船舶機艙智能監控系統的設計研究

王宏智，高學東，賈小平，趙 揚

（1. 北京科技大學，北京 100083 ；2. 青島遠洋船員學院，青島 266071 ）

船舶機艙智能監控系統的設計研究

王宏智1,2，高學東1，賈小平2，趙 揚1

（1. 北京科技大學，北京 100083 ；2. 青島遠洋船員學院，青島 266071 ）

0 引言

智能監控系統通過實時監控和錄象能及時、準確地反映和記錄被監控現場的實時狀態，滿足了人們對安全性的要求，因此智能監控系統得以廣泛的應用。隨著網絡技術的飛速發展，通過網絡可對監控現場實現遠程、集中監控，從而進一步節省人力、物力，實現惡劣場所的無人值守。將先進的智能監控技術應用到船舶機艙遠程監控系統，借助于數據傳輸、電子郵件等各種通信手段，執行船與岸，船與船之間對話，進行各種信息交流、咨詢、設備維護、故障診斷、資料查閱、備件查詢、船舶管理等業務活動，從而最大程度地提高船舶航行的安全性、可行性和經濟性。

1 船舶機艙智能監控系統

船舶機艙智能監控系統提供了一個綜合視頻、音頻、多種數據交互的多角度、多業務、多層面的多維船舶監、控、管一體化平臺。它提供船舶內部視頻資源的采集、壓縮、存儲等功能。能將捕獲的視頻流經壓縮單元(H.264/MPEG4)處理后經船內常規網絡和衛星無線網絡實時傳輸到岸地，同時將采集的各種機艙狀態信號實時的傳輸到各個船舶監管人員房間的PC機，用以實時監控顯示、數據分析等，監控系統框架結構圖如圖1所示。

圖1 船舶智能監控系統框架結構圖

網絡視頻技術的介入為船舶提供了一個更為多元化的工作環境，利用這樣的特點和優勢，相關工作人員可以根據需要，在日常的工作中開展多種多樣的視訊應用，如開展船岸辦公會議、船岸遠程管理、船舶遠程故障診斷，觸發報警（利用移動偵測技術）等，提高船舶的安全性、協同性和運輸效率。

2 機艙實時數據分析

由圖1可知，智能監控系統除了實時監控之外，另一個主要功能就是它采集來的數據信息可以供機艙管理人員來進行分析和比較。圖2是軟件的組成結構圖，可以看出顯示軟件主要完成機艙內各種數據及警報的實時顯示和歷史數據的查詢功能。主要由三部分組成：主機及輔助系統顯示、電站及相關系統顯示、航海數據顯示。主機及輔助系統顯示又分為燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、增壓系統、壓縮空氣系統等。每個部分設計成友好的人機界面，方便機艙管理人員的操作，對于主機及輔助系統的重要參數設有實時圖形顯示系統方便機艙管理人員比較分析，同時對于這些重要的參數設有實時的曲線繪制，方便機艙管理人員對不同氣缸不同時間的參數值進行比較，給船舶機艙管理人員的工作帶來很多的便利，例如圖3所示為某時主機各參數的數字量顯示，我們可以清楚地看到個參數的值。

圖2 系統軟件結構圖

圖3 某時主機各參數的數字量顯示

服務器端軟件主要由數據備存，機艙巡檢系統數據模塊組成。機艙巡檢系統模塊負責采集來自機艙巡檢系統的RS485總線MODBUS協議的數據，以組播的UDP方式送到各個Web頁面顯示。數據備存系統負責存儲采集到的數據到中央SQL－Server數據庫。熱備冗余切換模塊負責主備兩臺工控機的熱備切換，并且兩個計算機間的模塊也可以實現熱備切換。

3 系統開發過程中的技術難點

3.1 云臺控制

云臺及解碼器(解碼器是監控系統中的前端控制設備，通過解碼器可實現對萬向云臺、變焦鏡頭、輔助開關等設備的控制)裝在攝像機端(即服務器端)，如果想在控件端(即網頁客戶端)控制云臺的動作，則必須通過網絡向服務器端發送動作控制命令，而且要在服務器端集成串口通信功能，根據解碼器設定的地址及協議向解碼器發出動作指令，然后由解碼器來驅動云臺完成要求的動作。

本系統采用的解碼器協議為PELCO-D，該協議的具體格式如表1和表2所示：

表1 PELCO-D協議格式

表2 命令字設置

例如，想讓云臺向左轉，則可通過串口向解碼器發送字串FF 00 00 04 01 00 05。

3.2 串口通信設計

為避免直接用Windows API函數來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，通過對該控件的正確使用，我們可以比較輕松地編寫出所需的串行通信程序。

當我們在服務器端建立了串口通信模塊后，我們就可以在客戶端“設置及參數調節”對話框按鈕的響應函數中利用UDP協議向服務器端發送對應的字串命今來控制云臺的動作了。

按照上文的思路將我們需要的功能控件一一開發完畢，再將它們打包嵌入網頁中，然后我們就可以把嵌入控件的網頁掛在服務器上為我們的客戶端瀏覽器提供基于Web的相關服務了,其實時監控效果如圖4所示。

圖4 實時監控效果圖

4 結束語

船舶機艙智能監控系統易于實現，成本低，擴展性好，每個單獨的功能模塊都可應用于各種類型的船舶上以及相關的岸地部門。該系統的應用不僅可以提高船舶機艙監控的效率和精度，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，進而提高了船舶生產營運過程中的安全性和船舶運輸生產效率。

[1]高學東,武森,等.管理信息系統基礎教程[M].北京:經濟科學出版社,2007.

[2]王宏智,王剛.船舶電力監控系統的設計研究[A].第四屆軍事海洋戰略與發展論壇優秀論文集[C],2007.

[3]張均東,任光,孫培廷.船舶實時綜合監控系統設計[J].中國航海,2001,(02) .

[4]喬林,楊志剛.Visual C++6.0高級編程技術(DirectX篇)[M].北京:中國鐵道出版社,2000.

[5]Michael J.Younga著. 邱仲潘,譯.Visual C++ 6.0 從入門到精通[M].北京:電子工業出版社,1999.

[6]李現勇.Visual C++ 串口通訊技術與工程實踐[M].北京:人民郵電出版社,2002.

[7]謝希仁.計算機網絡[M].大連:大連理工大學出版社,2000.

[8]張均東,任光,孫培廷.艦船綜合監控中上層計算機網絡的冗余設計[J].系統工程與電子技術,2002(11) .

[9]張志華,劉云鵬,譯.James W.Cooper,C# Design Patterns:A Tutorial,第1版[M].電子工業出版社,2003.

[10]鐘茂生,王明文.軟件設計模式及其使用[J].計算機應用,2002,(8) .

The design of marine engine room intelligent surveillance and controlling system

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

本文旨在將先進的智能監控技術應用到船舶機艙管理領域，設計了出機艙智能監控系統。該監控系統將采集到的實時視頻信號、各種機艙設備實時狀態信號集成到網頁中，使船舶機艙監管人員一目了然。

船舶機艙；監控；數據采集

王宏智（1978 -），男，河北承德人，博士研究生，主要從事數據挖掘與船舶管理信息系統領域的研究工作。

TP277

A

1009-0134(2011)4(上)-0019-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).06

2010-10-27