談視頻通信技術(shù)艦船航行監(jiān)控系統(tǒng)

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關(guān)鍵詞：視頻通信技術(shù)；艦船航行；航行異常；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

海上運(yùn)輸行業(yè)開始向大型化、智能化、信息化方向發(fā)展，艦船在海洋或江流中航行的過程中需要與航運(yùn)企業(yè)單位和有關(guān)安全監(jiān)管部門進(jìn)行聯(lián)系，防止因自然災(zāi)害或其他人為因素導(dǎo)致的事故，如何更加全面對(duì)艦船航行異常狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控成為了航運(yùn)企業(yè)與相關(guān)安全部門的迫切需求[1]。本文便應(yīng)用視頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船航行異常狀態(tài)的監(jiān)控，將艦船航行異常監(jiān)控推向智能化、數(shù)字化、精準(zhǔn)化[2]。視頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了艦船航行異常監(jiān)控的數(shù)字化，使監(jiān)控的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠達(dá)到更加精準(zhǔn)的結(jié)果。視頻通信技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控的智能化，可以通過視頻所傳達(dá)的內(nèi)容自動(dòng)進(jìn)行位置確定與分析[3]。傳統(tǒng)的艦船航行異常監(jiān)控系統(tǒng)主要是建立在艦船之中，通過艦船所發(fā)出的信號(hào)對(duì)艦船的位置與航行狀態(tài)進(jìn)行確定，這種監(jiān)控方式比較被動(dòng)，當(dāng)艦船出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)不能及時(shí)向相關(guān)單位進(jìn)行信號(hào)發(fā)送導(dǎo)致解決異常狀態(tài)的時(shí)間延長(zhǎng)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)在進(jìn)行監(jiān)視的過程中并不能較精準(zhǔn)地對(duì)艦船進(jìn)行判斷，所獲取的艦船信息較為滯后[4]。本文應(yīng)用視頻通信技術(shù)進(jìn)行艦船航行異常狀態(tài)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從不同的角度解決傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題。

1視頻通信技術(shù)的艦船航行異常監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)架

本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)主要為了保證艦船的安全航行、動(dòng)態(tài)監(jiān)視運(yùn)輸燃料的艦船與保障艦船航行過程中產(chǎn)生的航行數(shù)據(jù)，利用視頻通信技術(shù)構(gòu)建1套完整的動(dòng)態(tài)監(jiān)視體系，可以將艦船的航行動(dòng)態(tài)信息表現(xiàn)在電子海洋地圖中，及時(shí)對(duì)艦船航行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與儲(chǔ)存，視頻通信技術(shù)的艦船航行異常監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要由信號(hào)變送器、工控機(jī)、艦船PLC、網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器等組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可知，系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理單元、信號(hào)接收裝置等組成，使用專用服務(wù)器，在艦船的服務(wù)器與監(jiān)控服務(wù)器之間設(shè)有安全防護(hù)設(shè)備，對(duì)于特別重要的數(shù)據(jù)采用磁盤陣列式儲(chǔ)存方式，為視頻通信技術(shù)的應(yīng)用建立良好的數(shù)據(jù)環(huán)境。

2視頻通信技術(shù)艦船航行異常監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1視頻通信技術(shù)的信號(hào)變送器

視頻通信技術(shù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，常常會(huì)出現(xiàn)頻率、電壓、相位、溫度、功率等因素對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息采集信息進(jìn)行干擾。為了更加真實(shí)反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，本文采用信號(hào)變送器對(duì)測(cè)量的信號(hào)與機(jī)器信號(hào)接口進(jìn)行匹配，能夠使現(xiàn)場(chǎng)采集的信息在沒有誤差的情況下，通過信號(hào)變送器傳達(dá)到監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。目前為止我國(guó)生產(chǎn)的信號(hào)變送器在安全格和性能方面不能夠令人滿意，當(dāng)視頻采集信息傳達(dá)到接口電路中會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差，本文應(yīng)用傳感器、傳感器和電路接口進(jìn)行硬件組合，圖2為本文組合的信號(hào)變送器電路圖。在信號(hào)變送器中，溫度傳感器主要采用集成式的溫度傳感器，這種類型的傳感器有著較高的測(cè)量精度并且能夠?qū)囟冗M(jìn)行重復(fù)性測(cè)量，體積較小，熱容量較低，方便裝入到小型金屬管中，使信號(hào)變送器性能與靈敏度得到提升。信號(hào)變送器中所采用的壓力傳感器中裝有敏感性彈性元件和壓電晶體，這種傳感器主要利用電阻的不斷變化原理制成，隨著電阻的變換可以發(fā)出電阻信號(hào)，主要以電橋的形式進(jìn)行信息輸出。

2.2視頻通信技術(shù)的艦船工控機(jī)

本文系統(tǒng)采用的艦船工控機(jī)選用ISP-521型號(hào)，CPU共4.8G，1G儲(chǔ)存空間，工控機(jī)的底板接口中有2個(gè)總線插口，4個(gè)PCI線口插槽與2個(gè)CPU插槽，工控機(jī)的顯示設(shè)備采用三星1202p型號(hào)的顯示器，能夠?qū)ζ聊恢械男畔?shù)據(jù)與圖像進(jìn)行放大處理，主要在Windows系統(tǒng)中進(jìn)行操作，還可以外接打印機(jī)并聯(lián)網(wǎng)以滿足信息高速處理。

2.3視頻通信技術(shù)的艦船

PLCPLC可以根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行模塊的選擇，本文系統(tǒng)根據(jù)艦船的運(yùn)行環(huán)境以及海洋中的特殊地理位置選用68個(gè)開關(guān)量輸入、52個(gè)開關(guān)量輸出、8個(gè)模擬量輸出、6個(gè)模擬量輸入，由于視頻通信技術(shù)對(duì)PLC的運(yùn)行可靠性要求較高，所以應(yīng)用西門子L-460型號(hào)PLC控制器作為PLC的整體運(yùn)行基礎(chǔ)，利用模塊的結(jié)構(gòu)對(duì)視頻中的信息進(jìn)行擴(kuò)展，創(chuàng)建更多種形式的指令，防止出現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)卡頓現(xiàn)象還配置了如表1的模塊。

3視頻通信技術(shù)的艦船航行異常監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)的軟件運(yùn)行程序操作可以脫離客戶端單獨(dú)運(yùn)行，能夠在其他平臺(tái)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)資源配比，在下達(dá)邏輯指令、組織關(guān)系、信息驗(yàn)證等方面可以立即建立業(yè)務(wù)活動(dòng)。本文軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要采用信號(hào)變送器進(jìn)行收集與處理，本文軟件系統(tǒng)設(shè)立周期性程序調(diào)節(jié)信號(hào)變送器的整體工作時(shí)間以便周期性采集創(chuàng)建動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，再應(yīng)用JSK方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解析來獲取船艦的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。根據(jù)艦船的運(yùn)行狀態(tài)特征，分別對(duì)海岸線、港口、臺(tái)風(fēng)、氣象等進(jìn)行項(xiàng)目信息集成處理，在電子海洋圖中體現(xiàn)，還可以通過查詢的方式對(duì)電子海洋圖中的有關(guān)信息進(jìn)行分析，通過視頻通信將艦船在電子海洋圖中的交通狀況進(jìn)行具體化顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)船艦的航行方向、航行速度和航行方位等基本信息進(jìn)行視頻顯示，當(dāng)船艦航行路線偏離航線時(shí)可以啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警，監(jiān)控客戶端便可以對(duì)船艦進(jìn)行調(diào)度指令下達(dá)。

4仿真實(shí)驗(yàn)

本文通過實(shí)驗(yàn)證明本文系統(tǒng)在艦船航行異常狀態(tài)下監(jiān)控效果優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的效果，首先設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境的參數(shù)值如表2所示。安裝2種系統(tǒng)的艦船具有2種類型的雷達(dá)遠(yuǎn)程控制功能，本文系統(tǒng)的艦船雷達(dá)屬于視頻顯示控制單元，傳統(tǒng)系統(tǒng)的艦船雷達(dá)數(shù)據(jù)數(shù)字傳達(dá)控制單元。視頻顯示控制單元在艦船航行的過程中實(shí)時(shí)地將周圍環(huán)境信息以圖像的方式傳達(dá)給操作端，數(shù)字傳達(dá)控制單元主要通過數(shù)據(jù)傳輸方式將航行基本信息傳入操作端信息接口中，本文系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)資源有動(dòng)態(tài)、半動(dòng)態(tài)2種，動(dòng)態(tài)資源有艦船本體，拖動(dòng)平臺(tái)等，半動(dòng)態(tài)包括海洋、河流、其他參照物等，數(shù)據(jù)資源可以供指揮系統(tǒng)使用，同時(shí)艦船用戶也可以查看數(shù)據(jù)內(nèi)容。視頻信息可傳達(dá)海圖經(jīng)緯度，確認(rèn)航行參數(shù)使監(jiān)控艦船異常狀態(tài)更加可觀，通過拉大視頻顯示框可以改變視頻信息內(nèi)容的比例尺寸，精準(zhǔn)地對(duì)艦船航行位置做出判斷。傳統(tǒng)系統(tǒng)中的操作端只能通過艦船上一個(gè)時(shí)間段所發(fā)來的航行基本信息，通過對(duì)航行的基本信息作出預(yù)判來對(duì)艦船的航行異常進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)2艘艦船同時(shí)偏離航道處于異常航行狀態(tài)下時(shí)，對(duì)比兩系統(tǒng)所做出的反應(yīng)規(guī)劃如圖3所示。通過2種系統(tǒng)在顯示部分做出的時(shí)間與路徑方面的異常改善可以看出，本文系統(tǒng)優(yōu)先4分鐘做出航道偏離預(yù)警反應(yīng)并對(duì)未來航道進(jìn)行規(guī)劃并優(yōu)先于傳統(tǒng)系統(tǒng)指揮艦船駛?cè)胝：降?1min，相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化與智能化。

5結(jié)語(yǔ)

本文主要應(yīng)用視頻通信技術(shù)進(jìn)行艦船航行異常監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用組合式的信號(hào)變送器、工控機(jī)、PLC等硬件為視頻通信建立良好的運(yùn)行環(huán)境，建立合理的軟件流程完成監(jiān)控任務(wù)，并通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

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作者：伍春霞 單位：重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院