НАВИГАЦИОННО-ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА МОРСКИХ И РЕЧНЫХ СУДОВ И БОРТОВОЙ НАВИГАЦИОННО-СВЯЗНОЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к области навигации и подвижной связи и может быть использована в задачах мониторинга рыбопромысловых и иных морских и речных судов.
Действующими в России и ряде стран нормативными актами установлено обязательное оснащение рыбопромысловых судов техническими средствами контроля (ТСК), обеспечивающими периодическую передачу координат местоположения, курса и скорости судна в центр мониторинга рыболовства. Мониторинг рыбопромысловых судов, оснащенных ТСК, обеспечивается в рамках отраслевой системы мониторинга (ОСМ) Росрыболовства.
В настоящее время в качестве ТСК используются терминалы спутниковой связи ИНМАРСАТ-С с встроенным приемником GPS и/или трансмиттеры спутниковой системы позиционирования подвижных объектов (на основе эффекта Доплера) АРГОС.
Недостатками использования указанных терминалов являются:
- искажения данных о местоположении судна недобросовестными участниками рыболовства с помощью подключения вместо навигационной аппаратуры имитаторов и подачи в навигационно-информационную систему ложных сведений о местоположении и маневрах судна;
- отсутствие совершенной системы связи «судно» - «берег»;
- высокая стоимость используемых услуг связи и телематики, представляемых системами ИНМАРСАТ и АРГОС;
- ограниченное использование навигационных технологий ГЛОНАСС;
- отсутствие возможности объективного контроля ведения промысловых работ.
Известна система мониторинга судов (CMC) «Виктория» (см. Http//Victoria.marsat.ru), предназначенная для осуществления автоматизированного мониторинга и контроля за местоположением морских и смешанного (река-море) плавания судов. Система построена на базе технических средств морской подвижной спутниковой связи ИНМАРСАТ-С и ИНМАРСАТ-Д+, глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS и с использованием технологий Интернет.
CMC «Виктория» позволяет:
- автоматически отслеживать местоположение судов, оборудованных терминалами ИНМАРСАТ-С или ИНМАРСАТ-Д+, в режиме реального времени и предоставлять эту информацию с привязкой к электронным картам удаленным пользователям через WEB;
- обмениваться текстовыми сообщениями удаленным пользователям с судами через каналы ИНМАРСАТ-С или условными сообщениями с терминалами ИНМАРСАТ-Д+;
- рассылать широковещательные циркулярные сообщения на суда;
- автоматически принимать сигналы судовой системы охранного оповещения (ССОО), идентифицировать судно, отображать на электронной карте место подачи сигнала, и автоматически рассылать сообщения ССОО с дополнительной информацией по судну по назначенным адресам (судовладельцы, координационно-спасательные центры);
- осуществлять ведение полной базы данных по судам (синхронизированной с данными Российского морского регистра судоходства и Российского речного регистра), по районам ограничения плавания, координационно-спасательным центрам, зонам ответственности этих центров (Производится автоматический мониторинг нарушений судами разрешенных районов плавания в соответствии с их классами. Извещения о возможных нарушениях автоматически направляются в надзорные органы);
- отслеживать историю движения судна за указанный период времени;
- предоставлять временный ограниченный доступ в систему по гостевым паролям для отслеживания движения судна грузоотправителями, грузополучателями, фрахтователями, страховщиками.
Отличительной особенностью CMC Виктория от сходных по назначению систем Webtrack компании BritishTelecom, PurpleFinder компании PoleStar, TrackScape компании TrackWell является использование векторного формата картографических данных в отличие от растрового представления карт в этих системах.
К недостаткам системы можно отнести ограниченный ресурс каналов передачи данных и отсутствие возможности контроля состояния различных судовых систем и механизмов.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому техническому решению является интегрированная система мониторинга и управления судами (см. патент US 20090187297, опубл. 07.23.2009.
В системе данные, показывающие текущее состояние судовых систем, передаются от судна на один или несколько удаленных пунктов, а команды принимаются от одного или нескольких удаленных пунктов для управления системами судна.
Система мониторинга судов предназначена для мониторинга различных судовых эксплуатационных систем и обеспечения связи с удаленными пунктами с использованием различных средств связи. Система мониторинга судов включает процессор и различные датчики для мониторинга множества эксплуатационных систем судна. Средства связи выборочно сообщаются с удаленными пунктами. Выбранное из множества средство связи использует технику связи совместимую с техникой связи удаленных пунктов.
Изобретение так же включает в себя метод мониторинга судовых эксплуатационных систем, заключающийся в производстве сигналов состояния судовых эксплуатационных систем и выборе удаленного пункта для приема сигналов. Так же определяется передающее устройство для передачи сигналов на удаленный пункт совместимое с устройством приема удаленного пункта.
К недостаткам рассмотренного изобретения следует отнести следующие:
- в системе не выделен приемник глобальной навигационной спутниковой системы (GPS) как основной компонент системы мониторинга. Приемник может быть включен в состав навигационной подсистемы, однако не приведена методология использования спутниковой навигации и ее практическая реализация;
- не предусматривается возможность фрагментарного считывания содержимого «черного ящика» (Black Box), в котором сохраняются собираемые данные от различных датчиков и навигационной подсистемы, со стороны пунктов мониторинга по каналам спутниковой связи. Это ограничивает эффективность текущего контроля судов, особенно важного в задачах мониторинга рыбопромысловых судов.
Предлагаемая навигационно-информационная система рассчитана на размещение в специализированном центре (центрах) мониторинга автоматизированного рабочего места (компьютера, сервера) с установленным специальным программным обеспечением. Данная система предполагает оснащение судов специализированными навигационно-связными комплексами.
Мониторинг судов может осуществляться, в зависимости от характера использования системы, центрами мониторинга рыболовства, либо другими структурами, обеспечивающими контроль и управление движением судов, контроль состояния различных судовых систем и оборудования и т.п.
При использовании в задачах мониторинга водных биологических ресурсов, наблюдения и контроля за деятельностью промысловых судов данная полезная модель обеспечивает расширенные функции сбора, обработки и хранения данных, касающихся осуществления рыболовства, в том числе данных о параметрах движения судов.
Техническим результатом заявленного решения является создание системы мониторинга рыбопромысловых и других морских и речных судов, обеспечивающей посредством бортовых навигационно-связных комплексов сбор информации о навигационных параметрах (координатах местоположения, скорости, курса) судна, информации от сопрягаемого оборудования (датчиков состояния различных судовых систем и механизмов), видеокамеры и т.д., а также накопление этой информации в энергонезависимой памяти («черном ящике») и передачу ее в центр мониторинга по каналам спутниковой и/или наземной связи.
Технический результат достигается тем, что система содержит центр мониторинга, включающий автоматизированное рабочее место на базе персонального компьютера с процессором, сети подвижной спутниковой и/или наземной связи, сеть Интернет, бортовые навигационно-связные комплексы, при этом автоматизированное рабочее место на базе персонального компьютера с процессором соединено с бортовыми навигационно-связными комплексами через сети подвижной спутниковой и/или наземной связи и сеть Интернет, при этом каждый бортовой навигационно-связной комплекс имеет идентификационный номер и выполнен с возможностью определения навигационных параметров: координат местоположения, скорости, курса, автоматического выявления неисправностей, сбора информации от датчиков, передачи навигационных параметров вместе с идентификационным номером в центр мониторинга.
Бортовой навигационно-связной комплекс, содержит взаимосвязанные между собой по интерфейсу блок навигационного приемника ГЛОНАСС/GPSсодержащий устройство питания, навигационный приемник с антенной, соединенный с контроллером, к которому подключено энергонезависимое запоминающее устройство, линейный драйвер интерфейса; и навигационно-связной блок содержащий устройство питания, приемо-передатчики спутниковых или наземных систем связи, подключенных к микрокомпьютеру, к которому подсоединены линейный драйвер интерфейса, энергонезависимое запоминающее устройство, и линейные драйверы для сопряжения с внешними устройствами: компьютером, видеокамерой, контроллерами внешних датчиков, контроллером индикации через стандартные интерфейсы Ethernet, USB, RS-232, RS-422, RS-485.
Блок навигационного приемника дополнительно содержит встроенный модем сотовой связи GSM/GPRS с антенной, позволяющий осуществлять обмен информацией с центром мониторинга по каналам сотовой связи, и/или интерфейс для подключения дополнительного приемо-передатчика спутниковой или наземной системы связи.
При этом бортовой навигационно-связной комплекс выполнен с возможностью определения навигационных параметров, сбора информации от датчиков, подключаемых через стандартные интерфейсы, выявления нештатных ситуаций, регистрации навигационных параметров в энергонезависимой памяти, передачи в центр мониторинга по запросу.
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются последующим детальным описанием иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:
фиг. - 1 блок-схема предлагаемой системы и бортового навигационно-связного комплекса, где показано следующее:
1 - Центр мониторинга;
2 - автоматизированное рабочее место;
1
N
3…3 - сети подвижной спутниковой или наземной связи;
4 - сеть Интернет;
1
K
5…5 - бортовые навигационно-связные комплексы;
6 - блок навигационного приемника;
7 - навигационно-связной блок;
8 - интерфейс;
9 - цепь электропитания;
10 - устройство питания блока навигационного приемника 6;
11 - контроллер;
12 - навигационный приемник;
13 - антенна навигационного приемника;
14 - линейный драйвер блока навигационного приемника 6 интерфейса 18;
15 - энергонезависимое запоминающее устройство;
16 - модем сотовой связи GSM/GPRS;
17 - антенна модема сотовой связи GSM/GPRS 16;
18 - интерфейс;
19 - устройство питания навигационно-связного блока 7;
20 - микрокомпьютер;
21 - линейный драйвер навигационно-связного блока 7 интерфейса 18;
22 - запоминающее устройство;
1
L
23…23 - линейные драйверы для сопряжения с внешними устройствами;
1
M
24…24 - приемо-передатчики спутниковых или наземных систем связи;
25 - персональный компьютер;
26 - веб камера;
27-1…27-j - внешние устройства.
1
N
1
K
Система содержит центр мониторинга 1, включающий автоматизированное рабочее место (компьютер, сервер) 2, на которое установлено специальное программное обеспечение, причем центр мониторинга 1 взаимосвязан для обмена данными через сети подвижной спутниковой или наземной связи 3…3 , либо через сеть Интернет 4, с бортовыми навигационно-связными комплексами 5…5.
Для морских судов наиболее применяемыми системами подвижной связи являются системы спутниковой связи ИНМАРСАТ (стандарты C, M, Fleet, BGAN), ИРИДИУМ, ГЛОБАЛСТАР, ОРБКОМ и др. Перспективной российской системой спутниковой связи, обеспечивающей 100-процентное покрытие земного шара, является система Гонец-Д1М».
Для речных судов в качестве одной из основных систем подвижной связи может использоваться система сотовой связи GSM.
Сеть Интернет может использоваться при наличии соответствующих сервисов передачи данных у оператора связи (например, операторы сотовой связи GSM предоставляют доступ в Интернет посредством сервиса пакетной передачи данных GPRS).
1
K
Каждый бортовой навигационно-связной комплекс 5…5 содержит взаимосвязанные между собой по интерфейсу 8 блок навигационного приемника 6, предназначенный для вычисления навигационных параметров по сигналам глобальных спутниковых навигационных систем (ГЛОНАСС, GPS и др.), и навигационно-связной блок 7, предназначенный для сбора информации от различных датчиков и передачи навигационных параметров и другой информации в центр мониторинга 1.
Интерфейс 8 обеспечивает асинхронную последовательную передачу данных (UART) и реализует стандартные последовательные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485.
Электропитание от судовой сети подается на блок навигационного приемника 6и навигационно-связной блок 7 по цепи электропитания 9.
Физически соединение между блоком навигационного приемника 6 и навигационно-связным блоком 7 осуществляется по специальному межблочному кабелю, обеспечивающему коммутацию линий интерфейса 8 и питания 9.
Основным управляющим элементом блока навигационного приемника 6, определяющим алгоритмы его работы, является контроллер 11.
Контроллер может быть выполнен, например, на микросхеме STM32F103VET6 (фирма STMicroelectronics), представляющей собой микроконтроллер на основе процессорного ядра CORTEXM3 (развитие ядра ARM7).
Контроллер 11 взаимосвязан с энергонезависимым запоминающим устройством 15, предназначенным для регистрации и хранения данных, получаемых в результате выполнения блоком навигационного приемника целевых функций. Как минимум, в запоминающем устройстве регистрируются автоматически выявляемые факты отключения электропитания. В запоминающем устройстве 15 также может размещаться встраиваемое программное обеспечение блока навигационного приемника, если для этих целей не используется внутренняя память контроллера 11.
Запоминающее устройство 15 может быть реализовано, например, на одной или нескольких микросхемах памяти одного или разных (Flash, FRAM и др.) типов, например, AT45DB161D (тип памяти - Flash), FM25L256B (тип памяти - FRAM).
Блок навигационного приемника 6 также содержит навигационный приемник 12 с антенной 13, соединенный с контроллером 11.
Навигационный приемник 12 обеспечивает вычисление навигационных параметров судна (координат местоположения, скорости, курса) и определение текущего времени по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS, Galileo).
Навигационный приемник 12 может быть реализован, например, на модуле двухсистемного приемника ГЛОНАСС/GPS.
Данные, получаемые от приемника 12 и содержащие вычисленные навигационные параметры и время, обрабатываются контроллером 11, преобразовываются в требуемый формат и передаются в навигационно-связной блок 7 по интерфейсу 8 с установленной периодичностью, либо по запросу со стороны навигационно-связного блока.
Линейный драйвер 14 обеспечивает согласование по уровню интерфейсной цепи контроллера 11 с сигналами интерфейса 8.
Линейный драйвер 14 может быть реализован, например, на микросхеме МАХ3160ЕАР (фирма Maxim), обеспечивающей аппаратную настройку на сопряжение с одним из интерфейсов RS-232/RS-422/RS-485.
Линейный драйвер 14 может также поддерживать интерфейс 18 для подключения дополнительного приемо-передатчика спутниковой или наземной системы связи. Расширение обеспечивается при конфигурировании микросхемы МАХ3160ЕАРв режим интерфейса RS-485, для которого допускается параллельное подключение нескольких внешних сопрягаемых устройств.
Наличие интерфейса 18 позволяет использовать блок навигационного приемника 6 в качестве сокращенного варианта навигационно-связного комплекса, обеспечивающего минимум функций мониторинга: определение навигационных параметров и информационное взаимодействие с центром мониторинга. При этом навигационно-связной блок 7 может отсутствовать.
Устройство питания 10 обеспечивает работу блока навигационного приемника от судовой сети электропитания.
Устройство питания 10 содержит встроенный детектор отключения питания и выполнено так, что в начальный момент пропадания напряжения в судовой сети электропитания детектор формирует контроллеру 11 соответствующий сигнал. Устройство питания обеспечивает, за счет накопления энергии в выходных фильтрующих конденсаторах, кратковременную работоспособность блока навигационного приемника, достаточную для записи факта и времени отключения питания в энергонезависимое запоминающее устройство 15. При повторном включении блока сохраненное в памяти сообщение о пропадании питания передается по интерфейсу 8 в навигационно-связной блок, после чего это сообщение может быть сохранено в «черном ящике» и передано в центр мониторинга 1.
Устройство питания 10 может быть выполнено, например, на нескольких микросхемах (стабилизаторы и детектор отключения питания): LM2593HVS (фирма National Sem.), TPS7333QD (фирма Texas Instruments), LМS33460МG(фирма National Sem.).
Блок навигационного приемника 6 может дополнительно содержать встроенный модем 16 сотовой связи (GSM/GPRS, CDMAи др.) с антенной 17, что позволяет осуществлять обмен информацией с центром мониторинга 1 по каналам сотовой связи. Возможность организации обмена данными по каналам сотовой связи актуальна, в первую очередь, при мониторинге речных судов, т.к. в акваториях рек этот вид связи часто доступен и обладает привлекательностью из-за дешевого графика (по сравнению со спутниковыми системами связи).
Каждый навигационно-связной блок 7 построен на базе специализированного встроенного микрокомпьютера 20, обеспечивающего выполнение всех функций названного блока и технического средства контроля (ТСК) в целом.
Микрокомпьютер 20:
- получает от блока навигационного приемника 6 текущие навигационные данные и время, а также сообщения о фактах отключения питания;
- управляет сбором данных от сопрягаемого оборудования (например, тревожной кнопки, датчика состояния трала, видеокамеры и др.);
- управляет процессами автоматического выявления неисправностей оборудования и других нештатных ситуаций;
- управляет процессами записи в запоминающее устройство 22 («черный ящик») и процессами считывания информации из «черного ящика»;
- обеспечивает информационное сопряжение с судовым компьютером, в том числе электронным промысловым журналом (ЭПЖ);
- управляет работой приемо-передающих устройств спутниковой и сотовой связи;
- управляет процессами информационного обмена с центром мониторинга 1.
Микрокомпьютер 20 может быть выполнен, например, на микросхеме AT91SAM9G20B (фирма Atmel), представляющей собой микроконтроллер на основе высокопроизводительного процессорного ядра ARM9 с развитой периферией.
1
М
К микрокомпьютеру 20 подключены приемо-передатчики 24…24 спутниковых или наземных систем связи. Для подключения приемопередатчиков в микроконтроллере предусмотрены интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485, Ethernet.
Через указанные интерфейсы к микрокомпьютеру могут подключаться, например, следующие модели приемо-передающих устройств (терминалов) спутниковой связи:
- терминал ТТ-3026 (Thrane & Thrane) стандарта INMARSAT-C, интерфейс RS-232;
- терминал Felcom 16 (Furuno) стандарта INMARSAT-C, интерфейс RS-232;
- терминал ТТ-3064А (Thrane&Thrane) стандарта INMARSAT-M, интерфейс RS-232;
- терминал TT-3084A(Thrane & Thrane) стандарта INMARSAT Fleet, интерфейс RS-232;
- терминал Saturn F77 (NERA) стандарта INMARSAT Fleet, интерфейсы RS-232.RS-422;
- терминал JUE41 OF (JRC Marine Electronics) стандарта INMARSAT Fleet, интерфейсы RS-232, Ethernet;
- терминал SAILOR 500 (Thrane & Thrane) стандарта Fleet Broad band, интерфейс Ethernet.
Для согласования уровней сигналов при информационном сопряжении с блоком навигационного приемника 6 по интерфейсу 8 служит линейный драйвер 21, подключенный к микрокомпьютеру 20.
Линейный драйвер 21 может быть реализован, например, на микросхеме МАХ3160ЕАР (фирма Maxim), обеспечивающей аппаратную настройку на сопряжение с одним из интерфейсов RS-232/RS-422/RS-485 (по аналогии с блоком навигационного приемника 6).
К микрокомпьютеру подключено энергонезависимое запоминающее устройство 22 («черный ящик»), обеспечивающее запись, хранение и последующее считывание навигационных параметров и другой информации, относящейся к функциям мониторинга.
Запоминающее устройство может быть выполнено, например, на микросхеме Flash-памяти K9F2G08U0A (фирма Samsung).
1
L
Микрокомпьютер также обеспечивает сопряжение с внешними устройствами, такими как судовой компьютер (или электронный промысловый журнал), видеокамера, датчики (контроллеры датчиков), панель индикации и др., через линейные драйверы 23…23 стандартных интерфейсов: Ethernet, USB, RS-232, RS-422, RS-485.
1
L
Линейные драйверы 23…23 могут быть выполнены, например, на микросхемах:
- MAX3232ESE (фирма Maxim) - драйвер интерфейса RS-232;
- MAX3485ESA (фирма Maxim) - драйвер интерфейса RS-485;
- МАХ3160ЕАР (фирма Maxim) - универсальный настраиваемый драйвер интepфeйcoв RS-232/RS-422/RS-485;
- DM9161AEP (DAVICOM Sem.) - драйвер интерфейса Ethernet.
Устройство питания 19 обеспечивает работу навигационно-связного блока от судовой сети электропитания.
Устройство питания 19 может быть выполнено, например, на микросхемах LM2593HVS (фирма National Sem.), TPS6220 (фирма Texas Instruments).