一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统及方法

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一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种利用雷达技术实现海缆维护的监控管理系统，具体来说，是涉及一种利用雷达检测技术来监视海底光/电缆路由上的船舶动态情况，并通过设置报警范围和报警条件而达到保护海底光(电)缆的管理系统和方法。\n背景技术\n[0002] 每年，在中国海域的海底光缆都会发生较多的阻断，造成的经济损失高达数亿美元。而累次阻断的主要原因，都是由于渔船在海缆路由违章抛锚作业造成的，其中帆张网渔船危害最大。由于国际通信信息网络依靠海缆等有形设备传输信息，而海缆虽然在敷设海底，但也很容易受到各类船舶因抛锚和渔船违章作业而造成损坏，在加大对渔船规范作业的宣传力度的同时，要加强对海缆经过海区的有效监管，实现海缆路由实时的监控和预防，保证海缆信息安全畅通，同时在出现事故后也要能做到有据可查。\n[0003] 目前，保护海缆安全的管理系统主要是基于VHF、单边带的巡逻船管理系统。\nVHF(Very High Frequency，甚高频)是一种用于船舶之间、船舶与岸上之间利用无线电甚高频率进行语言通信的设备，通信距离一般可达12海里。单边带通信是一种用于船舶与岸上之间的长距离语音通讯设备，在天气良好的情况下通信距离可达200海里。\n[0004] 海缆公司海缆监控中心通过在海缆路由上安排巡逻船来管理违规船只。当巡逻船发现在海缆路由上抛锚或者捕鱼作业的违规船只后，使用VHF或靠违规船只要求其停止作业并立即离开海缆路由保护区域。每艘巡逻船在规定时刻把驱赶的船舶资料定时向岸上监控中心进行汇报，监控中心再对汇报数据进行记录汇总分析，并按照分析结果结合海缆事故频发地段调整巡逻船的巡逻区域。\n[0005] 上述系统存在以下不足之处：(1)实时性差：监控中心只能通过对巡逻船汇报的资料进行汇总分析后才能了解海缆路由上的违规船只分布情况，无法对违规船只进行实时监控；(2)主动性差：监控中心获知海缆路由安全状况的唯一途径是通过巡逻船的汇报，无法主动了解某一区域的具体情况，也无法第一时间对巡逻船进行合理调度；(3)数据缺乏全面性：由于巡逻船的数量有限，同一时间只能覆盖到整个保护区域的一小部分，因此取得的驱赶船舶资料缺乏完整性和全面性；(4)数据精度差：由于监控中心获得的违规船只资料是通过单边带语音通讯获得的，船上工作人员人为获得数据因人而异，监控中心获得的数据也存在一定的误差；(5)无数据管理功能：由于监控中心是通过与巡逻船的单边带语音通讯获得的数据，获得的数据无法进行实时的保存，也无法对数据进行回溯。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的是提供一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理方法，该方法合理布置雷达站点，利用雷达检测技术对雷达覆盖范围内的国际海光缆路由海面船舶活动情况实施全天侯覆盖监控，并利用多种先进的通信技术把多个雷达站联网组成雷达网络，实现远程实时监控海光缆路由船舶动态并自动报警，及时通知现场巡逻船只，从而达到保护国际海光缆安全的高科技管理系统。\n[0007] 本发明的另一目的是提供一种采用上述方法的利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统。\n[0008] 本发明的目的是这样实现的：\n[0009] 一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统，包括远程雷达站、巡逻船、卫星地面站和监控指挥中心，该系统包括雷达探测设备、通信传输设备和数据处理设备；所述雷达探测设备包括雷达天馈线设备、雷达收发机设备和雷达数据采集处理设备；所述通信传输设备包括卫星传输设备和光通信传输设备；所述数据处理设备包括网络交换设备、应用服务器设备、数据库服务器设备、磁盘阵列和监控终端。\n[0010] 其中，所述雷达探测设备配置在海岛上和海岸线上。\n[0011] 配置在海岛上的雷达探测设备探测到覆盖范围内船舶信息，在远程雷达站把雷达数据进行压缩处理后经过卫星链路传回卫星地面站，再通过光缆传到监控指挥中心。\n[0012] 配置在海岸线上的雷达探测设备探测到覆盖范围内船舶信息，在远程雷达站把雷达数据进行压缩处理后通过光缆送至监控指挥中心。\n[0013] 所述监控指挥中心的数据处理设备对接收到的数据进行处理，依照存储的数据为访问的客户端提供服务。\n[0014] 本发明一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统，包括以下模块：\n[0015] 控制命令处理模块，用于完成控制监视终端命令的接收、分析、验证和提交，通过监听控制命令端口，在控制监视终端发送控制命令后，该模块会立即从网络上收到该控制命令，经过命令的分析与处理后，将命令提交给相应的计算机完成命令的实现；\n[0016] 雷达视频处理模块，负责对各雷达站传送过来的雷达视频信息进行预处理，统一所有雷达站的视频信息格式，并将该信息发送到各控制监视终端显示；\n[0017] 数据解压缩处理模块，用于对在远程雷达站进行了压缩处理的数据进行解压缩；\n[0018] 目标报告处理模块，用于完成数据的归一化处理，数据在完成归一化处理后将发送给相应的其他处理模块；\n[0019] 程序异常检测模块，用于程序的异常检测，当远端雷达站、监控中心数据库服务器发生故障时，所述程序异常检测模块会立即发现并以警告信息的形式发送给控制监视终端供操作员处理；\n[0020] 雷达状态信息处理模块，用于实现设备状态的实时处理，并提供给监控终端显示和状态数据的实时记录；\n[0021] 海图模块，通过数据库操作模块从数据库中读取电子海图信息，并显示在界面上，向用户提供一个直观的地理信息，当用户修改海图后，调用数据库操作模块将保存后的电子海图存入数据库；\n[0022] 其他信息显示模块，向用户提供附加的信息，用户可通过相应的对话框，如用户管理、显示气象记录、缉私艇管理、通讯录、数据存储策略等进行操作；\n[0023] 回放模块，向用户提供历史信息，用户可通过设置回放时间段再现历史信息，该信息包括目标报告、原始视频、系统状态、海图区域信息；\n[0024] 数据库操作模块，使用数据库应用程序接口(API)，使用SQL语句对数据库进行操作，提供了与SQL Server关系数据库的程序接口，各模块可通过数据库操作模块编程，可读取存储相应的数据，并可通过SQL语句对数据库进行维护。\n[0025] 其中，所述海图模块可通过缩放操作向用户提供相应缩放比例的海图信息，并可根据用户的设置显示指定的海图图层；在回放中用户可滑动时间块回放所关注时间段的信息。\n[0026] 一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理方法，包括以下步骤：\n[0027] (1)配置在海岛上的雷达设备探测到覆盖范围内船舶信息，在雷达站把雷达数据进行压缩处理后经过卫星链路传回卫星地面站，再通过光缆传到监控指挥中心；\n[0028] (2)配置在海岸线上的雷达设备探测到覆盖范围内船舶信息，在雷达站把雷达数据进行压缩处理后通过光缆送至监控指挥中心。\n[0029] (3)监控指挥中心的应用服务器对收到的原始视频、目标报告、特征视频、雷达状态等数据进行计算处理；\n[0030] (4)监控中心的数据库服务器对数据进行处理存储；\n[0031] (5)监控客户端软件访问应用服务器获得船舶数据及报警数据；\n[0032] (6)监控人员根据系统提供的数据，使用单边带或卫星电话及时调度现场巡逻船对违规船舶进行驱赶，或到重点区域进行警戒。\n[0033] 本发明由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：监控指挥中心能够对海缆路由的安全状况进行宏观掌控，及时主动地调度巡逻船对违规船舶进行驱赶、或到危险区域进行警戒。本发明是集雷达监控技术、卫星传输技术、光通信技术、Intemet技术、数据库开发、网络组网、GIS技术和海上船舶调度为一体的，具有船舶动态跟踪、报警、驱赶、回放等功能的综合海缆维护监控管理系统。\n[0034] 本发明一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统具有以下功能：\n[0035] (1)船舶动态监控功能：可以在监控终端电子海图平台上实时显示各船舶信息(批号、船速、航向、位置等)。\n[0036] (2)定位跟踪功能：对于某艘特定的违规船只，可以进行定位跟踪。\n[0037] (3)轨迹回放功能：实现查看船舶在过去的指定时间内的历史状态情况。设定轨迹回放的时间段，回放条件，系统根据设定的回放条件寻找符合条件的记录，并在电子海图上进行直观显示。回放的速度可以调节，可以暂停回放，亦可以查看任意时间的船舶定位数据和状态，同时可以对多艘船舶同时进行轨迹回放，以便查看多条船舶在时间上的相互位置关系，便于对各类事件进行分析。\n[0038] (4)自动报警功能：一旦船舶驶入预先设定的海缆保护区域，且速度低于设定的阀值，即有声光警告，提醒监控人员进行处理。界面上的船舶列表中也会显示该船的详细信息，当违规船只的航速高于阀值或离开保护区域时，报警自动停止，该船条目也自动从船舶列表中删除。\n[0039] (5)海缆路由及电子海图编辑功能：当海缆路由和电子海图在服务器端进行更新后，客户端软件会自动下载更新。\n附图说明\n[0040] 通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：\n[0041] 图1是本发明一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统的逻辑框图。\n[0042] 图2是监控中心数据处理设备的逻辑框图。\n具体实施方式\n[0043] 请参阅图1，本发明一种利用雷达技术实现海缆维护的监控与管理系统，包括远程雷达站、巡逻船、卫星地面站和监控指挥中心，该系统包括雷达探测设备、通信传输设备和数据处理设备；所述雷达探测设备包括雷达天馈线设备、雷达收发机设备和雷达数据采集处理设备；所述通信传输设备包括卫星传输设备和光通信传输设备；所述数据处理设备包括网络交换设备、应用服务器设备、数据库服务器设备、磁盘阵列和监控终端。\n[0044] 其中，所述雷达探测设备配置在海岛上和海岸线上。配置在海岛上的雷达探测设备探测到覆盖范围内船舶信息，在远程雷达站把雷达数据进行压缩处理后经过卫星链路传回卫星地面站，再通过光缆传到监控指挥中心。配置在海岸线上的雷达探测设备探测到覆盖范围内船舶信息，在远程雷达站把雷达数据进行压缩处理后通过光缆送至监控指挥中心。所述监控指挥中心的数据处理设备对接收到的数据进行处理，依照存储的数据为访问的客户端提供服务。监控指挥中心工作人员对报警信息和船舶数据进行分析处理，再通过单边带或卫星电话调度香肠的巡逻船对违规船舶进行驱赶和其他处理措施，或到危险区域进行警戒；巡逻船接到驱赶指令后，使用VHF或靠违规船只要求其停止作业并立即离开海缆路由保护区域，驱赶结束后向监控中心进行汇报。\n[0045] 该系统处理软件主要由以下模块组成(结合图2所示)：\n[0046] (1)控制命令处理模块\n[0047] 控制命令处理模块完成控制监视终端命令的接收、分析、验证和提交等功能。控制命令处理模块通过监听控制命令端口，在控制监视终端发送控制命令(例如：雷达A机开机)后，该模块会立即从网络上收到该控制命令，经过命令的分析与处理后，将命令提交给相应的计算机完成命令的实现。\n[0048] (2)雷达视频处理模块\n[0049] 雷达视频处理模块负责对各雷达站传送过来的雷达视频信息进行预处理，统一所有雷达站的视频信息格式，并将该信息发送到各控制监视终端显示。\n[0050] (3)数据解压缩处理模块\n[0051] 由于卫星链路的带宽限制，在远程雷达站对数据进行压缩处理以达到实时收发的效果。该模块就是数据解压缩的实现部分。另外，对数据的压缩也有效的保证了网络链路上数据的安全。\n[0052] (4)目标报告处理模块\n[0053] 目标报告来自不同的雷达站，其数据格式、坐标系统也不一样。为了便于数据的记录以及监控终端的显示，该模块可完成数据的归一化处理。数据在完成归一化处理后将发送给相应的其他处理模块。\n[0054] (5)程序异常检测模块\n[0055] 系统工作于网络环境中，控制的设备众多，既涉及广域网也涉及局域网，所以，对整个系统的状态、程序的异常检测极为重要。该模块实现了程序的异常检测。当远端雷达站、监控中心数据库服务器发生故障时，该模块会立即发现并以警告信息的形式发送给控制监视终端供操作员处理。\n[0056] (6)雷达状态信息处理模块\n[0057] 整个系统工作于网络模式，雷达站位于远端，其控制、数据的采集都通过网络远程实现。所以，对设备实时状态的处理和显示是系统的关键。\n[0058] 该模块实现了设备状态的实时处理，并提供给监控终端显示和状态数据的实时记录。这样，当系统出现故障时，操作员会立即知道。当对故障的历史进行分析时，该模块也提供了有效的保障。\n[0059] (7)海图模块\n[0060] 通过数据库操作模块从数据库中读取电子海图信息，并显示在界面上，向用户提供一个直观的地理信息。当用户修改海图后(如设置报警区、跟踪区等)，调用数据库操作模块将保存后的电子海图存入数据库。\n[0061] 海图模块可通过缩放操作向用户提供相应缩放比例的海图信息，并可根据用户的设置显示指定的海图图层。\n[0062] (8)其他信息显示模块\n[0063] 向用户提供附加的信息，用户可通过相应的对话框，如用户管理、显示气象记录、缉私艇管理、通讯录、数据存储策略等进行操作。\n[0064] (9)回放模块\n[0065] 向用户提供历史信息。用户可通过设置回放时间段再现历史信息，该信息包括目标报告、原始视频、系统状态、海图区域信息。在回放中用户可滑动时间块回放所关注时间段的信息。\n[0066] (10)数据库操作模块\n[0067] 数据库操作模块使用数据库应用程序接口(API)，使用SQL语句对数据库进行操作，提供了与SQL SerVer关系数据库的程序接口。各模块可通过数据库操作模块编程，可读取存储相应的数据，并可通过SQL语句对数据库进行维护。\n[0068] 本发明系统的工作方法包括以下步骤：\n[0069] (1)配置在海岛上的雷达设备探测到覆盖范围内船舶信息，在雷达站把雷达数据进行压缩处理后经过卫星链路传回卫星地面站，再通过光缆传到监控指挥中心；\n[0070] (2)配置在海岸线上的雷达设备探测到覆盖范围内船舶信息，在雷达站把雷达数据进行压缩处理后通过光缆送至监控指挥中心。\n[0071] (3)监控指挥中心的应用服务器对收到的原始视频、目标报告、特征视频、雷达状态等数据进行计算处理；\n[0072] (4)监控中心的数据库服务器对数据进行处理存储；\n[0073] (5)监控客户端软件访问应用服务器获得船舶数据及报警数据；\n[0074] (6)监控人员根据系统提供的数据，使用单边带或卫星电话及时调度现场巡逻船对违规船舶进行驱赶，或到重点区域进行警戒。