一种基于RFID的内河船舶监管系统的监控方法

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一种基于RFID的内河船舶监管系统的监控方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种内河船舶监管系统，特别是基于RFID技术的内河船舶监管方法。\n背景技术\n[0002] 长期以来，内河航道船舶监控及船舶通航信息的采集问题一直是航道管理部门探索研究的一个难题，由于缺乏与之相适用的航道传感技术，内河航道上的船舶监控还停留在人工观测和记录的水平上，这种传统的方式存在两个不足：一是管理上很难确保现场观测工作的有效性，直接影响了航道观测数据的质量；二是人工观测的一手资料很难保存，信息的再利用价值不高，减弱了船舶监控信息对航道建设决策的支持力度。特别是，近几年来，随着运输船只数量的不断增加，内河航道管理工作越显重要，急需一种能够对内河船舶进行监管的技术手段。2.45G微波频段主动式RFID技术，具有识别距离远、同时识别多个目标，电子标签可读写等特点。采用防水防盐雾封装方式，可应用于内河船舶的识别；并通过读写器的部署，自动采集船舶通航信息；通过读写电子标签信息，实现内河船舶不停船报港签证；统计内河航道各时段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度；通过数据挖掘方法分析内河交通网中的拥堵路段，辅助内河港航建设决策。与现有的内河船舶监控采用的技术GPS、AIS(船舶自动识别系统)或VTS(船舶交通管理系统)相比具有成本低、运行费用低等特点。目前，RFID技术受电磁波传输特性限制，在多艘船舶通航且船舶间距离较近情况下，存在RFID信号被船体遮挡无法识别，可以通过读写器的部署来解决。\n发明内容\n[0003] 本发明为了解决内河船舶通航信息自动采集问题，避免人工采集的不足，提供基于RFID技术的内河船舶监管系统的监管方法。\n[0004] 本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种基于RFID技术的内河船舶监控方法，其包括以下步骤：提供采用微波频段的RFID技术的电子标签，在内河船舶上安装所述的电子标签，通过读写器读写电子标签内的信息实现对内河船舶的管理和监控。\n[0005] 本发明解决进一步技术问题的方案是：该电子标签的最大读写距离为至少60米(在内河河面环境下)，且读写器能同时读写多个电子标签，读写器和电子标签采用防水防盐雾封装方式，电子标签的工作寿命在不更换电池条件下可连续工作2年以上。\n[0006] 本发明解决进一步技术问题的方案是：该电子标签以字符串(10位)形式ID作为该目标内河船舶的电子身份编号，具有全球唯一性。\n[0007] 本发明解决进一步技术问题的方案是：读写器安装在航道岸边，高于航道水面3至5米，与安装在船舶驾驶舱内的电子标签处于一个水平面，提高识读成功率，实现多个目标船舶通航信息的同时采集。\n[0008] 本发明解决进一步技术问题的方案是：电子标签采用自带电池供电方式，读写器采用太阳能供电方式和CDMA无线数据链路完成采集信息上传数据中心。\n[0009] 本发明解决进一步技术问题的方案是：数据中心接收若干读写器上传的船舶通航记录，对数据进行去重复、清理等操作，并保存，以提供给其他内河港航管理系统使用。\n[0010] 本发明解决进一步技术问题的方案是：在检查站附近部署读写器，当船舶经过时，可以采集船舶通航信息，通过船舶上电子标签的ID，确认船舶身份；再读取电子标签内的指定信息，获取船舶类型、船舶归属地、船舶目的地、船舶所经检查站点等信息，在报港签证系统中，完成该船舶报港和签证操作；再将信息写入电子标签，完成船舶的不停船报港签证。\n[0011] 本发明解决进一步技术问题的方案是：在大量船舶通航信息中，以航道为统计目标，统计内河航道各时段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度；以船舶为统计目标，绘制船舶航行轨迹，得到船舶运行轨迹特征。\n[0012] 本发明解决进一步技术问题的方案是：由船舶通航信息经加工为船舶航行轨迹记录，通过数据挖掘方法分析内河交通网中的拥堵路段，辅助内河港航建设决策。\n[0013] 本发明解决进一步技术问题的方案是：提供基于RFID技术的内河船舶监管系统，其包括现场层、基础通信层、数据集成处理层和应用层，所述的现场层包括电子标签和读写器，该读写器读写船舶上的采用RFID技术的电子标签的信息；所述的数据集成层，以RFID中间件形式存在，对数据进行清理、处理、保存、统计；所述的应用层包括内河港航管理系统中的船舶报港签证系统和辅助决策系统，以数据挖掘方法获取辅助决策信息。\n[0014] 本发明解决进一步技术问题的方案是：基于RFID技术的内河船舶监管系统采用分布式的B/S架构，在数据中心部署数据集成层，在其他客户端部署应用层。\n[0015] 相较于现有技术，本发明的船舶识别方法采用远距离主动式RFID技术，在满足船舶通航信息自动采集的前提下，具有低成本、低使用费用的优点。本发明的基于RFID的内河船舶监管系统，采用分层设计，分布式B/S架构，能够保证内河船舶通航信息数据采集的速度和准确性，确保船舶不停靠报港签证，确保航道管理部门及时准确掌握航道通航情况，辅助航道建设部门决策。\n附图说明\n[0016] 下面结合附图与实施案例进一步说明本发明：\n[0017] 图1本发明的内河船舶监管的流程图；\n[0018] 图2本发明的船舶不停靠报港签证的流程图；\n[0019] 图3本发明的内河船舶监管系统的网络配置示意图；\n[0020] 图4本发明的RFID系统接口示意图；\n[0021] 图5本发明的读写器在航道部署原则示意图。\n[0022] 图中标号：\n[0023] ①、2.4GHz微波；\n[0024] ②、9V直流电源或太阳能供电；\n[0025] ③、有线读写器情况下，RS232数据线；野外读写器情况下，RS232连接CDMA无线通讯器；\n[0026] ④、有线读写器情况下，计算机RS232与数据线相连接；野外读写器情况下，计算机RS232连接CDMA无线通讯器。\n具体实施方式\n[0027] 下面通过一个实施案例，进一步说明本发明。\n[0028] 本发明的基于RFID技术的内河船舶监管系统利用先进的电子通信技术、计算机及网络技术，为内河港航管理部门提供了信息化建设和科学的管理方案。本发明基于目前成熟的RFID射频识别技术和计算机处理技术以完成船舶通航信息的自动采集、船舶不停靠报港签证和航道的信息化管理，确保内河船舶通航信息数据采集的速度和准确性，确保船舶不停靠报港签证，确保航道管理部门及时准确掌握航道通航情况，辅助航道建设部门决策。\n[0029] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下通过具体实施实例并参见附图，对本发明进行详细说明。\n[0030] 图1是本发明的内河船舶监管方法流程示意图，新购入的船舶专用电子标签在经过质检后要先在电子标签管理系统中注册，建立电子标签的档案。电子标签安装到内河船舶上，电子标签的ID就作为船舶的电子身份证，通过电子标签ID将电子标签与船舶基本信息进行绑定，需要说明的是，本发明的电子标签采用微波RFID技术，读写距离可以达到60米，并可以一次识别多个电子标签，电子标签的ID编码全球唯一。\n[0031] 在内河航道的重点位置部署读写器，例如：检查站、航道交汇处、航道省市交界点。\n电子标签安装到船舶之后，当船舶途径读写器部署点时，可以完成船舶通航信息的自动采集，并上传数据中心。\n[0032] 部署的多个读写器不间断上传采集到的不同目标船舶的通航信息上传到数据中心后，数据中心完成对数据的清理(去重复)、加工和以统一格式保存。可以将保存数据以统一格式提供给其他港航管理系统使用。\n[0033] 数据以统一格式保存后，数据中心对大量的船舶通航信息进行融合，根据读写器在内河航道上的具体部署位置，绘制船舶航行轨迹；统计分析内河航道各时段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度等。\n[0034] 图2是本发明的船舶不停靠报港签证流程示意图，船舶不停靠报港签证作为内河船舶监管的一个具体应用实例，与内河港航管理本部门的报港签证系统直接关联。\n[0035] 图3是本发明的内河船舶监管系统的网络配置示意图，本发明在实施时采用的内河船舶监管系统包括七大部分：船舶RFID电子标签及读写器、CDMA基础通信设施、数据库服务器、数据集成服务器、Web服务器、应用系统业务工作站和系统配置管理工作站。\n[0036] 船舶RFID电子标签及读写器，完成RFID读写器的部署、船用RFID电子标签的安装、RFID设备的数据通信接口(有线或无线方式)，完成船舶的远距离识别、船舶通航信息自动采集和信息上传；CDMA基础通信设施，以现有的覆盖航道区域的CDMA网络为基础，港航管理部门以VPN用户方式，完成数据的无线透明传输。\n[0037] 数据库用来存储系统的所有数据，包括：船舶信息数据库、船舶报港签证数据库等基本业务数据库；船舶通航信息数据库；船舶航行轨迹数据库；电子标签管理数据库、读写器配置管理数据库。\n[0038] 数据集成服务器、完成从通信基础层接收可靠数据，完成元数据的定义、数据的清理和解析、提供统一的数据接口、完成数据安全、向应用层提供接口统一的Web数据服务，实现数据共享。Web服务器作为整个系统的业务层，封装所用的业务逻辑，根据应用系统工作站的业务需求，将数据集成服务器的数据进行处理或格式转换。应用系统业务工作站负责日常的一些港航管理的功能，包括船舶管理、船舶检查、船舶报港签证、统计报表等功能。\nWeb数据服务基础上，完成各类应用系统的应用业务处理。系统配置管理工作站，完成读写器部署管理、电子标签的发放和回收、读写器故障检测和管理；人员管理、角色权限管理、数据格式定义、业务数据配置等。\n[0039] 图4是本发明的RFID的接口示意图，包括：电子标签与读写器空中接口、读写器供电接口、读写器数据链路接口和数据中心的数据链路接口。\n[0040] 电子标签与读写器空中接口，完成读写器对电子标签的读写和ID识别，应用\n2.45GHz微波频段。读写器供电接口，有两种形式：9V直流电源供电和太阳能供电，太阳能供电需要额外的太阳能供电系统和蓄电池。\n[0041] 读写器数据链路接口和数据中心的数据链路接口，有两种形式：有线方式采用串口RS485/RS232；无线方式采用CDMA基础通信VPN。\n[0042] 图5是本发明的航道读写器部署原则的示意图，在RFID在航道部署过程中，依据的原则如下：\n[0043] (1)按航道部署，航道部署次序以航道等级为序，高等级航道优先部署；\n[0044] (2)航道的省界处，相间100米-200米部署2部RFID读写器；\n[0045] (3)与航道相交的其他航道，在交叉口处有“T”字型和“+”字型两种情况，可分别部署3部和4部RFID读写器；\n[0046] (4)按行政区域部署，在航道的县市管辖区域交界处部署1部RFID读写器；\n[0047] (5)以原则(1)为部署优先原则；在总体规划中，部署原则应以“按航道部署”(原则1)优先，再以“按行政区域部署”(原则4)为部署的优先原则。\n[0048] (6)后部署航道不计与先部署航道的相交。航道部署要分步实施，在后部署航道部署的过程中，应不再考虑其与先部署航道的相交。\n[0049] 图5(a)中在主干航道的省界处部署2部读写器，通过2部读写器的读写顺序可以判断船舶是进入该省，还是离开该省。例如：A1读到标签时间t1早于A2读到标签时间t2，则船舶运行方向为左向右，驶入该行政区(省)。因此，可以获取每艘驶入/驶出该省的船舶信息。\n[0050] 图5(b)中主干航道与其它航道的相交，有两种情况，“T”字型和“+”字型。对于“T”字型可以在主干航道交口处各200-1000米处部署1部RFID读写器，在相交航道上，近交口处200-1000米处部署1部RFID读写器。例如：T 1读到标签时间t1早于T2读到标签时间t2，则船舶从相交航道驶入主干航道，并向左航行。因此，可以获取每艘从主干航道驶入相交航道和从相交航道驶入主干航道的船舶信息，并可知驶入主干航道后船舶的航向。\n对于“+”字型可以看作是两个“T”字型，分别主干航道和相交航道近交叉口两侧200-1000米处部署1部RFID读写器。由此，可以获取每艘从主干航道驶入相交航道和从相交航道驶入主干航道的船舶信息，并可知驶入主干航道后船舶的航向。\n[0051] 图5(c)在主干航道上，各县行政区域管辖交界处部署1部RFID读写器。当船舶驶入某县行政管辖区域时，可及时获取船舶信息，并对巡逻艇预告船舶检查情况。\n[0052] 本发明的基于RFID的内河船舶监管系统，采用分层设计，分布式B/S架构，能够保证内河船舶通航信息数据采集的速度和准确性，确保船舶不停靠报港签证，确保航道管理部门及时准确掌握航道通航情况，辅助航道建设部门决策。