石顺锋
上海普适导航科技股份有限公司，上海市，201702
摘要：VDR设备以安全、可恢复的方式保存与事件前因后果相关数据的存储记录。常规VDR单价高、不能自动浮离、不能实时上报设备位置。新方案解决了常规VDR设备的不足，有利于在中小船舶中推广应用，缩短打捞VDR设备所需时间，节省人力和物力支出。
关键词：北斗；VDR；浮离；船舶；位置
中图分类号：TN96 文献标识码：A
A Beidou ship positioning terminal with navigation data recording function
Shi Shunfeng(Shanghai Ubiquitous Navigation Technology Co., Ltd. ,Shanghai,201702,China)
Abstract:VDR equipment stores the storage records of data related to the cause and effect of the event in a safe and recoverable way. Conventional VDR has high unit price, can't float away automatically, and can't report equipment location in real time. The new scheme solves the shortage of conventional VDR equipment, is conducive to the popularization and application in small and medium-sized ships, shortens the time required for salvaging VDR equipment, and saves manpower and material resources.
Key word:Beidou;VDR;floating separation;vessel;position
0 引言
随着全球经济的不断发展和科学技术的不断进步，国际航运界越来越关注海上救助和船舶事故调查。目前人们除了需要对船舶相撞、遭遇暴风、船体进水等简单事故原因的调查外，还希望能了解船上实际操纵人员是否了解并准确理解了已获得消息的内容；是否对意外突发事件的原因做出了正确的判断；是否对意外突发事件采取了合理且适当的措施；导致错误判断以及操作失误发生的原因是什么；发生意外突发事件时是否产生了相对应的报警；产生的报警是否起到了应有的效果等多个方面的信息。如果仅仅依靠船上的车钟记录、航海日志等简单的文字记录和船上当事人回忆是无法满足这样的调查需求的。
船舶安装的船载航行数据记录仪（VDR）设备能以安全且可恢复的方式及时保存记录意外突发事件前后一段时间内事故船舶的船位信息、运动状态信息、船上设备运行状态信息、船上人员接收的操作指令以及操作人员实际操纵过程信息等多种数据。在船东或是相关部门的技术人员分析事故船舶的意外事故原因时，利用这些记录的数据可以还原当时船上情况，对于分析定位船舶意外事故的原因具有十分重要作用。船载航行数据记录仪设备中记录的信息数据是船舶意外突发事故调查和处理的客观证据。
北斗卫星导航系统是我国自行建立、具有自主知识产权的服务于全球的卫星导航定位系统，整个系统由空间卫星、地面站控制系统和各种用途的北斗用户终端设备等构成，具备短报文通信、高精度定位和卫星授时三种服务功能，目前已覆盖全球，可为用户提供无盲区的全天候24小时不间断服务。
目前北斗卫星导航系统已在海洋渔业安全生产监管领域取得了广泛应用。渔业管理部门已在渔船上安装北斗船载定位通信终端，该终端设备利用北斗卫星导航系统获取定位信息，并通过北斗短报文通信链路将船舶位置数据上报到渔业管理部门的数据监控中心，实现对渔船的动态监管。
1 现有设备存在的问题
现有的北斗船载终端仅具有船舶实时位置监控功能和短报文通信功能，不具有船舶航行数据采集和存储功能。一旦船舶发生事故，事故调查部门只能通过船舶发生事故前的航行轨迹以及事故现场的各种蛛丝马迹调查事故发生原因。相关调查取证工作困难。不利于分析事故原因，提高航行安全。
船舶航行数据记录仪（VDR）是指一种安装于船上用于记录驾驶台的各种声音和会话、船舶动态数据、水深信息、机舱主机工作状态等数据的仪器。其作用类似飞机上的“黑匣子”。主要由主机、传感器、数据存储器和回放再现系统等组成，能以安全且可恢复地记录保存事故船舶发生意外突发事故前后一段时间内的船舶船位信息、运行状态信息、操作人员接收的操作指令和实际操纵过程等多种信息。船舶发生意外突发事故时，相关部门可以从VDR中索取信息，供事故原因的调査、分析之用。VDR主要针对一些大型船舶设计，可采集的数据量大，且对其数据保护容器要求很高，造成设备单价高达十万以上。目前VDR主要在3000总吨以上的大型船舶上安装使用。在渔船等中小型船舶上因成本等原因未推广应用。
常规VDR在船舶发生事故时随船舶一起沉没，寻找和打捞事故船舶的VDR设备的工作将耗费巨大的人力和财力。
2 解决方案
为解决中小型船舶VDR设备推广应用，同时减少打捞事故船舶的VDR设备的工作量，需要一种具有航行数据记录功能的船舶定位终端（简称：终端）。终端具有数据接口可连接船舶自动识别系统（AIS）、测深仪、风速风向仪、罗经、雷达等船载设备，同时可连接摄像头、麦克风、温度传感器、湿度传感器、气压传感器等传感器。可采集、存储本船经纬度、航速、航向、船艏向、温度、湿度、风速、风向、周围船舶AIS数据、雷达数据、驾驶舱视频、音频等数据。同时，终端具有定位和短报文通信功能，可定时通过北斗短报文向岸基数据中心上报本船动态信息，可与其他北斗终端之间互发短消息。
终端由数据采集单元、数据通信存储单元、显控单元组成。各单元之间通过线缆连接。其中，数据采集单元具有多种数据接口，可连接船上各种设备和传感器，采集数据，并发送给数据通信存储单元。数据通信存储单元用于北斗定位、通信以及存储采集到的数据。显控单元用于数据显示、终端工作状态控制等。
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图1 终端组成
1.1数据采集单元
数据采集单元用于连接各类传感器采集传感器数据，支持多种接口（串口、网口、WiFi、4G、音频、视频等），可连接船舶自动识别系统（AIS）、测深仪、风速风向仪、罗经、雷达等船载设备，同时可连接摄像头、麦克风、温度传感器、湿度传感器、气压传感器等传感器。可采集本船经纬度、航速、航向、船艏向、温度、湿度、风速、风向、周围船舶AIS数据、雷达数据、驾驶舱视频、音频等数据，采集的数据发送给数据通信存储单元。
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图2 数据采集单元组成
数据采集单元由电源模块、主控模块和接口模块组成。其中，接口模块用于为各类传感器提供物理和电气接口，主控模块用于控制、协议转换等。电源模块用于将外部供电转换为内部供电。主要框图如上所示。
数据采集单元将各种数据接入，并完成数据协议格式转换，发送给数据通信存储单元。同时，数据采集单元还支持WIFI和4G通信，用户可通过宽带卫星船载终端或4G连接数据采集单元，查看采集的各种实时数据，并可通过麦克风和扬声器和用户建立实时语音通信。
1.2数据通信存储单元
数据通信存储单元用于存储数据采集单元采集的各类数据，满足监管人员事后数据分析；同时数据存储单元还具有北斗定位、北斗短报文通信、落水自动浮离释放、自动启动报警等功能。
数据通信存储单元可按照设定的工作参数定时将本船ID、经纬度、航速、航向等数据回传给岸基系统。当船舶遇险沉没时，数据通信存储单元可自动从安装支架上浮离释放，上浮到水面，并向岸基系统发送包含位置信息的遇险报警信息。管理部门可根据遇险报警信息搜索并打捞数据通信存储单元，并可导出数据存储单元中存储的数据，用于事故调查分析。
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图3 数据存储单元组成
数据通信存储单元由控制模块、北斗通信模块、北斗/GPS定位模块、天线、高亮示位灯、大容量存储器、锂电池组等模块以及浮离释放机构组成。其中，北斗通信模块完成北斗短报文通信功能，北斗/GPS定位模块完成定位功能，高亮示位灯不断闪烁用于夜间示位，主控模块完成电源管理，协议处理，存储管理等功能。大容量存储器用于存储各种数据。天线用于无线信号收发功能。
1.3显控单元
显控单元为船舶用户提供人机界面，用于收发北斗短消息，接收数据中心发布的增值信息服务，显示当前船舶位置，提供助导航、紧急报警等功能。
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图4 显控单元组成
显控单元由液晶显示屏、显示控制模块、电源模块、按键模块、接口模块等组成。其中，显示控制模块完成显示控制功能，按键模块完成按键输入功能，接口模块提供对外接口，电源模块完成外部电源到内部电源的转换功能。液晶显示屏完成图形显示功能。
显控单元具有电子海图显示、导航、北斗短报文编辑查看、终端工作参数编辑查看，及采集到的本船经纬度、航速、航向、船艏向、温度、湿度、风速、风向、周围船舶AIS数据、雷达数据、驾驶舱视频等数据的综合显示功能。
3 结束语
相对于传统的北斗船载终端，本终端将船舶上各类传感器数据集中显示，减少操作人员当前需要在不同仪器上查看不同传感器数据的困扰，有效减少船舶控制台上仪器的数量。本终端在满足船舶操纵人员日常使用电子海图、AIS船舶信息、北斗短报文接收和发送功能的同时，增加了多种航行数据的采集存储功能、音频和视频通信功能。可为管理部门提供多方位的船舶监管服务，同时也为事故调查提供数据支撑。
相对于传统的航行数据记录仪（VDR），本终端单价大大降低，可满足中小船舶推广应用需求，具有数据采集功能，具有位置报告和音视频通信功能，在采集各类传感器数据的同时，支持定时船舶位置信息报告和音视频通信功能，满足监管机构对船舶实时监管的需求。在船舶发生事故沉没时能自动浮离到水面，通过北斗短报文及时发送包含船舶位置信息的遇险报警到监管部门，大大缩短事故船舶搜寻、救援和事故原因分析的时间。
参考文献：
[1] 何晓东.VDR在海上移动式平台中的应用研究与实现[D].大连海事大学,2013.
[2] 郭宝清.简易船用航行数据记录系统的研制[D].华中师范大学,2007.
[3] 左鹏飞.基于现场总线的船舶信息监控系统的研究与应用[D].西安理工大学,2004.
[4] 朱慧.基于DSP的船舶航行记录仪（VDR）研究[D].江苏科技大学,2007.
作者简介：
石顺锋（1984-），男，汉，浙江嵊州人，工程师，学士，研究方向为通信导航