基于LORA技術(shù)的邊防船舶識(shí)別技術(shù)解決方案

　　基于 LORA技術(shù)的 邊防船舶識(shí)別 技術(shù)解決方案

　　1.1 概述

　　為加強(qiáng)邊防船舶管理，用科技掌握港區(qū)船舶動(dòng)態(tài)，提升出海船舶入出港簽證率。結(jié)合邊防實(shí)際，經(jīng)過(guò)調(diào)研論證，建設(shè)邊防船舶識(shí)別系統(tǒng)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，將出海船舶現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)模式，以數(shù)據(jù)引導(dǎo)警務(wù)工作，既減少船管工作盲區(qū)，減輕現(xiàn)場(chǎng)檢查、沿岸巡查等工作強(qiáng)度，又提升船管民警工作效率，提高基礎(chǔ)信息化和科技強(qiáng)警水平。

　　邊防船舶識(shí)別系統(tǒng)主要由船舶管理基站、船舶服務(wù)終端和船舶識(shí)別軟件等組成。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，船舶服務(wù)終端定時(shí)向船舶管理基站發(fā)送包含船名號(hào)、經(jīng)緯度等信息的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。船舶管理基站接收信號(hào)后，將其通過(guò)移動(dòng)4G網(wǎng)或有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器。船舶識(shí)別軟件將傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為船舶定位數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)分析，展現(xiàn)港區(qū)船舶動(dòng)態(tài)，并短信通知民警和船方及時(shí)辦理相關(guān)手續(xù)。

　　1.1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　一是覆蓋范圍廣。船舶管理基站覆蓋范圍10公里以上，一個(gè)基站基本能滿(mǎn)足一個(gè)甚至多個(gè)港區(qū)船舶在港、入出港的管理需要。

　　二是續(xù)航能力強(qiáng)。船舶服務(wù)終端內(nèi)置電池可供3年使用，防止船上供電設(shè)備關(guān)閉或故障導(dǎo)致信號(hào)中斷、數(shù)據(jù)缺失。

　　三是系統(tǒng)易推廣。船舶服務(wù)終端設(shè)備與其它系統(tǒng)終端相比，價(jià)格實(shí)惠低廉，易被漁船民接受，有利于系統(tǒng)認(rèn)可后大范圍推廣應(yīng)用。

　　四是有自主產(chǎn)權(quán)。該套船舶識(shí)別系統(tǒng)為自建，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為自有數(shù)據(jù)資產(chǎn)，避免了數(shù)據(jù)深度應(yīng)用和功能拓展受制于人，具有較高的自主性和靈活性。

　　1.1.2 建設(shè)目標(biāo)

　　針對(duì)我省沿海港岙口的特點(diǎn)，安裝具有船舶定位、信息傳輸?shù)裙δ艿拇胺?wù)終端和船舶管理基站。通過(guò)終端和基站進(jìn)行信息傳輸和解析，運(yùn)用到邊防立體化智能防控平臺(tái)海圖模塊進(jìn)行可視化管控。實(shí)現(xiàn)邊防派出所對(duì)在港船舶底數(shù)清、情況明;協(xié)助民警掌握在港船舶數(shù)量、入出港時(shí)間，對(duì)在港船舶實(shí)行精準(zhǔn)檢查;以短信形式提醒船舶入出港時(shí)及時(shí)辦理簽證手續(xù)，出港時(shí)反饋相關(guān)情況等功能，立體化轉(zhuǎn)型升級(jí)出海船舶邊防治安管理模式。

　　1.1.3 建設(shè)原則

　　(一)統(tǒng)籌規(guī)劃原則。著眼全局設(shè)計(jì)，自下而上遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、實(shí)用化建設(shè)。先行試點(diǎn)建設(shè)，建成一個(gè)使用一個(gè)，視情全面推廣。

　　(二)便捷使用原則。堅(jiān)持“方便使用、易于維護(hù)”要求，設(shè)備安裝便捷、組網(wǎng)快捷;終端信號(hào)發(fā)射功率穩(wěn)定，不易丟失;數(shù)據(jù)查閱方便，傳輸快速，應(yīng)用轉(zhuǎn)化率高，實(shí)現(xiàn)出海船舶可視化管控。

　　(三)安全穩(wěn)定原則。設(shè)備資源和數(shù)據(jù)資源實(shí)行統(tǒng)一管理和控制。非認(rèn)證的船舶服務(wù)終端和管理基站一律限制入網(wǎng)，認(rèn)證的船舶服務(wù)終端和管理基站一律連接專(zhuān)用系統(tǒng)。強(qiáng)化系統(tǒng)身份認(rèn)證和訪(fǎng)問(wèn)控制權(quán)限，船舶識(shí)別軟件運(yùn)行搭載保密協(xié)議，信號(hào)報(bào)文多種加密方式并用，確保設(shè)備安全管理、通信安全和數(shù)據(jù)保密。

　　1.2 項(xiàng)目 功能及 架構(gòu)

　　1.2.1 項(xiàng)目功能說(shuō)明

　　邊防船舶識(shí)別系統(tǒng)是邊防部門(mén)對(duì)沿海船舶管理的主要科技手段，具備通信、識(shí)別、定位、認(rèn)證、運(yùn)維等四大功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)港內(nèi)船舶有效管控，提升船管民警的工作效率。

　　(一)通信功能。借助LoRa通信、4G無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，將在港船舶的基本信息和地理位置等報(bào)文信號(hào)，通過(guò)船舶管理基站和通信運(yùn)營(yíng)商，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和應(yīng)用。

　　(二)定位功能。借助船舶服務(wù)終端的衛(wèi)星模塊，確定船舶地理經(jīng)緯度信息，并向船舶管理基站進(jìn)行發(fā)送，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的精準(zhǔn)定位和航行軌跡的記錄。

　　(三)識(shí)別功能。借助船舶服務(wù)終端內(nèi)LoRa通信模組，將終端預(yù)設(shè)內(nèi)容(如船名號(hào))、衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和信息報(bào)送時(shí)間等信息編譯成報(bào)文信號(hào)，定時(shí)向船舶管理基站發(fā)送?；窘邮盏叫盘?hào)后，將信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器，推送給數(shù)據(jù)使用方，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶信息和軌跡的有效掌握。

　　(四)認(rèn)證功能。船舶服務(wù)終端發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，船舶管理基站收到終端的數(shù)據(jù)后，上傳至船舶識(shí)別軟件。同意終端入網(wǎng)，識(shí)別軟件對(duì)終端進(jìn)行注冊(cè)，建立長(zhǎng)地址和短地址之間的聯(lián)系，生成通訊密鑰，并將密鑰參數(shù)打包下發(fā)回基站?；臼盏絽?shù)數(shù)據(jù)包后，下發(fā)回終端，完成終端認(rèn)證，開(kāi)始功能應(yīng)用。通過(guò)信息認(rèn)證，確保船舶識(shí)別信息的唯一性、安全性，防止第三方竊取和干擾識(shí)別信號(hào)。

　　(五)運(yùn)維功能。船舶服務(wù)終端和船舶管理基站定時(shí)將設(shè)備運(yùn)行情況發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障信息，提醒工作人員進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，確保設(shè)備的穩(wěn)定性和正常使用率。

　　1.2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　?船舶服務(wù)終端將預(yù)設(shè)內(nèi)容、地理位置和信息報(bào)送時(shí)間等信息編譯成報(bào)文信號(hào)，通過(guò)LoRa通信模塊定時(shí)將報(bào)文信號(hào)發(fā)送給船舶管理基站。

　　?船舶管理基站接收到信號(hào)后，通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸?shù)酵ㄐ胚\(yùn)營(yíng)商服務(wù)器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解譯，還原成相關(guān)信息和數(shù)據(jù)。

　　?通信運(yùn)營(yíng)商服務(wù)器通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，將解譯出來(lái)的信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)外網(wǎng)交互平臺(tái)內(nèi)，由平臺(tái)對(duì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為內(nèi)網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)。

　　?內(nèi)外網(wǎng)交互平臺(tái)將信息和數(shù)據(jù)上傳到公安網(wǎng)內(nèi)。

　　?最后將信息和數(shù)據(jù)經(jīng)由公安網(wǎng)上傳至后臺(tái)服務(wù)器，船舶識(shí)別軟件調(diào)取后臺(tái)服務(wù)器內(nèi)信息和數(shù)據(jù)，開(kāi)展功能應(yīng)用。

　　1.3 系統(tǒng)構(gòu)成

　　邊防船舶識(shí)別系統(tǒng)分為船舶管理基站、船舶服務(wù)終端和船舶識(shí)別軟件等三部分。

　　1.3.1 船舶管理基站

　　主要用于接受、傳遞船載終端信號(hào)。由太陽(yáng)能蓄電、供電、LoRa通信、衛(wèi)星定位、4G網(wǎng)關(guān)、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等模塊組成，安裝在岸邊。其中供電使用光伏板供電系統(tǒng)，支持有線(xiàn)以太網(wǎng)、4G(或5G)數(shù)據(jù)回傳，同時(shí)可支持2500臺(tái)船舶服務(wù)終端接入;基站整體架設(shè)滿(mǎn)足IP65防護(hù)等級(jí)。

　　由于基站需要儲(chǔ)存終端的數(shù)據(jù)，對(duì)這些終端進(jìn)行實(shí)時(shí)的資源調(diào)度分配，因此對(duì)基站系統(tǒng)采用分層化設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足存儲(chǔ)和處理能力的要求。

　　最底層選擇高性能多線(xiàn)程處理器，確保海量終端的巨大處理量需求。固件層選擇工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，確保上層通信協(xié)議的實(shí)時(shí)性處理要求。建立高性能通信協(xié)議系統(tǒng)中間件，包含通信協(xié)議核心模塊(如組包分片、ARQ等)。在此之上，建立超密集通信協(xié)議的MAC以及網(wǎng)絡(luò)層核心協(xié)議。最后，建設(shè)4G無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)，確保物理層和射頻方面的傳輸高效。

　　1.3.2 船舶服務(wù)終端

　　主要是利用無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)收發(fā)信號(hào)的裝置。由控制、電源管理、LoRa通信、衛(wèi)星定位、天線(xiàn)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等模塊組成，安裝在船舶上。其中控制模塊實(shí)現(xiàn)各模塊集中控制，衛(wèi)星定位模塊實(shí)現(xiàn)船載設(shè)備定位功能;LoRa通信模塊實(shí)現(xiàn)與基站間的信息交互;運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)船舶移動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)檢測(cè)，電源管理模塊包含大容量低自放鋰铔電池和容量檢測(cè)。船舶服務(wù)終端滿(mǎn)足IP68防水等級(jí)，全灌封設(shè)計(jì)，以背膠或螺釘安裝。

　　1.3.3 船舶識(shí)別軟件

　　主要是將終端和基站傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行匯聚和解析，并統(tǒng)一傳輸?shù)竭叿懒Ⅲw化智能防控平臺(tái)。由數(shù)據(jù)、處理規(guī)則、邏輯模塊等組成，采用B/S架構(gòu)搭建，安裝在統(tǒng)一平臺(tái)上，并通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)連接到邊防立體化智能防控平臺(tái)服務(wù)器。

　　船舶識(shí)別軟件功能圖如下：

　　1.4 技術(shù)參數(shù)介紹

　　1.4.1 船舶管理基站 參數(shù)

　　船舶管理基站參數(shù)如下：

　　基站使用LoRa網(wǎng)關(guān)及雙定向天線(xiàn)信號(hào)，覆蓋12公里以上，接收靈敏度-120dBm以上。

　　支持市電供電

　　配備太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率10%以上，特殊天氣下內(nèi)置蓄電池可持續(xù)供電30天。

　　支持衛(wèi)星定位、4G和有線(xiàn)網(wǎng)接入，內(nèi)置存儲(chǔ)32GB。

　　外觀統(tǒng)一刻錄邊防專(zhuān)用標(biāo)識(shí)，具備防水、防潮、防塵、防腐蝕等安全性能，工作溫度-10℃~65℃。

　　具備電量監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、拆除報(bào)警、數(shù)據(jù)加密傳輸、密鑰認(rèn)證、終端參數(shù)配置等功能

　　使用年限6年以上

　　LoRa天線(xiàn)增益5.0dB，GPS天線(xiàn)增益3.0dB

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間不超過(guò)30秒

　　1.4.2 船舶服務(wù)終端 參數(shù)

　　船舶服務(wù)終端參數(shù)：

　　終端與基站通訊方式為L(zhǎng)oRa，電池持續(xù)供電超過(guò)3年

　　GPS定位，定位數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)至少3個(gè)月

　　聯(lián)線(xiàn)后數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳

　　具備在線(xiàn)設(shè)備參數(shù)配置功能

　　支持運(yùn)動(dòng)和禁止?fàn)顟B(tài)切換

　　終端信號(hào)傳輸距離12公里以上

　　終端在基站信號(hào)范圍內(nèi)每5分鐘發(fā)一次位置數(shù)據(jù)，停靠碼頭每2小時(shí)發(fā)一次位置數(shù)據(jù)，其它每1小時(shí)保存一次位置數(shù)據(jù)

　　電池容量38000mAh

　　工作電流60mA以下

　　全灌封設(shè)計(jì)，具備防水、防潮、防震等安全性能，工作溫度-10℃~65℃

　　靈敏度-120dBm以上

　　防水等級(jí)IP68以上

　　使用年限3年

　　1.4.3 船舶識(shí)別軟件 功能指標(biāo)

　　船舶識(shí)別軟件功能指標(biāo)：

　　使用mySQL數(shù)據(jù)庫(kù)和Java開(kāi)發(fā)平臺(tái)，不限制船舶服務(wù)終端和船舶管理基站的接入數(shù)量，遠(yuǎn)程設(shè)置設(shè)備參數(shù)。

　　對(duì)船舶服務(wù)終端和船舶管理基站進(jìn)行入網(wǎng)注冊(cè)，每年對(duì)在線(xiàn)設(shè)備(終端、基站)進(jìn)行入網(wǎng)認(rèn)證。

　　有效管理船舶服務(wù)終端和船舶管理基站，具備增添、刪減、修改和分組等功能。

　　具備對(duì)報(bào)文信號(hào)加密和解譯功能，報(bào)文處理無(wú)差錯(cuò)，能穩(wěn)定獲取船名號(hào)、經(jīng)緯度和定位時(shí)間等數(shù)據(jù)。

　　對(duì)終端和基站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，并每月檢查設(shè)備狀況。

　　具有基站管理、終端管理、通信管理、報(bào)文管理、報(bào)警處理、安全認(rèn)證、在線(xiàn)運(yùn)維等功能