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基于GPS的船舶定位监控系统
□华南理工大学郑志恒
摘要：为减小海上船舶海损事故的发生，提高船舶监管能力，同时为了更好地对海上运输进行监督管理、提高遇险救助能力，建立高效的水上交通管理系统，在GPS及相关技术的基础上，探讨船舶定位监控系统的解决方案。
关键词：GPS船舶定位

1目前主要的船舶管理技术
目前我国对海上船舶的管理主要通过沿岸各港口的船舶交通管理系统(VTS)。VTS是负责增进交通安全和提高交通效率以及保护环境的主管部门所实施的服务系统。其功能有数据搜集、数据评估、信息服务、航行协助服务、交通组织服务、支持联合行动。
1.1VTS的系统组成
VTS由信息获取、信息传输、信息处理三大部分组成。雷达设备是VTS中的信息获取设备，其作用是对水域目标采集与监视导航。通信设备是将雷达站采集到的信息传送至VTS控制中心；将VTS控制中心发出的对系统的控制信号送到各雷达站，建立VTS控制中心与船舶间的信息交换。数据处理设备将对各雷达站的雷达信息进行综合处理显示；对监视区域内航道，锚地的船舶与航标的动静态信息处理与评估、预测潜在危险并报警；记录信息收集和信息服务的情况。
1.2VTS存在的不足
由于目前的VTS主要利用雷达作为技术手段，而雷达存在着观测性能的局限性，使得所提供的目标位置精度及分辨率不高，目标特征参数少，不易识别，以至造成目标的误、漏跟踪，目标丢失及动态监测精度不高；特别是在目标密集、机动性大或海浪、雨雪干扰杂波大时更为严重，制约系统的整体性能。
同时,目前我国各地的VTS中心，覆盖范围小，基本上还处于相互独立、分散管理，只能监测到本水域范围内的船舶航行状况，而对于相邻水域或其它水域有关的船舶航行状况尚不能很好地了解。因此，寻求一种更可靠的船舶检测定位技术去支持VTS是很有必要的。
2GPS及技术优点
2.1GPS概述
是由美国研制的导航、授时和定位系统。它由空中卫星、地面跟踪监测站、地面卫星数据注入站、地面数据处理中心和数据通讯网络等部分组成。用户只需购买GPS接收机，就可享受免费的导航、授时和定位服务。
2.2GPS的优点
(1)全球地面连续覆盖。由于GPS卫星数目较多，且分布合理，所以地球上任何地点均可同时观测到至少4颗卫星，从而保障了全球、全天候连续地三维定位。
(2)功能多、精度高。GPS可为多类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。GPS提供两种服务：标准定位服务（SPS）定位精度为25米左右和精密定位服务（PPS）定位精度为10米左右。
(3)实时定位。利用GPS可以实时地确定运动目标的三维位置和速度，由此既可以保障运动载体沿预定航线运行，也可以实时地监视和修正航行路线，并可以选择最佳航线。
3基于GPS的船舶定位监控系统方案
船载终端接收GPS卫星每秒钟发来的定位数据，并根据来自三颗以上不同卫星发来的数据计算自身所处的位置坐标，将该位置连同船舶的状态、报警器和传感器输入等信息发送到监控指挥中心，经过监控中心计算机处理后，与计算机系统上的电子地图进行匹配，并在地图上显示坐标的正确位置。指挥控制中心可清楚及时掌握船舶的动态信息（位置、速度、报警、统计和分析等），同时中心也可以对船舶进行指挥调度（语音通话、发送交通和调度信息、救援和违章警告等）。在遇到紧急情况时，可以通过船载终端，采用手动或自动报警，将船舶所在位置、报警类型等数据发送到控制中心，经计算机处理后，将船舶精确位置显示在电子地图上，并向海事、救助等机构报告，以实施紧急救援。
3.1GPS船载终端
GPS船载终端的主要功能是通过GPS模块接收GPS卫星定位信号，中央处理单元对定位信号进行计算处理得到位置信息(经纬度、速度、方位角、时标)，再由通信模块将信息发至监控服务器。中央处理单元也可以通过通信模块接收来自监控中心的指令，从而完成其他的一些功能，例如通过其他功能模块实现报警、通话等。
中央处理单元
GPS模块
移动通信模块
其他功能模块
无线网卡

图1船载终端结构示意图
船载终端的功能及工作流程：
(1)登录和注销。船只出航时必须向监控中心登录，归航时向监控中心注销。
(2)监控。当发生以下情况时，监控中心对船只实施监控。
·与规定的行驶路线误差超过了允许的范围；
·船只在行驶过程中停留时间超过了监控中心允许的时间；
·监控中心较长时间无法接收到船只的信号；
·监控中心收到求助信号。
(3)紧急报警功能。遇到紧急情况时，通过船载终端向监控中心报警。
(4)行驶记录功能。按照预定的时间间隔，定时记录船只运行情况，包括时间、经纬度、速度、方向、水位等。
(5)导航功能。配备了导航软件和电子地图的船载终端可以实现导航功能。
(6)数据管理
·对用户信息数据的管理；
·对船舶信息数据的管理；
·对短消息或其他信息数据的管理。
3.2通信子