CN102571869A - 一种载人潜水器水面监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种载人潜水器水面监视系统，包括水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机、交换机和WEB服务器；所述水声通讯机阵列与数字水声通讯机数据通讯连接；所述GPS模块与GPS数据接收机数据通讯连接；所述超短基线基阵与超短基线计算机数据通讯连接；所述数字水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机与交换机数据通讯连接；所述WEB服务器与交换机通讯连接。本发明采用了以太网结构，WEB服务方式，FLASH图形化信息显示，从而使得水面监视系统结构简单，扩展性强，移植性强，人性化，直观化，使用方便，应用于载人潜水器母船上。维护方便，如果出现故障，只要更换一台WEB服务器就可以使得整个系统重新正常工作。

Description

一种载人潜水器水面监视系统

技术领域

本发明涉及计算机WEB开发技术，数据融合技术，水下机器人领域，具体说是一种载人水下机器人水面监视系统。

背景技术

随着科学技术发展的日新月异，人类的足迹几乎遍布于地球的第一个角落，神秘的海底也不例外。由于海洋资源开发与海洋环境探索的迫切需求，使得水下机器人及相关技术得到了迅猛发展。而载人潜水器就是一种水下机器人的一种，它与常规意义上的无人潜水器(ROV和AUV)不同，它是由驾驶员在潜水器上操作完成的，也就是说有几名工作人员要搭载潜水器下潜到几千米的深度去作业，那么载人潜水器的安全保障工作与传统的常规意义上的无人潜水器自然就不是一个等级的。载人潜水器需要下潜到几千米的深海中进行作业，而支持母船就是他的唯一的安全保障平台，载人潜水器在水下的工作情况、设备状态、人员情况，在水中的相对于母船的位置，所处的深度，水下的航行轨迹等信息都是水面支持母船上的工作人员所迫切想知道的内容，另外这些信息也是需要进行保留下来的，载人潜水器水面监视系统就是来完成这一系列工作的。

载人潜水器是一种可以搭载科研人员在海底游动、作业或从事专门工作的一种水下潜水装置。目前载人潜水器在国内刚刚起步，仅有一台，在国际上也仅有几个发达国家有相应设备。由于载人潜水器搭载科研人员这一特殊性，而支持母船就是他的唯一的安全保障平台，那么在执行任务其间，支持母船上的工作人员能够及时准确的了解到载人潜水器的工作情况、设备状态、人员情况、位置信息就是必不可少的，无论是对载人潜水器的安全保障还是对下潜人员的心理支持都能起到重大的作用。而现在的国际上的载人潜水器虽然可以通过水声电话与水下人员通话，但是，这种对话往往要占用大量的时间，从而影响水下作业，对于载人潜水器这种自带能源，搭载人员有限，每个人员都有相应工作内容的情况下，水声通话如果只是报告一些简单工作情况、设备信息，那么就是一种时间上的浪费；另外现在的国际上的载人潜水器虽然也有超短基线计算机，在该计算机上可以看到图形处的载人潜水器相对支持母船的位置信息，但是由于该计算机的安装位置一船都在底舱靠近超短基线基阵的位置，远离驾驶室与指挥中心，即使在造船的时候考虑到了这点，从而把超短基线计算机安放在了驾驶室或指挥中心，也只能满足一个地方的工作人员了解载人潜水器的相对位置，而不能满足其它位置的人员了解载人潜水器的位置信息的要求，而载人潜水器的位置信息无论对于母船驾驶人员，下载指挥人员，还是其它一些水声设备操作人员都是非常重要的。再有就是先进一些的载人潜水器虽然有数字化的信息从水下载人潜水器发送到载人母船上，但同样的存在与超短基线计算机一样的只能放在一个位置，不能满足于全船工作人员共同需求的要求。

因此，一个显示直观、人性化、可扩展性强、可移植性强的满足支持母船各个工作岗位的工作人员对载人潜水器信息需求的用于载人潜水器支持母船上的载人潜水器水面监视系统在载人潜水器的发展中就突显出了其的重要性。

发明内容

针对现有技术中所存在的母船工作人员无法了解载人潜水器状态信息，或只能通过水声电话来了解这种低效率的工作方法，或者虽说有数字化的信息可以供工作人员参考，却严重缺乏可扩展性，可移植性的问题，本发明通过WEB服务器基于以太网收集、汇总、存储由数字水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机所广播到网上的数据信息，并以WEB服务的方法可以使得接入以太网的客户终端可以在支持母船上的任何位置都可以只通过浏览器就可以浏览到及时更新的载人潜水器的状态信息、能源信息、生命支持信息、位置信息、报警信息及航行轨迹等重要信息来实现一个人性化、扩展性高，移植性强，结构简单，成本低廉的及各种信息于一体的载人潜水器水面监视系统。

本发明采用的技术方案是：一种载人潜水器水面监视系统，包括信息采集模块、信息转换模块、信息传输模块、WEB服务器模块及客户端信息显示模块；所述信息采集模块与信息转换模块通讯连接；所述信息转换模块与信息传输模块通讯连接；所述WEB服务器模块通过信息传输模块与信息转换模块通讯连接；所述客户端信息显示模块通过信息传输模块与WEB服务器模块通讯连接。

所述信息采集模块采用数字水声通讯机阵列、超短基线基阵及GPS模块。

所述信息转换发送模块为数据水声通讯机、超短基线计算机、GPS数据接收机。

所述信息传输模块采用交换机。

所述WEB服务器模块为一移动式WEB服务器，该WEB服务器内存有载人潜水器水面监视系统程序。

所述客户端信息显示模块为接入以太网的PC机、笔记本、掌上电脑。

所述水声通讯阵列与数字水声通讯机数据通讯连接；所述GPS模块与GPS数据接收机数据通讯连接；所述超短基线基阵与超短基线计算机数据通讯连接；所述数字水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机与交换机数据通讯连接；所述WEB服务器模块与交换机通讯连接；所述客户端信息显示模块通过交换机与WEB服务器模块通讯连接；通过所述客户端信息显示模块可以浏览WEB服务器提供的载人潜水器状态信息。

所述WEB服务器中存有水面监视程序，该程序流程如下：

开始运行；

启动WEB服务；

检测网络状态是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则检测通讯端口状态是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则设置端口格式；

启动通讯并检测通讯是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则采集数据；

判断信息采集模块是否正常工作；

若否，则生成报警信息；

若是，则创建数据库及用于显示的数据文件；

接收汇总数据；

存储数据到数据库；

转换数据并更新WEB服务器上用于显示的数据文件；

返回，接收汇总数据。

所述客户端信息显示模块中可能过浏览器下载水面监视系统的图形显示程序，该程序流程如下：

打开浏览器；

输入WEB服务器服务地址，申请访问水面监视图形页面；

判断WEB服务器是否开启；

若否，则报警，显示无用页面；

若是，则打开水面监视系统页面，下载并显示FLASH水面监视图形；

申请访问用于显示数据文件，判读申请是否申请成功；

若否，则报警；

若是，则下载用于显示的数据文件；

解析用于显示的数据文件，并显示相关数据信息；

通过显示定时器，设置更新周期；

按照更新周期间隔对显示用数据文件进行下载并解析，然后显示相关数据信息；返回，下载用于显示的数据文件。

本发明具有如下优点：

1、实现网络化扩展。采用WEB服务器支持WEB访问方法作为服务端收集汇总数据，使得只要客户终端是一台支持网络浏览、支持FLASH显示的无论是台式机、笔记本、PDA等智能终端都可以采用有线、无线的方式接入船载以太网，即可通过WEB方式访问服务器，实现在客户终端上打开载人潜水器水面监控系统的功能。

2、数据记录完整。本系统采用的WEB服务器对连入系统的超短基线信息、GPS信息、及由数据水声通讯接收来的载人潜水器水下工作过程中的相关信息进行全程的记录，为实现后期的数据分析及故障分析提供可靠的数据支持。

3、及时报警功能。本系统采用了先进的数据水声通讯技术及相关数据融合技术，使得水下载人潜水器上的报警信息在对应水声通讯时间周期延迟后就可以在水面监视系统中同步显示出来，为水面指挥人员对潜水器所出现的问题有全面的了解及做出及时的处理并下达合理的指令。

4、直观化的完整数据显示。本系统采用了FLEX技术开发交互式FLASH前台显示，使得水面监视系统显示部分更加人性化、更加直观。另外由于把相关的水声通讯信息、超短基线信息、GPS信息进行了整合，使得显示画面更加直观，更加突出重要信息。此外，由于信息都可以直观的显示在指挥人员面前，使得指挥人员可以直接的了解到相关数据信息，就可以免除了大量的水声电话交流，从而节省了大量的时间，使得水下作业时间相对增长，同时降低了水下、水面工作人员的劳动强度。

5、维护方便。系统采用了WEB服务器的方式接入以太网，成本降低的同时，使得维护起来也相对方便，如果出现故障，只要更换一台WEB服务器，然后把内部的水面监视系统的程序移植过去就可以使得整个系统重新正常工作。

附图说明

图1是本发明结构框图；

图2是本发明WEB服务器端程序流程图；

图3是本发明客户端显示界面流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种载人潜水器水面监视系统，包括信息采集模块、信息转换模块、信息传输模块、WEB服务器模块及客户端信息显示模块；所述信息采集模块与信息转换模块通讯连接；所述信息转换模块与信息传输模块通讯连接；所述WEB服务器模块通过信息传输模块与信息转换模块通讯连接；所述客户端信息显示模块通过信息传输模块与WEB服务器模块通讯连接。

所述水声通讯阵列与数字水声通讯机数据通讯连接；所述GPS模块与GPS数据接收机数据通讯连接；所述超短基线基阵与超短基线计算机数据通讯连接；所述数字水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机与交换机数据通讯连接；所述WEB服务器模块与交换机通讯连接；所述客户端信息显示模块通过交换机与WEB服务器模块通讯连接；通过所述客户端信息显示模块可以浏览WEB服务器提供的载人潜水器状态信息。

所述信息采集模块采用数字水声通讯机阵列、超短基线基阵及GPS模块。

所述信息转换发送模块为数据水声通讯机、超短基线计算机、GPS数据接收机。所述信息传输模块采用交换机。

所述WEB服务器模块为一移动式WEB服务器，该WEB服务器内存有载人潜水器水面监视系统程序。所述客户端信息显示模块为接入以太网的PC机、笔记本、掌上电脑。

该系统中，数据水声通讯机输入端为水声通讯阵列用于采集由载人潜水器发送出来的水声数据，输出端通过线缆与交换机相连，数据水声通讯机将由水声通讯阵列采集上来的载人潜水器数据信息解析出来然后以UPD的数据协议广播到船载以太网中；所述GPS模块，通过与卫星通讯来定位自身所在的全球位置信息，输出到船载GPS数据接收机，通过线缆与交换机相连，GPS数据接收机将通过GPS模块接收来的GPS信息解析出来然后以UPD的数据协议广播到船载以太网中；所述超短基线计算机是对水下载体通过超短基线基阵进行定位跟踪的水声设备，超短基线计算机输入端与超短基线基阵连接，该基阵接收载人潜水器所搭载的超短基线信标所发射的水声信息，所述超短基线计算机输出端通过线缆与交换机相连，所述超短基线计算机将超短基线基阵接收到的载人潜水器水下位置信息解析后以UDP的数据协议广播到船载以太网中；所述WEB服务器通过线缆与交换机相连接，加入船载以太网中；WEB服务器中存有载人潜水器水面监视系统服务器程序，该程序可以实现对船载以太网中的数据进行收集并汇总存储，并且对以太网内部的计算机提供WEB服务功能来分享这些数据，实现在客户端计算机上实现图形化信息显示，来完成载人潜水器水面监视功能；客户端计算机通过线缆接入交换机，加入基于该交换机所构成的以太网，客户端计算机可以通过浏览器访问WEB服务器提供的WEB网站，从而实现在分布式客户端计算机上直观的图形化显示载人潜水器水面监视。

如图2所示，所述WEB服务器中存有水面监视程序，该程序流程如下：

开始运行；

启动WEB服务；

检测网络状态是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则检测通讯端口状态是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则设置端口格式；

启动通讯并检测通讯是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则采集数据；

判断信息采集模块是否正常工作；

若否，则生成报警信息；

若是，则创建数据库及用于显示的数据文件；

接收汇总数据；

存储数据到数据库；

转换数据并更新WEB服务器上用于显示的数据文件；

返回，接收汇总数据。

如图3所示，

所述客户端信息显示模块中存有浏览水面监视图形的显示程序，该程序流程如下：

打开浏览器；

输入WEB服务器服务地址，申请访问水面监视图形页面；

判断WEB服务器是否开启；

若否，则报警，显示无用页面；

若是，则打开水面监视系统页面，下载并显示FLASH水面监视图形；

申请访问用于显示数据文件，判读申请是否申请成功；

若否，则报警；

若是，则下载用于显示的数据文件；

解析用于显示的数据文件，并显示相关数据信息；

通过显动定时器，设置更新周期；

按照更新周期间隔对显示用数据文件进行下载并解析，然后显示相关数据信息；返回，下载用于显示的数据文件。

具体工作过程举例如下：

载人潜水器水面监视系统中通过数据水声通讯机把水声通讯阵列采集到的载人潜水器的内部设备信息、能源信息、生命维持信息、报警信息等数据转换成UDP协议的数据广播到船载以太网中；GSP数据接收机把通过GPS模块接收到的数据转换成UDP协议的数据广播到船载以太网中；超短基线计算机把通过超短基线接收到的载人潜水器位置信息转换成UDP协议的数据广播到船载以太网中。WEB服务器接入船载以太网，在该WEB服务器中存有载人潜水器水面监视系程序，该程序会实时监视以太网中UDP协议的数据，只要是水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机所广播出来的数据都进行解析，同时分别对应生成载人潜水器信息数据库、GPS数据库、超短基线数据库用于存储相对应的数据，另外，还同时生成显示用数据文件，该数据文件内的信息都是经过转换过后可用于客户端FLASH显示用的数据，该数据文件在有新的数据到达时进行更新。客户终端可以是任意一台接入船载以太网的台式机、笔记本、PDA智能终端等，只要打开该计算机上的浏览器，输入WEB服务器的网址，就可以打开全FLASH界面显示的水面监视系统，该FLASH会以一定的更新周期对WEB服务器进行对显示用数据文件的申请，并把该文件中的数据解析后来进行图形化数据显示。该图形化显示界面中以极坐标地图形式显示了母船与载人潜水器的相对位置及个自的对应航迹。同时还显示了从载人潜水器通过水声通讯发送上来的载人潜水器的深度信息、能源信息、生命维持系统信息、报警信息等。至此，载人潜水器水面监视系统实现了水面水下数据信息的综合显示，实现了全船覆盖性网络扩展，实现了数据的全程完整记录，实现了最小化的语音通讯以节省出水下作业时间。

实际工作过程如下：下放水声通讯阵列、开启数据水声通讯机，向以太网中广播水声数据；下放超短基线基阵、开启超短基线计算机，向以太网中广播超短基线数据；开始GPS数据接收机，给GPS模块上电，向以太网中广播GPS数据；开启WEB服务器，启动WEB服务，启动载人潜水器水面监视系统，接受水声通讯数据、超短基线数据、GPS数据，生成对应载人潜水器数据库、超短基线数据库、GPS数据库及显示用数据文件，把接收到的数据存储到相应数据库并更新显示用数据文件，始终监视网络数据，重复完成上述存储数据进入数据库及更新显示用数据文件动作。客户终端打开计算机，打开浏览器，输入WEB服务器网址，打开载人潜水器水面监视FLASH界面，在该界面上就会显示出当时的载体与母船的相对位置信息及累计航迹信息，载人潜水器的深度信息、能源信息、生命维持信息、报警信息等。

Claims (9)

1.一种载人潜水器水面监视系统，其特征在于：包括信息采集模块、信息转换模块、信息传输模块、WEB服务器模块及客户端信息显示模块；

所述信息采集模块与信息转换模块通讯连接；

所述信息转换模块与信息传输模块通讯连接，

所述WEB服务器模块通过信息传输模块与信息转换模块通讯连接；

所述客户端信息显示模块通过信息传输模块与WEB服务器模块通讯连接。

2.按照权利要求1所述的水面监视系统，其特征在于：所述信息采集模块采用数字水声通讯机阵列、超短基线基阵及GPS模块。

3.按照权利要求1所述的水面监视系统，其特征在于：所述信息转换发送模块为数据水声通讯机、超短基线计算机、GPS数据接收机。

4.按照权利要求1所述的水面监视系统，其特征在于：所述信息传输模块采用交换机。

5.按照权利要求1所述的水面监视系统，其特征在于：所述WEB服务器模块为一移动式WEB服务器，该WEB服务器内存有载人潜水器水面监视系统程序。

6.按照权利要求1所述的水面监视系统，其特征在于：所述客户端信息显示模块为接入以太网的PC机、笔记本、掌上电脑。

7.按照权利要求1所述的水面监视系统，其特征在于：

所述水声通讯阵列与数字水声通讯机数据通讯连接；

所述GPS模块与GPS数据接收机数据通讯连接；

所述超短基线基阵与超短基线计算机数据通讯连接；

所述数字水声通讯机、GPS数据接收机、超短基线计算机与交换机数据通讯连接；

所述WEB服务器模块与交换机通讯连接；

所述客户端信息显示模块通过交换机与WEB服务器模块通讯连接；

通过所述客户端信息显示模块可以浏览WEB服务器提供的载人潜水器状态信息。

8.按照权利要求1所述水面监视系统，其特征在于：所述WEB服务器中存有水面监视程序，该程序流程如下：

开始运行；

启动WEB服务；

检测网络状态是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则检测通讯端口状态是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则设置端口格式；

启动通讯并检测通讯是否正常；

若否，则报警退出；

若是，则采集数据；

判断信息采集模块是否正常工作；

若否，则生成报警信息；

若是，则创建数据库及用于显示的数据文件；

接收汇总数据；

存储数据到数据库；

转换数据并更新WEB服务器上用于显示的数据文件；

返回，接收汇总数据。

9.按照权利要求1所述水面监视系统，其特征在于：所述客户端信息显示模块中可能过浏览器下载水面监视系统的图形显示程序，该程序流程如下：

打开浏览器；

输入WEB服务器服务地址，申请访问水面监视图形页面；

判断WEB服务器是否开启；

若否，则报警，显示无用页面；

若是，则打开水面监视系统页面，下载并显示FLASH水面监视图形；

申请访问用于显示数据文件，判读申请是否申请成功；

若否，则报警；

若是，则下载用于显示的数据文件；

解析用于显示的数据文件，并显示相关数据信息；

通过显示定时器，设置更新周期；

按照更新周期间隔对显示用数据文件进行下载并解析，然后显示相关数据信息；

返回，下载用于显示的数据文件。

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