CN103778803A - 一种内陆河流水文水政船只实时定位监控***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内陆河流水文水政船只实时定位监控***，包括卫星***（1）、终端设备***（2）和后台监控***（3），所述实时定位监控***通过卫星***（1）能够实现终端设备***（2）和后台监控***（3）的实时通讯和定位监控。本发明还公开了一种内陆河流水文水政船只实时定位监控方法。本发明结合内陆河流采砂管理办法首次提出设置宽度为50米的预警缓冲带，首次提出分两种模式显示船只航行测线轨迹容许偏差范围，并将预警缓冲带和测线轨迹容许偏差范围显示在后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台中，信息的记录精度精确到秒。本发明实现对监控船只定位跟踪、越界报警、监控调度、偏航提醒、轨迹分析的功能。
Description
技术领域
本发明涉及定位监控领域，尤其是一种基于北斗卫星导航***和GPS导航***的水文水政船只实时定位监控***，可实现对水文测量船只、水政执法船只、采砂船只的实时通讯和定位监控。
背景技术
现代社会，各行各业蓬勃发展，很多产业都离不开实时监控和定位，目前普遍使用的是美国研发的GPS全球卫星定位***。该***在使用过程中，其精度受到一定的限制；而且在国家层面上，为了国家安全和信息的保密，不能完全依赖于该***。因此，发展北斗导航***是非常必要的。北斗-2（BD2）导航定位***符合我国信息化产业发展指导方向。该***计划发射35~40颗卫星，现已发射可用卫星14颗，已完成对我国及周边地区的覆盖。2012年12月28日，BD2***宣布进入正式运行状态，目前在黄河、长江流域定位精度可达到5~7米，能够基本满足船只定位监控要求。由于目前我国发射的北斗卫星颗数还较少，导致该***收星效果有时不太理想。为了解决该问题，目前在BD2和GPS定位***同时使用方面开展了一定的研究，如，“文豪，万隆君. 基于北斗和GPS的船载导航***的模块设计[J]. 机电技术，2012，06:160-162+174.”和“赵学洋，李海红. 船用北斗/GPS双星座导航体系构建的探讨[J]. 航海技术，2013，02：39-41.”。目前，内陆河流水文测量船只和水政执法船只多采用GPS全球卫星定位***，有时不能够满足导航、定位及紧急通讯需求，同时在水文测量过程中，无法实时反馈修正测线，降低了测验效率和测量数据精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种内陆河流水文水政船只实时定位监控***和方法，解决了内陆河流水文水政船只定位及实时监控困难的问题。
本发明的技术方案是以下述方式实现的：
一种内陆河流水文水政船只实时定位监控***，其特征在于，所述实时定位监控***包括卫星***（1）、终端设备***（2）和后台监控***（3），所述卫星***（1）包括GPS卫星***和BD2卫星***，所述终端设备***（2）包括移动终端和终端通讯***，所述后台监控***（3）包括监控应用平台服务器和监控应用平台客户端，其中监控应用平台客户端，为基于GIS的可视化动态监控应用平台；所述实时定位监控***通过卫星***（1）能够实现终端设备***（2）和后台监控***（3）的实时通讯和定位监控，能够实现对区域内装有所述终端设备***（2）的船只进行定位跟踪、越界报警、监控调度、偏航提醒、轨迹分析的功能。
进一步，在禁采区外延设置宽度为50米的预警缓冲带，当采砂船只使用所述实时定位监控***时，所述后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台能够显示宽度为50米的预警缓冲带，当采沙船进入预警缓冲带或禁采区时，所述后台监控***（3）通过对采砂船只的实时位置监控，能够显示不同级别的预警信息，及时向采砂船只发出越界报警信息。
进一步，水文船只测量时需要沿着计划测线进行航行，当水文测量船只使用所述实时定位监控***时，所述后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台，分两种模式显示水文测量船只航行测线轨迹容许偏差范围，所述偏差范围为偏离预定测线轨迹的距离，日常期测量模式时容许偏差的范围为5米，洪水期恶劣条件下测量模式容许偏差的范围为10米；当水文测量船只的航行位置超出容许偏差范围时，所述后台监控***（3）向船只发出提示信息。
进一步，水文测量船根据日常行驶、测验时行驶、加密测验时行驶的工况，在所述终端设备***（2）中分别设置针对所述三种工况上报间隔时间来报送数据。
进一步，所述终端设备***（2）采用BD2短报文的通讯方式与所述卫星***（1）通讯，工作频率为2491MHz，实现所述终端设备***（2）的定位，每条BD2短报文能够发送不超过140个字。
进一步，所述后台监控***（3）能够实现水文测量船只运行轨迹、位置信息、测验数据和测验时间的实时同步记录，记录精度精确到秒。
一种内陆河流水文水政船只实时定位监控方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一、监控船只携带着终端设备***（2）进行作业，通过卫星***（1）实现实时定位，利用BD2短报文的形式将自身的位置信息定时通过卫星***（1）上报至后台监控***（3），根据水文船测量、水政船执法和采砂船监控的不同使用要求，在所述终端设备***（2）中分别设置不同报间隔时间来报送数据，保证发送信息的准确性和经济合理性；
步骤二、后台监控***（3）利用GIS可视化动态监控应用平台，显示监控船只的报送信息；
当采砂船只使用所述实时定位监控***时，结合内陆河流采砂管理办法提出宽度50米的预警缓冲带，后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台能够显示预警缓冲带和监控船只实时位置信息，通过对采砂船只的实时位置监控，能够显示不同级别的预警信息，及时向采砂船只发出越界报警信息；
当水文测量船只使用所述实时定位监控***时，所述后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台，能够显示水文测量计划测线和水文测量船只航行测线轨迹容许偏差范围，日常期测量模式时容许偏差的范围为5米，洪水期恶劣条件下测量模式容许偏差的范围为10米，当水文测量船只的航行位置超出容许偏差范围时，所述后台监控***（3）向船只发出提示信息；
步骤三、利用BD2短报文的形式将监控结果及时通过卫星***（1）反馈给终端设备***（2），指导监控船只及时对其作业位置或运行轨迹进行调整，实现对监控船只的实时监控和沟通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）根据内陆河流采砂管理办法，首次提出在禁采区外延设置宽度为50米的预警缓冲带，将其显示在后台监控***的GIS可视化动态监控应用平台上，通过对采砂船只的实时位置监控，在后台监控***上显示不同级别的预警信息，可及时向采砂船只发出越界报警信息，实现了对采砂船只高效管理，有利于维持正常的采砂秩序和河道行洪安全。
（2）目前，黄河水文测验过程中，多是现场测验人员根据预定要求决定测验方案和路线，缺乏测验人员与指挥人员的实时沟通，在出现测验数据偏差、失真或缺失的情况，一般只能采用事后补测方式，无法实时修正，造成了水文测验效率低、测验成本增加和数据准确性差的问题。本发明通过短报文方式，能够实现测验人员与指挥人员之间的实时联系，测验人员按照指挥人员发出的指令进行船只操作，避免了测验方案和路线的偏差，实现了实时修正的目的，提高了测验效率、降低了成本、提高了数据准确性；此外，上级部门发现险情时，可以实时通知船只，保证水文测验人员和测量船只的安全。
（3）本发明首次提出在后台监控***的GIS地图中分两种模式显示船只航行测线轨迹容许偏差范围，当船只航行位置超出测线容许偏差范围时，后台监控***及时向船只发出提示信息，实现实时船只航线纠偏，保证了船只航行方向正确，提高水文测验作业效率，保证了水文测验数据的准确性。
（4）目前，黄河水文测验技术较为落后、测验历时长、测验精度低，同时黄河水文现有测量船仍以点测的工作模式为主，获得的资料不能完全满足黄河治理开发和管理的需要。本发明利用短报文通讯方式获得的历史数据，可以在日后开展水文测量时作为重要参考资料进行比对，保证今后水文测验时在同一轨迹线上进行，可在冲淤变化测验、水下地形测量、断面套绘测量时避免测线偏差，提高测量精度；同时，水文测量船只运行轨迹动态显示，能够实现水文连续测量方式的应用，为提高黄河水文测量的准确性提供技术支撑。
（5）根据水文测量中日常行驶、测验时行驶、加密测验时行驶的工况，在终端设备***设置三种信息上报间隔时间来报送数据，避免了无效数据的发送和重要数据的漏发，在保证发送信息的准确性的前提下提高了经济合理性。
（6）后台监控***可以实现水文测量船只运行轨迹、位置信息、测验数据和测验时间的实时同步记录，丰富了测验数据记录的内容，提高了记录精度，保证了水文测验数据的完整性和准确性，避免了目前水文测量船以点测为主的测验方式和粗略的时间记录方式导致水文测验数据的失真。
（7）本发明采用北斗/GPS双模导航定位***，有效解决了黄河流域多沙河流水文水政船只定位及实时监控困难的问题，可以有效提高定位精度，两种导航***的有效组合，能够更好地满足定位需求，为提高黄河水文测量的准确性、提高水政执法效率、加强对河道作业船只的管理、减少水事违法案件的发生、保证河道平稳运行及堤防安全提供技术支撑。
附图说明
图1为***组成示意图。
图中：1为卫星***；2为终端设备***；3为后台监控***。
具体实施方式
为了解决内陆河流水文水政船只定位及实时监控困难的问题，本发明目的是为水文水政船只提供一种定位精度高、易操作和实时通讯的定位监控***，从而加强对河道作业船只的管理，实现水文水政船只的准确定位和实时监控，为提高黄河水文测量的准确性、提高水政执法效率、加强对采砂船只的监管、减少水事违法案件的发生及保证河道平稳运行提供技术支撑。
本内陆河流水文水政船只实时定位监控***，由卫星***、终端设备***和后台监控***组成，通过卫星***可以实现终端设备***和后台监控***的实时通讯和定位监控，通讯方式采用BD2短报文，终端设备***安装在监控船只上，后台监控***利用其GIS（地理信息***，Geographic Information System, 简称GIS）可视化动态监控应用平台，实现对区域内监控船只进行定位跟踪、越界报警、监控调度、偏航提醒、轨迹分析的功能。
黄河水文测量船安装的终端设备***，可实现与后台监控***进行实时沟通和定位监控，确保水文测验时沿着计划测线进行测量，在发生偏移时及时修正；同时后台监控***的GIS可视化动态监控应用平台中分两种模式显示船只航行测线轨迹容许偏差范围，所述偏差范围为偏离预定测线轨迹的距离，日常期测量模式时容许偏差的范围为5米，洪水期恶劣条件下测量模式容许偏差的范围为10米，当船只航行位置超出测线容许偏差范围时，后台监控***及时向船只发出提示信息，纠正船只航向；也可以实现水文测量船只运行轨迹、位置信息、测验数据和测验时间的同步记录，记录精度可精确到秒，即使洪水期来水流速大、陡涨陡落急剧变化，也能实现船只快速移动条件下位置、时间和测验数据的精准同步记录，提高恶劣条件下水文资料采集的精确性；根据水文测量中日常行驶、测验时行驶、加密测验时行驶的工况，在终端设备***设置三种信息上报间隔时间来报送数据；还可在后台监控***中的GIS可视化动态监控应用平台中将多种测验仪器记录的测验数据和测线轨迹同时显示，并对后台监控***记录的历史数据进行对比分析。
采砂船安装的终端设备***，可及时发送采砂船的位置信息，同时后台监控***根据内陆河流采砂管理办法中划定的禁采区范围，首次提出在禁采区外延设置宽度为50米的预警缓冲带，将其显示在后台监控***的GIS地图上，通过对采砂船只的实时位置监控，在后台监控***上显示不同级别的预警信息（进入正常区域不报警、进入预警缓冲带显示黄色预警信息、进入禁采区显示红色预警信息），当出现黄色和红色预警信息，后台监控***都要及时向采砂船只发出越界报警信息。
水政船只上安装的终端设备***，在发生水事案件时，可根据后台监控***的水政船只定位信息，对距离违法现场最近的水政船只下达指令，便于其及时到达违法现场，开展水政执法活动，提高执法效率。
通讯方式采用BD2短报文，工作频率为2491MHz，每条信息可发送不超过140个字，可以包括位置和文字信息，实现终端设备***与后台监控***互发文字信息。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
由图1可以看出：本内陆河流水文水政船只实时定位监控***，由卫星***1、终端设备***2和后台监控***3组成，通过卫星***1可以实现终端设备***2和后台监控***3的实时通讯和定位监控，通讯方式采用BD2短报文，终端设备***2安装在监控船只上，后台监控***3利用其GIS可视化动态监控应用平台，实现对区域内监控船只进行定位跟踪、越界报警、监控调度、偏航提醒、轨迹分析的功能，可指导监控船只及时对其作业位置或运行轨迹进行调整，实现对监控船只的实时监控、沟通和信息记录。
作为对上述内陆河流水文水政船只实时定位监控***的进一步描述，根据内陆河流采砂管理办法中划定的禁采区范围，首次提出在禁采区外延设置宽度为50米的预警缓冲带，将其显示在后台监控***3的GIS可视化动态监控应用平台上，通过对采砂船只的实时位置监控，在后台监控***3上显示不同级别的预警信息（进入正常区域不报警、进入预警缓冲带显示黄色预警信息、进入禁采区显示红色预警信息），当出现黄色和红色预警信息，后台监控***3都要及时向采砂船只发出越界报警信息。
作为对上述内陆河流水文水政船只实时定位监控***的进一步描述，本发明具有实时通讯功能，能够实现水文测量船只与上级部门之间的实时沟通，确保水文测量船只沿着预定测线测量；根据长期水文测量的经验和难度，首次提出在后台监控***3的GIS地图中分两种模式显示船只航行测线轨迹容许偏差范围，日常期测量模式时容许偏差范围为船只航行沿预定测线轨迹左右偏差不大于5米，洪水期测量模式容许偏差范围为船只航行沿预定测线轨迹左右偏差不大于10米，当船只航行位置超出测线容许偏差范围时，后台监控***3及时向船只发出提示信息，纠正船只航向；此外，当后台监控***3发现险情时，可以及时发出信息通知船只，保证水文测验人员和测量船只的安全。
作为对上述水文水政船只实时定位监控***的进一步描述，后台监控***3可以实现水文测量船只运行轨迹、位置信息、测验数据和测验时间的实时同步记录，记录精度可精确到秒，即使洪水期来水流速大、陡涨陡落急剧变化，也能实现船只快速移动条件下位置、时间和测验数据的精准同步记录，丰富了测验数据记录的内容，保证了水文测验数据的完整性和准确性，避免了目前水文测量船以点测为主的测验方式和粗略的时间记录方式导致水文测验数据的失真。
作为对上述内陆河流水文水政船只实时定位监控***的进一步描述，根据水文测量中日常行驶、测验时行驶、加密测验时行驶的工况，在终端设备***2设置三种信息上报间隔时间来报送数据，保证发送信息的准确性和经济合理性。
作为对上述水文水政船只实时定位监控***的进一步描述，实现后台监控***3中GIS地图中将多种测验仪器记录的测验数据和测线轨迹同时显示，通过对后台监控***3记录的历史数据的对比分析，可提高冲淤变化、断面套绘、水下地形量测分析成果的质量，保证了水文测验数据的可靠性。
作为对上述水文水政船只实时定位监控***的进一步描述，本发明的通讯方式采用BD2短报文，工作频率为2491MHz，每条信息可发送不超过140个字，可以包括位置和文字信息，实现终端设备***2与后台监控***3互发文字信息。
本发明的操作程序为：
内陆河流水文水政船及其他被监测船只在本发明的终端设备***处于开启状态时，终端设备***就可以通过移动终端向卫星***发出自身具***置的定位信息，卫星***收到该信息后则将信息发送至后台监控***，监控人员即可根据发来的定位信息，对该船只的运行或作业情况做出判断，通过卫星***将监控人员发出的指令发送至监测船只的终端设备***，保证其按照要求并顺利地完成作业。
本发明采用北斗/GPS双模导航定位***，有效解决了黄河流域多沙河流水文水政船只定位及实时监控困难的问题，可以有效提高定位精度，两种导航***的有效组合，能够更好地满足定位需求，为准确获取黄河水沙特性、提高水政执法效率、加强对河道作业船只的管理、减少水事违法案件的发生、保证河道平稳运行及堤防安全提供技术支撑。
Claims (7)
1.一种内陆河流水文水政船只实时定位监控***，其特征在于，所述实时定位监控***包括卫星***（1）、终端设备***（2）和后台监控***（3），所述卫星***（1）包括GPS卫星***和BD2卫星***，所述终端设备***（2）包括移动终端和终端通讯***，所述后台监控***（3）包括监控应用平台服务器和监控应用平台客户端，其中监控应用平台客户端，为基于GIS的可视化动态监控应用平台；所述实时定位监控***通过卫星***（1）能够实现终端设备***（2）和后台监控***（3）的实时通讯和定位监控，能够实现对区域内装有所述终端设备***（2）的船只进行定位跟踪、越界报警、监控调度、偏航提醒、轨迹分析的功能。
2.根据权利要求1所述的实时定位监控***，其特征在于：在禁采区外延设置宽度为50米的预警缓冲带，当采砂船只使用所述实时定位监控***时，所述后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台能够显示预警缓冲带，当采沙船进入预警缓冲带或禁采区时，所述后台监控***（3）通过对采砂船只的实时位置监控，能够显示不同级别的预警信息，及时向采砂船只发出越界报警信息。
3.根据权利要求1所述的实时定位监控***，其特征在于：水文船只测量时需要沿着计划测线进行航行，当水文测量船只使用所述实时定位监控***时，所述后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台，分两种模式显示水文测量船只航行测线轨迹容许偏差范围，所述偏差范围为偏离预定测线轨迹的距离，日常期测量模式时容许偏差的范围为5米，洪水期恶劣条件下测量模式容许偏差的范围为10米；当水文测量船只的航行位置超出容许偏差范围时，所述后台监控***（3）向船只发出提示信息。
4.根据权利要求3所述的实时定位监控***，其特征在于：水文测量船根据日常行驶、测验时行驶、加密测验时行驶的工况，在所述终端设备***（2）中分别设置针对所述三种工况上报间隔时间来报送数据。
5.根据权利要求1所述的实时定位监控***，其特征在于：所述终端设备***（2）采用BD2短报文的通讯方式与所述卫星***（1）通讯，工作频率为2491MHz，实现所述终端设备***（2）的定位，每条BD2短报文能够发送不超过140个字。
6.根据权利要求5所述的实时定位监控***，其特征在于：所述后台监控***（3）能够实现水文测量船只运行轨迹、位置信息、测验数据和测验时间的实时同步记录，记录精度精确到秒。
7.一种内陆河流水文水政船只实时定位监控方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一、监控船只携带着终端设备***（2）进行作业，通过卫星***（1）实现实时定位，利用BD2短报文的形式将自身的位置信息定时通过卫星***（1）上报至后台监控***（3），根据水文船测量、水政船执法和采砂船监控的不同使用要求，在所述终端设备***（2）中分别设置不同报间隔时间来报送数据，保证发送信息的准确性和经济合理性；
步骤二、后台监控***（3）利用GIS可视化动态监控应用平台，显示监控船只的报送信息；
当采砂船只使用所述实时定位监控***时，结合内陆河流采砂管理办法提出宽度50米的预警缓冲带，后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台能够显示预警缓冲带和监控船只实时位置信息，通过对采砂船只的实时位置监控，能够显示不同级别的预警信息，及时向采砂船只发出越界报警信息；
当水文测量船只使用所述实时定位监控***时，所述后台监控***（3）的GIS可视化动态监控应用平台，能够显示水文测量计划测线和水文测量船只航行测线轨迹容许偏差范围，日常期测量模式时容许偏差的范围为5米，洪水期恶劣条件下测量模式容许偏差的范围为10米，当水文测量船只的航行位置超出容许偏差范围时，所述后台监控***（3）向船只发出提示信息；
步骤三、利用BD2短报文的形式将监控结果及时通过卫星***（1）反馈给终端设备***（2），指导监控船只及时对其作业位置或运行轨迹进行调整，实现对监控船只的实时监控和沟通。
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