一种智能船舶信息监控系统

1.一种智能船舶信息监控系统，包括：岸基船舶设备监控与维护系统，以及，一个或多个船舶一体化网络系统；
所述岸基船舶设备监控与维护系统通过因特网与海事卫星进行无线通信，并经由所述海事卫星的信号传输与所述船舶一体化网络系统通信连接；
所述船舶一体化网络系统包括船舶监控系统、智能集成网关和现场设备；
所述智能集成网关通过现场总线与一个或多个所述现场设备连接，用于将所述现场设备接入工业以太网；
所述船舶监控系统，用于通过所述工业以太网对各个所述现场设备的数据进行采集；
所述智能船舶信息监控系统还包括一个或多个客户端；所述客户端通过网桥与所述岸基船舶设备监控与维护系统通信连接，用于与所述岸基船舶设备监控与维护系统进行数据交互；
所述岸基船舶设备监控与维护系统采用B/S模式构建。
所述岸基船舶设备监控与维护系统包括Web服务器、数据库服务器和应用服务器；
其特征在于：
所述应用服务器，用于通过因特网与海事卫星进行无线通信，并经由所述海事卫星的信号传输与所述船舶一体化网络系统通信连接，定时接收所述船舶一体化网络系统的数据并将接收到的数据存入所述数据库服务器；
所述Web服务器，用于提取所述数据库服务器中的存储数据，采用进行分析，Mann-kendall分析法检测所述存储数据的突变点。
所述Web服务器，还用于在所述存储数据中存在突变点时，预测所述存储数据所对应的设备的故障发生时间，发出报警信息，并根据报警频率确定所述设备是否需要维护；并在确定需要维护后，根据预先建立的基于效费分析的船舶设备维修级别综合决策模型来确定所述设备的维修级别；
其中，所述智能集成网关设有协议处理器、数据解析接口、上行通信接口和线路切换器；
所述协议处理器，用于支持不同的通信协议的转换处理；
所述数据解析接口，用于对不同的应用数据进行解析，以形成统一的数据描述方式；并实现多态无线网络设备之间的信息互操作；
所述上行通信接口，用于接入所述船舶监控系统和所述现场设备至所述工业以太网；
所述线路切换器，用于对无线通信方式与有线通信方式进行线路切换。
2.如权利要求1所述的智能船舶信息监控系统，其特征在于，所述智能集成网关还配置有统一的设备地址表，用于在不同总线设备之间、现场总线设备和工业以太网之间进行数据传输。
3.如权利要求1所述的智能船舶信息监控系统，其特征在于，所述船舶监控系统还包括OPC服务器，用于对所述现场设备进行数据采集，并将采集获得的数据与船上客户端进行数据交互；
所述客户端上配置有与所述OPC服务器进行数据通信的OPC接口和驱动程序。
4.如权利要求1所述的智能船舶信息监控系统，其特征在于，所述船舶监控系统还包括PLC控制器，通过对所述PLC控制器进行程序化设计，形成多种模块化控制设备和可扩展的船舶设备控制群。

一种智能船舶信息监控系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及船舶信息处理技术领域，尤其涉及一种智能船舶信息监控系统。\n背景技术\n[0002] 海上船舶通常安装有监视系统，用于船舶内部或者附近海域监视，但目前的船舶监视系统主要用于船舶自身的航行或者管理。\n[0003] 为了实现船舶监控的网络一体化，其中一种现有的技术解决方案采用双冗余光纤网络，所有工作台采用统一的人机接口；每一个多功能显控屏由单独的计算机支持，并可以完成其他台位的功能。具体地，现有技术方案主要采用VDR(Voyage Data Recorder，船载航行数据记录仪)、AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)、ECDIS(Electronic Chart Display and Information System，电子海图)等设备，与海事卫星通信网络相结合，构建远程船舶监控系统。如：ABS(American Bureau ofShipping，美国船级社)公司的SAFENET船舶监控系统，由中远集运和上海海事大学联合研发的船舶管理信息系统(SMIS)和航行与机舱数据获取系统(NEDAS)。\n[0004] 但目前广泛应用的监控平台大多是单一的基于现场总线的测控，没有与上层管理网络互联互通，对于设备的数据信息共享能力有限，应用范围较窄。例如AIS港口端通过与岸端的控制中心连接，可通过陆地网络向AIS港口端发送指令以主动调取港口端的AIS信息；但是船舶端采集到的AIS信息就只能等船到港后在进行传输，由于船端控制数据的传输，难以实现岸端主控。而且常规用于航行管理的监视系统没有和位置结合起来，不能确定监视目标位置和时间。\n[0005] 为了解决这一问题，“基于Internet的船舶机舱远程监测系统的研究”论文(中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑，作者邹玉兵)公开了一种基于Internet的船舶机舱远程监测系统，其中，系统由船载机舱监控系统、船岸通讯系统和岸基机舱远程监测系统组成，船岸通讯系统采用Inmarsat-C系统的E-mail业务来实现船岸数据共享，其实现的方式主要是利用地面站对报文的存储转发功能：地面站提供与Internet的接口，从陆地Internet来的邮件被底面站接口软件转换成普通的电文存储在地面站系统中，然后再由地面站转发到船上，Inmarsat-C系统采用海事卫星通讯技术。船载机舱监控系统在充分利用原有现场仪表及控制器的前提下，以CAN纵向技术和Internet技术为基础，来实现系统底层的分布式控制和上层的分布式管理，系统由信息管理层和机舱监控层组成，其中机舱监控层又分为控制管理层和现场设备控制层，上位监控计算机通过CAN总线与现场设备连接，管理计算机与数据库服务器通过以太网连接上位监控计算机，通过以太网对各个现场设备的数据进行采集。并且岸基机舱远程监测系统包括Web服务器、数据库服务器和防火墙，其中，防火墙通过Internet与邮件服务器通信，Web服务器用于管理岸基机舱远程监测系统，数据库服务器用于存储岸基机舱远程监测系统接收到的数据。通过应用该船舶机舱远程监测系统，可以实现船舶与岸基的数据通信，从而可以实现对船舶的远程监控及远程故障诊断。\n[0006] 但是“基于Internet的船舶机舱远程监测系统”需要通过远程专家和船舶厂商来实现对船舶的远程故障诊断，未综合考虑费用、时间、效能三种指标建立决策模型，因此现有的方案在进行数据分析时未对船舶设备配备智能的维修方案，所以现有的方案的维修效率较低且维修成本较高。\n发明内容\n[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种智能船舶信息监控系统，以船舶一体化网络为基础，实现岸基船舶设备监测与维护系统对海上船舶的信息监控与维护，提高监控效率，并且可以提高维修效率及降低维修成本。\n[0008] 为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种智能船舶信息监控系统，包括：岸基船舶设备监控与维护系统，以及，一个或多个船舶一体化网络系统；\n[0009] 所述岸基船舶设备监控与维护系统通过因特网与海事卫星进行无线通信，并经由所述海事卫星的信号传输与所述船舶一体化网络系统通信连接；\n[0010] 所述船舶一体化网络系统包括船舶监控系统、智能集成网关和现场设备；\n[0011] 所述智能集成网关通过现场总线与一个或多个所述现场设备连接，用于将所述现场设备接入工业以太网；\n[0012] 所述船舶监控系统，用于通过所述工业以太网对各个所述现场设备的数据进行采集；\n[0013] 其中，所述智能集成网关设有协议处理器、数据解析接口、上行通信接口和线路切换器；\n[0014] 所述协议处理器，用于支持不同的通信协议的转换处理；\n[0015] 所述数据解析接口，用于对不同的应用数据进行解析，以形成统一的数据描述方式；并实现多态无线网络设备之间的信息互操作；\n[0016] 所述上行通信接口，用于接入所述船舶监控系统和所述现场设备至所述工业以太网；\n[0017] 所述线路切换器，用于对无线通信方式与有线通信方式进行线路切换；\n[0018] 所述智能船舶信息监控系统还包括一个或多个客户端；所述客户端通过网桥与所述岸基船舶设备监控与维护系统通信连接，用于与所述岸基船舶设备监控与维护系统进行数据交互；\n[0019] 所述岸基船舶设备监控与维护系统采用B/S模式构建。\n[0020] 所述岸基船舶设备监控与维护系统包括Web服务器、数据库服务器和应用服务器；\n[0021] 所述应用服务器，用于通过因特网与海事卫星进行无线通信，并经由所述海事卫星的信号传输与所述船舶一体化网络系统通信连接，定时接收所述船舶一体化网络系统的数据并将接收到的数据存入所述数据库服务器；\n[0022] 所述Web服务器，用于提取所述数据库服务器中的存储数据，采用进行分析，Mann-kendall分析法检测所述存储数据的突变点。\n[0023] 所述Web服务器，还用于在所述存储数据中存在突变点时，预测所述存储数据所对应的设备的故障发生时间，发出报警信息，并根据报警频率确定所述设备是否需要维护；并在确定需要维护后，根据预先建立的基于效费分析的船舶设备维修级别综合决策模型来确定所述设备的维修级别。\n[0024] 进一步地，所述智能集成网关还配置有统一的设备地址表，用于在不同总线设备之间、现场总线设备和工业以太网之间进行数据传输。\n[0025] 进一步地，所述船舶监控系统还包括OPC服务器，用于对所述现场设备进行数据采集，并将采集获得的数据与船上客户端进行数据交互；\n[0026] 所述客户端上配置有与所述OPC服务器进行数据通信的OPC接口和驱动程序。\n[0027] 进一步地，所述船舶监控系统还包括PLC控制器，通过对所述PLC控制器进行程序化设计，形成多种模块化控制设备和可扩展的船舶设备控制群。\n[0028] 本发明实施例提供的智能船舶信息监控系统，通过因特网与海事卫星，将船舶一体化网络系统和岸基船舶设备监控与维护系统组建为连接体系，可以通过岸基船舶设备监控与维护系统实现对海上船舶进行远程实时监控，从岸基端实时监视船舶的目标位置和时间，以及采集海上船舶的现场设备的数据，确定现场设备的运行状态；通过架设工业以太网为主，以其它总线形式为辅的船舶网络，开发集成多总线协议的智能集成网关，实现多层次的现场设备之间的通信连接，并利用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制器在工业应用方面的优势，对一系列船舶现场设备进行控制系统开发，形成独立模块化可扩展船舶设备控制群，并且以船舶集成化设备监测为基础，开发B/S模式岸基船舶设备监控与维护系统，智能实现多功能的船舶信息监控系统，提高对海上作业船只的实时监控、故障报警和维修；并且通过引入效费分析模型，从效能和费用两方面综合评价，追求费用效果最佳匹配，可以有效节省维修成本，同时由于无需人工来制定维修方案，因此也提高了维修效率。\n附图说明\n[0029] 图1是本发明提供的智能船舶信息监控系统的第一实施例的结构示意图。\n[0030] 图2是本发明第一实施例提供的船舶一体化网络系统的一种可实现方式的结构示意图。\n[0031] 图3是本发明第一实施例提供的智能集成网关一种可实现方式的结构示意图。\n[0032] 图4是本发明第二实施例提供的岸基船舶设备监控与维护系统的一种结构示意图。\n具体实施方式\n[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。\n[0034] 参见图1，是本发明提供的智能船舶信息监控系统的第一实施例的结构示意图。\n[0035] 在本实施例中，所述的智能船舶信息监控系统包括：岸基船舶设备监控与维护系统100，以及，一个或多个船舶一体化网络系统1～N。\n[0036] 具体地，所述岸基船舶设备监控与维护系统100通过因特网200与海事卫星300进行无线通信，并经由所述海事卫星300的信号传输与所述船舶一体化网络系统通信1～N连接。\n[0037] 具体实施时，各个船舶一体化网络系统分别设置在不同的海上航行、作业的船舶上，并可以采用不同或相同的系统架构。在一种可实现方式中，以船舶一体化网络系统1为例，所述船舶一体化网络系统1包括船舶监控系统、智能集成网关和现场设备。\n[0038] 参看图2，是本发明第一实施例提供的船舶一体化网络系统的一种可实现方式的结构示意图。\n[0039] 船舶一体化网络系统1包括多个船舶监控系统、多个智能集成网关和多个现场设备。\n[0040] 如图2所示，船舶监控系统21、船舶监控系统22、智能集成网关23和智能集成网关\n24分别接入工业以太网(Ethernet)24中。各个智能集成网关的结构和功能相同。具体地，所述智能集成网关21通过现场总线与一个或多个所述现场设备连接，用于将所述现场设备接入工业以太网25。其中智能集成网关21通过现场总线26将现场设备A和现场设备B接入工业以太网25；现场设备C可以不经过智能集成网关直接接入工业以太网25，从而实现与各个船舶监控系统的直接通信；通过现场总线27将现场设备D和现场设备E接入工业以太网25。船舶监控系统21或船舶监控系统22，用于通过所述工业以太网25对各个所述现场设备的数据进行采集。\n[0041] 工业以太网是基于IEEE 802.3协议的应用于工业控制领域的以太网技术，工业以太网的构建主要考虑适用性、实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等性能，以满足工业现场的需要。利用工业以太网可以提供一个无缝集成到外部多媒体网络的途径，实现将海上船舶的数据信息实时传输至岸基。采用工业以太网为主，现场总线为辅的网络架构，可以使得各个船舶一体化网络系统具有通信速率高、资源共享能力强和可持续发展潜力大的优点。\n[0042] 具体实施时，所述智能船舶信息监控系统还包括一个或多个客户端，如图1所示的客户端400。所述客户端400通过网桥500与所述岸基船舶设备监控与维护系统100通信连接，用于与所述岸基船舶设备监控与维护系统100进行数据交互。岸基船舶设备监控与维护系统100与客户端400也可以通过网桥500接入因特网200，从而通过海事卫星300与海上航行或作业的船舶进行数据通信。\n[0043] 考虑到各个船舶一体化网络系统需要实现多种有线测控系统、无线通信通信技术的互联互通，因而需要对中间的连接桥梁即智能集成网关进行改进。\n[0044] 参看图3，是本发明第一实施例提供的智能集成网关一种可实现方式的结构示意图。\n[0045] 在一种可实现的方式中，以船舶一体化网络系统1为例，所述智能集成网关23设有协议处理器31、数据解析接口32、上行通信接口33和线路切换器34。\n[0046] 其中，所述协议处理器31，用于支持不同的通信协议的转换处理；\n[0047] 所述数据解析接口32，用于对不同的应用数据进行解析，以形成统一的数据描述方式；并实现多态无线网络设备之间的信息互操作；\n[0048] 所述上行通信接口33，用于接入所述船舶监控系统和所述现场设备至所述工业以太网25；\n[0049] 所述线路切换器34，用于对无线通信方式与有线通信方式进行线路切换。当出现事故时智能集成网关可启动备用通信方式保证系统的可靠工作。\n[0050] 具体实施时，智能集成网关23使用TCP/IP协议与工业以太网25相连，并提供与现场总线协议转换功能，可以保障各个现场设备正常接入工业以太网25。进一步地，所述智能集成网关23还配置有统一的设备地址表，用于在不同总线设备之间、现场总线设备和工业以太网之间进行数据传输。\n[0051] 由于船舶一体化网络系统涉及到现场设备众多，包括不同的总线设备和工业以太网设备，为了使数据能够正确传送到目的设备，实现下层现场设备与上层综合舰桥控制台的信息交互，在智能集成网关中建立统一的设备地址表，用于不同总线设备之间、现场总线设备和以太网之间数据的传输。在较多总线网关的应用层，将各种现场总线设备发送的数据信息当成“用户数据”直接的打包到工业以太网数据包当中，然后调用协议处理器31将数据包发送到工业以太网25中传送。\n[0052] 优选地，所述船舶监控系统21还包括OPC服务器(图2中未示出)，用于对所述现场设备进行数据采集，并将采集获得的数据与船上客户端进行数据交互；所述船上客户端上配置有与所述OPC服务器进行数据通信的OPC接口和驱动程序。\n[0053] OPC是“OLE for Process Control(用于过程控制的OLE)”的简称，而OLE(Object Linking and Embedding，对象连接与嵌入)是一种面向对象的技术，利用这种技术可开发可重复使用的功能组件。在实现基于工业以太网和OPC规范的数据采集时，当设备组态软件开发商已提供设备的OPC服务器辅助开发包，只设计相应的客户端即可实现对现场设备的数据采集，或者，结合工业以太网协议来完成数据的交互从而与OPC服务器的连接。\n[0054] 在采用OPC技术的客户端，只需要获得OPC服务器提供的统一接口即可，而不必再去关心现场设备的类型，即不需要设计不同的驱动程序。本发明实施例通过采用统一的OPC接口规范，从而实现船上客户端与OPC服务器进行数据交换。\n[0055] 进一步地，所述船舶监控系统21还包括PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)控制器，通过对所述PLC控制器进行程序化设计，形成多种模块化控制设备和可扩展的船舶设备控制群。利用PLC控制器内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。\n[0056] 利用PLC控制器在工业应用方面的优势，对一系列设备或设备控制系统进行预先的有针对性的开发，根据需要进行不同规模的模块化组合，形成可扩展的船舶设备控制群。\n在船舶现场设备或设备控制系统的模块化建造过程中，根据不同类型、不同规模的船舶建造特点，利用可扩展的船舶设备控制群，对不同模块化控制系统进行合理组合，形成适合的设备模块化控制系统。\n[0057] 本发明实施例提供的智能船舶信息监控系统，通过因特网与海事卫星，将船舶一体化网络系统和岸基船舶设备监控与维护系统组建为连接体系，可以通过岸基船舶设备监控与维护系统实现对海上船舶进行远程实时监控，从岸基端实时监视船舶的目标位置和时间，以及采集海上船舶的现场设备的数据，确定现场设备的运行状态；通过架设工业以太网为主，以其它总线形式为辅的船舶网络，开发集成多总线协议的智能集成网关，实现多层次的现场设备之间的通信连接，并利用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制器在工业应用方面的优势，对一系列船舶现场设备进行控制系统开发，形成独立模块化可扩展船舶设备控制群。本发明实施例基于“网、群、系统、模型”将船舶设备制造、运行数据进行收集，并对船舶运行状态进行大数据管理与分析，提高船舶运行效率，降低船舶管理风险和管理成本，最终提高船舶的总体综合性能。\n[0058] 参看图4，是本发明第二实施例提供的岸基船舶设备监控与维护系统的一种结构示意图。\n[0059] 本实施例提供的船舶一体化网络系统、因特网以及海事卫星等组成部分的工作原理与第一实施例相同，在此不再赘述。本实施例与第一实施例的区别点在于，在第一实施例的基础上，进一步地，本实施例的所述岸基船舶设备监控与维护系统100采用B/S模式构建。\n进一步地，所述岸基船舶设备监控与维护系统100包括Web服务器401、数据库服务器402和应用服务器403。\n[0060] 所述应用服务器403，用于通过因特网200与海事卫星300进行无线通信，并经由所述海事卫星300的信号传输与所述船舶一体化网络系统1(与第一实施例的结构原理相同)通信连接，定时接收所述船舶一体化网络系统的数据并将接收到的数据存入所述数据库服务器402；\n[0061] 所述Web服务器401，用于提取所述数据库服务器402中的存储数据，采用进行分析，Mann-kendall分析法检测所述存储数据的突变点。\n[0062] B/S模式(Browser/Server，浏览器/服务器模式)是WEB兴起后的一种网络结构模式，WEB浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器(Browser)，服务器安装数据库，则浏览器可以通过Web服务器401与数据库服务器402进行数据交互。\n[0063] 此外，所述Web服务器401，还用于在所述存储数据中存在突变点时，预测所述存储数据所对应的设备的故障发生时间，发出报警信息，并根据报警频率确定所述设备是否需要维护。\n[0064] 岸基船舶设备监控与维护系统可以实现以下功能：接收远洋船舶以一定的时间间隔定时通过海事卫星传送的船舶航行过程中各设备的运转参数；将接收到远洋船舶发送过来的船舶设备运转参数并其存入本地数据库；当同一艘船舶的同一个设备参数累计到一定数量时，系统会将它们从数据库中提取出来进行数据分析，运用Mann-kendall分析法检测突变点。如果数据当中存在突变点，系统会利用此突变点预测设备可能出现故障的时间，并发出一级预警、二级预警和报警信息，最后系统会统计设备的报警频率来确定设备是否需要维护保养。岸基管理人员可以根据系统提供的设备维护保养信息来制定船舶的维护保养计划或设备更换计划。\n[0065] 针对海上船舶所传送的数据的分析结果，构建船舶维修级别综合决策模型。在构建该模型时，需要对船舶设备维修级别进行分析：若设备出现故障，首先进行非经济性分析，采用逻辑决断法，即通过对修理或报废决策有影响的非经济性因素的一系列问题进行解决，来初步确定故障项目的维修级别。若据此不能确定，则需进行经济性分析，选择合理可行的维修级别。\n[0066] 本发明实施例通过建立基于效费分析的船舶设备维修级别综合决策模型，对发生故障的船舶设备进行实时维修，提高船舶综合保障能力。其有益效果是，根据船舶设备维修级别分析的特点，在传统维修级别分析技术的基础上，结合非经济性分析，产生船舶设备维修级别备选方案；引入效费分析，通过确定目标、建立备选方案，从效能和费用两方面综合评价各个方案的过程，追求费用效果最佳匹配；通过多方面的结合，综合考虑费用、时间、效能三种指标，建立基于效费分析的灰色决策模型；在降低装备维修保障费用的同时，提高维修保障资源的维修能力和维修效率。\n[0067] 本发明实施例除了可以获得与第一实施例相同的技术效果以外，还开发了B/S模式岸基船舶设备监控与维护系统，智能实现多功能的船舶信息监控系统，提高对海上作业船只的实时监控、故障报警和维修。具体地，本发明实施例提供的智能船舶信息监控系统，可以实现：1)采用标准数据通信接口和物理接口，兼容现有测控系统，实现异构网络的物理连接和互操作，解决当前异构网络难以实现互联互通的难题；2)结合工业以太网协议来完成数据的交互和OPC服务器的集成；3)具有独立模块化可扩展船舶设备控制群，以适应各种不同类型、不同规模船舶的模块化控制系统开发；4)基于B/S模式研发的岸基船舶设备监测与维护系统，支持船舶维护级别分析、远程船舶设备维护；5)引入效费分析模型，从效能和费用两方面综合评价，追求费用效果最佳匹配，可以有效节省维修成本。\n[0068] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。