基于LORA技术的边防船舶识别技术解决方案

　　基于 LORA技术的 边防船舶识别 技术解决方案

　　1.1 概述

　　为加强边防船舶管理，用科技掌握港区船舶动态，提升出海船舶入出港签证率。结合边防实际，经过调研论证，建设边防船舶识别系统。通过物联网和大数据技术，将出海船舶现实动态转化为数据模式，以数据引导警务工作，既减少船管工作盲区，减轻现场检查、沿岸巡查等工作强度，又提升船管民警工作效率，提高基础信息化和科技强警水平。

　　边防船舶识别系统主要由船舶管理基站、船舶服务终端和船舶识别软件等组成。利用物联网技术，船舶服务终端定时向船舶管理基站发送包含船名号、经纬度等信息的无线电信号。船舶管理基站接收信号后，将其通过移动4G网或有线网络传输到后台服务器。船舶识别软件将传输过来的信号转化为船舶定位数据，经过大数据分析，展现港区船舶动态，并短信通知民警和船方及时办理相关手续。

　　1.1.1 系统特点

　　一是覆盖范围广。船舶管理基站覆盖范围10公里以上，一个基站基本能满足一个甚至多个港区船舶在港、入出港的管理需要。

　　二是续航能力强。船舶服务终端内置电池可供3年使用，防止船上供电设备关闭或故障导致信号中断、数据缺失。

　　三是系统易推广。船舶服务终端设备与其它系统终端相比，价格实惠低廉，易被渔船民接受，有利于系统认可后大范围推广应用。

　　四是有自主产权。该套船舶识别系统为自建，产生的数据为自有数据资产，避免了数据深度应用和功能拓展受制于人，具有较高的自主性和灵活性。

　　1.1.2 建设目标

　　针对我省沿海港岙口的特点，安装具有船舶定位、信息传输等功能的船舶服务终端和船舶管理基站。通过终端和基站进行信息传输和解析，运用到边防立体化智能防控平台海图模块进行可视化管控。实现边防派出所对在港船舶底数清、情况明;协助民警掌握在港船舶数量、入出港时间，对在港船舶实行精准检查;以短信形式提醒船舶入出港时及时办理签证手续，出港时反馈相关情况等功能，立体化转型升级出海船舶边防治安管理模式。

　　1.1.3 建设原则

　　(一)统筹规划原则。着眼全局设计，自下而上遵循标准化、模块化、实用化建设。先行试点建设，建成一个使用一个，视情全面推广。

　　(二)便捷使用原则。坚持“方便使用、易于维护”要求，设备安装便捷、组网快捷;终端信号发射功率稳定，不易丢失;数据查阅方便，传输快速，应用转化率高，实现出海船舶可视化管控。

　　(三)安全稳定原则。设备资源和数据资源实行统一管理和控制。非认证的船舶服务终端和管理基站一律限制入网，认证的船舶服务终端和管理基站一律连接专用系统。强化系统身份认证和访问控制权限，船舶识别软件运行搭载保密协议，信号报文多种加密方式并用，确保设备安全管理、通信安全和数据保密。

　　1.2 项目 功能及 架构

　　1.2.1 项目功能说明

　　边防船舶识别系统是边防部门对沿海船舶管理的主要科技手段，具备通信、识别、定位、认证、运维等四大功能，实现对港内船舶有效管控，提升船管民警的工作效率。

　　(一)通信功能。借助LoRa通信、4G无线和有线网络，将在港船舶的基本信息和地理位置等报文信号，通过船舶管理基站和通信运营商，进行远距离传输到后台服务器，对数据进行处理和应用。

　　(二)定位功能。借助船舶服务终端的卫星模块，确定船舶地理经纬度信息，并向船舶管理基站进行发送，实现对船舶的精准定位和航行轨迹的记录。

　　(三)识别功能。借助船舶服务终端内LoRa通信模组，将终端预设内容(如船名号)、卫星定位数据和信息报送时间等信息编译成报文信号，定时向船舶管理基站发送。基站接收到信号后，将信号传输到后台服务器，推送给数据使用方，实现对船舶信息和轨迹的有效掌握。

　　(四)认证功能。船舶服务终端发送入网请求，船舶管理基站收到终端的数据后，上传至船舶识别软件。同意终端入网，识别软件对终端进行注册，建立长地址和短地址之间的联系，生成通讯密钥，并将密钥参数打包下发回基站。基站收到参数数据包后，下发回终端，完成终端认证，开始功能应用。通过信息认证，确保船舶识别信息的唯一性、安全性，防止第三方窃取和干扰识别信号。

　　(五)运维功能。船舶服务终端和船舶管理基站定时将设备运行情况发送到后台服务器，及时发现设备故障信息，提醒工作人员进行检测和维护，确保设备的稳定性和正常使用率。

　　1.2.2 系统架构

　　?船舶服务终端将预设内容、地理位置和信息报送时间等信息编译成报文信号，通过LoRa通信模块定时将报文信号发送给船舶管理基站。

　　?船舶管理基站接收到信号后，通过4G无线网络将信号传输到通信运营商服务器，对信号进行解译，还原成相关信息和数据。

　　?通信运营商服务器通过专线网络，将解译出来的信息和数据传输到内外网交互平台内，由平台对信息和数据进行处理，将其转化为内网信息和数据。

　　?内外网交互平台将信息和数据上传到公安网内。

　　?最后将信息和数据经由公安网上传至后台服务器，船舶识别软件调取后台服务器内信息和数据，开展功能应用。

　　1.3 系统构成

　　边防船舶识别系统分为船舶管理基站、船舶服务终端和船舶识别软件等三部分。

　　1.3.1 船舶管理基站

　　主要用于接受、传递船载终端信号。由太阳能蓄电、供电、LoRa通信、卫星定位、4G网关、有线网络等模块组成，安装在岸边。其中供电使用光伏板供电系统，支持有线以太网、4G(或5G)数据回传，同时可支持2500台船舶服务终端接入;基站整体架设满足IP65防护等级。

　　由于基站需要储存终端的数据，对这些终端进行实时的资源调度分配，因此对基站系统采用分层化设计来满足存储和处理能力的要求。

　　最底层选择高性能多线程处理器，确保海量终端的巨大处理量需求。固件层选择工业级实时操作系统为基础，确保上层通信协议的实时性处理要求。建立高性能通信协议系统中间件，包含通信协议核心模块(如组包分片、ARQ等)。在此之上，建立超密集通信协议的MAC以及网络层核心协议。最后，建设4G无线或有线宽带网络，确保物理层和射频方面的传输高效。

　　1.3.2 船舶服务终端

　　主要是利用无线物联网收发信号的装置。由控制、电源管理、LoRa通信、卫星定位、天线、运动检测等模块组成，安装在船舶上。其中控制模块实现各模块集中控制，卫星定位模块实现船载设备定位功能;LoRa通信模块实现与基站间的信息交互;运动检测模块实现船舶移动或静止状态检测，电源管理模块包含大容量低自放锂铔电池和容量检测。船舶服务终端满足IP68防水等级，全灌封设计，以背胶或螺钉安装。

　　1.3.3 船舶识别软件

　　主要是将终端和基站传输的信息进行汇聚和解析，并统一传输到边防立体化智能防控平台。由数据、处理规则、逻辑模块等组成，采用B/S架构搭建，安装在统一平台上，并通过专网连接到边防立体化智能防控平台服务器。

　　船舶识别软件功能图如下：

　　1.4 技术参数介绍

　　1.4.1 船舶管理基站 参数

　　船舶管理基站参数如下：

　　基站使用LoRa网关及双定向天线信号，覆盖12公里以上，接收灵敏度-120dBm以上。

　　支持市电供电

　　配备太阳能电池，太阳能转换效率10%以上，特殊天气下内置蓄电池可持续供电30天。

　　支持卫星定位、4G和有线网接入，内置存储32GB。

　　外观统一刻录边防专用标识，具备防水、防潮、防尘、防腐蚀等安全性能，工作温度-10℃~65℃。

　　具备电量监测、故障报警、拆除报警、数据加密传输、密钥认证、终端参数配置等功能

　　使用年限6年以上

　　LoRa天线增益5.0dB，GPS天线增益3.0dB

　　数据转发时间不超过30秒

　　1.4.2 船舶服务终端 参数

　　船舶服务终端参数：

　　终端与基站通讯方式为LoRa，电池持续供电超过3年

　　GPS定位，定位数据可存储至少3个月

　　联线后数据自动上传

　　具备在线设备参数配置功能

　　支持运动和禁止状态切换

　　终端信号传输距离12公里以上

　　终端在基站信号范围内每5分钟发一次位置数据，停靠码头每2小时发一次位置数据，其它每1小时保存一次位置数据

　　电池容量38000mAh

　　工作电流60mA以下

　　全灌封设计，具备防水、防潮、防震等安全性能，工作温度-10℃~65℃

　　灵敏度-120dBm以上

　　防水等级IP68以上

　　使用年限3年

　　1.4.3 船舶识别软件 功能指标

　　船舶识别软件功能指标：

　　使用mySQL数据库和Java开发平台，不限制船舶服务终端和船舶管理基站的接入数量，远程设置设备参数。

　　对船舶服务终端和船舶管理基站进行入网注册，每年对在线设备(终端、基站)进行入网认证。

　　有效管理船舶服务终端和船舶管理基站，具备增添、删减、修改和分组等功能。

　　具备对报文信号加密和解译功能，报文处理无差错，能稳定获取船名号、经纬度和定位时间等数据。

　　对终端和基站进行监测，及时发现设备异常，并每月检查设备状况。

　　具有基站管理、终端管理、通信管理、报文管理、报警处理、安全认证、在线运维等功能