2-------岳阳市河道采砂船北斗监控管理系统方案.docx

河道采砂船北斗监控管理系统
功能设计报告

国信军创（岳阳）六九零六科技有限公司
二〇一四年八月
目 录
1 概述 1
1.1 项目背景 1
1.2 项目必要性 1
2 建设依据及建设原则 3
2.1 建设依据 3
2.2 建设原则 3
3 系统简介 5
3.1 系统概述 5
3.2 系统总体架构 5
4 系统功能 7
4.1 实时定位 7
4.2 视频监控 7
4.3 历史轨迹回放 9
4.4 基本信息录入 9
4.5 报警功能 9
4.6 语音播报 10
4.7 系统管理 10
4.8 报表统计 10
4.9 显控录入功能 10
5 监控中心设计 11
5.1 组成及分系统划分 11
5.2 基本工作原理 16
6 船载终端介绍 16
6.1 北斗船载通信设备 16
6.2 视频传输设备 21
7 系统功能汇总与完成情况 22
7.1 平台功能 22

1 概述
1.1 项目背景
近年来，由于经济建设的快速发展，大规模的开发建设使河砂需求量急剧增加，河道内无序采砂现象突出，这些活动引起河势变化，出现新的险工、险段，造成崩岸、塌滩，危及堤防、桥梁、涵闸、河道供水工程等基础设施和航运安全，严重影响河道的泄洪、排灌，更为严重的是，影响了河道的长期稳定。为保证河道稳定，保障行洪、灌溉、供水、航运等综合利用部门的安全，实现河道采砂的依法、科学、有序管理，需要制订一套科学、合理、可操作的监控管理系统，对主要河道内的泥沙资源进行有序的开发利用，使可利用河砂资源与河道承受能力相适应，既考虑发展用砂的需求，又要避免对河道内其他综合利用功能的影响。因此，建设河道采砂监控管理系统，对我市社会经济的可持续发展具有重大的意义。
1.2 项目必要性
采砂作业关系到河势稳定、防洪安全、通航安全和生态与环境保护，建立科学有效的河道采砂监控管理方法是十分必要和紧迫的。
（1）建立河道采砂监控管理系统是保障我省防洪安全和河势稳定的迫切需要
河势稳定是我市防洪安全、通航安全、沿湖工农业和交通通讯设施正常运行的重要条件，在不合理的区域、不恰当的时间、用不恰当的作业方式采砂等，都将会影响河势的稳定、防洪和通航的安全，对水环境和水生态的保护、沿湖重要设施的运行等带来不利的影响。因此，制定采砂规划是保障我省防洪安全和河势稳定的需要。
（2）建立河道采砂监控管理系统是建设生态环境、维护河流健康生命的迫切需要
盲目、超量和无序采砂，人为的违反河道演变的自然规律，急速的改变河床的形态，破坏了河道原有的动态的平衡与和谐，影响河流的健康良性的发展。其结果不仅导致河流流势改变，掏空堤脚，严重影响行洪安全；而且河床严重下切，水位下降，危及供水安全，引发咸潮上溯，破坏水环境，威胁饮水安全，诱发生态环境的恶化，渔业和农业生产也受到不良影响。偷采、滥采、抢采河砂已成为危及我省水安全、水环境、水生态并制约经济发展的顽疾；恶化和诱发河道水生态环境的趋势还将继续发展。建立河道采砂监控管理系统是建设生态环境、维护河流健康生命的迫切需要。
（3）建立河道采砂监控管理系统实现采砂有序管理的迫切需要
河砂是一种普通又难于替代的建筑材料。随着经济的发展，城乡建设、交通和水利等基础设施建设都需要大量河砂。一些单位和个人受巨大利益的驱动，非法乱挖滥采河砂。然而原有的法律、法规对非法采砂行为打击力度不够，一些基层执法单位在地方保护主义利益的影响下执法不严，使乱挖滥采河砂现象愈演愈烈，造成前面所述的诸多危害。《河道采砂管理暂行办法》的制定和颁布实施，对加强河道采砂管理，保障防洪、供水和航运安全，将起到重要作用。但是，由于没有科学的采砂控制手段做基础，采砂管理在有法的前提下也不可能做到科学、有序，难以保证江河堤防的安全，维护河流健康生命和生态环境的良性发展。因此，建立河道采砂监控管理系统实现采砂有序管理的迫切需要。
2 建设依据及建设原则
2.1 建设依据
《湖南省河道采砂管理试行办法》（湘政发[2012]10号文件）
2.2 建设原则
经济性。充分考虑系统运行成本，尽可能降低系统的数据通讯费用、运行管理费用等。
实用性。系统能切实地为我市采砂船舶管理提供服务，使我市采砂管理部门感受到高科技带来的管理和营运方便性。系统能改善我市采砂船舶的管理模式，使其管理信息化。
可靠性。为保证系统的良好运行，系统设计多种手段提高系统的稳定性，采用多种手段保证数据传输的高效性、安全性、完整性。充分考虑无线传输的特点，实现无线传输的双通道备份等功能。
先进性。设备性能考虑3G无线网的发展趋势，具有一定的前瞻性，以避免系统在建成后一段时间内不会因技术落后而作大的调整，并能够通过升级保持系统的先进性，延长其生命周期。
可维护性。系统设计时，考虑系统维护的成本，开发专门的系统故障检测处理平台，提高系统的可维护性。
易用性。系统设计时，充分考虑系统的人机交互接口，提供尽可能简单和实用的人机界面。
可扩展性。船载设备预留部分接口，用于系统扩展；中心控制系统开发标准接口，可供二次开发，可便捷地与其他系统互联互通，软、硬件平台应具有良好的可扩展能力，能够方便地进行系统升级和更新，以适应各种不同业务的不断发展。
安全性。系统设计时考虑的安全性包括：系统在互联网上防止非法用户使用系统资源、防止网络病毒的入侵；在数据传输上，使用北斗通信信道，杜绝数据的泄漏；实现完整的网管系统，实时检测整个网络的运行状况；软件设计时，采用出错冗余技术，保证系统的运行的安全性。
3 系统简介
3.1 系统概述
我市河道采砂船北斗监控管理系统是将北斗定位通信技术和船舶管理的具体业务相结合，直接为船舶管理提供标准化的信息收集、处理、网络传输、可视化、输入输出的软硬件监控平台，为行政管理部门的合理规划和决策提供服务，以保持船舶综合管理的科学性和时效性，合理利用资源，提高经济效益。
3.2 系统总体架构
本系统采用北斗卫星导航系统定位模式，采用北斗通信卫星导航系统作为船舶定位和监控调度及监控中心与船舶间通讯的支持平台。系统组成具体包括北斗船载通信设备、视频传输设备、射频识别设备、监控中心以及网络通道。整个系统的结构如下图所示：

图1 系统体系结构
船载终端设备包括北斗船载通信设备、视频传输设备、存储卡（硬盘）、摄像头、射频识别设备等。船载终端利用3G通讯网络、北斗通信网络与监控中心进行双向信息传输。通过接收北斗定位信号，对船舶进行定位，并将数据传送到监控中心，同时接收监控中心的调度信息。车载终端回传数据内容一般包括：船舶 ID号、经纬度、速度、航向、时间、船舶状态、音视频、请求服务等信号。
监控中心设在我市信息办、水务或矿产资源管理局等相关数据使用单位，对所有注册采砂船进行监控调度指挥，处理船载监控设备传输的信息。设备包括机房环境（电源、空调、装修等）、服务器、存储设备、备份设备、网络设备、系统安全设备、宽带互联网通道等。
县级以上（含县级）行政主管部门配置远程监控PC机，通过网络与监控中心互通，监控指挥所辖采砂船舶。也可建立独立的分监控中心，监控指挥所辖采砂船舶。
稽查船配置无线上网电脑，通过无线网络与监控中心互通，实时获取相关信息。
4 系统功能
4.1 实时定位

船载监控终端实时向监控中心提供被监控船舶的位置信息。
主要包括以下功能：
Ø 分组监控：系统根据用户的组织结构和管理结构，对船舶分组管理，在监控时，对不同分组的船舶分别进行监控。
Ø 实时轨迹显示：根据需要以点或线的方式显示船舶实时行驶轨迹。
Ø 多目标监控：在同一个监控窗口中同时监控多个目标。
Ø 设置监控频率：可以通过无线方式设置船舶按照不同的频度向中心回传船舶位置信息。
4.2 视频监控
4.2.1远程图像传输
系统采用3G网络进行图像传输，监控中心安装视频监控服务器，授权用户可通过客户端软件实时监控远程现场画面。不同的监控用户可根据自己的需求灵活切换到任意一个监控现场，可多人同时观看一个现场，也可以不同用户选择任意现场监控。
4.2.2多画面监视
系统具有在客户端同时监视船舶上多路视频图像的功能，可全方位了解船内情况；同时也具有在客户端同时监视多个船舶上的视频图像，进行实时调度和管理。
4.2.4控制优先权机制
可以按用户的级别不同分配相应的控制权限。
4.2.5录像与回放
用户可以按时间、摄像机号等条件智能化快速检索回放记录的录像资料，可用软件内置的播放器进行播放，图像播放速度可手动调节。
4.2.6 GIS电子地图
支持MapInfo地图显示，任选多船舶显示，辅以多画面小窗口监控视频，关注船舶位置信息的同时，还可对重点的船舶的视频进行实时监控。
4.3 历史轨迹回放
船舶历史轨迹功能是提供对船舶历史行程情况的查询和回放。
Ø 历史轨迹回放：向用户提供对船舶历史行程的回查并显示线状或点状运行路线。
Ø 定点行程查询：根据地点查询船舶是否到过该区域。
Ø 行程记录报表：以文本报表的形式显示船舶在特定时段的行驶轨迹并可打印或下载保存。
4.4 基本信息录入
4.4.1 采砂船基本信息录入
对船舶的基础数据进行录入管理，主要包括：船舶基本信息、人员基本信息等。
4.4.2 河道管理规划数据录入
主要包括：河道采砂规划中的可采区、禁采区、可采期（天）、禁采期（天）、许可作业时段(小时)。
4.5 报警功能

Ø 区域报警：可在电子地图中绘制报警区域，船舶一旦进入该区域并且开始采砂作业，监控中心、采砂船终端同时报警。
Ø 非工作时段采砂报警：当船舶在可采取不在许可工作时段作业时，监控中心、采砂船终端同时报警。
Ø 设备故障报警：船载终端非正常原因断电、摄像头或存储介质故障时，监控中心、采砂船终端同时报警。
4.6 语音播报
当系统管理员发现船只违规时，可通过语音播报系统向该船舶进行语音播报，提示其违规行为。
4.7 系统管理
系统管理功能主要是确定系统访问用户的权限和密码。操作人员操作权限在系统中受到严格控制，每一项操作都被限制在不同的操作级别里，操作人员只能操作授权给他的功能模块。
4.8 报表统计
系统具有数据统计分析功能。监控中心可通过对船舶历史数据的统计分析形成相应的报表，如工作时间、违规次数、累计采砂量等，可形成日、月、季度、年度报表。
4.9 显控录入功能
船载终端可选配显控手柄，旁站监管员可通过显控录入各运砂船信息，包括运砂船基本信息、装砂时间、运砂量等，显控通过北斗通信系统将该信息传至监控中心。
5 监控中心设计
监控中心是本系统运行的中枢机构和链接纽带，包括服务器、应用软件、监控设备、报警装置、数据库等，对船舶相关数据进行处理。
系统设备组成如下图所示：

图2 监控中心设备组成图
5.1 组成及分系统划分
监控中心是该系统运行的中枢机构和链接纽带，包括服务器、应用软件、监控设备、报警装置、数据库等，对船舶相关数据进行处理。
监控中心的相关设备按照功能要求可以划分为以下几个分系统，如下图所示：

图3 监控指挥中心功能结构图
5.1.1 3G无线视频监控分系统
3G无线视频监控分系统通过3G网络（支持中国电信EVDO、中国联通WCDMA和中国移动TD-SCDMA）实时把船舶状态、视频、声音等信息传至监控中心。
监控中心通过客户端软件发送视频请求，视频传输设备接收到该请求后向监控中心发送视频流，监控中心通过客户端软件可监控现场的实时视频。
3G无线视频监控系统实现了视频数据的编解码、加解密、交互、发送/接收和远程控制等功能。利用运营商的3G无线网络和Internet网络，实现远程监控管理。系统架构如下图所示：

图4 3G无线视频监控系统图
5.1.2监控及操作分系统
监控及操作分系统主要针对系统各种状态和数据（包括船舶和监控中心设备）进行实时监视、控制和管理，辅助监控中心管理员和检视人员完成值班及任务保障工作，提高自动化管理水平。主要功能如下：
1）控制功能
接收本地操作台的控制命令，按照系统内部的命令和接口协议，将本地控制操作解释为对各船舶的控制命令，形成指令流。
2）数据处理功能
通过船舶的监控信息流，根据算法对其进行数据的分析和处理，生成应用数据并更新控制台组态显示，形成打印数据和日志文件。
3）数字地图功能
采用地理信息系统构建数字地图，显示全市的地理信息和水路交通信息。地理信息系统提供通用的数字地图、地理信息系统的应用和开发工具，能基于数字地图进行相关信息的查询和动态显示。
4）信息显示功能
监控中心可显示船舶行驶情况、船舶信息、现场图片或视频及报警信息。根据船舶位置信息，在电子地图上实时显示船舶的位置，可以根据船舶的状态，采用不同颜色、不同形状进行区分，以便于管理员对目标的直观辨识。
5）打印功能
可对实时数据和历史数据进行打印。
6）存储功能
以数据库的形式存储应用数据，以日志文件的形式存储本地控制台的操作日志。
7）信息检索功能
能对存储数据进行查询、编辑和统计处理。
5.1.3数据处理及备份分系统
数据处理及备份分系统是监控中心的核心分系统，担负着监控中心的数据处理任务，是数据流、信息流和控制流的汇集节点。
主要功能包括：
1）数据处理功能
接收船舶位置信息，进行数据合理性检验，送往监控及操作分系统显示。
2）数据存储功能
对于系统的控制信息、运行信息、监控信息等进行数据存储和冗余备份。
3）可维护性
具有系统自检功能，可在启动时对自身进行功能检测；处于运行状态时亦可根据管理员的要求进行自检，且不影响当前数据处理工作。
5.1.4数据通信分系统
数据通信分系统将监控中心的数据分发到各分监控中心，同时支持各分监控中心在授权范围内进行信息共享，是监控中心与各分监控中心之间数据传输的纽带。
主要功能：
1）将监控中心数据经信道加密后发送至分监控中心；
2）发送控制指令给各分监控中心，并接收分监控中心的相应信息；
3）各分监控中心之间在授权范围之内进行信息共享。
5.2 基本工作原理
监控中心接收各采砂船舶的信息，将信息送给数据处理单元进行数据合理性检验和信号完好性检验，并存储在数据库中；监控及操作分系统基于电子地图可视化显示船舶的实时数据，接收本地操作台的控制命令并将其解释为对各船舶或系统设备的控制命令，形成指令流发往监控中心无线发送单元，由监控中心无线发送单元向各船舶广播；监控中心通过数据通信分系统将数据分发到各分监控中心。
6 船载终端介绍
船载终端包括北斗船载通信设备、视频传输设备、射频识别设备。
6.1 北斗船载通信设备
6.1.1设备简介
北斗船载型通信设备(以下简称用户机)是北斗系统用户终端，满足多种载体或固定用户的定位通信需求。用户机由天线、射频单元以及信号处理主板组成，完成用户机的各项应用。用户机集成度高、外型小巧，安装简便；功耗小，可适用太阳能电池供电；设计抗恶劣环境，维护简易，可在无人值守状态下工作，能较好解决通信覆盖率的问题。北斗船载用户机具有北斗定位、北斗通信等功能。
6.1.2主要特点
Ø 全天候的定位、授时和双向报文通信功能；
Ø 快速确定用户的地理位置；
Ø 位置报告，向主管部门报告位置信息；
Ø 报文通信支持汉字、数字、符号、英文；
Ø 区域报警；
Ø 紧急报警；
6.1.3部分性能指标
6.1.3.1北斗性能
Ø 捕获时间
首次捕获时间：≤2s
失锁再捕时间：≤1s（95%）
Ø 定位成功率：≥99%（在暗室测试环境下）
Ø 定位精度：≤10米
6.1.3.2防盐雾
+35℃连续雾化24小时：PH值6.5~7.2。符合船用电子设备盐雾标准SC/T7002.6~1992。
6.1.3.3温度
Ø （1）工作温度：
仓内单元：﹣20℃～55℃
仓外单元：﹣40℃～55℃
Ø （2）贮存温度：-55℃～70℃
6.1.3.4淋雨
能承受GJB150.8所规定的有风源的淋雨试验，降雨强度10cm/h，水平风速18m/s。
6.1.3.5可靠性
平均无故障时间（MTBF）不小于5000小时。
平均维修时间(MTTR)小于0.5小时。
6.1.4主要功能
6.1.4.1 船位监控功能
用户机内置北斗模块，具备自动定位功能，将当前时间、经度、纬度、方向和航速等数据够定时自动传送给监控中心，并且报告时间、频度、开启和关闭可通过卫星下行的控制指令设置。
定位类型包括：
(1) 北斗定位：依据北斗用户机卡的频度；
(2) 点名定位：
监控中心向用户机发送点名定位指令，用户机将最新的位置通过电文的方式传回监控中心。
(3) 位置报告：
根据设置的报告频度和回传地址，定时发送本机位置及运行状态到监控中心。
6.1.4.2文字通信功能
用户机能够实现船岸、船船的文字信息互通。
(1)发送输入信息和内置短语
(2)采砂船与采砂船之间通信
(3)采砂船与监控中心之间通信
6.1.4.3区域报警功能
监控中心下发指令设置船只作业区域（可以是任意形状的电子围栏）。
报警方式有：
Ø 区域报警：可在电子地图中绘制报警区域，船舶一旦进入该区域并且开始采砂作业，监控中心、采砂船终端同时报警。
Ø 非工作时段采砂报警：当船舶在可采取不在许可工作时段作业时，监控中心、采砂船终端同时报警。
Ø 设备故障报警：船载终端非正常原因断电、摄像头或存储介质故障时，监控中心、采砂船终端同时报警。
6.1.4.4紧急报警
当船只发生紧急事故时，按下紧急报警按钮，船只向监控中心上报地理位置信息并发送预设的紧急报警信息。
6.1.4.6显控传输
船载终端可选配显控，通过显控输入信息，将信息传至监控中心。
6.1.5物理性能
6.1.5.1主机
外径：160mm，高度：175mm。

6.1.5.2其他
（1）整机重量小于5Kg
（2）电缆长度:25米
（3）电源
Ø 输入电压范围DC9～36V
Ø 最大输入功率≤28W
Ø 待机功耗≤5W
6.2 视频传输设备
6.2.1设备简介
视频传输设备可进行实时视频传输，高达D1的视频分辨率，支持4路D1或1路D1加3路CIF的录像，编码方式采用H.264，具有较高的编码效率。
设备在设计时充分考虑了网络化应用需求，具备支持3G无线网络传输能力，针对无线网络传输特点进行了网络传输优化，构造无线视频监控管理系统，进行远程调度管理和实时监控。设备采用低功耗、无风扇、标准化、小尺寸设计，造型小巧，使产品可以在船舶操控板进行嵌入式安装，宽电压电源设计可适应各种船载电源，独特减震抽拉硬盘结构使录像的备份和管理更加方便。
6.2.2主要功能
1. 多种录像方式：支持船舶启动开关机录像、报警录像、连续录像和循环录像。
2. 视频编码：专用的音视频处理器和高效的H.264算法，录像清晰，占用较小的存储空间
3. 多种报警：记录、显示、查询多种报警，包括动态监测、视频丢失、视频遮挡、温度异常、电压异常，蜂鸣器报警可设置开关。
4. 双备份：对报警录像、报警日志进行双备份，提高安全性和操作性。
5. 录像管理：以报警、时间、通道号、文件名等多种方式进行录像管理。
6. 回放查询：支持多路同时回放、报警查询、轨迹回放等功能。
7 系统功能汇总与完成情况
7.1 平台功能
主功能
子功能
功能项
状态
备注
位置监控
电子地图
漫游与缩放
完成

船舶位置显示
完成

电子围栏显示
完成

电子围栏
新增围栏
完成

删除围栏
完成

作业时段
完成

轨迹记录
轨迹回放
完成

消息与报警
船舶信息录入
完成

状态报警
完成

收发短信息
完成

视频监控
实时画面监控

完成

多画面监控

完成

录像与回放

完成

下载与回放

完成

权限
添加用户

完成

编辑用户

完成

删除用户

完成

用户登录

完成

配置用户权限

完成

配置部门权限

完成

7.2 终端功能
主功能
子功能
功能项
状态
备注
位置
电子地图
漫游与缩放
完成

船舶位置显示
完成

电子围栏显示
完成

电子围栏
围栏显示
完成

作业时段显示
完成

通讯
消息
收发短信息
完成

报警
状态报警

完成

作业报警

完成

8 投资估算及设备清单
一、监控中心设备
序号
设备名称
描 述
单位
单价
数量
指导价
1
监控管理平台
服务器
台
¥50,000
2
¥100,000
Lincense
前端接入许可
套
¥300
1
¥300
平台监控软件
含安装调试费
套
¥200,000
1
¥200,000
北斗指挥机
北斗指挥型用户机（含天线）
套
¥35,000
1
¥35,000
二、船载设备/条船
1
船载无线编码器
1路无线编码器，支持WCDMA制式，一个2.5英寸SATA硬盘接口，H.264/MPEG-4,最大分辨率：D1,1～25帧/秒，PAL制，支持双流，视频接口：1路BNC输入，1路BNC输出；音频接口：1×BNC单声道输入、1路MIC输入，1路BNC单声道输出、1路MIC输出；告警口：1入1出，控制接口：1路RS485。
台
¥3,500
1
¥3,500
2
北斗船载机
北斗一代船载机（含北斗通讯卡及1年卡费）
套
¥26,000
1
¥26,000
3
摄像头
700线高清摄像头（含连接器）
个
¥350
1
¥350
三、工程实施及材料费
1
线材
项目所需线材（数据线，支架等）
批
¥1,000
1
¥1,000
2
工程实施
工程实施费用
批

1

3
税金
根据实际开票情况定（专票参考税率17%，普票参考税率7%，工程服务类参考税率6%）
批
待定
1
待定