一種內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統的製作方法
2023-06-06 12:38:11
一種內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統，包括衛星系統（1）、終端設備系統（2）和後臺監控系統（3），所述實時定位監控系統通過衛星系統（1）能夠實現終端設備系統（2）和後臺監控系統（3）的實時通訊和定位監控。本實用新型結合內陸河流採砂管理辦法首次提出設置寬度為50米的預警緩衝帶，首次提出分兩種模式顯示船隻航行測線軌跡容許偏差範圍，並將預警緩衝帶和測線軌跡容許偏差範圍顯示在後臺監控系統（3）的GIS可視化動態監控應用平臺中，信息的記錄精度精確到秒。本實用新型實現對監控船隻定位跟蹤、越界報警、監控調度、偏航提醒、軌跡分析的功能。
【專利說明】一種內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及定位監控領域，尤其是一種基於北鬥衛星導航系統和GPS導航系 統的水文水政船隻實時定位監控系統，可實現對水文測量船隻、水政執法船隻、採砂船隻的 實時通訊和定位監控。
【背景技術】
[0002] 現代社會，各行各業蓬勃發展，很多產業都離不開實時監控和定位，目前普遍使用 的是美國研發的GPS全球衛星定位系統。該系統在使用過程中，其精度受到一定的限制； 而且在國家層面上，為了國家安全和信息的保密，不能完全依賴於該系統。因此，發展北鬥 導航系統是非常必要的。北鬥-2 (BD2)導航定位系統符合我國信息化產業發展指導方向。 該系統計劃發射35~40顆衛星，現已發射可用衛星14顆，已完成對我國及周邊地區的覆蓋。 2012年12月28日，BD2系統宣布進入正式運行狀態，目前在黃河、長江流域定位精度可達 到5~7米，能夠基本滿足船隻定位監控要求。由於目前我國發射的北鬥衛星顆數還較少，導 致該系統收星效果有時不太理想。為了解決該問題，目前在BD2和GPS定位系統同時使用 方面開展了一定的研究，如，"文豪，萬隆君.基於北鬥和GPS的船載導航系統的模塊設計 [J].機電技術，2012,06:160-162+174. "和"趙學洋，李海紅.船用北鬥/GPS雙星座導航 體系構建的探討[J].航海技術，2013,02 :39-41. "。目前，內陸河流水文測量船隻和水政 執法船隻多採用GPS全球衛星定位系統，有時不能夠滿足導航、定位及緊急通訊需求，同時 在水文測量過程中，無法實時反饋修正測線，降低了測驗效率和測量數據精度。 實用新型內容
[0003] 本實用新型要解決的技術問題是提供了一種內陸河流水文水政船隻實時定位監 控系統，解決了內陸河流水文水政船隻定位及實時監控困難的問題。
[0004] 本實用新型的技術方案是以下述方式實現的：
[0005] -種內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統，其特徵在於，所述實時定位監控 系統包括衛星系統（1)、終端設備系統（2)和後臺監控系統（3)，所述衛星系統（1)包括GPS 衛星系統和BD2衛星系統，所述終端設備系統（2)包括移動終端和終端通訊系統，所述後臺 監控系統（3)包括監控應用平臺伺服器和監控應用平臺客戶端，其中監控應用平臺客戶端， 為基於GIS的可視化動態監控應用平臺；所述實時定位監控系統通過衛星系統（1)能夠實 現終端設備系統（2)和後臺監控系統（3)的實時通訊和定位監控，能夠實現對區域內裝有 所述終端設備系統（2)的船隻進行定位跟蹤、越界報警、監控調度、偏航提醒、軌跡分析的功 能。
[0006] 進一步，在禁採區外延設置寬度為50米的預警緩衝帶，當採砂船隻使用所述實時 定位監控系統時，所述後臺監控系統（3)的GIS可視化動態監控應用平臺能夠顯示寬度為 50米的預警緩衝帶，當採沙船進入預警緩衝帶或禁採區時，所述後臺監控系統（3)通過對 採砂船隻的實時位置監控，能夠顯示不同級別的預警信息，及時向採砂船隻發出越界報警 信息。
[0007] 進一步，水文船隻測量時需要沿著計劃測線進行航行，當水文測量船隻使用所述 實時定位監控系統時，所述後臺監控系統（3)的GIS可視化動態監控應用平臺，分兩種模 式顯示水文測量船隻航行測線軌跡容許偏差範圍，所述偏差範圍為偏離預定測線軌跡的距 離，日常期測量模式時容許偏差的範圍為5米，洪水期惡劣條件下測量模式容許偏差的範 圍為10米；當水文測量船隻的航行位置超出容許偏差範圍時，所述後臺監控系統（3)向船 只發出提示信息。
[0008] 進一步，水文測量船根據日常行駛、測驗時行駛、加密測驗時行駛的工況，在所述 終端設備系統（2)中分別設置針對所述三種工況上報間隔時間來報送數據。
[0009] 進一步，所述終端設備系統（2)採用BD2短報文的通訊方式與所述衛星系統（1)通 訊，工作頻率為2491MHz，實現所述終端設備系統（2)的定位，每條BD2短報文能夠發送不超 過140個字。
[0010] 進一步，所述後臺監控系統（3)能夠實現水文測量船隻運行軌跡、位置信息、測驗 數據和測驗時間的實時同步記錄，記錄精度精確到秒。
[0011] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0012] (1)根據內陸河流採砂管理辦法，首次提出在禁採區外延設置寬度為50米的預警 緩衝帶，將其顯示在後臺監控系統的GIS可視化動態監控應用平臺上，通過對採砂船隻的 實時位置監控，在後臺監控系統上顯示不同級別的預警信息，可及時向採砂船隻發出越界 報警信息，實現了對採砂船隻高效管理，有利於維持正常的採砂秩序和河道行洪安全。
[0013] (2)目前，黃河水文測驗過程中，多是現場測驗人員根據預定要求決定測驗方案和 路線，缺乏測驗人員與指揮人員的實時溝通，在出現測驗數據偏差、失真或缺失的情況，一 般只能採用事後補測方式，無法實時修正，造成了水文測驗效率低、測驗成本增加和數據準 確性差的問題。本實用新型通過短報文方式，能夠實現測驗人員與指揮人員之間的實時聯 系，測驗人員按照指揮人員發出的指令進行船隻操作，避免了測驗方案和路線的偏差，實現 了實時修正的目的，提高了測驗效率、降低了成本、提高了數據準確性；此外，上級部門發現 險情時，可以實時通知船隻，保證水文測驗人員和測量船隻的安全。
[0014] (3)本實用新型首次提出在後臺監控系統的GIS地圖中分兩種模式顯示船隻航行 測線軌跡容許偏差範圍，當船隻航行位置超出測線容許偏差範圍時，後臺監控系統及時向 船隻發出提示信息，實現實時船隻航線糾偏，保證了船隻航行方向正確，提高水文測驗作業 效率，保證了水文測驗數據的準確性。
[0015] (4)目前，黃河水文測驗技術較為落後、測驗歷時長、測驗精度低，同時黃河水文 現有測量船仍以點測的工作模式為主，獲得的資料不能完全滿足黃河治理開發和管理的需 要。本實用新型利用短報文通訊方式獲得的歷史數據，可以在日後開展水文測量時作為重 要參考資料進行比對，保證今後水文測驗時在同一軌跡線上進行，可在衝淤變化測驗、水下 地形測量、斷面套繪測量時避免測線偏差，提高測量精度；同時，水文測量船隻運行軌跡動 態顯示，能夠實現水文連續測量方式的應用，為提高黃河水文測量的準確性提供技術支撐。
[0016] (5)根據水文測量中日常行駛、測驗時行駛、加密測驗時行駛的工況，在終端設備 系統設置三種信息上報間隔時間來報送數據，避免了無效數據的發送和重要數據的漏發， 在保證發送信息的準確性的前提下提高了經濟合理性。
[0017] (6)後臺監控系統可以實現水文測量船隻運行軌跡、位置信息、測驗數據和測驗時 間的實時同步記錄，豐富了測驗數據記錄的內容，提高了記錄精度，保證了水文測驗數據的 完整性和準確性，避免了目前水文測量船以點測為主的測驗方式和粗略的時間記錄方式導 致水文測驗數據的失真。
[0018] (7)本實用新型採用北鬥/GPS雙模導航定位系統，有效解決了黃河流域多沙河流 水文水政船隻定位及實時監控困難的問題，可以有效提高定位精度，兩種導航系統的有效 組合，能夠更好地滿足定位需求，為提高黃河水文測量的準確性、提高水政執法效率、加強 對河道作業船隻的管理、減少水事違法案件的發生、保證河道平穩運行及堤防安全提供技 術支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1為系統組成示意圖。
[0020] 圖中：1為衛星系統；2為終端設備系統；3為後臺監控系統。
【具體實施方式】
[0021] 為了解決內陸河流水文水政船隻定位及實時監控困難的問題，本實用新型目的是 為水文水政船隻提供一種定位精度高、易操作和實時通訊的定位監控系統，從而加強對河 道作業船隻的管理，實現水文水政船隻的準確定位和實時監控，為提高黃河水文測量的準 確性、提高水政執法效率、加強對採砂船隻的監管、減少水事違法案件的發生及保證河道平 穩運行提供技術支撐。
[0022] 本內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統，由衛星系統、終端設備系統和後臺 監控系統組成，通過衛星系統可以實現終端設備系統和後臺監控系統的實時通訊和定位監 控，通訊方式採用BD2短報文，終端設備系統安裝在監控船隻上，後臺監控系統利用其GIS (地理信息系統，Geographic Information System,簡稱GIS)可視化動態監控應用平臺， 實現對區域內監控船隻進行定位跟蹤、越界報警、監控調度、偏航提醒、軌跡分析的功能。
[0023] 黃河水文測量船安裝的終端設備系統，可實現與後臺監控系統進行實時溝通和定 位監控，確保水文測驗時沿著計劃測線進行測量，在發生偏移時及時修正；同時後臺監控系 統的GIS可視化動態監控應用平臺中分兩種模式顯示船隻航行測線軌跡容許偏差範圍，所 述偏差範圍為偏離預定測線軌跡的距離，日常期測量模式時容許偏差的範圍為5米，洪水 期惡劣條件下測量模式容許偏差的範圍為10米，當船隻航行位置超出測線容許偏差範圍 時，後臺監控系統及時向船隻發出提示信息，糾正船隻航向；也可以實現水文測量船隻運行 軌跡、位置信息、測驗數據和測驗時間的同步記錄，記錄精度可精確到秒，即使洪水期來水 流速大、陡漲陡落急劇變化，也能實現船隻快速移動條件下位置、時間和測驗數據的精準同 步記錄，提高惡劣條件下水文資料採集的精確性；根據水文測量中日常行駛、測驗時行駛、 加密測驗時行駛的工況，在終端設備系統設置三種信息上報間隔時間來報送數據；還可在 後臺監控系統中的GIS可視化動態監控應用平臺中將多種測驗儀器記錄的測驗數據和測 線軌跡同時顯示，並對後臺監控系統記錄的歷史數據進行對比分析。
[0024] 採砂船安裝的終端設備系統，可及時發送採砂船的位置信息，同時後臺監控系統 根據內陸河流採砂管理辦法中劃定的禁採區範圍，首次提出在禁採區外延設置寬度為50 米的預警緩衝帶，將其顯示在後臺監控系統的GIS地圖上，通過對採砂船隻的實時位置監 控，在後臺監控系統上顯示不同級別的預警信息(進入正常區域不報警、進入預警緩衝帶顯 示黃色預警信息、進入禁採區顯示紅色預警信息)，當出現黃色和紅色預警信息，後臺監控 系統都要及時向採砂船隻發出越界報警信息。
[0025] 水政船隻上安裝的終端設備系統，在發生水事案件時，可根據後臺監控系統的水 政船隻定位信息，對距離違法現場最近的水政船隻下達指令，便於其及時到達違法現場，開 展水政執法活動，提高執法效率。
[0026] 通訊方式採用BD2短報文，工作頻率為2491MHz，每條信息可發送不超過140個字， 可以包括位置和文字信息，實現終端設備系統與後臺監控系統互發文字信息。
[0027] 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0028] 由圖1可以看出：本內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統，由衛星系統1、終 端設備系統2和後臺監控系統3組成，通過衛星系統1可以實現終端設備系統2和後臺監 控系統3的實時通訊和定位監控，通訊方式採用BD2短報文，終端設備系統2安裝在監控船 只上，後臺監控系統3利用其GIS可視化動態監控應用平臺，實現對區域內監控船隻進行定 位跟蹤、越界報警、監控調度、偏航提醒、軌跡分析的功能，可指導監控船隻及時對其作業位 置或運行軌跡進行調整，實現對監控船隻的實時監控、溝通和信息記錄。
[0029] 作為對上述內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統的進一步描述，根據內陸河 流採砂管理辦法中劃定的禁採區範圍，首次提出在禁採區外延設置寬度為50米的預警緩 衝帶，將其顯示在後臺監控系統3的GIS可視化動態監控應用平臺上，通過對採砂船隻的 實時位置監控，在後臺監控系統3上顯示不同級別的預警信息(進入正常區域不報警、進入 預警緩衝帶顯示黃色預警信息、進入禁採區顯示紅色預警信息)，當出現黃色和紅色預警信 息，後臺監控系統3都要及時向採砂船隻發出越界報警信息。
[0030] 作為對上述內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統的進一步描述，本實用新型 具有實時通訊功能，能夠實現水文測量船隻與上級部門之間的實時溝通，確保水文測量船 只沿著預定測線測量；根據長期水文測量的經驗和難度，首次提出在後臺監控系統3的GIS 地圖中分兩種模式顯示船隻航行測線軌跡容許偏差範圍，日常期測量模式時容許偏差範圍 為船隻航行沿預定測線軌跡左右偏差不大於5米，洪水期測量模式容許偏差範圍為船隻航 行沿預定測線軌跡左右偏差不大於10米，當船隻航行位置超出測線容許偏差範圍時，後臺 監控系統3及時向船隻發出提示信息，糾正船隻航向；此外，當後臺監控系統3發現險情時， 可以及時發出信息通知船隻，保證水文測驗人員和測量船隻的安全。
[0031] 作為對上述水文水政船隻實時定位監控系統的進一步描述，後臺監控系統3可以 實現水文測量船隻運行軌跡、位置信息、測驗數據和測驗時間的實時同步記錄，記錄精度可 精確到秒，即使洪水期來水流速大、陡漲陡落急劇變化，也能實現船隻快速移動條件下位 置、時間和測驗數據的精準同步記錄，豐富了測驗數據記錄的內容，保證了水文測驗數據的 完整性和準確性，避免了目前水文測量船以點測為主的測驗方式和粗略的時間記錄方式導 致水文測驗數據的失真。
[0032] 作為對上述內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統的進一步描述，根據水文測 量中日常行駛、測驗時行駛、加密測驗時行駛的工況，在終端設備系統2設置三種信息上報 間隔時間來報送數據，保證發送信息的準確性和經濟合理性。
[0033] 作為對上述水文水政船隻實時定位監控系統的進一步描述，實現後臺監控系統3 中GIS地圖中將多種測驗儀器記錄的測驗數據和測線軌跡同時顯示，通過對後臺監控系統 3記錄的歷史數據的對比分析，可提高衝淤變化、斷面套繪、水下地形量測分析成果的質量， 保證了水文測驗數據的可靠性。
[0034] 作為對上述水文水政船隻實時定位監控系統的進一步描述，本實用新型的通訊方 式採用BD2短報文，工作頻率為2491MHz，每條信息可發送不超過140個字，可以包括位置和 文字信息，實現終端設備系統2與後臺監控系統3互發文字信息。
[0035] 本實用新型的操作程序為：
[0036] 內陸河流水文水政船及其他被監測船隻在本實用新型的終端設備系統處於開啟 狀態時，終端設備系統就可以通過移動終端向衛星系統發出自身具體位置的定位信息，衛 星系統收到該信息後則將信息發送至後臺監控系統，監控人員即可根據發來的定位信息， 對該船隻的運行或作業情況做出判斷，通過衛星系統將監控人員發出的指令發送至監測船 只的終端設備系統，保證其按照要求並順利地完成作業。
[0037] 步驟一、監控船隻攜帶著終端設備系統（2)進行作業，通過衛星系統（1)實現實時 定位，利用BD2短報文的形式將自身的位置信息定時通過衛星系統（1)上報至後臺監控系 統（3)，根據水文船測量、水政船執法和採砂船監控的不同使用要求，在所述終端設備系統 (2)中分別設置不同報間隔時間來報送數據，保證發送信息的準確性和經濟合理性；
[0038] 步驟二、後臺監控系統（3)利用GIS可視化動態監控應用平臺，顯示監控船隻的報 送信息；
[0039] 當採砂船隻使用所述實時定位監控系統時，結合內陸河流採砂管理辦法提出寬度 50米的預警緩衝帶，後臺監控系統（3)的GIS可視化動態監控應用平臺能夠顯示預警緩衝 帶和監控船隻實時位置信息，通過對採砂船隻的實時位置監控，能夠顯示不同級別的預警 信息，可及時向採砂船隻發出越界報警信息；
[0040] 當水文測量船隻使用所述實時定位監控系統時，所述後臺監控系統（3)的GIS可 視化動態監控應用平臺，可以顯示水文測量計劃測線和水文測量船隻航行測線軌跡容許偏 差範圍，日常期測量模式時容許偏差的範圍為5米，洪水期惡劣條件下測量模式容許偏差 的範圍為10米，當水文測量船隻的航行位置超出容許偏差範圍時，所述後臺監控系統（3) 向船隻發出提示信息；
[0041] 步驟三、利用BD2短報文的形式將監控結果及時通過衛星系統（1)反饋給終端設 備系統（2)，指導監控船隻及時對其作業位置或運行軌跡進行調整，實現對監控船隻的實時 監控和溝通。
[0042] 本實用新型採用北鬥/GPS雙模導航定位系統，有效解決了黃河流域多沙河流水 文水政船隻定位及實時監控困難的問題，可以有效提高定位精度，兩種導航系統的有效組 合，能夠更好地滿足定位需求，為準確獲取黃河水沙特性、提高水政執法效率、加強對河道 作業船隻的管理、減少水事違法案件的發生、保證河道平穩運行及堤防安全提供技術支撐。
【權利要求】
1. 一種內陸河流水文水政船隻實時定位監控系統，其特徵在於，所述實時定位監控系 統包括衛星系統（1)、終端設備系統（2)和後臺監控系統（3)，所述衛星系統（1)包括GPS衛 星系統和BD2衛星系統，所述終端設備系統（2)包括移動終端和終端通訊系統，所述後臺監 控系統（3)包括監控應用平臺伺服器和監控應用平臺客戶端，其中監控應用平臺客戶端，為 基於GIS的可視化動態監控應用平臺；所述實時定位監控系統通過衛星系統（1)能夠實現 終端設備系統（2)和後臺監控系統（3)的實時通訊和定位監控。
【文檔編號】G08G3/00GK203870815SQ201420077508
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】楊勇, 李永強, 張雷, 鄭軍, 陳豪, 張彬, 郭巧玲, 楊雲松 申請人:黃河水利委員會黃河水利科學研究院