基于“北斗+物联网+AIS技术”的水上安全监管系统研发与应用

工程技术

ＤＯＩ：１０．１６８３１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７３－２２７８．２０２１．０６．０２０

基于“北斗＋物联网＋ＡＩＳ技术”的水上安全监管系统

研发与应用

（北海航海保障中心，天津 ３００４５５）

刘铁君，郭小飞

ＬＩＵ Ｔｉｅ－ｊｕｎ， ＧＵＯ Ｘｉａｏ－ｆｅｉ （）

ＮＧＣＮ， Ｔｉａｎｊｉｎ ，Ｃｈｉｎａ

３００４５５

《交通强国建设纲要》要求加快推进基于船岸协同的

摘 要：

为提升水上安全管理与应急搜救能力，弥补船舶自

动识别系统（ＡＩＳ）技术的不足，研发了基于“北斗＋物联网

＋ＡＩＳ技术”的水上安全监管系统，可普遍适用于内河和湖泊

小型船舶的安全监管，实现了小型船舶的动态监管、应急搜

救和超速超区域报警，为建设水上安全监管体系提供了有效

的技术手段。

关键词：

北斗；船舶自动识别系统；物联网；船舶监

管；应急搜救

Abstract:

Ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｍａｒｉｔｉｍｅ ｓａｆｅｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ

ｅｍｅｒｇｅｎｔ ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｒｅｓｃｕｅ ａｎｄ ｍａｋｅ ｕｐ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎａｄｅｑｕａｃｉｅｓ

ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＡＩＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｅ

ｍａｒｉｔｉｍｅ ｓａｆｅｔｙ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ

Ｂｅｉｄｏｕ， ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）， ａｎｄ ｔｈｅ ＡＩＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ

ｏｖｅｒ ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ ｓｈｉｐｓ ｉｎ ｉｎｌａｎｄ ｒｉｖｅｒｓ ｏｒ ｌａｋｅｓ． Ｉｔ ｉｓ ｃａｐａｂａｌｅ

ｏｆ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｇｏａｌｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ

ｓｈｉｐｓ， ｅｍｅｒｇｅｎｔ ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｒｅｓｃｕｅ， ａｎｄ ｗａｒｎｉｎｇ ｏｆ ｏｖｅｒｓｐｅｅｄ ｏｒ

ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｚｏｎｅ ｌｉｍｉｔ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｒｉｔｉｍｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．

Key words:

Ｂｅｉｄｏｕ； ｓｈｉｐ’ｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）； ｓｈｉｐ ｏｖｅｒｓｉｇｈｔ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ； ｅｍｅｒｇｅｎｔ

ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｒｅｓｃｕｅ

中图分类号: 文献标志码：

Ｕ６７５．７ Ａ

文章编号：

１６７３－２２７８（２０２１）０６－００６１－０３

内河安全管控与应急搜救技术的研究与开发。为降低水上

航行风险，提升水上安全监管的数字化、智能化、现代化

水平，北海航海保障中心组织实施了基于“北斗+物联网

+AIS技术”的水上安全监管系统研发项目，为建设水上安

全监管体系提供了有效的技术手段。水上安全监管系统由

三部分组成，分别为船舶动态智能监测设备、基于移动物

联网技术的手持移动终端应用系统以及基于多源数据分

析的航行安全管控与应急搜救指挥平台。

一、船舶动态智能监测设备

随着内河航运、水上旅游业的快速发展，投入水上

营运的船舶数量越来越多，航行船舶的密度也越来越

大。如何快速、准确自动感知船舶危险驾驶，避免船舶

碰撞、搁浅、触礁、翻沉等水上安全事故发生，一直是海

事航海保障部门努力寻求解决的技术课题。相关国际标

准和国内管理制度要求大于等于300总吨航行于国际航

线的船舶、大于等于500总吨航行于国内航线的货船和

所有客船均须装配AIS船台设备。针对不具备安装AIS船

台设备条件的小型船舶，北海航海保障中心研发了一种

新型船舶碰撞、姿态智能监测的船舶动态智能监测设

备。（见图1）

水上运输是我国交通运输体系的重要组成部分，AIS技

术在海上和大型内河水域得到了广泛应用，为海事监管、应

急搜救、事故调查和航道规划提供了重要的技术和数据支

撑。然而我国内河和沿海旅游水域的大量小型船艇不具备

安装AIS船台设备的电力条件，且内河小型水域建设AIS基

站成本较高，导致了一定数量的船舶仍处于监管盲区。

图１ 船舶动态智能监测设备

船舶智能监测设备由船舶姿态传感器、震动传感器

GPS定位模块、北斗定位模块、微处理器、北斗卫星短

收稿日期：２０２１－０３－２８；修回日期：２０２１－０５－０９

第一作者简介：刘铁君（１９７０—），男，山东青岛人，本科，主要从事航标和ＡＩＳ管理工作。

中国海事

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2021

第6期

报文通信模块、NB-lot物联网通信模块以及供电系统组

成。通过对航行船舶船位、航速、航向、姿态以及受冲击

力的监测与综合分析，自动监测船舶超速、船身倾斜、被

撞击等危险状态信息。危险状态信息一旦产生，报警器会

立即通过通信模块，按照通讯协议自动按设定间隔向航

行安全管控与应急搜救指挥平台发送船舶当前时刻的位

置、航速、航向、姿态、撞击烈度等信息。水域安全监控

指挥中心能够第一时间感知水上安全事故情况，为及时

启动应急搜救和科学制定搜救方案提供信息依据。

设备采用低功耗芯片，采用休眠、触发自动唤醒技

术，保证报警器在正常监测状态下，处于微功耗稳定运

行，电子器件完全密封在塑封外壳内，确保报警器在水中

浸泡环境下仍可正常工作。

船舶智能监测设备小巧、易安装，外观为10 cm×7 cm×

4 cm，能够长期自动感知无供电装置的小型船舶的航行状

态，有效弥补了小型船舶不能安装AIS船台设备的不足，

在不需要AIS基站的情况下实现了船舶运行状态的实时监

控，其性能指标如下：

1. 通信方式：支持北斗卫星短信、物联网NB-lot通

信方式，可依据应用环境选择配置；2. 通信间隔：北斗卫

星短信模式为300 s；NB-lot通信模式通信间隔以船速

为依据，按船舶航速1～120 s自适应；3. 遇险通信模式：

北斗卫星短信：60 s；NB-lot：2 s；4. 船舶航行姿态监

≦

测：精度：0.2°；5. 船舶碰撞监测：监测灵敏度：0.1 G；

≦

监测范围：1～20 G。6. 定位于时间同步：GPS、北斗卫星

自动定位与UTC时间精确同步；7. 应急呼救按钮：一键启

动后自动连续发送求救和位置信息；8. 供电方式：太阳能

+锂电池。

二、基于移动物联网技术的手持移动终

端应用系统

借助船舶驾驶人员和海事执法人员的手持移动终

端，实现船舶的位置监控、航次报告、应急报警、应急搜

救、超速提醒、助航服务等。根据应用人员职业职责不

同，分为船舶驾驶人员应用系统和海事执法人员应用系

统，数据中心以“设备ID号+用户名+登录密码”认证模

式，辨识移动终端登录人员身份，进而提供相应的信息

和操作服务。（见图2）

（一）船舶驾驶人员APP

船舶驾驶人员APP是一款以电子地图应用为基础，

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集船舶出航备案上报管理、安全信息接收管理与应急呼

救功能为一体的手持移动终端应用系统，与船舶动态智

能监测设备配合使用，以加强船舶航行安全管理，具有

以下功能：

1. 航行安全信息接收：自动接收数据中心发送的航

行安全信息，包括海事管理信息、气象预报信息、助航

设施状态信息；2. 出航备案：在船舶出航前，申报航线

信息、出航时间、载客人数等；3. 船舶位置监控：出航模

式启动后，移动终端自动向数据中心报送船舶的实时位

置、航行速度、船舶航向、网络信号情况、电池电量等，

直至出航确认结束；4.禁航区域提醒：接近及进入禁航

区域提示报警；5. 超速报警：航行速度超过设定值提示

报警；6. 一键求救功能：“一键求救”启动后，移动终端

按照设定间隔向数据中心报送移动终端设备的实时位

置、航速航向、信号强度、电池电量等信息。

（二）海事执法人员APP

海事执法人员应用系统APP是一款以电子地图应用

为基础，集个人巡查工作任务管理、巡查工作情况上报

管理、应急搜救处置管理为一体的手持智能终端应用系

统，具有以下功能：

1. 航行安全信息接收：自动接收数据中心发送的航

行安全信息，包括海事管理信息、气象预报信息、助航设

施状态信息；2. 执法与搜救救助信息接收：自动接收数

据中心发送违规航行和遇险求救信息，包括船舶位置、

船舶呼号、船载人员超载等；3. 船舶位置申报：自动申报

海事执法船舶所在实时位置、航行速度、船舶航向、网络

信号情况、电池电量等；4. 工作情况上报：在巡查、搜救模

式下，系统支持文字、语音、音视频信息存储与上传情况，自

动形成工作日志；5. 一键求救功能：“一键求救”启动后，

移动终端按照设定间隔向数据中心报送移动终端设备的

实时位置、航速航向、信号强度、电池电量等信息。

图２ 手持智能终端应用系统

三、基于多源数据分析的航行安全管控

与应急搜救指挥平台

航行安全管控与应急搜救指挥平台实现了水域动

态监控与智慧服务，以及常态化管理与应急搜救指挥，

为提升内河水域船舶安全监测预警、预防救援、应急处

置、危机管理等综合防范能力，为形成全天候、系统性、

现代化的水上旅游安全保障体系提供信息和技术支撑

（见图3）。系统功能包括：

图３ 航行安全管控与应急搜救指挥平台

（一）构建数据仓库

平台以MYSQL数据库为基础，综合应用数据压缩、

关联检索等数据高速存储、检索查询技术，为系统数据

展示、统计分析、预警分析等功能提供信息支撑，系统数

据信息包括：

1. 航道管理数据库：包括航道边界，航道允许最大

航行速度、允许航行时间等；2. 船舶数据库：包括船舶

类型、尺寸、吃水深度、动力、安全设备、允许载客数量，

建造商、建造日期、船检日期、船检结论以及船东信息

等；3. 移动终端设备管理数据库：包括移动终端ID号、通讯

卡号、网络服务商、设备型号，移动终端设备使用人信息等；

4. 管理执法人员及船舶驾驶人员数据库：包括姓名、身

份证号、学历、工作单位、执业资格、工作岗位、家庭住

址等信息；5. 航标、水文、气象设备数据库：包括航标位

置、灯器工作状态、灯质、水文、气象监测数据等。

（二）在电子海图显示所有要素

平台以网络地理信息系统（WEB GIS）技术为系统

数据展示基础，为使用者提供直观便捷的数据展示和系

统操作等功能，具体包括：

1. 船舶监控与查询：AIS船舶、安装船舶动态智能

监测设备的船舶、使用手持智能终端应用系统的船舶

航行动态信息的融合显示，船舶信息查询和历史轨迹回

工程技术

放；2. 导助航设施监控与查询：水域航标运行状态信息

的显示与查询；3. 电子围栏设置：在电子海图上增加点

状、线状、面状以及文字类别的各种类型标注，设置各类

信息标注及电子围栏；4. 船舶安全监控信息显示：监控

船舶的危险航行姿态、撞击报警和手动求救信息；5. 越

界报警：船舶接近或进入警戒区时系统进行报警和实时

监控，并对船舶数量和类型进行统计；6. 超速报警：系统

自动监测船舶驾驶速度，当超速驾驶时系统自动报警。

（三）搜救指挥管理

系统基于自动监测报警信息的搜救应急响应管理，

功能包括：

1. 在电子地图上自动锁定预警船舶和求救船舶，显

示船舶实时姿态、位置；2. 应急搜救流程管理，编辑、审

核搜救指令以及指定搜救指令发送通知相关人员；3. 当

搜救人员打开APP后，系统自动监测和显示全部搜救人员的

位置及状态，接收APP发送的语音、影像信息。

四、系统应用情况和应用效果

本项目弥补了AIS技术难以在小型船舶上推广应用的

不足，为内河水域的安全监管提供了一套高效智能的技

术监管手段，建设了一套具有全面监测预警、预防救援、

应急处置、危机管理等综合功能的水上船舶动态监控管

理系统，对于控制航行风险，提高水上监管水平具有重

要意义。

该项目的成果可普遍适用于内河和湖泊小型船舶的

安全监控管理，并已经在白洋淀水域使用，在河北省地

方海事局、安新县地方海事处、雄县地方海事一处和雄

县地方海事二处对系统进行了安装部署，为白洋淀水域

打造了一套适应水上旅游特色要求的水上船舶安全监控

系统，为雄安新区形成现代化的水上旅游安全保障体系

提供技术支撑。

参考文献

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国海事，２０１０（１１）：２３－２５．

［２］王睿．大数据时代物联网技术的应用与发展［Ｊ］．网络安全技术与应

用，２０２１（４）：６７－６８．

［３］江德亮，石峻峰．利用北斗卫星技术实现三沙海域ＡＩＳ转发台远程

通讯技术的研究［Ｊ］． 珠江水运，２０１５（１５）：７２－７４．

中国海事

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