余勇林 陆小科 张远飞

摘    要：本文根据科考船的作业及航行特点，并结合科考船实船建造过程中的信息系统安装经验，分析介绍了：科考船的信息系统的功能模块，包括业务管理系统、安全管理系统、信息采集系统、综合显示系统、远程交互系统;信息系统的设备配置，包括外部交互设备、内部数据交互设备、终端设备;信息系统装船配置。为类似船舶的信息系统设计提供参考。

关键词：科考船;信息系统;系统配置

中图分类号：U674.8                              文献标识码：A

Abstract： According to the operation and navigation characteristics of the research ship and the installation experience of the information system during the construction of the research vessel， this paper analyzes and introduces the functional modules of the information system of the research vessel， including business management system， safety management system， information acquisition system， integrated display system and remote interactive system; equipment configuration of information system， including external interactive equipment， internal data interactive equipment and terminal equipment; and shipping configuration of information system， to provide reference for information system design of similar ship projects

Key words： Research ship; Information system; System configuration

1     前言

科考船主要用于调查研究海洋地质、水文、生物、气象、资源等。作为海上移动数据采集、分析的试验室，科考设备之间有大量的数据交互，另外，船与岸基、船与船之间也需要进行数据交互;随着信息技术的进步，为丰富出航时科考船上的船员、科学家等人员的业余生活，科考船上常配置休闲娱乐系统。所有这些都可由船舶信息系统来实现，信息系统可增强船舶功能，方便船舶管理，提高船上工作舒适度。

2    信息系统的功能模块

根据科考船的工作特点与人员配置，信息系统主要包括：业务管理系统、安全管理系统、信息采集系统、综合显示系统、远程交互系统等。所有这些系统均可通过公共信息子网或科考作业子网进行数据交互，各个系统在终端可以通过统一门户网站进入。信息系统模块图，见图1所示。

统一门户网站主要由新闻动态、通知公告、船舶概况、船舶实时状态、生活娱乐、统一登陆等模块组成，作为整个信息系统的交互窗口。

2.1   业务管理系统

包括时间统一系统、船务管理系统、作业管理系统、综合导航信息显示系统组成。

（1）时间统一系统

可以对局域网内用户提供网络时码信息和SNTP授时服务;

（2）船务管理系统

主要有设备管理、备件管理、物资管理、资料管理、登船管理、外事管理、人员管理等功能;

（3）作业管理系统

主要有航程管理、科考数据管理、科考设备管理、系统管理等功能;

（4）综合航行信息显示系统

主要有导航信息集中显示、报警信息集中显示和处理、传感器信息集中显示和处理等功能。

2.2   安全管理系统

包括数据加密系统、门禁系统、视频监控系统、权限管理系统。

（1）数据加密系统

能够为科学调查子网内的数据提供一套加密算法，所有通过数据实时采集和人工上传的数据会自动通过数据加密服务器提供的加密算法，对自身数据进行加密封装，提高数据安全性;

（2）门禁管理系统

主要用于船上重要部位，防止非授权人员任意出入。门禁系统在断电情况下会失去作用，除使用UPS不间断电源为门禁系统供电外，各重要舱室门上设立机械门锁，避免在断电情况下无关人员自由出入重要房间;

2.3   数据管理系统

包括数据处理系统和数据存储系统。主要功能是按照調查任务需求实现科考船数据的现场快速初步处理、质量控制、分析、初步成果输出与展示;以及现场资料的安全存储与科学管理[1]，并为科考船现场作业提供辅助决策功能。

2.4   信息采集系统

包括导航信息采集系统、船舶设备信息采集系统、科考设备信息采集系统。

（1）导航信息采集系统

主要是采集GPS、AIS、电罗经、测深仪、计程仪、气象仪等，以上数据都会保存在服务器，网络用户可以通过船舶网络访问数据，对数据进行查询、下载服务;采集的导航信息数据作为整个科考业务的参考信息，通过船舶网络平台进行存储、处理、转发，为船舶航行、科考业务服务;

（2）船舶设备信息采集系统

主要接入机舱监测系统数据，可实时显示电站、推进设备、辅机等设备信息;

（3）科考设备信息采集系统

可以实时获取存储放缆长度、收放缆速度、缆绳张力等绞车信息及多波束、浅剖、ADCP等聲学数据。以上数据都会保存在服务器，网络用户可以通过船舶网络访问数据，对数据进行查询、下载服务。

2.5   综合显示系统

包括多媒体播放系统、视频会议系统、综合调度系统、移动应用系统：

（1）综合调度系统

将采集到的重要音视频信息统一调度，全船各种重要的视频、数据信息，通过信息指挥调度台在大屏上进行多画面组合显示，实现音视频信号的快速、便捷调度和切换控制，是工作人员作业决策的支撑平台;

（2）移动应用系统

可在手机等移动终端上查看船舶新闻公告、在线观看监控视频图像、查看设备状态、接收设备报警信息、在线查看科考作业录像、查看船舶所在位置和基本的导航信息、即时通讯等。

2.6   远程交互系统

包括基础平台接入管理系统、远程数据交互管理系统、远程支持系统：

（1）基础平台接入管理系统

科考船与外界通信的重要管理手段，该系统可有效防止接入终端过多或者接入终端占用带宽过大，有效分配有限的带宽资源;还可以控制接入终端访问不信任数据源，有效防止错误访问导致病毒入侵，对网络行为进行控制和审计;

（2）远程支持系统

利用船载无线AP覆盖及卫星通信系统作为通讯链路，实现岸基专家对船载设备的远程故障诊断及其相关技术支持。

3    信息系统的设备配置

科考船信息系统设备，主要由外部交互设备、内部数据交互设备、终端设备三部分组成。

3.1   外部交互设备

可采用Ka波段覆盖全球的高速数据通信网络----海事卫星五代星+FBB作为传输通道，此配置基本可满足科考船在全球各地科考作业联网要求;另外需配置一套卫星电视设备，此设备带IP输出的卫星接收机，解调出电视节目，通过本地局域网传送至信息系统，再由信息系统中的IPTV系统在各终端设备上播放。

3.2   内部数据交互设备

主要包括服务器、交换机、科考数据存储设备、科考数据备份存储、公共数据存储设备、视频监控存储设备、硬件防火墙、数据采集模块、数据输出模块、UPS电源等;另外配置各系统需要的软件、机柜等。其中，服务器按2个网络进行物理分割布置提供系统安全性，其科考作业子网与公共信息子网主要要求如下。

（1）科考作业子网主要承担科考作业相关的数据管理，包括科考设备数据、作业计划数据、调查数据、样品数据等。该子网作为科考船科考调查业务信息化的主要承载平台，具有多样化、集中性、低延时、高速存储、可扩展性、安全性等要求：在硬件设计上，应充分考虑高负载网络、大容量数据存储的需求;在软件设计上，结合通信设备、导航设备、专业调查设备、通用调查设备等设备的技术特点和接口形式，顶层规划统一的数据传输标准，从而实现作业数据的集中管理、统筹调度;

（2）公共信息子网融合了卫星通信、无线通信、内部局域网等多种数据交换形式，主要用于运行航行相关以及船员生活相关的保障信息。该子网包括视频监视、语音通信、船务管理、航行辅助、生活娱乐等多方面应用，有效提高船员的工作便利性和生活舒适性。由于涉及到多网融合且承载了视频、语音、数据等多样化信息，公共信息子网在设计上应充分网络资源的优化分配，确保数据传输稳定、流畅;同时，公共信息子网可通过卫星通信接入互联网，实现跨平台数据传输，因此与调查作业子网之间采用物理隔离，从而确保调查作业数据的安全。

3.3   终端设备

主要包括终端电脑、无线路由、摄像机、门禁设备、移动应用终端、机顶盒、电视、会议系统设备等，这些设备根据舱室的布置选取合适的型号规格;电脑里预装信息系统专用软件，根据设置的用户权限，可查看、处理相关的数据信息。

科考船信息系统设备配置简图，如图2所示。可根据系统功能要求，进行适当调整。

4    信息系统的装船配置

（1）信息系统设备集中安装在信息系统提供的机柜中，这些设备、机柜需满足船舶摇晃、振动的特殊环境要求：机柜可增加减振装置，如减振器或减振胶垫等;为减少晃动对设备的影响，机柜顶部应与附近的机构、舱壁连接;机柜前后需预留足够的维护空间，左右两边需留有足够的散热空间;考虑到信息系统设备的安全性、可维护性，上建区域设置一间专用网络机柜间，用于布置信息系统设备;网络机柜间最好能靠近试验室区域，并且配置专用机房监控系统，包含温湿度监控、烟感监测、火焰监测、门禁监控、UPS监控、漏水监测等功能，并把报警信号延伸至值班负责人工作、居住舱室，或延伸至船舶报警系统;网络机柜间需配置足够的通风、制冷、除湿设备，常规配置是由船上集中空调送风，另配置空调柜机、风机盘管;网络机柜间地板可铺上绝缘橡胶皮，提高设备安全性;

（2）信息系统终端设备装船，需船厂提供固定支架，其强度需满足要求，安装位置需方便设备维护;

（3）信息系统内、外部主要使用网线进行数据传输，部分线路使用光纤、对绞线等;网线根据船用要求选用低烟无卤的护套，为提高系统抗干扰性能，网线最好能带铠装;船厂在设计信息系统电缆路径时尽量远离强电电缆路径，与强电电缆分开托架敷设，减少电磁干扰，提高系统稳定性;

（4）信息系统作为船上综合性系统，船上设备需提供相关接口给信息系统，常规接口如下：导航设备主要有DGPS、电罗经、计程仪、测深仪、AIS、气象仪、北斗、子母钟，信号通常使用NMEA0183接口传输给信息系统;电子海图、雷达等图像信号通过网口传送至 信息系统，全船监测报警系统通过RS485接口把船舶报警信号发送给信息系统;科考绞车、声学设备、科考气象设备都有网络接口至信息系统;另外，各实验室也预留网线至信息系统，方便后期临时加装的试验设备连接信息系统，根据实际工作需要传送相关数据。

5    结束语

信息系统在科考船上的主要功能是提高船舶管理、科考工作的效率，提高出航人员的舒适性。随着通信技术的不断进步，信息系统在科考船中占有越来越重要的地位。信息系统的接口可做成开放式的，可根据科考船的实际工作需要不断增加新的功能模块，提高系统的完整性。希望本文的信息系统设计方案，对以后科考船的设计建造具有一定的参考价值。

参考文献

[1]常金玲.信息系统分析与设计---应用与实践[M]. 北京：航空工业      出版社.