船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

王宏智，高學(xué)東，賈小平，趙 揚(yáng)

（1. 北京科技大學(xué)，北京 100083 ；2. 青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院，青島 266071 ）

船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

王宏智1,2，高學(xué)東1，賈小平2，趙 揚(yáng)1

（1. 北京科技大學(xué)，北京 100083 ；2. 青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院，青島 266071 ）

0 引言

智能監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄象能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映和記錄被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，滿足了人們對(duì)安全性的要求，因此智能監(jiān)控系統(tǒng)得以廣泛的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、集中監(jiān)控，從而進(jìn)一步節(jié)省人力、物力，實(shí)現(xiàn)惡劣場(chǎng)所的無(wú)人值守。將先進(jìn)的智能監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到船舶機(jī)艙遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，借助于數(shù)據(jù)傳輸、電子郵件等各種通信手段，執(zhí)行船與岸，船與船之間對(duì)話，進(jìn)行各種信息交流、咨詢、設(shè)備維護(hù)、故障診斷、資料查閱、備件查詢、船舶管理等業(yè)務(wù)活動(dòng)，從而最大程度地提高船舶航行的安全性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。

1 船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)

船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個(gè)綜合視頻、音頻、多種數(shù)據(jù)交互的多角度、多業(yè)務(wù)、多層面的多維船舶監(jiān)、控、管一體化平臺(tái)。它提供船舶內(nèi)部視頻資源的采集、壓縮、存儲(chǔ)等功能。能將捕獲的視頻流經(jīng)壓縮單元(H.264/MPEG4)處理后經(jīng)船內(nèi)常規(guī)網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨兜?，同時(shí)將采集的各種機(jī)艙狀態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)礁鱾€(gè)船舶監(jiān)管人員房間的PC機(jī)，用以實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示、數(shù)據(jù)分析等，監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 船舶智能監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)的介入為船舶提供了一個(gè)更為多元化的工作環(huán)境，利用這樣的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，相關(guān)工作人員可以根據(jù)需要，在日常的工作中開展多種多樣的視訊應(yīng)用，如開展船岸辦公會(huì)議、船岸遠(yuǎn)程管理、船舶遠(yuǎn)程故障診斷，觸發(fā)報(bào)警（利用移動(dòng)偵測(cè)技術(shù)）等，提高船舶的安全性、協(xié)同性和運(yùn)輸效率。

2 機(jī)艙實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析

由圖1可知，智能監(jiān)控系統(tǒng)除了實(shí)時(shí)監(jiān)控之外，另一個(gè)主要功能就是它采集來(lái)的數(shù)據(jù)信息可以供機(jī)艙管理人員來(lái)進(jìn)行分析和比較。圖2是軟件的組成結(jié)構(gòu)圖，可以看出顯示軟件主要完成機(jī)艙內(nèi)各種數(shù)據(jù)及警報(bào)的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。主要由三部分組成：主機(jī)及輔助系統(tǒng)顯示、電站及相關(guān)系統(tǒng)顯示、航海數(shù)據(jù)顯示。主機(jī)及輔助系統(tǒng)顯示又分為燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。每個(gè)部分設(shè)計(jì)成友好的人機(jī)界面，方便機(jī)艙管理人員的操作，對(duì)于主機(jī)及輔助系統(tǒng)的重要參數(shù)設(shè)有實(shí)時(shí)圖形顯示系統(tǒng)方便機(jī)艙管理人員比較分析，同時(shí)對(duì)于這些重要的參數(shù)設(shè)有實(shí)時(shí)的曲線繪制，方便機(jī)艙管理人員對(duì)不同氣缸不同時(shí)間的參數(shù)值進(jìn)行比較，給船舶機(jī)艙管理人員的工作帶來(lái)很多的便利，例如圖3所示為某時(shí)主機(jī)各參數(shù)的數(shù)字量顯示，我們可以清楚地看到個(gè)參數(shù)的值。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

圖3 某時(shí)主機(jī)各參數(shù)的數(shù)字量顯示

服務(wù)器端軟件主要由數(shù)據(jù)備存，機(jī)艙巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊組成。機(jī)艙巡檢系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)采集來(lái)自機(jī)艙巡檢系統(tǒng)的RS485總線MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)，以組播的UDP方式送到各個(gè)Web頁(yè)面顯示。數(shù)據(jù)備存系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)到中央SQL－Server數(shù)據(jù)庫(kù)。熱備冗余切換模塊負(fù)責(zé)主備兩臺(tái)工控機(jī)的熱備切換，并且兩個(gè)計(jì)算機(jī)間的模塊也可以實(shí)現(xiàn)熱備切換。

3 系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)

3.1 云臺(tái)控制

云臺(tái)及解碼器(解碼器是監(jiān)控系統(tǒng)中的前端控制設(shè)備，通過(guò)解碼器可實(shí)現(xiàn)對(duì)萬(wàn)向云臺(tái)、變焦鏡頭、輔助開關(guān)等設(shè)備的控制)裝在攝像機(jī)端(即服務(wù)器端)，如果想在控件端(即網(wǎng)頁(yè)客戶端)控制云臺(tái)的動(dòng)作，則必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器端發(fā)送動(dòng)作控制命令，而且要在服務(wù)器端集成串口通信功能，根據(jù)解碼器設(shè)定的地址及協(xié)議向解碼器發(fā)出動(dòng)作指令，然后由解碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)云臺(tái)完成要求的動(dòng)作。

本系統(tǒng)采用的解碼器協(xié)議為PELCO-D，該協(xié)議的具體格式如表1和表2所示：

表1 PELCO-D協(xié)議格式

表2 命令字設(shè)置

例如，想讓云臺(tái)向左轉(zhuǎn)，則可通過(guò)串口向解碼器發(fā)送字串FF 00 00 04 01 00 05。

3.2 串口通信設(shè)計(jì)

為避免直接用Windows API函數(shù)來(lái)編寫串口通信程序的煩瑣。本文提出了另一種封裝性很好的使用VC++ 6.0自帶的"Microsoft Communications Control"控件的編程方法，通過(guò)對(duì)該控件的正確使用，我們可以比較輕松地編寫出所需的串行通信程序。

當(dāng)我們?cè)诜?wù)器端建立了串口通信模塊后，我們就可以在客戶端“設(shè)置及參數(shù)調(diào)節(jié)”對(duì)話框按鈕的響應(yīng)函數(shù)中利用UDP協(xié)議向服務(wù)器端發(fā)送對(duì)應(yīng)的字串命今來(lái)控制云臺(tái)的動(dòng)作了。

按照上文的思路將我們需要的功能控件一一開發(fā)完畢，再將它們打包嵌入網(wǎng)頁(yè)中，然后我們就可以把嵌入控件的網(wǎng)頁(yè)掛在服務(wù)器上為我們的客戶端瀏覽器提供基于Web的相關(guān)服務(wù)了,其實(shí)時(shí)監(jiān)控效果如圖4所示。

圖4 實(shí)時(shí)監(jiān)控效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，成本低，擴(kuò)展性好，每個(gè)單獨(dú)的功能模塊都可應(yīng)用于各種類型的船舶上以及相關(guān)的岸地部門。該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以提高船舶機(jī)艙監(jiān)控的效率和精度，而且還能把船舶管理人員從繁重的值班巡檢勞作中解脫出來(lái)，進(jìn)而提高了船舶生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)過(guò)程中的安全性和船舶運(yùn)輸生產(chǎn)效率。

[1]高學(xué)東,武森,等.管理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京:經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社,2007.

[2]王宏智,王剛.船舶電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[A].第四屆軍事海洋戰(zhàn)略與發(fā)展論壇優(yōu)秀論文集[C],2007.

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The design of marine engine room intelligent surveillance and controlling system

WANG Hong-zhi1,2, GAO Xue-dong1, JIA Xiao-ping2, ZHAO Yang1

本文旨在將先進(jìn)的智能監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到船舶機(jī)艙管理領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了出機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)將采集到的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)、各種機(jī)艙設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)信號(hào)集成到網(wǎng)頁(yè)中，使船舶機(jī)艙監(jiān)管人員一目了然。

船舶機(jī)艙；監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集

王宏智（1978 -），男，河北承德人，博士研究生，主要從事數(shù)據(jù)挖掘與船舶管理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的研究工作。

TP277

A

1009-0134(2011)4(上)-0019-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).06

2010-10-27