基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶人員定位管理系統(tǒng)20120507

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶人員定位管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶人員定位管理系統(tǒng)勝軟石油技術(shù)開發(fā)有限公司2012年5月3日目錄一、項(xiàng)目背景2二、系統(tǒng)概述32.1系統(tǒng)組成32.2系統(tǒng)定位原理42.3系統(tǒng)特點(diǎn)62.3.1技術(shù)特點(diǎn)62.3.2產(chǎn)品特點(diǎn)7三、系統(tǒng)功能93.1人員實(shí)時(shí)監(jiān)控93.2人員查找定位93.3遠(yuǎn)程監(jiān)控視查10四、系統(tǒng)建設(shè)104.1軟件實(shí)施114.1.1軟件基本架構(gòu)114.1.2軟件功能簡介114.2硬件實(shí)施144.2.1硬件組成144.2.2硬件安裝方案14一、項(xiàng)目背景海洋石油船舶中心是勝利油田唯一的專業(yè)化船舶保障和海洋應(yīng)急單位，中心擁有拖輪、貨輪、油輪、浮吊、駁船、挖泥船等性能先進(jìn)的船舶

2、29艘，其中有大馬力海洋石油勘探開發(fā)專用工作船7艘，承擔(dān)著保障支持油田海洋石油勘探開發(fā)過程中的各類生產(chǎn)任務(wù)。當(dāng)前，海上油田是勝利油田增儲上產(chǎn)的主陣地。油田“十二五”規(guī)劃建設(shè)明確要求強(qiáng)化海上油田重點(diǎn)地區(qū)和重點(diǎn)項(xiàng)目的運(yùn)行。隨著海上油田作為重點(diǎn)資源接替陣地，海上勘探鉆井等類作業(yè)的工作量迅速攀升，海洋船舶的使用也越來越頻繁。海洋船舶主要用來完成勝利鉆采平臺的拖航、移位、就位等任務(wù)，另外還負(fù)責(zé)勝利海區(qū)海上油田的生產(chǎn)、生活物資供應(yīng)任務(wù)。每艘船舶均有大量的工作人員，由于工作在海上，人員分布分散，不利于管理，而存海洋環(huán)境的復(fù)雜性使得船舶在海上作業(yè)過程中存在安全隱患，為了加強(qiáng)管理，保護(hù)海上工作人員的人身安全，有

3、必要進(jìn)行海洋船舶人員的定位與管理，既符合加快應(yīng)急船舶、搶險(xiǎn)裝備及應(yīng)急配套設(shè)施的建設(shè)步伐的思想，也符合海上生產(chǎn)指揮信息系統(tǒng)的建設(shè)要求。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的Zigbee定位和無線自組網(wǎng)技術(shù)，建立一套準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的海洋船舶人員實(shí)時(shí)定位管理系統(tǒng)。在確保船舶上工作人員的人身安全的同時(shí)，提升船舶的服務(wù)和海洋應(yīng)急能力，提升船舶人員的信息化管理水平。二、系統(tǒng)概述本系統(tǒng)基于Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員定位，系統(tǒng)為每個(gè)船舶工作人員配置一個(gè)有源標(biāo)簽（腕帶式或卡式），每個(gè)有源標(biāo)簽都有自己的唯一ID號，標(biāo)簽內(nèi)信息可設(shè)置為姓名、年齡、性別、部門等相關(guān)基本信息，該電子標(biāo)簽以主動式的工作方式，不停地向外發(fā)射ID號信息。在船舶樓梯

4、、甲板、通道的各個(gè)主干道、工作區(qū)和生活區(qū)域等主要位置安裝數(shù)個(gè)讀卡器節(jié)點(diǎn)設(shè)備，使監(jiān)控區(qū)域無信號盲區(qū)，工作人員進(jìn)入節(jié)點(diǎn)信號覆蓋范圍內(nèi)，讀卡設(shè)備及時(shí)讀取標(biāo)簽ID并記錄進(jìn)入時(shí)間和離開時(shí)間進(jìn)行總數(shù)統(tǒng)計(jì)和記錄人員軌跡。當(dāng)有佩戴標(biāo)簽的工作人員進(jìn)入某個(gè)讀卡器的識別范圍之內(nèi)時(shí)，讀卡器接收到標(biāo)簽信息，通過無線傳輸方式或者其他中間設(shè)備把信號傳給系統(tǒng)終端，通過對照ID號數(shù)據(jù)庫就能看到人員的詳細(xì)信息。每個(gè)監(jiān)控區(qū)的固定式讀卡器可以通過軟件設(shè)置使其在固定的時(shí)間間隔進(jìn)行監(jiān)控，比如設(shè)置30秒自動刷新一次，即實(shí)現(xiàn)自動執(zhí)行一次。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、讀卡器和后臺計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：2.2系統(tǒng)定位原理系統(tǒng)架構(gòu)如下圖：根

5、據(jù)工作區(qū)域的大小來布置若干定位器，對工作區(qū)域進(jìn)行信號全覆蓋。當(dāng)有非授權(quán)人存在或者工作人員在非授權(quán)的情況下離開，即：工作人員的標(biāo)簽信號被異常讀取或者讀取不到信號時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警。為每個(gè)工作人員配置一個(gè)有源標(biāo)簽（腕帶式或卡式），在樓梯、通道的各個(gè)主干道、工作區(qū)和生活區(qū)域等主要位置安裝數(shù)個(gè)讀卡器，可實(shí)時(shí)接收整個(gè)工作區(qū)域人員佩戴的有源標(biāo)簽發(fā)送的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人員的實(shí)時(shí)定位。在整條船舶區(qū)域內(nèi)部劃分定位區(qū)域，每個(gè)定位器根據(jù)需要設(shè)定小范圍覆蓋半徑，全覆蓋整個(gè)區(qū)域。定位器根據(jù)后臺設(shè)定時(shí)間，進(jìn)行輪詢讀卡，定位每個(gè)工人在車間活動區(qū)塊。根據(jù)定位間隔，描繪出每個(gè)工人實(shí)時(shí)行動軌跡。2.3系統(tǒng)特點(diǎn)2.3.1技術(shù)特點(diǎn)該系統(tǒng)

6、運(yùn)用ZigBee技術(shù)，ZigBee是一種無線連接,可工作在2.14GHz的無線通信技術(shù),它具有如下特點(diǎn): 1、低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。時(shí)延短: 通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短,典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms, 活動設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。2、網(wǎng)絡(luò)容量大: 一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備, 一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò), 而且網(wǎng)絡(luò)組成

7、靈活。3、可靠:采取了碰撞避免策略,同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式, 每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。 4、安全: ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證, 采用AES-128的加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。5、抗干擾：及時(shí)工作區(qū)域多數(shù)為金屬結(jié)構(gòu)，也可以很好的傳輸信號。2.3.2產(chǎn)品特點(diǎn)1、三防功能：系統(tǒng)中使用的讀卡設(shè)備為防水、防潮、防摔、放塵讀卡器，可在海上工作環(huán)境下正常使用。2、標(biāo)簽信息可擦寫，材料耐用：標(biāo)簽信

8、息可擦寫，使用壽命長達(dá)10年之久，卡式標(biāo)簽和腕帶式標(biāo)簽均采用防水、防塵、防腐蝕的材料，經(jīng)久耐用。3、識別距離可調(diào)節(jié)：Zigbee的讀卡器識別距離可調(diào)節(jié)，根據(jù)客戶需求設(shè)定最優(yōu)識別距離，并且每個(gè)讀卡器可以同時(shí)讀取200個(gè)標(biāo)簽。4、抗干擾性：該系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)，在野外、海上等惡劣環(huán)境中依然可以正常工作，不受金屬、后墻壁等障礙物影響。5、耗電量小，可充電：卡式標(biāo)簽和腕帶式標(biāo)簽均采用可充電電池，由于ZigBee的低功耗技術(shù)，標(biāo)簽內(nèi)電池使用時(shí)間長久，并且可以循環(huán)使用。6、低溫狀態(tài)，電池正常工作：標(biāo)簽內(nèi)電池可保證在-40°C的環(huán)境下，依舊正常工作。即使在海上氣溫很低的情況下使用也不會受影響

9、。三、系統(tǒng)功能本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有：船舶人員實(shí)時(shí)監(jiān)控、人員查找定位以及遠(yuǎn)程監(jiān)控視察功能。3.1人員實(shí)時(shí)監(jiān)控在系統(tǒng)上位機(jī)的位置示意圖上實(shí)時(shí)顯示所有工作人員的位置，監(jiān)控人員可動態(tài)掌握人員數(shù)量和實(shí)時(shí)分布情況，鼠標(biāo)移至人員圖標(biāo)上，便可查看人員詳細(xì)信息。3.2人員查找定位輸入人員姓名或編號便可快速定位要查找的人員所在區(qū)域。3.3遠(yuǎn)程監(jiān)控視查讀卡器讀取到信息后，可通過WIFI,GPRS等方式將信息傳輸給數(shù)據(jù)中心，且可通過互聯(lián)網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行操作，可實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心對平臺現(xiàn)場的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控。四、系統(tǒng)建設(shè)以勝利292船為實(shí)施對象，實(shí)施船舶人員定位管理系統(tǒng)。勝利292船為9000馬力多用途工作船，2009年12月17

10、日建成投產(chǎn)，CCS船級，無限航區(qū)，B級冰區(qū)加強(qiáng)。船長72.50m，型寬15.00m，型深7.00m，滿載吃水5.70m，總噸位2074，凈噸位622，滿載排水量2030.2t。該船馬力大、操縱性好、航速高、救助設(shè)備齊全，可作為海洋作業(yè)救助船使用。4.1軟件實(shí)施4.1.1軟件基本架構(gòu)4.1.2軟件功能簡介1、船舶信息管理顯示勝利海洋船舶中心現(xiàn)有船只數(shù)量及圖片，以文字方式顯示甲板、駕駛艙等不同區(qū)域人員情況。2、人員信息管理可對工作人員的檔案進(jìn)行增刪改管理，可設(shè)定人員標(biāo)簽的信息，異常情況的告警規(guī)劃管理，設(shè)定工作人員的工作范圍，設(shè)定警戒線，對人員的出入進(jìn)行授權(quán)，以及歷史信息的管理記錄查詢。3、人員監(jiān)控

11、定位管理實(shí)時(shí)的采集工作人員的標(biāo)簽信息，并且通過通過模擬地圖的形式，對工作人員進(jìn)行監(jiān)控定位，實(shí)時(shí)掌握人員的工作位置。4、地圖與基站管理可根據(jù)海上作業(yè)平臺畫出地理示意圖，實(shí)時(shí)顯示人員的區(qū)域位置，從而進(jìn)行更加直觀的管理。5、違規(guī)告警功能對個(gè)工作區(qū)域的工作人員設(shè)定權(quán)限，超出范圍，標(biāo)簽被異常讀取時(shí)，會發(fā)生告警提示，提醒管理人員及時(shí)防范。6、數(shù)據(jù)分析將采集到所有信息進(jìn)行分析，判斷人員是否為正常情況下的定位，且可進(jìn)行報(bào)表的打印。4.2硬件實(shí)施4.2.1硬件設(shè)備該系統(tǒng)硬件設(shè)備共包括：防水zigbee胸卡、全向讀卡器、無線路由節(jié)點(diǎn)、定向讀卡器、數(shù)據(jù)采集器以及船舶現(xiàn)場計(jì)算機(jī)等六部分。1、防水Zigbee標(biāo)簽（在如

12、下兩類標(biāo)簽類設(shè)備中選擇）（1）RAT按鍵卡式電子標(biāo)簽按鍵卡式電子標(biāo)簽采用特殊材質(zhì)、設(shè)計(jì)簡潔、超低功耗、電池可拆卸可充電，使用壽命長，平均成本低，免維護(hù)。尺 寸 ： 78*53*3.5MM識別距離 ： 0 200米識別方式 ： 全向識別 電池壽命 ： 3年，（為保證防水功能，無充電口，當(dāng)電量低于10%時(shí)，系統(tǒng)會提示報(bào)警，需要返廠更換電池）。安裝方式 ： 粘鏈或吊扣、使用時(shí)置于胸前或胳膊口袋中。（2）防水腕帶標(biāo)簽防水腕帶式電子標(biāo)簽功耗低、使用更安全，攜帶方便，壽命長，平均成本低，免維護(hù)?？稍谕髱д婊蛘邆?cè)面設(shè)置報(bào)警按鍵，船員在緊急事件下可按此鍵觸發(fā)報(bào)警。腕帶標(biāo)簽可以設(shè)置使用權(quán)限，當(dāng)處于8小時(shí)工作時(shí)

13、間內(nèi)時(shí)，可以設(shè)置拆卸報(bào)警，當(dāng)處于8小時(shí)工作時(shí)間外時(shí)，可隨意拆卸。尺 寸 ： 40mm*40mm*26mm識別距離 ： 0 200米識別方式 ： 全向識別 電池壽命：2年，（為保證防水功能，無充電口，當(dāng)電量低于10%時(shí)，系統(tǒng)會提示報(bào)警，需要返廠更換電池）。安裝方式 ： 腕帶或吊扣2、全向讀卡器RZGG讀卡器/協(xié)調(diào)器系列RZGG固定式讀寫器是Zigbee定位技術(shù)最核心的產(chǎn)品。主要用來對電子標(biāo)簽進(jìn)行“讀寫”操作。該產(chǎn)品的主要功能優(yōu)勢是防水、防雷、防沖擊，能滿足海洋野外環(huán)境要求。外形尺寸 ： 15.5CM*14CM*5.5CM識別距離 ： 有效識別距離0M 600M，可根據(jù)需要調(diào)整識別方式 ： 全方向

14、識別使用壽命 ： 30年電   源 ： 9V/12V3A DC電源安裝方式 ： 粘貼或者側(cè)掛3、無線路由節(jié)點(diǎn)無線路由節(jié)點(diǎn)是基本的讀卡設(shè)備，配合同類產(chǎn)品定向讀卡器可對一定范圍內(nèi)的人員進(jìn)行精確定位。外形尺寸 ： 15.5CM*14CM*5.5CM識別距離 ： 有效識別距離0M200M，可根據(jù)需要調(diào)整定位精度 ： 1.5M3M識別方式 ： 全方向識別使用壽命 ： 30年電   源 ： 9V/12V3A DC電源安裝方式 ： 粘貼或者側(cè)掛4、定向讀卡器定向讀卡器主要功能為：準(zhǔn)確區(qū)分進(jìn)出門、對特殊人員進(jìn)行全程監(jiān)控、觸發(fā)靠近關(guān)鍵區(qū)域時(shí)的報(bào)警、實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)房間準(zhǔn)確識別查詢

15、等功能。外形尺寸 ： 無資料識別距離 ： 有效識別距離0M600M，可根據(jù)需要調(diào)整定位精度 ： 3M5M識別方式 ： 定向識別使用壽命 ： 30年電   源 ： 9V/12V3A DC電源安裝方式 ： 側(cè)掛5、協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器主要用作各種人員及機(jī)車定位系統(tǒng)、門禁及考勤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離讀卡并通過無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)定位信息到定位網(wǎng)絡(luò)中心。外形尺寸： 18.5CM*15.5CM*7.5CM識別距離：500米(可視條件)識別方式 ： 全方向識別使用壽命 ： 30年電   源：5V(5V30V)安裝方式 ： 粘貼或者側(cè)掛6、數(shù)據(jù)采集器SJCJQ數(shù)據(jù)采集器主要用于對接收到的數(shù)

16、據(jù)信號進(jìn)行完好的接收、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、放大，統(tǒng)一管理接收到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器是協(xié)調(diào)器使用過程中的配套產(chǎn)品，完全滿足對信息量大的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集器有十二個(gè)接口，能夠同時(shí)穩(wěn)定接收連接11個(gè)協(xié)調(diào)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，中轉(zhuǎn)放大后數(shù)據(jù)準(zhǔn)確完整率達(dá)99.999%，中轉(zhuǎn)速度非?？欤梢院雎圆挥?jì)），可以確保全部信號到達(dá)遠(yuǎn)程軟件、不遺漏。外形尺寸 ： 26CM*29.5CM*12CM安全性能 ： 防雷、防沖擊，滿足工業(yè)環(huán)境需求通信接口 ： AD/DC數(shù)據(jù)速率 ： 最高10M bit/s電  源 ： 24V使用壽命 ： 30年安裝方式 ： 放置、固定7、其它計(jì)算機(jī)：置在292船上，安裝本系統(tǒng)的船舶客戶端，可在船上

17、進(jìn)行人員定位的展示，將單船的相關(guān)人員定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)降絼倮Ｑ蟠爸行摹?.2.2硬件安裝1、人員攜帶自身ID卡2、設(shè)備安裝硬件設(shè)備采用zigbee無線自組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號傳輸和通信，設(shè)備安裝采用“就近取電”的原則，所以設(shè)備均使用220V交流電。根據(jù)船舶實(shí)際結(jié)構(gòu)，每條船分為艙內(nèi)、艙外兩部分。艙外安裝全向定位器，實(shí)現(xiàn)船舶甲板及船舷區(qū)域的覆蓋。艙內(nèi)各個(gè)樓層安裝室內(nèi)無線路由節(jié)點(diǎn)，判斷人員在哪一層以及船員在每層內(nèi)的大概位置。（1）艙外：前甲板、后甲板、左舷、右舷艙外安裝34個(gè)全向定位器，使信號實(shí)現(xiàn)無縫隙全面覆蓋。 前甲板 后甲板右舷 左舷（2）艙內(nèi)：駕駛艙、休息室及餐廳、輪機(jī)艙等。駕駛艙、餐廳、輪機(jī)艙等有人員工作的區(qū)域，安裝無線路由節(jié)點(diǎn)，用以判斷人員是否在該區(qū)域。 駕駛艙 休息室 艙內(nèi)走廊 艙內(nèi)樓梯（3）在各個(gè)船艙門口處安裝定向讀寫器，有以判斷人員是否進(jìn)倉、出倉。五、經(jīng)費(fèi)預(yù)算本項(xiàng)目以勝利292為例，主要包括項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)服務(wù)、硬件購置、軟件開發(fā)等費(fèi)用，各項(xiàng)費(fèi)用估算方法如下：項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)服務(wù)費(fèi)：根據(jù)實(shí)施過程中人工費(fèi)用計(jì)算；材料購置費(fèi)：根據(jù)當(dāng)前的市場價(jià)進(jìn)行估算；軟件開發(fā)費(fèi)：根據(jù)軟件開發(fā)過程中的人工成本計(jì)算。經(jīng)費(fèi)主要用途（分項(xiàng)說明）：