基于新一代智能有源RFID技术的内河海事监管系统

　　一.方案介绍

　　自2011年国务院提出建立现代化内河水运体系和现代化内河海事监管体系，并提出具体的10年目标以来，完善内河管理基础设施，保障内河运输，提高河运效率，保障水网畅通已成为内河监管的重要任务。为此，这里提出利用LDSW新一代智能有源电子标签技术，结合物联网、云计算等现有技术建立系统完善的内河海事监管系统。

　　示意图如下：

RFID技术的内河海事监管系统示意图

　　内河监管系统设计如下：

　　所有内河航行的船只必须安装1只LDSW智能电子标签，安装位置位于船只高处(如桅杆)，如果条件受到限制，则可通过增加天线馈线长度，将标签天线安装在高处。标签通过USB(或RS485/RS232)与船上的平板电脑连接，或一个简单的显示屏连接，用于显示河监读写器发来的航行安全信息，或管理相关的指令信息。需要时标签还将与一个语音播报设备连接，用于将接收到的河监语音指令代码信息，通过播报设备向船上人员广播。

　　一般情况下，除非在紧急求助报警的情况下(通过标签按键)标签将主动向河监读写器发送求助报警信息外，标签平常并不向外发射任何信号。为了省电的目的，标签平常处于周期性睡眠的低功耗方式。只有在船只进入到河监读写器的通信距离范围内，接收到读写器发来的指令信息后，才会根据要求向读写器返回信息。LDSW智能标签采用船舶供电加电池备电工作方式，断电模式下，保证标签工作1个月。在数据传输量不大，工作不频繁的情况下，也可使用电池供电。

　　渡口选择一固定位置作为检测过往船只监测点，该点选择务必以无遮挡、无屏蔽，视野开阔，读写器天线与被检船只之间不易有任何遮挡。尽量靠近河边，或安装在河边建筑物顶上，以容易保持与被测船只最佳距离为最好。立杆安装读写器。

　　渡口如有监管单位、并有监管服务器或服务管理终端系统，读写器可通过网线/光纤/3G/RS485/RS232等接入渡口本地服务系统。本地服务系统接到数据后，经过相应处理，实行监管或服务，同时通过公网(INTERNET/光纤)与云平台或大数据平台相连，形成一个更大的一个跨地域，跨平台的物联网处理平台。

　　渡口如没有监管单位部门驻扎，又必须监管该点内河服务，可按渡口读写器固定安装选点原则，安装读写器，就近使用网线/光纤/3G等便捷方式，直接将读写器与云平台或大数据平台相连，形成一个更大的一个跨地域，跨平台的物联网、云处理平台。

　　每个渡口的监管人员，可每人配备1台移动读卡办公设备。该设备通过3G/GPRS与本地系统或云平台直接相连。处理结果存于本地或与后台验证交互，保证安全

　　执法船安装1读写器，安装需求原则上与地面安装相同，读写器与执法船上的服务器(计算机)相连。接口选择USB(RS485/RS232).执法船同时也按民用船只要求安装1标签，执法人员同时配备移动读写器，以方便多方式执法。执法船通过GPRS/3G等方式接入本地管理系统 或直接入云平台。

　　1. 系统架构

　　采用在新一代LDSW技术，标签和读写器之间的通讯距离可达1.5km，采用高增益天线，增加天线的架设高度，降低射频通信速率，还可进一步增加标签与读写器之间的通信距离。标签与读写器之间可在远距离实现读/写/传输操作。标签内有32Kbytes数据存储空间，供用户用于数据库存储。标签本身访问可有多种密级，保证标签数据安全。

　　系统在LDSW技术的支持下，分别建有渡船证书数据库、渡船船员数据库、签证信息数据库、安检信息数据库，内外监管网络数据库，并将上述信息分别写入对应LDSW标签和后台计算机中。海事执法人员、船方需要办理业务、查询数据、远程纠违时可以激活相应标签进行数据交换并在终端平台上显示，完成整个管理流程。

　　2.系统功能

　　实现在航船舶远程电子签证、船舶不停船缴纳税费、巡航不登轮检查、安全信息自动播报、船舶安检自动选船/缺陷督促整改、船舶在航纠违等功能

　　2.1 远程安全信息发布

　　可针对辖段航道信息、水文信息、气象信息、航行注意事项以及特殊要求等通过海事处LDSW读写器向过往的船只广播。当船只RFID进入到河监读写器与标签的通信范围，(上下游1.5公里)，即可自动接收到这些信息，并通过与船载LDSW标签连接的显示屏显示出来，或通过语音播放器播放出来。这样在恶劣天气情况、高洪水位、突发浓雾能做到及时提示并采取禁、限航措施，确保渡运安全。此外，系统数据库自动核对渡船证书有效期信息，通过海事处LDSW读写器为各渡船LDSW标签传送提示信息，并通过显示器显示。

　　2.2 远程办理船舶签证

　　按照目前渡船管理模式，渡船需每十天由海事执法人员到各渡口现场为其办理并跟船检查，耗费人力、物力资源众多。基于LDSW技术的渡船管理系统可由渡船船员或者乡镇渡运管理员远程激发签证信号并寻找就近LDSW读写器，系统接收信号后后台自动核对签证信息并形成签证报告在终端平台上显示，监控室执法人员接到报告后办理签证并由系统自动将签证信息写入船载LDSW标签中存储。

　　2.3 安检缺陷远程跟踪

　　海事执法人员对客渡船进行登轮安检，安检结束后将安检缺陷录入动态系统后，系统自动在后台通过LDSW读写器将缺陷信息写入船载LDSW标签中，并由显示终端向船方自动显示缺陷项目，缺陷整改后再由终端通过LDSW读写器回传，执法人员可远程监控渡船安全缺陷整改情况，督促整改，若有疑问可派员现场监督检查。

　　2.4 航行行为远程监控

　　近年来因客渡船抢航，不遵守禁、限航管理规定导致的群死群伤事故时有发生，长江局为防止类似事故发生分别制定了“客渡船航行行为规范”、“划定渡船斑马线”等制度措施，但这一切的实施均依赖于船位信息的准确回传，现有的AIS系统因信号刷新率低、信道带宽窄的原因导致电子巡航系统所监控的船位信息失真，RFID技术可以协同现有的AIS系统，通过后台自主询问的方式及时传送渡船船位信息，便于监控室执法人员及时规范渡船船员航行行为，严格遵守相关管理规定。

　　2.5 航次信息远程报告

　　渡船船员开航前可以通过船载LDSW标签录入相关航次信息，系统读写器定时读写相关信息并自动记录入数据库进行后台处理，监控室执法人员可专注于处理其它信息。

　　2.6 考核、评先情况公示

　　每一渡船船员服务簿末页张贴无源RFID芯片，其记录船员证书相关信息，包括渡船船员特培、记分、考核、评先信息，通过船载LDSW 标签自动读取并记录船员变动、任职、考核评估情况，由监控室LDSW读写器定时读取，供监控室执法人员及时了解船员情况并使用系统实时将考核、评先情况通过各船与LDSW 标签连接的显示设备显示。

　　3.系统与电子巡航平台的整合

　　基于LDSW技术的渡船管理系统为开源系统，其为电子巡航平台提供数据端口，平台可读取系统数据并由平台自身根据需要开发相应特定功能，最终在监控屏幕上显示相关信息，方便执法人员开展管理工作。

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　　二.产品介绍

　　本系统方案采用了当今世界最先进的，新一代智能电子标签技术LDSW。LDSW 技术是由由美籍华裔归国博士廖应成领导的成都西谷曙光数字技术有限公司团队，经过8年多长期坚持不懈的创造性实践，总结开发出的一整套领先世界的，以低成本，低功耗，远距离，多频道协同工作为特征新一代无线智能通信技术LDSW(Low Duty Cycle Smart Wireless)。其最大特点就是在无线通信设备超低占空比运行的前提下，利用“DNA检测”和同一系统内“多频道协同工作”等专利技术，实现超远距离，快速和灵活可靠的双向通信，低成本地来满足物联网各种信息采集传输的需要。其将一般简单低成本的有源电子标签，在不增加硬件成本的前提下，升级成为一种具有高度工作灵活性，超低功耗，超远距离，并可自主运行程序的“无线智能终端”。LDSW集成了射频识别、无线传感网、实时定位、无线遥测遥控等多种功能与一身。它解决了物联网产业发展的最大难题-如何低成本和超低功耗地来实现公网以下各种“物”信息的无线采集和传输问题。LDSW经过长期反复验证、完善和沉淀，其领先性已得到国内外业界的公认。

　　1.读写器

　　读写器是有源电子标签的数据接收和传输设备，它通过RF2.4G信号，与检测器相连，它接到检测器的有效数据后，立即传向控制中心或者云处理中心，上位机(控制中心或云处理节点)收到信息后，必须回以确认，否则读写器将把数据存在本地，读写器与上位机之间的通讯通道标准配置为RS232/RS485,内置通讯模块可选择WIFI，GPRS,3G。网线、光纤通道可悬在购买串口服务器的办法，将串口转为网口、光纤接口。

　　1.1 读写器功能框图

　　1.2技术指标

　　外观图如下所示

　　输入电压：交流110～250ACV

　　采用多频道/信道同时协同工作模式

　　超远距离睡眠唤醒技术“DNA Check”(射频编码特征比对技术)

　　输出接头方式：航空接头

　　输出接口：RS232/RS485

　　数据接口不支持热插拔

　　采用防水设计，防雷设计

　　控制负载工作电压：AC220V

　　外壳：铝材材质、表面喷砂处理

　　功能特点：

　　能够操作有源电子标签，能够接收标签的盘点信息

　　多信道工作能力

　　能够定位识别

　　能够方便的实现功能和设备的拓展，成为无线智能网络的通用节点

　　具有对任意数量海量标签的处理能力(时分，频分，码分)

　　支持西谷曙光企标RFId2010V1.0以及RFId2010V1.1(ascii指令集)

　　读写器的工作指标如下表所示。

　　2: 电子标签

　　是西谷公司的专利产品，具有低功耗，智能接入等功能，它是西谷公司物联网的终端接入设备，是物联网的关键节点，需要接入物联网的设备均可通过本节点进入物联或者传感网络，他根据客户的应用环境和使用用途不同，其功能、外观和结构也有所不同。船载电子标签采用12V/24V直流供电模式，可充电锂电池备电的供电方式，采用间歇工作方式，常规每1~40(可调)秒工作一次，在正常工作时，每4秒检测一次空间信号。

　　1.1功能框图

　　1.2技术指标

　　电子标签是本系统中的重要组成部分，它安装在每个被监测船的高处或无遮挡处(如船桅)，

　　外观如下

　　电子标签技术参数见下表。

　　表1　车位探测器技术参数

　　3:移动读写器

　　移动读写器是执法人员用于移动执法时的个人佩戴设备，使用miniUSB接口，执法者单独配备一操作系统为安卓的智能手机，将他与执法者智能手机相连，然后安装西谷公司提供的基于安卓系统的应用软件，即可实现移动执法。由于智能手机是一个上网功能全面的平台，移动执法即可随时连接在业务平台上。

　　1.1功能框图

　　1.2技术指标

　　表2　车位探测器技术参数

　　4：接口转换设备

　　根据现场施工需求配置

　　三.系统报价

　　报价表

　　读写器：(MRW15HS6)

　　标签：(PIDO7DS)

　　移动读写器：(PTD15HP7)