本发明公开了一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，包括嵌入式主控制板、扩展控制板、通信／定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、电源模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块、存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和接口模块；所述的嵌入式主控制板与扩展控制板连接；所述的电源模块分别与主控制板、扩展控制板连接；所述的通信／定位模块通过北斗短报文或3G／GPRS信号与岸基设备实现交互。该装置运用多模定位技术、感知技术、无线组网通信技术和安全加密技术，实现内河智能报闸、可视化应急指挥调度和航运电子商务等功能，推动内河船联网的建立和发展。
1.一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，包括嵌入式主控制板、扩展控制板、通信/定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、电源模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块、存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和按键/接口模块；所述的嵌入式主控制板与扩展控制板连接；所述的电源模块分别与嵌入式主控制板、扩展控制板连接；所述的通信/定位模块通过北斗短报文或3G/GPRS信号与岸基设备实现交互；其特征在于：所述的通信/定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块分别与嵌入式主控制板相连接，所述的存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和接口模块分别与扩展控制板相连接，所述的ZigBee模块与传感器模块相连接，所述的多媒体模块与DVR模块相连接，所述的接口模块分别与外部控制模块、液晶触摸屏相连接；
所述的嵌入式主控制板固化集成了通信/定位模块、AIS模块插槽、ZigBee模块和DVR模块；
所述的电源模块包括交流电电源接口、内置不间断电池、太阳能充电模块、充电控制模块和电源管理模块，采取外部供电和内置不间断电池供电的方式；
所述的内置不间断电池与嵌入式主控制板有独立的电性连接，与扩展控制板上的按键/接口模块有独立的电性连接，满载电量能够持续供电48小时，并能通过太阳能充电模块自动充电，确保在外部电源断电、智能终端系统关闭或崩溃的异常情况下不间断供电，使嵌入式主控制板上的所有硬件以及扩展控制板上的按键正常工作；
所述的传感器模块包括油耗传感器、油量传感器、加速度传感器、温湿度传感器、水平传感器，每个传感器均集成ZigBee子模块；
所述的ZigBee模块采用能够自动进行无线组网的远距离ZigBee模块， ZigBee主节点模块集成在主控制板上，与传感器模块上的ZigBee子模块进行自动组网；
所述的多媒体模块包括内置摄像头、内置麦克风、外置摄像头、外置麦克风；
所述的DVR模块外接多媒体模块中的外置摄像头和外置麦克风，同时内置硬件压缩模块与超过1T的固态盘，实现本地高清和超高清视频存储，并按预设的报警模式按事件提取图片及视频录像；
所述的加密模块为在嵌入式主控制板上直接写入使用了加密算法的汇编程序，实现对智能终端系统的加密。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的按键/接口模块包括USB接口、网络接口、VGA接口、PS12接口、COM接口、“一键报闸”键、“一键报警”键、“一键图片采集”键和开/关键。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的电源管理模块根据开/关键的不同操作控制电源向不同的对象供电：
长按开/关键，关闭扩展控制板和外部电源，由内置不间断电池向嵌入式主控制板和扩展控制板上的按键供电。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的通信/定位模块包括北斗卫星导航芯片、GPS芯片、3G模块、4G模块和GPRS模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的内部控制模块包括内部温度采集模块、开关控制模块和背光控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的外部控制模块包括按键/接口控制模块和信号采集模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的信号采集模块进行ADC采集、开关信号采集、脉冲信号采集、RS485采集、RS232采集、I2C采集和I-wine采集。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的AIS模块采用符合国内AIS标准及交通部标准的通用型可插拔式AIS模块；
所述的指纹识别模块采用具有触摸感应功能的防水型指纹识别器；
所述的智能终端系统是以嵌入式系统形式运行的Android、LINUX、Windows系统。
9.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，其特征在于：所述的存储器包括内置RAM内存卡和容量大于16G的固态盘。
一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置
技术领域
[0001] 本发明涉及多模定位技术、感知技术、无线组网通信技术和安全加密技术，实现智能报闸、船舶状态监控、海事业务办理、应急指挥和船岸信息交互等功能，具体涉及了一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置。
背景技术
[0002] 船联网是一种为了实现航运管理精细化、行业服务全面化、出行体验人性化的目标，融合了物联网技术的智能航运信息服务网络。在内河航运领域应用物联网技术，能够使船与船、船与岸互联互通，增强通航能力、物流运输能力和安全保障能力。经过长期信息化发展，我国内河航运管理科技及服务水平得到了长足的进步，多种物联网技术手段如全球定位系统(GPS)、船舶自动识别系统(AIS)、射频识别系统(RFID)、视频监控系统等获得不同程度地应用，有力促进了内河航运业的发展，其中以智能船载终端、RFID、视觉感知等为代表的物联网技术在内河航运的应用正逐步推进。
[0003] 然而，由于内河航运信息资源环境复杂性与用户需求的不明确性，以及多系统平台之间信息交互与信息安全设计等方面问题，我国内河航运智能化发展遇到不少瓶颈，其中以航运信息缺乏共享、航运服务领域狭窄、应急调度指挥手段落后等问题尤为突出。市面上的智能船载终端或类似产品大多功能单一，集成度低，不能同时满足船东、船员、航运管理部门和沿岸企业的诸多需求。如海事部门推广的AIS终端以安全航行管理为主；如中国专利申请号为201220187864.5公开的一种面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备，包括：电源模块、数据采集模块、主控模块、通信模块和人机交互模块，结合GPS、AIS、传感器和摄像头等设备，实现船舶身份自动识别、定位导航、船舶状态检测、船载货物监控、不停船报港签证等功能。如中国专利申请号201220690453.8公开的用于船舶电子通关的船载终端，包括ARM处理器、拾音器、播音器、语音编解码模块、北斗卫星定位模块、GPS模块、GSM模块、GPRS模块、存储器和电源管理电路，实现定位、数据传输和语音集群功能，最终实现船舶进出境不停船电子申报和通航指令接收与确认。再如中国专利申请号201220691495.3公开的便携式导航监控一体化系统，包括安装在船舶上的外部设备和船载终端，以及位于船舶以外的通讯系统和岸上监控单元，主要实现对船舶运行数据的集中采集并进行远程集中监控。以上船载装置没有解决的问题有：
[0004] (1)智能过闸，在我国一些内河流域船闸众多，传统的过闸方式效率低下，严重阻碍通航。
[0005] (2)油耗、油量监控，这是船东所关心的热点问题之一，也是节能减排的有效手段之一。
[0006] (3)可视化应急指挥调度，通过与应急指挥中心的视频、语音和文字在线即时交互能够极大提高应急调度的效率。
[0007] (4)以船代货代为中心的航运电子商务，这为航运物流提供更多商机和便利。
[0008] (5)不间断供电机制。由于船载终端监测船舶状态和航运状态的特殊性，要求监控设备不间断工作，而传统的终端设备普遍采用备用电池的做法，电量有限，容易因为人为操作而中断监控。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种集成性高、功能强大、使用方便、安全可靠的一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，实现船与船、船与人、船与岸等互联互动的船联网体系。
[0010] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0011] 一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，包括嵌入式主控制板、扩展控制板、通信／定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、电源模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块、存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和按键／接口模块；所述的嵌入式主控制板与扩展控制板连接；所述的电源模块分别与嵌入式主控制板、扩展控制板连接；所述的通信／定位模块通过北斗短报文或3G／GPRS信号与岸基设备实现交互；
[0012] 所述的通信／定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块分别与嵌入式主控制板相连接，所述的存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和接口模块分别与扩展控制板相连接，所述的ZigBee模块与传感器模块相连接，所述的多媒体模块与DVR模块相连接，所述的接口模块分别与外部控制模块、液晶触摸屏相连接；
[0013] 所述的嵌入式主控制板固化集成了通信／定位模块、AIS模块插槽、ZigBee模块和DVR模块；
[0014] 所述的电源模块包括交流电电源接口、内置不间断电池、太阳能充电模块、充电控制模块和电源管理模块，采取外部供电和内置不间断电池供电的方式；
[0015] 所述的内置不间断电池与嵌入式主控制板有独立的电性连接，与扩展控制板上的按键／接口模块有独立的电性连接，满载电量能够持续供电48小时，并能通过太阳能充电模块自动充电，确保在外部电源断电、智能终端系统关闭或崩溃等异常情况下不间断供电，使嵌入式主控制板上的所有硬件以及扩展控制板上的按键正常工作；
[0016] 所述的传感器模块包括油耗传感器、油量传感器、加速度传感器、温湿度传感器、水平传感器，每个传感器均集成ZigBee子模块；
[0017] 所述的ZigBee模块采用能够自动进行无线组网的远距离ZigBee模块，ZigBee主节点模块集成在主控制板上，与传感器模块上的ZigBee子模块进行自动主网；
[0018] 所述的多媒体模块包括内置摄像头、内置麦克风、外置摄像头、外置麦克风；
[0019] 所述的DVR模块外接多媒体模块中的外置摄像头和外置麦克风，同时内置硬件压缩模块与超过1T的固态盘，实现本地高清和超高清视频存储，并可按预设的报警模式按事件提取图片及视频录像；
[0020] 所述的加密模块为在嵌入式主控制板上直接写入使用了加密算法的汇编程序，实现对智能终端系统的加密。
[0021] 进一步说明，所述的按键／接口模块包括USB接口、网络接口、VGA接口、PS12接口、COM接口、“一键报闸”键、“一键报警”键、“一键图片采集”键和开／关键。
[0022] 进一步说明，所述的电源管理模块可以根据开／关键的不同操作控制电源向不同的对象供电：短按开／关键，仅关闭液晶触摸屏；长按开／关键(3秒以上)，关闭扩展控制板和外部电源，由内置不间断电池向嵌入式主控制板和扩展控制板上的按键供电。
[0023] 进一步说明，所述的通信／定位模块包括北斗卫星导航芯片(支持BD1、BD2)、GPS芯片、3G模块、4G模块和GPRS模块，可以。
[0024] 进一步说明，所述的内部控制模块包括内部温度采集模块、开关控制模块和背光控制模块。
[0025] 进一步说明，所述的外部控制模块包括按键／接口控制模块和信号采集模块。
[0026] 进一步说明，所述的信号采集模块可以进行ADC采集、开关信号采集、脉冲信号采集、RS485采集、RS232采集、I2C采集和I-wine采集。
[0027] 进一步说明，所述的按键／接口模块包括USB接口、网络接口、VGA接口、PS12接口、COM接口、“一键报闸”按键、“一键报警”按键、“一键图片采集”按键和开／关按键。
[0028] 进一步说明，所述的AIS模块采用符合国内AIS标准及交通部标准的通用型可插拔式AIS模块；所述的RFID模块采用非接触式RFID读卡器；所述的液晶触摸屏为LED液晶触摸屏；所述的指纹识别模块采用具有触摸感应功能的防水型指纹识别器；所述的智能终端系统可以是以嵌入式系统形式运行的Android、LINUX、Windows等系统。
[0029] 进一步说明，所述的存储器包括内置RAM内存卡和容量大于16G的固态盘。
[0030] 与现有技术相比较，本发明的优点：
[0031] 1.主控制板的高度集成性。主控制板集成了北斗卫星导航芯片、GPS芯片、3G模块、GPRS模块、ZigBee模块和AIS模块插槽，将导航、定位、通信和自动主网等通用功能模块固化整合起来，简化了装置的内部结构，降低因接触不良而发生的故障率。
[0032] 2.对嵌入式主控制板的不间断供电，不受外部电源、人为操作和软件系统崩溃的影响，能够确保采集到的船舶运行状态数据和视频监控录像及时回传岸基设备或指挥中心，紧急时刻“一键报警”功能键也能够发挥作用。
[0033] 3.通过对船舶油耗、油量的实时监控能够实现节能减排。
[0034] 4.安全性能高。采用主控制板集成加密汇编程序的方式，可以对装置上的嵌入式软件进行有效加密，防止恶意篡改和使用；采用指纹识别模块能够实现精确的人员使用权限控制，对重要要数据起到很好的保护作用。
[0035] 5.内置大容量固态盘的DVR模块能够实现本地高清和超高清视频存储，防止因通信信号或网络信号不佳造成的视频传输不畅而造成视频丢失、缺失。
[0036] 6.功能齐全。本发明的具体功能包括：
[0037] 电子地图功能，包括航道地图、动态地图、船舶定位、定位船舶信息获取、附近船舶信息获取等；
[0038] 数据采集与显示，包括油耗油量采集、航速采集、吃水深度采集、温湿度采集等，并实时显示在触摸屏上；
[0039] 多媒体数据采集、监控与存储，包括图像采集、视频监控、录像、录音等；
[0040] 黑匣子功能，存储船舶动态监控信息，并提供实时回传到岸基相关安全预警设备；
[0041] ETC与智能过闸，包括一键报闸、运单绑定、预约报闸、图形化排档查询、候闸查询、ETC自动收费等；
[0042] 信息查询与发布，包括物流信息、航运业务信息、企业信息等的查询与发布；
[0043] 港航业务，对接港航局运单办理系统，货主／货代企业可在线为船务运输公司办理运单业务；
[0044] 海事／AIS业务，对接海事局在线电子签证系统和AIS地图查询功能及相关数据，获取海事部门的船务相关信息；
[0045] 应急指挥，包括文字应急指挥、视频应急指挥和实时监控。
[0046] 交流互动，包括在线即时通讯、多点连接通讯；
[0047] 车船货代，发布车船货代信息并在线完成订单交易；
[0048] 电子商务，发布产品信息、查询产品、在线下单、在线支付、物流跟踪等；
[0049] RFID船员报到、运单读取。
附图说明
[0050] 图1是本发明的结构框架示意图；
[0051] 图2是本发明的正面液晶触摸屏示意图；
[0052] 图3是本发明的背板示意图。
[0053] 图中数字和字母所表示的相应部件名称：
[0054] 1、指示灯(绿)2、指示灯(红)3、亮度+4、亮度-5、开／关6、一键报闸7、一键报警8、一键图片采集9、立体声喇叭10、内置MIC11、小型内置摄像头12、电源接口、13、视频接口114、视频接口215、北斗天线16、3G天线17、视频接口318、视频接口419、音频接口20、ZigBee天线接口21、USB接口22、网络接口23、流量采集接口24、液位采集接口25、倾斜控制接口26.AIS控制接口27、RS232接口28、RS485接口29、温湿度采集接口30、开关输入31、开关输出32、其他IO接口
具体实施方式
[0055] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围不局限于以下实施例。
[0056] 实施例：
[0057] 参见图1所示，一种基于北斗的船联网智能岸基交互装置，包括嵌入式主控制板、扩展控制板、通信／定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、电源模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块、存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和按键／接口模块；所述的嵌入式主控制板与扩展控制板连接；所述的电源模块分别与嵌入式主控制板、扩展控制板连接；所述的通信／定位模块、AIS模块、ZigBee模块、传感器模块、RFID模块、内部控制模块、加密模块、外部控制模块、指纹识别模块、DVR模块、多媒体模块分别与嵌入式主控制板相连接，所述的存储器、智能终端系统、液晶触摸屏和接口模块分别与扩展控制板相连接，所述的ZigBee模块与传感器模块相连接，所述的多媒体模块与DVR模块相连接，所述的接口模块分别与外部控制模块、液晶触摸屏相连接。
[0058] 所述的内置不间断电池与嵌入式主控制板有独立的电性连接，与扩展控制板上的按键／接口模块有独立的电性连接，满载电量能够持续供电48小时，并能通过太阳能充电模块自动充电，确保在外部电源断电、智能终端系统关闭或崩溃等异常情况下不间断供电，使嵌入式主控制板上的所有硬件以及扩展控制板上的按键／接口模块正常工作；
[0059] 本发明的基本性能参数见附表1。
[0060] 附表1
[0061]
[0062] AIS模块为可插拔的，需要时可以接入本发明嵌入式主控制板上的AIS插槽，不需要时或模块损坏时可以拆卸下来，不影响整机的使用。
[0063] 传感器模块可以通过有线接入、ZigBee自主网接入的方式与嵌入式主控制板相连接。油耗传感器负责实时油耗流量测量，测量精度可达到5％，同时进行进油回油测量，量程为3L／h～350L／h；油量传感器负责测量柴油油库液位深度，量程为0-3m H20，测量精度达到2％，测量结果换算为剩余油量。采用有线接入数字通讯的有效距离为0-500米，输出方式为脉冲输出。
[0064] 外部控制模块包括按键／接口控制模块和信号采集模块，控制“一键报闸”、“一键报警”、“一键图片采集”和多种信号采集和回传，该模块为不间断工作状态。其中RS485信号将采集船载油量、油耗监测数据，并格式化为标准的平台数据格式要求。
[0065] 多媒体模块包括摄像头和麦克风，内置130W小型摄像头和内置麦克风用于在线视频交互、在线语音交互和应急指挥交互；外置摄像头可以进行现场图片采集，最大可支持4路，室外防水(IP65等级)，远距离红外(50米)，散射角度大于30度，采集方式为自动采集(设定时间)、手动采集、远程控制采集，图片分辨率为704×576；提供输出实时视频，并在触摸屏上显示；提供实时录像功能，并提供录像查询；在摄像头设置电子围栏进行物体移动检测，发现异常即自动报警，并提供历史报警查询；麦克风可提供1路语音录音功能。
[0066] 多媒体模块与DVR模块相连接，采集到的视频录像、图片等能够实时进行本地存储，支持视频监控、视频回放、视频上传等功能。
[0067] RFID模块可以实现船员报到和运单读功取功能。船长装载完货物后，可将过闸报到RFID运单放在RFID模块上进行读取，并提交至智能终端系统进行保存。当船舶靠近锚地范围即可直接通过本发明上的“一键报闸”功能完成过闸报到。
[0068] 参见图2-3，本发明采用盒式设计，正面为液晶触摸屏，屏幕上方置入130W小型内置摄像头和内置MIC，屏幕下方正中间为开／关键、指示灯、亮度调节键、“一键报闸”、“一键报警”和“一键图片采集”。本发明的背板为接口，分别对应不同的功能，具体参见附图说明。
[0069] 开／关键使用方式：短按开／关键，仅关闭液晶触摸屏；长按开／关键(3秒以上)，关闭扩展控制板和外部电源，由内置不间断电池向嵌入式主控制板和扩展控制板上的按键供电。
[0070] 指示灯含义：灯灭-关机；绿灯-全开；红灯-屏幕待机；绿灯开+红灯不规则闪烁-硬盘读写；红绿灯闪烁-电量告警。
[0071] 本发明与岸基的交互是不间断的，不受人为断电和软件系统故障的影响，能够让后台管理平台始终保持对船舶的监控，实现了高效的安全管理。
