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对过闸船舶管理系统的物联网应用研究
雷州，胡刘和朱荃银教授淮阴工学院计算机工程
淮安，江苏，中国
zl_gxy@l63.com
摘要
有许多问题在传统的内河船舶过闸操作，如果操作繁琐、效率低、容易出现水路堵塞。为了解决这些问题，一个相关的解决方案，无线通信在读者和主机之间可以通过ZigBee模块实现，短信息可以从主机发送到船温纳斯使用GPRS模块，提出D船舶过闸管理系统基于物联网可以实现船舶识别和监测和自动支付。分析表明，采用RFID、ZigBee和GPRS技术，船舶过闸过程得以优化，时间可以减少，以及业务能力和管理水平将提高。
关键词：船舶过闸；物联网；RFID；ZigBee；GPRS
简介
内河运输口化是我国水上交通的重要组成部分。由于高容量的优点低投资、低成本和低功耗的特点，这成为最重要的运输的具有悠久历史的重要模式。为了提高内河运输此化信息管理的水平，许多城市投入大量人力和物质资源的速度信息网络建设速度。例如，管辖范围内所有船舶中央数据库已经产生时，它可以提供船舶信息管理功能。但所有也功能实现船舶静态信息的管理，不能满足船舶需求，所以RFID算法主要采用许多操作，如船舶交通流调查，船舶进出港和过闸。由于每天都有大量的船只，传统的手工方法有很多问题。当许多船舶在同一时间或夜间通过船舶锁时，这可能会导致船舶不快速识别，给过闸管理器带来相当大的不便。使用手动模式，船员需要停止办理过闸手续，然后支付过闸费和等待操作线。它不仅效率低，而且给船员和航道堵塞带来不便。所以提高过闸效率和现代是很重要的管理水平。
船用过闸管理物联网
什么是物联网，目前还没有确切的定义。人们普遍认为，物联网（IOT）是未来互联网的一部分，可以被定义为一个具有自配置能力基于标准和可互操作的通信协议的网卡的全球网络基础设施。在物联网，物理和V让虚拟的东西有身份、物理属性、和虚拟个性和使用智能接口，并无缝地集成到信息网络。“物联网”有望成为活动参与者，它们能够相互作用和相互作用与他们之间的沟通通过交换数据和信息的传感器环境。对环境没有人的直接干预。物联网不是一个单一的技术；它涉及到许多技术领域，包括无线通信、计算机控制、多媒体一种技术，网络，软件和自动化。为了自动识别和信息的传递仕在船舶过闸管理，射频识别技术、无线的传感器技术和通用分组无线业务主要用于物联网。
射频识别技术
射频识别（RFID）是物联网的核心技术。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它可以实现无接触的信息传递和O均等鉴定自动通过使用无线电波[ 3 ]。如何实现船舶自动识别是船舶过闸管理的关键问题。
目前，船舶自动识别系统（AIS）和全球定位系统（GPS）技术应用于船舶远程识别为主，但这两种方法有一定的局限性生理盐水。利用GPS技术，GPS基准站的建立需要较高的成本，系统的部署和信号强度受地形影响更大，另外，终端设备必须安装我在船上，和信息交换的数据流量费用，从而增加船东[ 4 ]经济负担。AIS可以确定船舶的准确位置，但其设备高的投资和成本，因此不适合在内河船舶管理系统中使用，如全球定位系统。由于它不需要精确地固定在船上，可使用射频识别技术。由于具有成本低、易于部署和区域定位等优点，能够满足船舶识别的需求充分地。利用RFID技术，当船舶进入用户的范围，用户可以读到的标签数据，获取船舶信息，从而达到识别和自动监测。
无线传感器技术
无线传感器是物联网中的另一重要技术。目前，主要有六种类型的无线网络技术，蓝牙，无线局域网（WiFi），超宽带通信（UW，近场
通信（NFC）、ZigBee、红外数据通信（IrDA）。由于ZigBee技术具有经济优势，高效可靠，可广泛应用于物联网。ZigBee是一种短距离无线通信技术的需求方向，低功耗和成本，适用于自动控制和远程监控领域仕OL。通过ZigBee模块embeddi在无线射频识别系统中，许多读者可以连接到无线网络，实现多点无线通信。
C. GPRS
通用分组无线服务（GPRS）是一种新型、高效、低成本的无线分组数据业务发达的企OM GSM，而在嵌入式系统中使用广泛的[ 5 ]。GPRS调制解调器无线数据设备交换，并提供了多种服务，如语音、数据和短消息传输。通过GPRS模块的移动终端可以实现点对点的数据通信和短消息收发传输[ 6 ]。
远程阅读器和标签的选择与安装
作为水路一般是在几个标准宽度，为了识别船舶远程有源UHF和微波频段的标签可以采用该系统。MF 2.45GHz属于GL全面开放的微波频段，可以不用申请和付款。
目前，船舶自动识别系统（AIS）和全球定位系统（GPS）技术应用于船舶远程识别为主，但这两种方法有一定的局限性生理盐水。利用GPS技术，GPS基准站的建立需要较高的成本，系统的部署和信号强度受地形影响更大，另外，终端设备必须安装我在船上，和信息交换的数据流量费用，从而增加船东[ 4 ]经济负担。AIS可以确定船舶的准确位置，但其设备高的投资和成本，因此不适合在内河船舶管理系统中使用，如全球定位系统。
由于它不需要精确地固定在船上，可使用射频识别技术。由于具有成本低、易于部署和区域定位等优点，能够满足船舶识别的需求充分地。利用RFID技术，当船舶进入阅读器的范围，阅读器可以读到的标签数据，获取船舶信息，从而达到识别和自动监测的目的。
船舶过闸系统关键
除了提供船舶信息管理、船舶过闸系统还需要实现船舶自动识别和状态监测。利用物联网相关技术，企业开发硬件系统等工具。硬件系统主要由RFID阅读器和标签，ZigBee无线通信模块、GPRS调制解调器等，和由洁具主要实现一些功能它包括船舶信息管理、阅读器和标签信息管理、船舶过闸、收费管理、短消息发送模块、系统管理和查询统计模块。如何选择合适的硬件连接和通信模式之间丘硬件系统需要解决的关键问题。远程阅读器和标签的选择与安装。作为水路一般是在几个符合巳RS宽，为了识别船舶远程有源UHF和微波频段的标签可以采用相应系统。MF 2.45GHz属于全面开放的微波频段，可以不用申请和付款。
有源2.45GHz读者可以在高达100米的距离看，完全可以满足船舶过闸管理系统远程识别需求。在标签中只有一个指定的船舶需要保存身份号，而其他的船舶信息可以存储在数据库中，所以只读标签可以很好地工作。为了确保标签可以正确读取，它具有防水要求的特点，防碰撞和拆卸，必须安装在船的桅杆，不易损坏。
为了监测船舶航行方向和航速，并将船舶信息提前进入船闸，读者必须放置在航道附近的航道附近的船闸船舶过闸的位置。放置的距离不能太远，不利于实现读者与主机之间的连接和通讯，如果设置不好面向对象的接近，可能有太多的信号区重叠的相邻的识别器，这将影响对船舶的位置和方向的判断。
读写器与上位机之间的数据传输
船舶在多尔tau;南希状态标签。当船航行到阅读器的工作区域，标签从阅读器返回在很短的时间工作收到唤醒信号，并发送它的ID号对读者的误码率[ 7 ]。当阅读器接收到标签的ID，它可以将信息发送给上位机处理后的数据进行解调和解码。
如果读者与主机之间的距离较近，容易打线，他们可以通过RS485／RS232控制其它无线传输方式必须采用直接连接。因为低成本、低功耗、近距离等方面考虑，本系统决定采用ZigBee无线通信模块与提高功率扩展传输分布距离。通过嵌入式ZigBee模块在一个读者，和相同的ZigBee无线收发模块在主机、无线通信可以实现识别器与主机之间通过rs2312 S串行端口，与主机的无线收发模块对应一个接入点发送控制信号给识别器和接收信息，识别并上传到主机。整齐为了减少冲突和Eeta;或数据传输，主从程序模式应采用。在这种模式下，作为主动侧的主机通过轮询方式发送读指令，而在领导者是被动方的命令的反应。模式的系统，位硬件如图1所示的连接和通讯。
短消息传输
当船驶到一个读者工作区域时，读者可以获得船上标签信息，并发送到主机。主持人将检查是否有足够的钱在船上根据帐户信息存储在数据库中的离子。如果余额不足，船舶需要提醒充值，此外，系统应该发送反馈信息oflockage国家船东，如航道船要进入过闸费用PA严分成败。如何实现系统与业主之间的信息交换，是一个亟待解决的问题。
利用GPRS模块发送短消息是一个很好的选择。因为只需要发送短消息不包含系统中的多媒体信息，GSM调制解调器可以满足需求。GSM调制解调器通信通过rs2312串口的计算机与外界相通的。插入手机SIM卡在GSM调制解调器，使用短信可以发送AT指令集。通过签订短信模块，系统可以搜索未发送信息，定期识别自动在数据库中的信息并通过串口与GSM调制解调器将其发送到约定的格式，然后GSM调制解调器发送到移动电话通过短消息移动网络。该系统企AME发送短消息如图2所示。
冗余数据处理
因为阅读器可以覆盖所有船只，阅读器一直读同一船舶信息只要船进入读者的工作领域，特别是船舶可以很长时间在识别器的行动范围内。所有的数据读取的识别器都是存储在后台数据库中，有大量的冗余数据，这将大大影响系统的效率[8,9]，因此必须采取有效的措施来解决数据冗余问题。假设有三个识别器分别RI，R2和R3。为了在过闸时保存有效数据，创建了表，R表示真正的已过闸船舶暂时状态。有六个主要的国家进入船舶过闸，船闸上游，上游船闸，船闸上游离开，进入下游的船闸。在读写器获取标签信息的过程中，可能只有第一个数据是有效的，其他的数据可以被看作是冗余的信息，这样的数据冗余问题可以是溶胶它通过在过闸船舶状态状态表。以船进入船闸下游航道为例，具体过程如下。
首先，读者可以识别也船舶标签ID发送给主机系统。
系统搜索船舶过闸船舶在状态表中的记录，如果没有找到，然后添加一个新的记录，并设置其状态”进入UPS船闸”指船舶能通过船闸。
当船在RL的工作区，让可以读同一条船上的标签信息不断地发送到系统，所以如果船通过记录系统里已经存在，它不需要存储在表。
如果船上有足够的钱支付过闸费，可以航行到船闸等待调度和R2可以获得标签信息。根据存储在船舶过闸船舶状态状态表格，系统增加了一个新的记录时，接收的船舶操作系统R2的第一信息，并
设定船舶状态过闸”，这意味着该船舶在船闸下游同样的情况。离开船闸，船进入R3的工作区。仅考虑进入起伏EAM航道过闸的条件，当R3获得船舶的信息，这意味着通过锁和船舶记录操作系统 RI和R2具有表中存在，所以在检查存在船舶状态信息，系统可以添加新记录，并设置其状态“离开上游船闸”，不同操作系统 的信息处理为RI和R2的最新的船舶信息企操作系统 R3应保存在船过闸状态表。这意味着当系统重新臼艾夫斯船舶数据操作系统 R3不断，它将更新现有记录与数据更新联合国直到船失去了作用距离R3。
系统检查所有的船舶信息的状态是“离开上游船闸”或“离开下游船闸船舶过闸状态表”在定期。如果最后更新时间间隔超过规定时间限制，这意味着该船已完全脱离船闸，和系统可以存储在船舶过闸船舶过闸记录表并删除所有船舶状态记录的过闸状态表。因此，上述方法可以有效避免冗余数据在正常情况下，正确处理国家口过闸船舶状态信息，但是系统必须提供异常情况的处理。例如比如，一个识别器可能错过船的标签信息，如何判断船舶航行的方向和状态，必须在系统中考虑。
基于物联网的船舶过闸管理过程
在传统方式，当船舶进入船闸，船员必须停船，去登记进入手续，等待检查通过，然后缴纳过闸费，领取过闸凭证等手续。过程既繁琐又费时。使用以上技术，船舶过闸效率大大提高。进入第电子船闸为例，船舶过闸过程描述如下。
船舶进入国际扶轮及国际扶轮的工作区，获得船舶标签信息。然后收到读命令从主机将船舶标签数据发送到主机系统。该系统处理它们在数据库中，并显示在弹出窗口中与船舶相关的信息。如果船舶信息是在黑名单表，系统将显示船舶信息与明亮的颜色在船闸监控窗口，提醒过闸员检查。
根据存储在数据库中的船舶数据，系统检查了标签的余额。如果余额不足，短信模块将发送一个消息给船东，是给船东提醒，船舶必须进入出人工锁渠道进行手动严分，在进入列表窗口显示船舶状态自然过闸”。如果平衡是足够的，系统将计算费用和扣除费用自动锁定，然后发送一个消息给船东通知成功并提醒船舶进入船闸的编号。
对巳船舶进入船闸，R2可以读取标签的主机。船闸守护者可以看到所有的船舶在锁列表窗口中的信息，并派遣他们。通过锁定后，船进入R3工作区。该系统得到通知且等操作系统R3和确定船已经离开企操作系统的船闸，然后向业主发出通知，通知成功离开。
传统的船舶过闸管理通常是由人工来完成的，这不仅费时，而且容易造成水道堵塞。通过在舰船上安装有源射频识别标签，安装射频识别标签在航道、船闸的读者，船舶标签可以自动识别，多船或者一船通过。主机可以接收船舶信息同时通过ZigBee无线通信模块ULE和判断船舶过闸的状态。该船东可以通过短信模块收到反馈结果。所以船舶过闸管理不仅简单有效而且操作的应用结果表明，该系统获得的自动识别、定位，并通过RFID信息传递、ZigBee和GPRS技术。完成新的成果并有效解决的问题，提出了船舶过闸管理系统不仅优化了船舶过闸
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