CN102495594B - 一种远程监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程监测系统和方法，尤其是涉及一种面向船队、车队、机队或生产装备等设备集群的远程监测系统和方法。所要解决的技术问题是：在考虑数据通讯链路不可靠的情况下，提供一种远程在线监测系统，具有更好的实时性、可扩展性和可靠性。远程终端以文件的形式连续的上传实时和准实时测点数据到中心站，测点编码的计算机存储和网络传输采用整数格式，并采用十进制位数固定的方式，既具有良好的存储、传输和解析性能，又具有很好的可读性；远程终端或者与之对应的一一对应的编码也采用类似的方式，并包含在数据文件中。测点数据文件在上传完成前采用不同于最终文件的名称命名，用以识别传输过程是否完成。

Description

一种远程监测系统和方法

技术领域

本发明涉及一种远程监测系统和方法，尤其是涉及一种面向船队、车队、机队或生产装备等设备集群的远程在线监测系统和方法。

背景技术

船舶是一种离岸移动作业的交通运输工具或作业平台，运行时分散在不同的地理区域。通常情况下，船载设备的技术状态和作业情况并不为岸基部门及时掌握，为克服这一问题，多年来发展了船岸通讯以及远程监测技术。其它交通运输工具，如火车、汽车和飞机，以及一些生产作业装备，如数控机床和工程机械等也面临着类似的问题。

这些交通运输工具或者生产作业装备的集群，根据具体对象的不同可称之为船队、机队、车队、机(器)群或者设备群，在英语中统称为Fleet。远程监测系统正从面向单机转向面向集群，希望在统一的技术平台上实现中心站集中监测。

在船舶远程监测中，有2种工作模式可供选择：船舶中心式和岸基中心式。船舶中心式就是以船载系统作为服务器，接受用户的远程连接，提供本船的各种实时和历史参数，是一种面向特定船舶的单船工作方式，如挪威康士博(Kongsberg)公司的ShipWeb系统，以及德国西门子公司的SISHIP IMAC集成监控系统。岸基中心式就是在岸基部门建立中心服务器，接收并存储船端发送的数据，为用户提供在线船舶的实时和历史数据，良好设计的中心站系统能够面向整个船队，进行远程监测和管理，例如Transas公司的FleetVIewOnline(FVO)，是一套基于WEB的系统，能够监听SSAS(Ship Security AlertSystem，船舶安全报警系统)消息，并在海图上实时显示船舶航迹。日本三井造船株式会社的Maritime-SOL系统，通过因特网提供综合性的船队管理解决方案，其中的Fleet Monitor模块用于船位、航向、航速等航行数据，以及发动机工况报警等数据的监测；e-GICS(electronic Global Internet Customer Support)模块用于船舶柴油机的运行性能和维修性远程故障诊断。

在飞机机队管理方面，美国波音公司开发了MyBoeingFleet平台，其中的AHM(AircraftHealth Managment)系统集成了远程监测、数据采集和分析、状态评估、故障诊断和维修管理；欧洲空客公司推出了e-Solutions套件，其中的AIRMAN-web提供了实时健康监测和故障诊断，FlySmart with Airbus用于优化飞行效率。在陆路运输车队管理方面，苏州金龙公司为大客车开发了海格G-BOS系统，包括安全驾驶管理、油耗管理、远程故障报警管理、维保管理、车线匹配管理、3G视频监控管理、GPS定位管理7大功能。许多用于小轿车的telematics(车载信息服务)系统提供了网络系统收集车辆的行驶里程和诊断信息，用于客户服务，如福特公司的SYNC和丰田公司的GBook系统。其它方面有现代重工开发的Hi-mate远程管理系统，通过卫星通讯远程监测工程机械的实时状况，功能包括监测位置、工况、损伤报警和燃油消耗等信息。美国GE公司提供了VeriWise资产智能(AssetIntelligence)解决方案，为船舶、货车和火车提供了船队、车队和货物的远程监测系统。Solar Turbines公司研制了燃气轮机远程监测系统，具有整个燃气轮机集群的管理能力；在中心站设立了中心数据库，远程设备的数据每日自动上传1次，实时监测数据则通过XML文件的方式提供。

船舶、货车等交通运输或作业平台移动作业，需要利用移动通讯网络进行数据传输。在陆地上可以使用费用低、速率高的3G或2G移动通讯技术，内河船舶可能航行进入信号盲区、汽车可能进入隧道或者偏远地区，导致网络连接丢失；海船或者飞机可以利用卫星进行数据通讯，速率相对较慢，可能出现数据传输中断的情况。远程监测系统必须考虑这种网络不稳定的状况，确保重要数据不丢失。

发明内容

本发明面向船队、车队、机队或生产装备等设备集群的远程监测，实现集群中的所有远程设备，例如船舶的实时和准实时测点数据，连续的集中上传到中心站，所要解决的技术问题是：在考虑数据通讯链路不完全可靠的情况下，提供一种远程在线监测系统，具有更好的实时性，能更及时的监测到远程设备测点数据的变化情况；具有更好的可扩展性，能够更方便的接入更多的远程设备，以及更多的测点；具有更好的可靠性，确保在通讯网络不稳定的状况下重要数据不丢失。

在这种集群式远程监测系统中，设置中心站系统，在船舶、飞机、数控机床或者生产车间、制造工厂设置远程终端系统，上传测点数据到中心站。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

一种远程监测系统(参见图1)，包括远程终端10和中心站20两大类系统，远程终端与中心站采用文件传输的方式交换数据，特别是用于连续的传输实时和准实时的测点数据；其中远程终端10包括测点编码101、数据打包102和文件传输103三大模块，三个模块顺序相连；中心站20包括文件接收201、文件解析202、测点解码203、实时数据库204、历史数据库205和WEB服务器206，所述的文件接收模块、文件解析模块、测点解码模块顺序相连，测点解码模块一路通过实时数据库模块与WEB服务器模块相连，一路通过历史数据库模块与WEB服务器模块相连。

本发明的远程监测系统中，所述的测点编码模块的编码方法，采用整数格式的测点编码方式，测点编码的计算机存储和网络传输采用二进制方式，包括2字节、4字节或8字节的整数类型；测点的编码采用十进制位数固定的方式；在十进制下，测点的编码分成几个部分，每一部分的十进制位数固定。

本发明的远程监测系统中，所述的测点编码方法，代表测点类型的部分居前，代表特定设备的顺序号居后。

本发明的远程监测系统中，所述的数据打包模块工作方法，将测点数据打包成测点数据文件，测点数据文件中包含所述的远程终端系统编码，或者与所述的远程终端系统一一对应的一种编码；所述的编码采用整数格式，编码的计算机存储和网络传输采用二进制方式，包括2字节、4字节或8字节的整数类型；所述的编码具有固定的十进制位数；在十进制下，所述的编码分成几个部分，每一部分的十进制位数固定。

本发明的远程监测系统中，所述的远程终端系统的工作方法，(1)将测点数据先打包成本地数据文件，其数据文件是计算机内存文件，或者是计算机外存储文件；(2)定时获取的数据直接打包存储到所述数据文件中；(3)非定时获取的数据先存储到计算机内存中，再打包存储到数据文件中；(4)本地数据文件有2个或者多个，分别用于测点数据存储和远程传输，其用途可以交换。

本发明的远程监测系统的工作方法，所述的文件传输模块，传输测点数据文件到中心站系统，中心站系统接收过程中采用不同于最终文件的名称保存。

本发明的远程监测系统的工作方法，所述的中心站系统，将未完成的测点数据文件以不同于最终文件后缀的特殊后缀标识。

本发明的远程监测系统中，所述的文件传输模块和文件接收模块，采用FTP协议传输测点数据文件。

本发明的远程监测系统中，所述的实时数据库204只存储各测点时间上最新的一条记录。

本发明的远程监测系统中实时数据库的工作方法，采用2级字典的方式存储测点数据，同时采用远程终端编码和测点编码识别测点数据。

测点编码有文本编码和数字编码两大类方法，考虑远程终端测点数据的远程传输，本发明采用整数格式的数字编码方式。数字编码的计算机存储和网络传输采用二进制格式或者文本格式，二进制格式的优势在于存储空间大小固定，易于解析；文本方式的优势在于可读性好，编码空间大，不限于数字，但是其存储空间大小不定，解析困难，网络传输复杂。例如，2个测点编码12345和1234567，如果采用标准整数格式(4字节)的二进制表示，则占用的存储空间大小都固定为4个字节；如果采用文本格式存储，则先将数字中的每一位按照一定的规则编码为二进制，例如ASCII编码或者UNICODE编码，每一位数字占用1个或者2个字节，这样，2个测点编码的计算机存储空间分别为5位和7位，或者10位和14位。

为提高可管理性，测点编码遵循一定的格式，将测点分为几个部分，各占用一定的位数，而不是在所有可用的范围内平铺。为提高可读性，各测点编码赋值采用10进制方式。以船舶为例，对船舶主柴油机的燃油系统的燃油进机压力的测量值和报警进行编码，可以将主柴油机编码为01(10进制)，其中的燃油系统编码为01(10进制)，燃油进机压力编码为01(10进制)，测量值编码为1(10进制)，压力低报警编码为3(10进制)，这样，主柴油机的燃油系统的燃油进机压力的测量值可以编码为0101011(10进制)，主柴油机的燃油系统的燃油进机压力的压力低报警可以编码为0101013(10进制)。

上述的测点编码为测点的类型码，没有指向特定的设备。因为船舶船载设备的数量并不固定，对于主柴油机来说，有的配备1台，有的配备2台，指定特定设备的序号可以放置在类型码的后面。例如左主机编码为1(10进制)，右主机编码为2(10进制)，左主机的燃油系统的燃油进机压力的压力测量值可以编码为01010111，右主机的燃油系统的燃油进机压力的压力测量值可以编码为01010112；左主机的燃油系统的燃油进机压力的压力低报警可以编码为01010131，右主机的燃油系统的燃油进机压力的压力低报警可以编码为01010132。采用类型码居前，顺序号局后的方式，一是可以方便的将测点编码扩展到多个设备，二是可以方便的区分分类码和设备码，便于面向测点类型或者特定设备进行统计分析。本例中的测点01010131，十进制数为8位数字，采用ASCII文本格式存储为8个字节，采用整数格式的二进制存储时，则只需要占用4位即可，用16进制表示为0x000F69D3。

设备也可以不单独进行面向类型的类型编码，直接进行面向特定设备进行顺序编码。例如直接将左主机编码为01，右主机编码为02，其后为设备内部的其它编码。左主机的燃油系统的燃油进机压力的压力测量值可以编码为0101011，右主机的燃油系统的燃油进机压力的压力测量值可以编码为0201011，这种编码的优点在于节约位数，但是由于不具有完整严格的类型码，因此进行某些方面的统计汇总较为复杂。

远程终端代表船舶、飞机上传数据，需要进行编码以区分测点数据的来源，并打包在数据文件里。远程终端的编码方案与测点类似，采用10进制的编码方案，采用整数格式的计算机存储和网络打包传输方法。

为提高传输效率，远程终端采用多个测点批量传输的模式。测点数据先打包成本地数据文件，可以是计算机内存文件，也可以是计算机外存储文件；定时获取的数据，如船舶机舱设备工况数据、航行作业实时数据或者汇总数据直接存储到所述数据文件中；非定时获取的数据，如事件报警类数据，数据产生的时间不定，而这些重要的信息不能遗漏，因此不能采取定时获取的方式，以防间隔过长丢失重要报警；可以采用监听器的机制监听事件，并将数据先存储到计算机内存中，再按照一定的逻辑，如定时打包存储到数据文件中。为提高效率，本地数据文件分为2类或者2个，1类(个)用于测点数据打包，另1类(个)用于远程传输；这样数据打包和远程传输可以同时进行。2类(个)文件的用途可以交换，测点数据打包完成后，可以转换为用于远程传输的文件，远程传输完成后，清除数据文件的内容，用于另一个循环的测点数据打包。

在航行过程中，船舶可能进入信号盲区，网络可能中断，因此上传的数据可能不完整；不完整的数据还可能来自于正在进行还未完成的上传过程。为了防止数据不完整以及重复解析，只有传输完成的数据才能进行的解析，否则会增加解析的困难和不确定性，为了很好的解决这一问题，本发明采用文件传输的方式，在上传完成前，数据文件采用不同于最终文件的特殊后缀，传输完成后则更改为正式的后缀名，用以标识文件的完整性。特别的，测点数据文件采用FTP文件传输协议传输。

中心站系统20，同时设置了实时数据库205和历史数据库206，而不是利用关系型数据库，采用一张数据表存储所有同类测点数据，利用SQL语言查询最新数据，或者利用单独的数据表存储实时数据。实时数据库为各远程终端存储各测点在时间上最新的一条记录。本发明的实时数据库系统205，采用2级字典的方式存储测点数据，同时采用远程终端编码和测点编码识别测点。1级字典根据远程终端编码定位指定远程终端的测点数据字典(2级字典)，2级字典根据测点编码提取测点的实时数据。

附图说明

图1为本发明系统框图

图2为船舶测点编码方案

图3为船舶测点报文格式

图4为船舶测点报文数据结构-设备工况

图5为船舶测点报文数据结构-事件报警

图6为中心站实时数据库方案

图7为船载系统测点数据文件打包远传方案

具体实施方式

本发明以船舶为例，说明远程监测系统的实施方式。可以利用工控机作为远程终端，作为船载系统，一条船舶设置一个，与中心站通过3G/2G移动网络建立因特网链路。系统组成

具体实现时的总体方案和系统组成如图1所示，作为远程终端10的船舶系统中包括测点编码101、数据打包102和文件传输103三大模块，自行开发各自相应的软件，这些软件可以直接与船舶设备通信获取测点数据，或者与OPC软件通讯获取测点数据，或者与机舱监控软件通讯获取测点数据。文件传输103模块可以利用FTP协议传输文件，可以直接利用编程语言如C/C++，C#或者Java提供的API进行文件传输。

船舶向中心站传输测点数据文件，在传输过程中，以不同于最终文件的名称存储，例如可以在正式文件名之后添加.tmp后缀，传输完成后，再更改为最终的文件名。中心站系统不对没有最终完成的数据文件进行解析。

在采用TCP模式传输数据文件时，采用FTP协议，船舶系统会感知到文件的传输状态，未传输完成的文件保存在船舶计算机中，择机再传。传输完成的数据文件则删除文件或者清除数据，防止重复传输。

岸基中心站20中的文件接收201可以使用商用的FTP服务器软件，文件解析模块202和测点解码模块203可以编制为一套软件，定时监控FTP服务器的文件目录，在监测到完整传输的数据文件后，需根据定义的数据文件格式和测点编码解析出测点的数据和时间。实时数据库204可以自行开发，历史数据库205可以使用支持SQL语言的关系型数据库，WEB服务器206可以利用商用的服务器软件，如微软公司的IIS。

测点编码实施方案

假设采用4字节的无符号整数进行编码和存储，其编码空间的范围为0-0xFFFFFFFF(16进制)，转换为十进制的范围为0-4294967295，其范围的上限为10位10进制数字。编码方案可以是xxxxxxxxxx，每个x代表一个10进制数字，位次依次为10-9-8-7-6-5-4-3-2-1，其第10位可以取值0-4，其它各位次可以取值0-9。也可以只用部分10进制位数，从低位次开始，例如只用1-8位次。

按照船级社的要求，船载系统需要监测大量参数，例如中国船级社CCS“钢质海船入级规范”第4分册第7篇“自动控制和遥控”中提供了自动化系统的监测项目表，按照设备、子系统等进行了分类。采用本发明的编码方法，测点采用层次化编码方案，每一层次占用几个10进制位数；每一层次的位数按照所在层次所需的编码空间确定。1位10进制数字的范围为0-9，2位10进制数字的范围为0-99，3位10进制数字的范围为0-999。，例如可以采用设备(2位)-子系统(2位)-测点(2位)-信号类型(1位)-设备序列号(1位)的5部分的层次化编码方法，共占用8位10进制数字，在4位无符号整数的范围内。

图2显示了除设备序列号的一种编码方案，主柴油机编码为01，辅柴油机编码为02。主柴油机的燃油子系统编码为01，滑油子系统编码为02；辅机相对简单，不细分成多个子系统，其子系统部分的编码设置为01。测点占用2位，这样每一子系统最多有100个测点，如果某些特别的子系统测点多于100，可以通过另外设置子系统的编码方式，再开辟100个测点编码空间。在船舶设备监测中，经常需要监测信号具体数值和报警信息，报警有多种类型，为了区分信号类型，将信号具体数值编码为1，低报警编码为3，过低报警编码为5，其它如高报警、过高报警以及数字信号0-1和1-0等均可单独编码。设备序列号根据需要编码，最多可为同一类型编码10台设备。

将设备序列号单独编码并置后的好处在于只受制于编码空间，而不限制具体数量，并且可以灵活的跟类型分割，便于对测点进行分类统计、汇总和比较。

船舶编码也可以采用类似的方案，按整数进行计算机存储和网络传输，并在编码空间内，按可读性好的十进制进行编码。例如可以按照公司-分公司-部门-船型-序列号的方案进行船舶编码，当然各部分顺序可根据需要调整。

测点数据的远程报文需要可采用如图3所示的格式，包括船舶编码，与远程终端一一对应，以及测点数据结构，依不同的类型有不同的具体结构，例如设备工况测点的数据为浮点数，可以采用图4所示的数据结构；事件报警的数据为开关量，只需一个字节即可，可以采用图5所示的数据结构。多个测点数据可以连续打包成一个报文。

实时数据库方案

实时数据库为各船舶存储各测点在时间上最新的一条记录。实时数据库系统(205)，采用2级字典的方式存储测点数据，同时采用船舶编码和测点编码识别测点，其实施可如图6所示。1级字典根据船舶编码定位到指定船舶的测点数据字典(2级字典)，2级字典再根据测点编码提取测点数据。测点数据可以采用较为复杂的面向对象的方式存储，从而能够存储多种类型的数据，包括浮点数、整数或者自定义的数据结构。

船舶测点数据打包实施方案

船舶测点编码打包采用图7所示的方案。在船舶端，测点数据先打包成本地数据文件，考虑到测点数据量不确定，采用计算机外存储文件；考虑到远程传输情况复杂，可能中断和超时，耗时较多，因此设置2个文件671和672，分别用于测点数据打包和数据传输，2个数据文件的功能或者用途可以交换，例如传输完成的情况下。

为提高测点数据的远传效率，采用批量传输的方式。定时获取的数据批量采集，如设备运行工况602、航行作业实时数据603和航行作业汇总数据604，可以直接存储到所述数据文件中；非定时获取的数据，如设备事件报警数据601，数据时间不定，不能批量采集，先存储到计算机内存611，可以是内存文件的方式，或是自定义的方式，再按照一定的逻辑，如不超过2秒钟，或者报警量不超过10条的准则打包存储到测点数据文件671或者672中；

因为涉及到多方争用数据文件的情况，必须提供同步机制621和641，保证数据的完整性。文件功能交换661的作用是在合适的情况下交换2个测点数据文件671和672的功能或者说用途，例如，在某一文件，假设672远程传输完成后，就需要传输另一数据文件671，通过文件功能交换，671将用于下一循环的数据传输，672用于下一循环的数据采集打包。

Claims (10)

1.一种远程监测系统，其特征在于，包括远程终端系统（10）和中心站系统（20）；所述的远程终端系统包括测点编码（101）、数据打包（102）和文件传输（103）三个模块，三个模块顺序相连；所述的中心站系统包括文件接收（201）、文件解析（202）、测点解码（203）、实时数据库（204）、历史数据库（205）和WEB服务器（206）六个模块，所述的文件接收模块、文件解析模块、测点解码模块顺序相连，测点解码模块（203）一路通过实时数据库模块（204）与WEB服务器模块（206）相连，一路通过历史数据库模块（205）与WEB服务器模块相连，远程终端系统通过文件传输的方式，连续的上传实时和准实时的测点数据到中心站系统。

2.根据权利要求1所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的测点编码模块的编码方法采用整数格式的测点编码方式，测点编码的计算机存储和网络传输采用二进制方式，包括2字节、4字节或8字节的整数类型；测点的编码采用十进制位数固定的方式；在十进制下，测点的编码分成几个部分，每一部分的十进制位数固定。

3.根据权利要求2所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的测点编码模块的编码方法，代表测点类型的部分居前，代表特定设备的顺序号居后。

4.根据权利要求1所述的一种远程监测系统，其特征在于，数据打包模块的工作方法，将测点数据打包成测点数据文件，测点数据文件中包含所述的远程终端系统编码，或者与所述的远程终端系统一一对应的一种编码；所述的编码采用整数格式，编码的计算机存储和网络传输采用二进制方式，包括2字节、4字节或8字节的整数类型；所述的编码具有固定的十进制位数；在十进制下，所述的编码分成几个部分，每一部分的十进制位数固定。

5.根据权利要求1所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的远程终端系统的工作方法，（1）将测点数据先打包成本地数据文件，其数据文件是计算机内存文件，或者是计算机外存储文件；（2）定时获取的数据直接打包存储到所述数据文件中；（3）非定时获取的数据先存储到计算机内存中，再打包存储到数据文件中；（4）本地数据文件有2个或者多个，分别用于测点数据存储或远程传输，用途可以交换。

6.根据权利要求1所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的文件传输模块传输测点数据文件到中心站系统，中心站系统接收过程中采用不同于最终文件的名称保存。

7.根据权利要求6所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的中心站系统将未完成的测点数据文件以不同于最终文件后缀的特殊后缀标识。

8.根据权利要求1所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的文件传输模块和文件接收模块，采用FTP协议传输测点数据文件。

9.根据权利要求1所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的实时数据库只存储各测点时间上最新的一条记录。

10.根据权利要求9所述的一种远程监测系统，其特征在于，所述的实时数据库采用2级字典的方式存储测点数据，同时采用远程终端编码和测点编码识别测点数据。

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