專利名稱：一種基于rfid的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)的監(jiān)控方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)，特別是基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管方法。
背景技術：
長期以來，內(nèi)河航道船舶監(jiān)控及船舶通航信息的采集問題一直是航道管理部門探 索研究的一個難題，由于缺乏與之相適用的航道傳感技術，內(nèi)河航道上的船舶監(jiān)控還停留 在人工觀測和記錄的水平上，這種傳統(tǒng)的方式存在兩個不足一是管理上很難確?，F(xiàn)場觀 測工作的有效性，直接影響了航道觀測數(shù)據(jù)的質量；二是人工觀測的一手資料很難保存，信 息的再利用價值不高，減弱了船舶監(jiān)控信息對航道建設決策的支持力度。特別是，近幾年 來，隨著運輸船只數(shù)量的不斷增加，內(nèi)河航道管理工作越顯重要，急需一種能夠對內(nèi)河船舶 進行監(jiān)管的技術手段。2. 45G微波頻段主動式RFID技術，具有識別距離遠、同時識別多個目 標，電子標簽可讀寫等特點。采用防水防鹽霧封裝方式，可應用于內(nèi)河船舶的識別；并通過 讀寫器的部署，自動采集船舶通航信息；通過讀寫電子標簽信息，實現(xiàn)內(nèi)河船舶不停船報港 簽證；統(tǒng)計內(nèi)河航道各時段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度；通過數(shù)據(jù)挖掘方法 分析內(nèi)河交通網(wǎng)中的擁堵路段，輔助內(nèi)河港航建設決策。與現(xiàn)有的內(nèi)河船舶監(jiān)控采用的技 術GPS、 AIS(船舶自動識別系統(tǒng))或VTS(船舶交通管理系統(tǒng))相比具有成本低、運行費用 低等特點。目前，RFID技術受電磁波傳輸特性限制，在多艘船舶通航且船舶間距離較近情 況下，存在RFID信號被船體遮擋無法識別，可以通過讀寫器的部署來解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決內(nèi)河船舶通航信息自動采集問題，避免人工采集的不足，提供基 于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)的監(jiān)管方法。 本發(fā)明解決其問題所采用的技術方案是一種基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)控方
法，其包括以下步驟提供采用微波頻段的RFID技術的電子標簽，在內(nèi)河船舶上安裝所述
的電子標簽，通過讀寫器讀寫電子標簽內(nèi)的信息實現(xiàn)對內(nèi)河船舶的管理和監(jiān)控。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是該電子標簽的最大讀寫距離為至少60米
(在內(nèi)河河面環(huán)境下)，且讀寫器能同時讀寫多個電子標簽，讀寫器和電子標簽采用防水防
鹽霧封裝方式，電子標簽的工作壽命在不更換電池條件下可連續(xù)工作2年以上。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是該電子標簽以字符串(10位)形式ID作為
該目標內(nèi)河船舶的電子身份編號，具有全球唯一性。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是讀寫器安裝在航道岸邊，高于航道水面3 至5米，與安裝在船舶駕駛艙內(nèi)的電子標簽處于一個水平面，提高識讀成功率，實現(xiàn)多個目 標船舶通航信息的同時采集。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是電子標簽采用自帶電池供電方式，讀寫器 采用太陽能供電方式和CDMA無線數(shù)據(jù)鏈路完成采集信息上傳數(shù)據(jù)中心。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是數(shù)據(jù)中心接收若干讀寫器上傳的船舶通航記錄，對數(shù)據(jù)進行去重復、清理等操作，并保存，以提供給其他內(nèi)河港航管理系統(tǒng)使用。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是在檢查站附近部署讀寫器，當船舶經(jīng)過時， 可以采集船舶通航信息，通過船舶上電子標簽的ID，確認船舶身份；再讀取電子標簽內(nèi)的 指定信息，獲取船舶類型、船舶歸屬地、船舶目的地、船舶所經(jīng)檢查站點等信息，在報港簽證 系統(tǒng)中，完成該船舶報港和簽證操作；再將信息寫入電子標簽，完成船舶的不停船報港簽 證。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是在大量船舶通航信息中，以航道為統(tǒng)計目 標，統(tǒng)計內(nèi)河航道各時段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度；以船舶為統(tǒng)計目標，繪 制船舶航行軌跡，得到船舶運行軌跡特征。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是由船舶通航信息經(jīng)加工為船舶航行軌跡記
錄，通過數(shù)據(jù)挖掘方法分析內(nèi)河交通網(wǎng)中的擁堵路段，輔助內(nèi)河港航建設決策。
本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是提供基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)，
其包括現(xiàn)場層、基礎通信層、數(shù)據(jù)集成處理層和應用層，所述的現(xiàn)場層包括電子標簽和讀寫
器，該讀寫器讀寫船舶上的采用RFID技術的電子標簽的信息；所述的數(shù)據(jù)集成層，以RFID
中間件形式存在，對數(shù)據(jù)進行清理、處理、保存、統(tǒng)計；所述的應用層包括內(nèi)河港航管理系統(tǒng)
中的船舶報港簽證系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)挖掘方法獲取輔助決策信息。 本發(fā)明解決進一步技術問題的方案是基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)采用
分布式的B/S架構，在數(shù)據(jù)中心部署數(shù)據(jù)集成層，在其他客戶端部署應用層。 相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的船舶識別方法采用遠距離主動式RFID技術，在滿足船
舶通航信息自動采集的前提下，具有低成本、低使用費用的優(yōu)點。本發(fā)明的基于RFID的內(nèi)
河船舶監(jiān)管系統(tǒng)，采用分層設計，分布式B/S架構，能夠保證內(nèi)河船舶通航信息數(shù)據(jù)采集的
速度和準確性，確保船舶不?？繄蟾酆炞C，確保航道管理部門及時準確掌握航道通航情況，
輔助航道建設部門決策。


下面結合附圖與實施案例進一步說明本發(fā)明 圖1本發(fā)明的內(nèi)河船舶監(jiān)管的流程圖； 圖2本發(fā)明的船舶不?？繄蟾酆炞C的流程圖； 圖3本發(fā)明的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡配置示意圖； 圖4本發(fā)明的RFID系統(tǒng)接口示意圖； 圖5本發(fā)明的讀寫器在航道部署原則示意圖。
圖中標號 ①、2. 4GHz微波； ②、9V直流電源或太陽能供電； ③、有線讀寫器情況下，RS232數(shù)據(jù)線；野外讀寫器情況下，RS232連接CDMA無線 通訊器； 、有線讀寫器情況下，計算機RS232與數(shù)據(jù)線相連接；野外讀寫器情況下，計算 機RS232連接CDMA無線通訊器。
具體實施例方式
下面通過一個實施案例，進一步說明本發(fā)明。 本發(fā)明的基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)利用先進的電子通信技術、計算機 及網(wǎng)絡技術，為內(nèi)河港航管理部門提供了信息化建設和科學的管理方案。本發(fā)明基于目前 成熟的RFID射頻識別技術和計算機處理技術以完成船舶通航信息的自動采集、船舶不停 靠報港簽證和航道的信息化管理，確保內(nèi)河船舶通航信息數(shù)據(jù)采集的速度和準確性，確保 船舶不?？繄蟾酆炞C，確保航道管理部門及時準確掌握航道通航情況，輔助航道建設部門 決策。 為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清晰，以下通過具體實施實例并參見附 圖，對本發(fā)明進行詳細說明。 圖1是本發(fā)明的內(nèi)河船舶監(jiān)管方法流程示意圖，新購入的船舶專用電子標簽在經(jīng) 過質檢后要先在電子標簽管理系統(tǒng)中注冊，建立電子標簽的檔案。電子標簽安裝到內(nèi)河船 舶上，電子標簽的ID就作為船舶的電子身份證，通過電子標簽ID將電子標簽與船舶基本信 息進行綁定，需要說明的是，本發(fā)明的電子標簽采用微波RFID技術，讀寫距離可以達到60 米，并可以一次識別多個電子標簽，電子標簽的ID編碼全球唯一。 在內(nèi)河航道的重點位置部署讀寫器，例如檢查站、航道交匯處、航道省市交界點。 電子標簽安裝到船舶之后，當船舶途徑讀寫器部署點時，可以完成船舶通航信息的自動采 集，并上傳數(shù)據(jù)中心。 部署的多個讀寫器不間斷上傳采集到的不同目標船舶的通航信息上傳到數(shù)據(jù)中 心后，數(shù)據(jù)中心完成對數(shù)據(jù)的清理(去重復)、加工和以統(tǒng)一格式保存?？梢詫⒈４鏀?shù)據(jù)以 統(tǒng)一格式提供給其他港航管理系統(tǒng)使用。 數(shù)據(jù)以統(tǒng)一格式保存后，數(shù)據(jù)中心對大量的船舶通航信息進行融合，根據(jù)讀寫器 在內(nèi)河航道上的具體部署位置，繪制船舶航行軌跡；統(tǒng)計分析內(nèi)河航道各時段船舶流量、船 舶密度和船舶平均航行速度等。 圖2是本發(fā)明的船舶不停靠報港簽證流程示意圖，船舶不?？繄蟾酆炞C作為內(nèi)河 船舶監(jiān)管的一個具體應用實例，與內(nèi)河港航管理本部門的報港簽證系統(tǒng)直接關聯(lián)。
圖3是本發(fā)明的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡配置示意圖，本發(fā)明在實施時采用的內(nèi) 河船舶監(jiān)管系統(tǒng)包括七大部分船舶RFID電子標簽及讀寫器、CDMA基礎通信設施、數(shù)據(jù)庫 服務器、數(shù)據(jù)集成服務器、Web服務器、應用系統(tǒng)業(yè)務工作站和系統(tǒng)配置管理工作站。
船舶RFID電子標簽及讀寫器，完成RFID讀寫器的部署、船用RFID電子標簽的安 裝、RFID設備的數(shù)據(jù)通信接口 (有線或無線方式)，完成船舶的遠距離識別、船舶通航信息 自動采集和信息上傳；CDMA基礎通信設施，以現(xiàn)有的覆蓋航道區(qū)域的CDMA網(wǎng)絡為基礎，港 航管理部門以VPN用戶方式，完成數(shù)據(jù)的無線透明傳輸。 數(shù)據(jù)庫用來存儲系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，包括船舶信息數(shù)據(jù)庫、船舶報港簽證數(shù)據(jù)庫等 基本業(yè)務數(shù)據(jù)庫；船舶通航信息數(shù)據(jù)庫；船舶航行軌跡數(shù)據(jù)庫；電子標簽管理數(shù)據(jù)庫、讀寫 器配置管理數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)集成服務器、完成從通信基礎層接收可靠數(shù)據(jù)，完成元數(shù)據(jù)的定義、數(shù)據(jù)的清 理和解析、提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口、完成數(shù)據(jù)安全、向應用層提供接口統(tǒng)一的Web數(shù)據(jù)服務， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。Web服務器作為整個系統(tǒng)的業(yè)務層，封裝所用的業(yè)務邏輯，根據(jù)應用系統(tǒng)工作站的業(yè)務需求，將數(shù)據(jù)集成服務器的數(shù)據(jù)進行處理或格式轉換。應用系統(tǒng)業(yè)務工作站負 責日常的一些港航管理的功能，包括船舶管理、船舶檢查、船舶報港簽證、統(tǒng)計報表等功能。 Web數(shù)據(jù)服務基礎上，完成各類應用系統(tǒng)的應用業(yè)務處理。系統(tǒng)配置管理工作站，完成讀寫 器部署管理、電子標簽的發(fā)放和回收、讀寫器故障檢測和管理；人員管理、角色權限管理、數(shù) 據(jù)格式定義、業(yè)務數(shù)據(jù)配置等。 圖4是本發(fā)明的RFID的接口示意圖，包括電子標簽與讀寫器空中接口 、讀寫器供 電接口 、讀寫器數(shù)據(jù)鏈路接口和數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)鏈路接口 。 電子標簽與讀寫器空中接口 ，完成讀寫器對電子標簽的讀寫和ID識別，應用 2.45GHz微波頻段。讀寫器供電接口，有兩種形式9V直流電源供電和太陽能供電，太陽能 供電需要額外的太陽能供電系統(tǒng)和蓄電池。 讀寫器數(shù)據(jù)鏈路接口和數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)鏈路接口，有兩種形式有線方式采用串 口 RS485/RS232 ;無線方式采用CDMA基礎通信VPN。 圖5是本發(fā)明的航道讀寫器部署原則的示意圖，在RFID在航道部署過程中，依據(jù) 的原則如下 (1)按航道部署，航道部署次序以航道等級為序，高等級航道優(yōu)先部署； (2)航道的省界處，相間100米-200米部署2部RFID讀寫器； (3)與航道相交的其他航道，在交叉口處有"T"字型和"+ "字型兩種情況，可分別
部署3部和4部RFID讀寫器； (4)按行政區(qū)域部署，在航道的縣市管轄區(qū)域交界處部署1部RFID讀寫器；(5)以 原則(1)為部署優(yōu)先原則；在總體規(guī)劃中，部署原則應以"按航道部署"(原則1)優(yōu)先，再 以"按行政區(qū)域部署"(原則4)為部署的優(yōu)先原則。(6)后部署航道不計與先部署航道的 相交。航道部署要分步實施，在后部署航道部署的過程中，應不再考慮其與先部署航道的相 交。 圖5 (a)中在主干航道的省界處部署2部讀寫器，通過2部讀寫器的讀寫順序可以 判斷船舶是進入該省，還是離開該省。例如A1讀到標簽時間tl早于A2讀到標簽時間t2， 則船舶運行方向為左向右，駛入該行政區(qū)(省)。因此，可以獲取每艘駛入/駛出該省的船 舶信息。 圖5(b)中主干航道與其它航道的相交，有兩種情況，"T"字型和"+ "字型。對于 "T"字型可以在主干航道交口處各200-1000米處部署1部RFID讀寫器，在相交航道上，近 交口處200-1000米處部署1部RFID讀寫器。例如T 1讀到標簽時間tl早于T2讀到標簽 時間t2，則船舶從相交航道駛入主干航道，并向左航行。因此，可以獲取每艘從主干航道駛 入相交航道和從相交航道駛入主干航道的船舶信息，并可知駛入主干航道后船舶的航向。 對于"+ "字型可以看作是兩個"T"字型，分別主干航道和相交航道近交叉口兩側200-1000 米處部署1部RFID讀寫器。由此，可以獲取每艘從主干航道駛入相交航道和從相交航道駛 入主干航道的船舶信息，并可知駛入主干航道后船舶的航向。 圖5(c)在主干航道上，各縣行政區(qū)域管轄交界處部署1部RFID讀寫器。當船舶
駛入某縣行政管轄區(qū)域時，可及時獲取船舶信息，并對巡邏艇預告船舶檢查情況。 本發(fā)明的基于RFID的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)，采用分層設計，分布式B/S架構，能夠保
證內(nèi)河船舶通航信息數(shù)據(jù)采集的速度和準確性，確保船舶不?？繄蟾酆炞C，確保航道管理部門及時準確掌握航道通航情況，輔助航道建設部門決策。
權利要求
一種基于RFID的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下方法1)在內(nèi)河船舶上安裝采用微波頻段的RFID電子標簽；2)在檢查站附近部署讀寫器，通過讀寫器讀寫所述的方法1)的電子標簽內(nèi)的信息，采集船舶通航信息；通過船舶上電子標簽的ID，確認船舶身份；再讀取電子標簽內(nèi)的指定信息，獲取船舶類型、船舶歸屬地、船舶目的地、船舶所經(jīng)檢查站點等信息，在報港簽證系統(tǒng)中，完成該船舶報港和簽證操作；再將信息寫入電子標簽，完成船舶的不停船報港簽證；3)數(shù)據(jù)中心接收若干所述的方法2)的讀寫器上傳的船舶通航記錄，對數(shù)據(jù)進行去重復、清理等操作，并保存，以提供給其他內(nèi)河港航管理系統(tǒng)使用；4)在大量船舶通航信息中，以航道為統(tǒng)計目標，統(tǒng)計內(nèi)河航道各時段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度；以船舶為統(tǒng)計目標，繪制船舶航行軌跡，得到船舶運行軌跡特征；5)由船舶通航信息經(jīng)加工為船舶航行軌跡記錄，通過數(shù)據(jù)挖掘方法分析內(nèi)河交通網(wǎng)中的擁堵路段，輔助內(nèi)河港航建設決策；6)提供基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)，其包括現(xiàn)場層、基礎通信層、數(shù)據(jù)集成處理層和應用層，所述的現(xiàn)場層包括電子標簽和讀寫器；所述的數(shù)據(jù)集成層，以RFID中間件形式存在，對數(shù)據(jù)進行清理、處理、保存、統(tǒng)計；所述的應用層包括內(nèi)河港航管理系統(tǒng)中的船舶報港簽證系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)挖掘方法獲取輔助決策信息；7)基于RFID技術的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)采用分布式的B/S架構，在數(shù)據(jù)中心部署數(shù)據(jù)集成層，在其他客戶端部署應用層。
2. 根據(jù)權利要求l所述的監(jiān)控方法，其特征在于所述的方法l)的電子標簽以字符串 (10位)形式ID作為該目標內(nèi)河船舶的電子身份編號，具有全球唯一性；電子標簽采用自 帶電池供電方式；電子標簽的工作壽命在不更換電池條件下可連續(xù)工作2年以上。
3. 根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)控方法，其特征在于所述的方法2)的讀寫器讀寫器安裝 在航道岸邊，高于航道水面3至5米，與安裝在船舶駕駛艙內(nèi)的電子標簽處于一個水平面， 提高識讀成功率，實現(xiàn)多個目標船舶通航信息的同時采集。能同時讀寫多個電子標簽；最大 讀寫距離為至少60米(在內(nèi)河河面環(huán)境下)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)控方法，其特征在于所述的方法1)的電子標簽和所述的 方法2)的讀寫器都采用防水防鹽霧封裝方式。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于RFID的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括以下方法提供采用微波頻段的RFID技術的電子標簽，在內(nèi)河船舶上安裝所述的電子標簽，通過讀寫器讀寫電子標簽內(nèi)的信息實現(xiàn)對內(nèi)河船舶的管理和監(jiān)控；數(shù)據(jù)中心接收若干讀寫器上傳的船舶通航記錄，對數(shù)據(jù)進行去重復、清理等操作，并保存，以提供給其他內(nèi)河港航管理系統(tǒng)使用。在大量船舶通航信息中，以航道為統(tǒng)計目標，統(tǒng)計內(nèi)河航道各時段船舶流量、船舶密度和船舶平均航行速度；以船舶為統(tǒng)計目標，繪制船舶航行軌跡，得到船舶運行軌跡特征；由船舶通航信息經(jīng)加工為船舶航行軌跡記錄，通過數(shù)據(jù)挖掘方法分析內(nèi)河交通網(wǎng)中的擁堵路段，輔助內(nèi)河港航建設決策。
文檔編號G06K17/00GK101783082SQ200910055870
公開日2010年7月21日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權日2009年8月4日
發(fā)明者孫偉, 張巍, 董麗華, 董耀華, 錢漢望 申請人:上海海事大學