海上船舶管理及监控系统建设

海上船舶管理及监控系统建设吴小凰(厦门精图信息技术有限公司,厦门市吕岭路1819号精图数码大厦，361008)摘要：海上船舶的管理与监控是海域信息化建设的重要基础。

本文对海上船舶管理及监控系统建设的思路、框架设计及开发实现进行了论述。

该系统整合了电子海图技术、GIS技术、视频监控技术、网络技术、数据库等多种技术，形成一个统一的系统管理平台。

本系统在港口海域管理中得到了应用，有效提高了涉海管理部门的工作效率和管理水平。

关键词：海上监控、电子海图、视频监控系统1、前言海上船舶管理和监控已成为各沿海城市关注的焦点。

国内许多沿海城市纷纷加大了对海上开发、海上作业控制、海上交通等方面的管理投入。

随着海上船舶数量的增多，船舶的管理变得越来越难控制。

随着AIS、VTS、GPS技术的应用，在茫茫大海上探测跟踪船舶的航行状态已成为可能，前提是船上必须装配有AIS、GPS等通讯设备，但对于没有装载通讯设备的小型船舶，一直以来是涉海管理部门监控的难点。

虽然通过视频监控技术可以监控在一定范围内的目标，但监控范围局限性大，监控图像的分辨率受硬件设备和海上监控环境的影响很大。

VTS热红外雷达技术虽可以避免监控范围的影响，但是当临近船舶十分靠近时，很难进行识别，且费用投入太大。

本文设计的海上船舶管理及监控系统整合了电子海图系统和视频监控系统，在电子海图的基础上实现视频监控与船舶监控的有效联动，对AIS、GPS、VTS 等多源船舶数据进行统一管理，使各种监控技术互为补充，提高了海上交通对各类船舶的管理和监控。

2、系统建设内容和目的考虑到现有用户的管理体制，系统采用集中控制管理的组织结构。

具体需要达到的目的：各个前端监控站点视频信号通过专用监控网络传输到监控中心集中管理，同时监控中心为各监控分中心提供监控信号，以实现对整个重点水域所有监控现场信号的监视目标和方位进行监视控制，事故应急状态下有权根据事态发展对视频信号进行应急控制，并实现对监控画面的历史记录存储。

同时，根据用户各部门业务需要，利用内部现有的施工船舶GPS调度管理系统获得的施工船舶数据资源、引航站AIS基站的AIS数据资源，采用电子海图系统、船舶自动识别系统AIS，应用CCTV视频监控技术、现代通讯技术、网络技术、数据库管理技术等先进技术和设备，建设一个集信息综合管理、海上监管、应急辅助决策为一体的信息化、数字化、现代化的高效率综合监控系统，为用户各个部门的工作提供一个高效实用的综合管理平台。

系统将采用一机双屏的模式进行开发设计，即将多功能电子海图与视频监控系统安装在一台计算机上，由连接计算机的两个显示器分别显示电子海图船舶监控系统和视频监控系统，这样能始终保持监控视频显示的同时，还能方便的获得监控点监控范围内的船舶信息，使用更直观方便。

建设内容示意图海上船舶管理及监控系统集成了电子海图系统和视频监控系统的功能，并设计了连接GPS、AIS和VTS系统的接口。

系统网络是一个多层级联结构，设有一个监控中心和多个监控分中心，监控中心负责信息的统一收集、发布和管理，分中心通过光纤专线实现与监控中心的信息共享。

系统前端连接视频监控点以获取实时视频图像，根据实际的建设条件，在没有任何光缆设施的监控点位，采用无线微波的网络通讯方式，反之采用VPN专线传输。

监控点选择布设在船舶交通事故多、违法作业频繁，且监控视角良好、易于管理维护的建筑物上，以监控各种船舶，尤其是及时监控违法犯罪船舶的行踪。

从安全角度而言，系统对监控分中心和其他连接单位采用多级访问控制授权机制，用户使用系统功能或访问数据库都需要经系统管理员授权，经密码验证通过后，才可执行权限范围内的操作。

系统可同时接受多个用户的访问，同时系统日志会记录下所有访问的详细信息。

3、系统框架设计系统将采用已经成熟的C/S（Client/Server）结构和B/S（Browse/Server）结构相结合的混合模式，三层应用架构。

和目前先进的、成熟的企业级技术架构，进行基于组件和面向服务的架构体系开发，以保证平台的先进性和适应性、可扩展性，注重体系架构的兼容性和集成性，保护现有的投资并避免风险。

系统将以“数据库层＋管理维护层/ 技术层/ 业务层＋决策层”的三层结构为基础框架，开展基础数据库共享、数据整合、综合应用等的设计与建设。

系统的数据包括各个监控点的视频数据、各种施工船舶数据、AIS数据，系统为这些数据构建船舶信息数据库和视频数据库，另外，还将构建数据库管理系统。

在船舶信息数据库和视频数据库的基础上，建立电子海图监控子系统和视频监控子系统。

电子海图监控子系统有海图显示、海图管理、海图操作、船舶显示、船舶操作、船舶信息管理、船舶动态更新、船舶历史回放等功能。

视频监控子系统有中心节点数据库、监控点操作、视频选择、图像控制、录像控制、后台控制及其他辅助功能。

系统采用Microsoft VS2005 C#开发，C/S+B/S架构，数据库采用Oracle 10g。

4、数据库结构设计系统数据库需实现电子海图数据、船舶数据（包括GPS、AIS、VTS数据）、视频数据的统一管理。

按照数据内容将数据库分为电子海图数据库、船舶信息数据库、视频数据库和系统管理数据库。

以下对各个分数据库的内容分别描述。

1) 电子海图数据库电子海图是该系统的基础数据，系统中的其他数据都叠加在海图上显示，采用S57格式电子海图，实现在电子海图上的空间定位。

电子海图提供了海域水深、等深线、锚地、浮标、航道、海岸线等基本信息。

2) 船舶信息数据库船舶信息数据库存储船舶的静态、动态信息及其他相关资料。

静态信息指船名、船号、IMO编码、船长、船宽、船舶类型、船舶吃水、船舶进出港时间、船员信息、转载货物信息等。

动态信息指船舶的实时地理位置、航向、航速、船首向、协调世界时等。

其他相关资料有各类涉海单位数据，包括单位性质、负责人信息、联系方式等。

3) 视频数据库存储监控点详细信息，如地理位置、高程、监控范围、角度、摄像机属性、视频图像等。

4) 系统管理数据库存储系统管理信息，如用户权限设置、系统数据库连接设置、网络连接设置、系统日志等。

系统管理数据库是系统安全性控制的基础。

图2 系统数据库结构5、功能设计海上船舶管理及监控系统实现了电子海图系统和海上视频监控系统的集成，并对GPS、AIS、VTS等多种船舶信息进行统一管理，其关键功能如下：1）多源数据的叠加显示和操作大小型船舶的AIS、GPS、VTS船舶数据、监控点视频数据等将叠加显示在电子海图上。

查询目标的属性信息，将通过点击查询的属性类别从数据库中获取。

2）电子海图与CCTV的联动通过数字云台接收和反馈系统监控命令，以控制摄像头的运动。

同时，虚拟摄像监控点将根据各自的地理分布叠加显示在电子海图上，以方便用户控制前端摄像头。

虚拟摄像监控点在电子海图上标示出摄像机监控的角度、海域范围。

当从视频图像上监控到船舶时，虚拟摄像监控点可确定船舶所在位置的地理范围，通过数字云台自动跟踪目标，把目标锁定在监控屏幕的中心，数字云台可反馈摄像机的旋转角度等摄像参数，以在电子海图上推测出目标船舶的相对位置，达到联动跟踪的目的，方便对无装载定位设备的小型船舶的监控和取证。

3）统一的操作平台以及多源数据的集成与共享根据系统的设计，GPS、AIS、VTS及视频监控数据等多源数据将被传输到本系统中，存储在同一数据库内集中管理。

用户能在统一的系统平台内进行操作。

分中心的用户也可以经授权对系统进行操作和访问。

系统按功能可分为电子海图管理模块、视频监控和管理模块以及外部接口模块：图3 系统功能模块结构1）电子海图管理模块此模块可分为许多子功能模块，例如电子海图管理、海图显示、海图操作、船舶显示、船舶信息查询、历史回放等。

在此模块中，各种船舶信息、地理定位信息、港口属性信息等都叠加在电子海图上。

在电子海图上采用符号化形式虚拟地表现前端摄像头监控点的分布情况、监控范围、当前监控中心等，虚拟摄像头会跟着前端摄像头的实时转动而转动。

用户想要监控摄像头监控范围内的哪个点，只须用鼠标点击该点，系统将控制前端摄像头的转向。

海图管理功能指的是导入、增加、编辑、删除海图。

海图操作功能包括海图的放大、缩小、全图显示等。

船舶信息查询可方便地查询来自AIS、GPS、VTS等的船舶静态和动态信息。

此外，可以自定义监控报警区域，当有可疑船舶进入该区域时，系统会自动报警。

历史数据即管理存储在系统数据库中的数据，可以方便的查找并执行回放。

2）视频监控和管理模块该模块由许多子模块组成，如摄像头控制、监控图像显示、监控记录等。

摄像头控制可以改变各监控点的监控参数。

系统通过与前端的数字云台通信，使用户能方便的应用软件系统控制摄像头的转动。

用户可以控制摄像头来跟踪被定位的可疑船舶，并结合多源船舶数据获取船舶的信息。

视频图像可以存储在视频数据库中，供历史回放，执法取证。

3）综合监控系统模块海上船舶管理及监控系统方便用户在查看监控视频的同时，能查询船舶的各种静态和动态信息以及海域上的多种属性信息。

通过电子海图系统与视频监控系统的联动定位功能监控进入监控范围内的船舶的航行状态。

通过系统整合的AIS、GPS、VTS等多源船舶数据来获取监控目标的详细信息。

通过监控摄像点的位置、监控范围根据实际的监控情况叠加在电子海图上，系统可以控制监控摄像头的转动定位监视目标，跟踪录像能自动的被系统记录下来供调查取证。

图4 系统界面4）外部接口模块：外部接口有AIS接口、GPS接口、VTS接口等。

系统开发多种接口以实现多源数据的整合，实现数据的统一管理，以方便用户在同一系统内，获取到各种船舶信息。

6、结束语本系统在港口海域监控项目中得到了实际应用，系统设计在跟踪非法船舶、执法取证方面作用显著，系统不仅能实现视频监控，还能整合AIS、GPS、VTS等船舶信息，增强了用户的管理、决策能力，得到了专家和用户的一致好评。

参考文献：[1] 张寿桂, 彭国均. 海监船舶导航与监控管理信息系统. 上海海事大学学报, 2006, 27(3): 31-35.[2] 汤磊，杨春金. 基于Mapinfo 电子海图和AIS 的船舶导航系统的研究与实现. 通讯和计算机,2007, 27(2): 72-74.[3] 章任群. 基于GIS的海域管理信息系统建设. 海洋信息技术, 2004, 1:5-7。