，所述SD卡模块内还存储有船舶静态信息，所述船舶静态信息包括船舶识别号、船长、船宽、船舶类型、船舶吃水。本技术所述的显示屏模块内置有用户交互界面，用户交互界面至少具有用于显示本船航行信息的基本信息界面、用于显示附近船舶航行动态的电子海图界面和用于显示本船动态信息的加速度界面。本技术所述的基站单元具有船载单元LoRa模块匹配通讯的网关，用于与船载单元进行数据的上传和下行，所述网关还采用3G或者4G或者有线宽带与数据处理与显示单元通讯连接。本技术所述的数据处理与显示单元包括云服务器和应用平台，所述云服务器用于接收和存储基站单元上传的船舶航行信息，所述应用平台读取云服务器所存储的船舶航行信息，按照操作指令对数据进行计算和处理，并将结果显示给用户。本技术具有的优势在于：1、采用LoRaWAN的方式进行通讯，其本质是通过一种无线传输的方式，将船舶航行信息上传至基站单元，再由基站单元通过LoRaWAN下行至临近船舶，这种信息传输方式改变了传统AIS设备需要通过VHF信道使用特定的广播频率进行信息传输的方式，彻底消除了传统AIS设备通讯过程中容易出现的通讯质量较差、接收的船舶信息滞后性严重和广播频率被人占用产生串台的现象，保证了信息传输的稳定性、高质量性、抗干扰性和安全性。2、在使用能耗方面，采用LoRa的通讯方式，效率更高，同时拥有极低的能耗，可直接使用电池，设备购置成本和使用成本大幅降低，同时安装体积也更小，大大提高了本设备在各类船舶（尤其是小型船舶）上的适用性，有利于本设备在各类船舶上的推广和普及。3、所有船舶航行信息数据最终都会上传至数据处理与显示单元的云服务器，应用平台的用户通过调用云服务器中存储的数据，对所有的船舶航行信息实施进一步深入计算和分析，其分析结果可用于科学研究和为海事管理部门提供决策辅助信息，提高决策水平，改善水上交通环境。附图说明图1为本技术的流程图。具体实施方式本实施例中，一种多功能船舶自动识别系统，包括船载单元、基站单元、数据处理与显示单元，船载单元与基站单元通过LoRa无线通讯连接，基站单元实时接收船载单元上传的船舶航行数据，然后发送至数据处理与显示单元，基站单元还能接收数据处理与显示单元的数据，并且下行发送至船载单元。即，三者间的通讯关系为：船载单元与基站单元采用LoRa无线进行双向通讯，基站单元采用4G网络（也可用3G网络或者有线宽带）与数据处理与显示单元进行双向通讯。本实施例中，船载单元安装在船舶驾驶台内，其内部设有主控模块，主控模块通过串口分别连接有LoRa模块、GPS模块、罗经传感器、加速度传感器、串口组态显示屏、SD卡和电源，各部件的功能和参数如下：主控模块负责对其他各模块部件进行控制、协调和相关的逻辑运算，其型号选用STM32F103RCT6，它是一种32位ARM微控制器，拥有五个UART/USART串口、两个I2C接口、一个RS485串口、一个CAN接口、USB和开发电源接口以及SD/MMC卡座；LoRa模块负责船载单元与基站单元的通讯连接，采用ClassC传输模式，具有数据双向传输功能，分别用于数据的上传和接收，其型号选用ELI-MD-111-B，与主控模块的一个UART串口连接；其中ClassC为LoRaWAN的一种传输模式，在ClassC传输模式下，终端节点除了上行发送之外一直处于接收状态；GPS模块负责收集船舶实时的船位和船速，其型号选用GT-U7，与主控模块的一个UART串口连接；罗经传感器用于获取船舶航本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能船舶自动识别系统，其特征在于：包括船载单元、基站单元、数据处理与显示单元，其中船载单元与基站单元通过LoRa无线通讯连接；所述基站单元实时接收船载单元上传的船舶航行数据，然后发送至数据处理与显示单元，所述基站单元还能接收数据处理与显示单元的数据，并且下行发送至船载单元。

【技术特征摘要】
1.一种多功能船舶自动识别系统，其特征在于：包括船载单元、基站单元、数据处理与显示单元，其中船载单元与基站单元通过LoRa无线通讯连接；所述基站单元实时接收船载单元上传的船舶航行数据，然后发送至数据处理与显示单元，所述基站单元还能接收数据处理与显示单元的数据，并且下行发送至船载单元。2.根据权利要求1所述的一种多功能船舶自动识别系统，其特征在于：所述船载单元具有主控模块、主控模块上串口连接有LoRa模块、用于获取船舶船位和航速信息的GPS模块、用于获取船舶航向信息的罗经传感器、用于获取船舶运动信息的加速度传感器、显示屏模块和用于存储船舶航行信息的SD卡模块以及电源模块；所述LoRa模块具有数据双向传输功能，分别用于数据的上传和接收，所述加速度传感器根据船舶运动状态判断船舶是否处于在航状态，所述SD卡模块内还存储有船舶静态信息，所述船舶静态信息包括船...

【专利技术属性】
技术研发人员：文元桥，陈芊芊，陈华龙，周春辉，肖长诗，张帆，
申请(专利权)人：武汉尼维智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42