航标灯智能化改造项目
设 计 方 案
江苏省新通智能交通科技发展有限公司
二〇一六年九月
航标灯智能化改造项目
设 计 方 案
项 目 建 设 单 位 编编制制单日位 期 江苏省淮安市航道管理处 江苏省新通智能交通科技发展有限公司 二○一六年九月 2
一、项目目的
航标灯智能化改造的目的是可以代替维护管理人员每周的航标巡查，减轻工作人员的劳动强度、减少航政艇巡航的燃料费用和设备消耗费用，并可以及时发现航标损坏、碰撞，尽快组织人员进行维护、进行有效的抓拍取证，使航标发光率得到有效保证，确保船舶航行安全。航标的信息数据可以及时显示在电子航道图上，供人员查看；相关报警和抓拍也由该系统推送，即实现3G功能（GSM\\GPS\\GIS的融合）。
二、需要解决的问题
根据现有航标的调研需求，需要解决的主要问题有以下三个：
（1）航标灯的损坏问题，希望通过信息化改造及时了解灯内的参数变化，加快更换响应的效率。
（2）航标的碰撞监测、抓拍问题，即固定式航标的碰撞监测、浮标的碰撞或拖离预定区域检测，肇事船舶抓拍或获取AIS数据。
（3）航标作为综合信息的载体，能够获取当前位置的水位、风速、温度、对附近船舶乃至对航道的监管等。
需要解决的次要问题有如下：
（1）巡检管理，确认现场人员是否在航标附近巡检。 （2）航标灯闪烁的自检测，确保灯泡亮度、频率无异常。
（3）航段航标整体管理，根据苏北处航标管理经验，I类配布航标的航道上，若沿线布设的多座航标灯实施同步闪光，夜晚可形成一条清晰的航行通道，能有效避免背景光的干扰，方便船舶安全航行；
三、已有系统的工作方式
现有成熟的GSM/GPRS航标灯，能自动向监控中心发送航标灯的各项技术参数，控制中心和GSM手机同时也可以通过无线通信系统实现对航标灯的控制，达到航标管理部门通过遥测就能了解航标灯的各项技术参数，能够实现24h实时监控。具体的方式是：
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（1）主控计算机通过串口与外置GSM—Modem相连接，读取GSM接收到的短消息从而获得现场传来的测量数据。并可直接下发指令要求远端设备发数据。
（2）当系统发生故障后，则可通过GSM—Modem向管理员的手机发送报警信号，便于管理人员及时检查和排除故障。
（3）发送时间间隔可由操作人员定时设置，也可直接接收电话数据。 （4）管理人员可直接通过手机下发指令给远端GSM-Modem，远端设备收到指令后向该手机发送现场数据（需手机支持、部分航标灯支持）。
3.1双网络航标灯系统
利用现有的GSM模块，结合增加GPRS模块，形成双网管理。此方案苏北处航标养护部门近期已经有相类似的动作。
根据航道管理部门需求选择性加装GPS模块、振动监测模块、AIS设备、水位计设备等，综合采集的数据用嵌入式系统进行分析，通过GSM网络，以短信形式反馈给管理部门少量关键数据、告警。对于抓拍需求，可以以SD卡存储在本地，形成独立的视频抓拍设备（如碰撞后球机录像一定的时间，抓拍特定角度）。一旦发生告警，需要人员前往现场取得图像、监控数据。
方案的优点是，能够最大化利用现有设备，按需增加传感模块，常规传感器数据、告警利用GSM短信已经足够；成本投入较低，系统建设快速；也能配合电子航道图进行展示；解决了三个主要问题。
方案的缺点是，GSM信号在很多航段也不是很稳定，系统数据更新周期相对较长，对移动运营商依赖较大，一旦附近网络中断航标系统也会瘫痪；一旦发生碰撞、拖带告警，还是需要人员前往现场。如果需要及时获取现场报警的图像、监控视频，对岸边区域需要有线、4G网络支持，对离岸区域需要微波无线组网，成本较高。
3.2基于北斗的航标灯系统
利用北斗系统自带定位、短报文发送的优势，替换现有的GSM/GPS/GPRS系统，一是可以有效摆脱运营商网络，确保了全航段的信号稳定，即使区域断电、运营商网络中断，北斗系统的通信是利用多颗静止轨道卫星，可确保全年全航段
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的稳定通信，解决了现有航标系统依托网络不稳定的情况；二是有效压缩系统的建设复杂程度，高度集成的完成定位、数据传输；三是政策扶持，项目申请容易完成，安全性较GPS高。缺点是产业化滞后，选择空间不是很大，费用略高20%左右。
该系统振动监测模块、AIS设备、水位计设备也可以按需加装，如果要实现视频回传，离岸设备需要海事部门的无线传输网络，近岸设备需要4G或者有线网络建设。
四、船舶防撞预警及记录方案
上述两套系统是如今国内航标灯改造的两个主要方向，再基本解决网络依赖的基础上，拓展了新的功能，在一定程度上满足了航标灯系统信息化的需要。但是，仍然存在如：网络带宽低，无法满足视频监控需求；维护成本高昂，无法达到实时监测、及时上报的目的；建设成本较高，后端控制网络建设投入较大。
为了解决上述问题，提出了如下的解决方案：
2.4Ghz远距离无线自组网模块完成视频、传感信息的传输
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无线自组网的模式
系统可采用8W功率的2.4GHZ波段无线模块自组网，有效通信距离10千米（无遮挡），带宽可达双向10mbps，满足航标之间（2~5公里）的视频、传感数据、报警信息的传输。
2.4ghz/10千米/发射功率8W模块
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与现有方案的对比： 项目 单座航标建设处成本 年维护费用 响应速度 支持视频 支持传感 支持航道监管 网络情况 耗电量
GPS/GPRS双网 3000元 3600元 实时 否 是 否 较差 一般（2W） 北斗导航系统 3000元 按次收费 按次 否 否 否 一般 一般（2~5W） 无线自组网 10000元 300~500元 实时 是 是 是 好 较高（10W） 五、项目重点难点
重点是确保航标基本的通信稳定，采用无线自组网保证足够的通信速率。在此基础上才能回传基本的报警、水文、传感数据。
难点是航道管理和肇事船舶抓拍，需要高速率的网络实时传回画面，并进行图像识别分析、结合AIS信息等才能完成。
六、建设成本分析
基础的GSM-GPRS-GPS模块或者北斗模块，其成本约3000元。年使用费用约800元。
加装部分：振动传感模块约2000元，单模水位计约4000元、多模水位计约1万元。视频监控抓拍系统约2万元；视频回传所用的无线自组网模块约10000元每个，不论有线或无线方案，偏远或者离岸的航标约5~10万元，可按需建设或复用现有的网路。
系统建设：形成电子航道图和展示软件系统建设整体约50万元，可管理全
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航段约140个航标。
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