CN106878430A - 基于云构架的船舶综合管理系统及其通信方法和救助方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于云构架的船舶综合管理系统及其通信方法和救助方法，系统包括传感层、网络层和应用层，传感层包括若干船端智能数据采集器，所述船端智能数据采集器包括CPU以及分别与CPU连接的无线数据传输模块、定位模块、存储模块、RS485通信模块、RS232通信模块、433MHz通信模块及电源电路；船端智能数据采集器通过其RS485通信模块和RS232通信模块分别连接各种船舶工况传感器；网络层与传感层的无线数据传输模块连接，应用层包括云端服务器、Web端及移动应用端。本发明实现对船舶位置数据及船舶各种工作数据进行综合管理，提供船舶位置与轨迹查询及各种工作数据查询功能以及船舶报警救助功能，提高了船舶数据监管的全面性和实时性，扩展了船舶管理的应用功能。

Description

基于云构架的船舶综合管理系统及其通信方法和救助方法

技术领域

本发明涉及船舶管理技术领域，特指一种基于云构架的船舶综合管理系统及其通信方法和救助方法。

背景技术

船舶管理系统是在一定水域内用以保证航行船舶安全和效率的管理系统，随着水运事业的发展，船舶交通量不断增加,为使船舶能顺畅通航于有限水域或拥挤水域，如港口，还有江河、海峡，各海运国家逐渐建立起岸船之间合作的船舶交通管理系统，现有的船舶管理系统还存在一下缺陷：

易用性和数据共享方面：现有的功能较多的船舶管理系统主要还是C/S架构的，即通过安装在船舶上的相关设备，如：船载机等来对船舶的数据进行采集和管理，是一个较为封闭的系统，无法实现数据的共享，不能很好的利用已有数据的价值，离开船舶后便无法得知船舶相关数据的具体信息，如：船舶工况，电池组信息等。

功能性方面：目前满足上面所述的易用性和数据共享的基于B/S架构的船舶管理系统，在功能性方面较为单一，其一般只能获取到船舶的航行信息，如：经纬度、航速、航向等。无法得知船舶的能耗信息、电池组信息、以及相关设备的工况信息等。

应用范围方面：互联网、物联网技术的不断发展，推动着船舶运输行业信息化的发展，获取到信息化带来好处的却是那些自动化程度较高的大型船舶，而自动化程度较低的小型船舶，如：渔船、游艇等却没能获取到信息化带来的好处，未能将互联网技术惠及到船舶行业的老百姓。

为了将信息化带来的好处惠及船舶行业的老百姓，本发明人为渔民、船东、船舶管理机构等提供具有易用、实用功能的基于云架构的船舶综合管理系统及其通迅方法和救助方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于云构架的船舶综合管理系统及其通信方法和救助方法，其实现对船舶位置数据及船舶各种工作数据进行综合管理，提高了船舶数据监管的全面性和实时性，降低了船舶管理系统的架构难度，扩展了船舶管理的应用功能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于云构架的船舶综合管理系统，包括：

传感层，其包括若干船端智能数据采集器，所述船端智能数据采集器包括CPU以及分别与CPU连接的无线数据传输模块、定位模块、存储模块、RS485通信模块、RS232通信模块、433MHz通信模块及电源电路；所述定位模块用于获取船舶的定位数据，所述船端智能数据采集器通过其RS485通信模块和RS232通信模块分别连接各种船舶工况传感器，以采集船舶各工作设备的工作数据，所述433MHz通信模块用于与其他船端智能数据采集器之间的通信；所述存储模块用于存储船端智能数据采集器采集到的所有数据以及船舶基本参数，船舶基本参数含其ID；所述无线数据传输模块用于接入网络层并将存储模块中的所有数据和参数通过网络层上传；

网络层，与传感层的无线数据传输模块连接，用于通过通讯链路将船端智能数据采集器中存储的所有数据上传至应用层的云端服务器，上传方式采用短报文通讯协议；以及

应用层，其包括云端服务器、Web端及移动应用端；所述云端服务器用于以数据库的形式存储传感层上传的数据，云端服务器还存储了电子地图数据、Web端用户数据及移动端用户数据；Web端与移动应用端均可从云端服务器获取其存储的所有数据；

所述Web端具有登录模块、船舶行业信息展示模块、定位与轨迹展示模块，数据查询单元及系统管理模块；所述登录模块用于供用户登录Web端；所述船舶行业信息展示模块用于展示船舶行业新闻动态；所述定位与轨迹展示模块用于调取云端服务器的参数及电子地图数据，并基于GIS技术在电子地图上实现船舶实际位置、船舶轨迹查询及参数查看；所述数据查询单元用于查询工作数据；所述系统管理模块用于对用户信息、用户权限、船舶行业信息展示模块展示的信息及云端服务器存储的参数进行管理；

所述移动应用端具有船舶位置查询模块及与船舶位置查询模块及连接的报警按钮和救助按钮，所述船舶位置查询模块用于调取云端服务器的船舶定位数据及电子地图数据，并基于GIS技术在电子地图上实现船舶实时位置显示；通过按下报警按钮，安装了移动应用端的移动设备将该船舶的报警信息发送至报警范围内的船舶，在报警范围内安装有移动应用端的船舶可接受报警信息并在其船舶位置查询模块显示本船舶及报警船舶的实时位置，接受到报警信息的船舶通过按下救助按钮向报警船舶发送接受请求的信息；所述移动应用端为微信端。

所述船端智能数据采集器的定位模块采用BDS/GPS双模定位模块，无线数据传输模块采用3G/4G无线通信模块。

所述船舶工况传感器包括船用燃油流量计、主机转速传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、滑油压力传感器及电池组检测器，分别用于获取然后能耗数据、柴油机转速，锅炉压力，配电系统电压数据；各传感器可分别通过RS485通信模块或RS232通信模块将各自采集到的数据发送至CPU；

所述数据查询单元包括船舶能耗查询模块和多项参数查询模块；所述船舶能耗查询模块用于查询及分析船舶的能耗数据；多项参数查询模块用于查询出能耗数据之外的船舶设备的工作参数。

基于云构架的船舶综合管理系统通信方法，其采用短报文通讯协议在云端服务器和船端智能数据采集器之间进行数据传输，短报文由报文头、报文内容及报文结束符组成；该方法具体包括以下步骤：

第一步、请求连接报文：船端智能数据采集器向通过网络层向运动服务器发送请求连接报文，请求连接报文中包含船端智能数据采集器的ID，该ID用于云端服务器对船端智能数据采集器进行身份检验，仅检验认证身份后云端服务器与船端智能数据采集器通过网络层建立连接，否则云端服务器与船端智能数据采集器断开连接；

第二步、采集周期配置报文：船端智能数据采集器的身份被认证后，云端服务器向该船端智能数据采集器发送采集周期配置报文，周期配置报文含有规定船端智能数据采集器采集各船舶数据所对应的采集周期；

第三步、信息传输报文：船端智能数据采集器依据第二步的采集周期循环采集对应的船舶数据，并将这些数据通过信息传输报文的方式发送至运动服务器；

第四步、数据接收回复报文：云端服务器接收到第三步所述信息传输报文后，向船端智能数据采集器回复数据接收回复报文。

所述采集周期包括短采集周期和长采集周期，短采集周期为需要密集采集数据的采集周期，长采集周期为对数据实时性要求不高的数据的采集周期。

基于云构架的船舶综合管理系统救助方法，包括以下步骤：

S1：遇险船舶通过移动应用端的报警按钮发送报警信息；

S2：云端服务器获取该报警船舶的位置信息，根据该位置信息确定报警船舶的正方形区域的经纬度范围；

S3：云端服务器从其数据库中经纬度范围内的所有船舶；

S4：核算范围内每条船与报警穿之间的距离是否在报警范围内；

S5：云端服务器向在报警范围内的船舶推送报警信息；

S6：对应的船舶通过微信端接收到报警信息，并在电子地图上显示报警船舶和本船舶的位置，引导本船舶靠近报警船舶以实施救援。

采用上述方案后，本发明特点在于：

一、通过在船端智能输数据采集器集成定位模块采集定位数据，RS485通信模块与RS232通信模块接入各种船舶工况传感器实现船舶上各种设备的工作数据采集，以及实现了船舶定位数据及船舶各种工作数据的统一获取，通过无线数据传输模块将数据实时、快速地上传云端服务器，对上述数据进行统一存储和管理，使船舶信息更加透明化、详细化，便于管理部分掌握船只位置、工作情况等信息，及时排查处理突发情况，提高了船舶监管的全面性和实时性。

二、云端系统功能上：根据目前船舶运输行业的新需求，提供了更多实用的功能。从环境保护、碳排放交易、渔船油补方面的需求出发，应用层的Web端提供了船舶能耗管理方面的功能；从船员安全性需求方面出发，移动应用端提供了基于移动端的自助救助救援功能；从特殊类型船舶需求方面考虑，提供了对不同种类的船舶数据进行采集和管理的功能；除此之外，管理系统通过将传统Web应用和微信应用结合在一起，增加了系统的易用性；

三、系统结构上：系统整体上采用云计算架构，可实现计算基础设施的复用；通过在各种类型的船舶特别是小型船舶上加装本发明的智能船舶数据采集器，实现了信息化技术可简单的惠及到小型船舶上，扩大了先进技术的应用面积。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明基于云构架的船舶综合管理系统结构示意图；

图2是本发明船端智能数据采集器的结构框图；

图3是本发明Web端结构示意图：

图4是本发明移动应用端结构示意图；

图5是本发明基于云构架的船舶综合管理系统通信方法的流程简图；

图6是本发明基于云构架的船舶综合管理系统救助方法的流程简图。

具体实施方式

如图1所示本发明揭示的基于云构架的船舶综合管理系统，包括：

传感层，其包括若干船端智能数据采集器，一般在每个船舶上分别安装一台船端智能数据采集器；如图2所示，船端智能数据采集器包括CPU以及分别与CPU连接的无线数据传输模块、定位模块、存储模块、RS485通信模块、RS232通信模块、433MHz通信模块及电源电路；定位模块用于获取船舶的定位数据（包括经度、纬度坐标，航速，航向等数据），船端智能数据采集器通过其RS485通信模块和RS232通信模块分别连接各种船舶工况传感器，以采集船舶各工作设备的工作数据，433MHz通信模块用于与其他船端智能数据采集器之间的通信；存储模块用于存储船端智能数据采集器采集到的所有数据以及船舶基本参数，船舶基本参数含其ID；无线数据传输模块用于接入网络层并将存储模块中的所有数据和参数通过网络层上传；优选的，本实施例的船端智能数据采集器的定位模块采用BDS/GPS双模定位模块，无线数据传输模块采用3G/4G无线通信模块。船舶工况传感器一般包括船用燃油流量计、主机转速传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、滑油压力传感器及电池组检测器，分别用于获取然后能耗数据、柴油机转速，锅炉压力，配电系统电压数据；各传感器可分别通过RS485通信模块或RS232通信模块将各自采集到的数据发送至CPU；

网络层，与传感层的无线数据传输模块连接，用于通过通讯链路将船端智能数据采集器中存储的所有数据上传至应用层的云端服务器，上传方式采用短报文通讯协议；以及

应用层，其包括云端服务器、Web端及移动应用端；所述云端服务器用于以数据库的形式存储传感层上传的数据，云端服务器还存储了电子地图数据、Web端用户数据及移动端用户数据；Web端与移动应用端均可从云端服务器获取其存储的所有数据；

如图3所示，上述Web端具有登录模块、船舶行业信息展示模块、定位与轨迹展示模块，数据查询单元及系统管理模块；所述登录模块用于供用户登录Web端；所述船舶行业信息展示模块用于展示船舶行业新闻动态；所述定位与轨迹展示模块用于调取云端服务器的参数及电子地图数据，并基于GIS技术在电子地图上实现船舶实际位置、船舶轨迹查询及参数查看；所述数据查询单元用于查询工作数据；所述系统管理模块用于对用户信息、用户权限、船舶行业信息展示模块展示的信息及云端服务器存储的参数进行管理；所述数据查询单元包括船舶能耗查询模块和多项参数查询模块；所述船舶能耗查询模块用于查询及分析船舶的能耗数据；多项参数查询模块用于查询出能耗数据之外的船舶设备的工作参数，如电池组数据（包括电流、电压等），锅炉压力，柴油机转速，配电系统电压等。

如图4所示，移动应用端具有船舶位置查询模块及与船舶位置查询模块及连接的报警按钮和救助按钮，所述船舶位置查询模块用于调取云端服务器的船舶定位数据及电子地图数据，并基于GIS技术在电子地图上实现船舶实时位置显示；通过按下报警按钮，安装了移动应用端的移动设备将该船舶的报警信息发送至报警范围内的船舶，在报警范围内安装有移动应用端的船舶可接受报警信息并在其船舶位置查询模块显示本船舶及报警船舶的实时位置，接受到报警信息的船舶通过按下救助按钮向报警船舶发送接受请求的信息；所述移动应用端为微信端。

本发明船端智能数据采集设备具有以下特点：

定位数据采集：装置通过BDS/GPS双模定位模块获取统一坐标系下的时间，定位所在经度、纬度坐标，航速，航向等数据；

船舶和海工设备数据采集：该装置通过多组RS485通信模块及R232通信模块采集传感器等的数据，可进行数据多协议解析、分类等，采集的数据种类丰富。

数据存储：装置可将未上传至服务器平台的数据与存储模块中暂时保存，等装置与服务器的通讯正常时在将将数据一次上传，存储空间大（至少16M）。

数据传输：船舶设备的移动性，采用了传输速率高的3G/4G无线通信模块，进行数据上传。

综合管理：船端智能数据采集器采集的数据通过无线通信模块经无线网络上传至云端服务器进行统一存储和管理，存储方式一般采用数据库形式，便于其进一步调用和深度分析及应用。

如图5所示，本发明还揭示了一种基于云构架的船舶综合管理系统通信方法，其采用短报文通讯协议在云端服务器和船端智能数据采集器之间进行数据传输，短报文由报文头、报文内容及报文结束符组成；该方法具体包括以下步骤：

第一步、请求连接报文：船端智能数据采集器向通过网络层向运动服务器发送请求连接报文，请求连接报文中包含船端智能数据采集器的ID，该ID用于云端服务器对船端智能数据采集器进行身份检验，仅检验认证身份后云端服务器与船端智能数据采集器通过网络层建立连接，否则云端服务器与船端智能数据采集器断开连接；

第二步、采集周期配置报文：船端智能数据采集器的身份被认证后，云端服务器向该船端智能数据采集器发送采集周期配置报文，周期配置报文含有规定船端智能数据采集器采集各船舶数据所对应的采集周期；

第三步、信息传输报文：船端智能数据采集器依据第二步的采集周期采集对应的船舶数据，并将这些数据通过信息传输报文的方式发送至运动服务器；

第四步、数据接收回复报文：云端服务器接收到第三步所述信息传输报文后，向船端智能数据采集器回复数据接收回复报文。

采集周期包括短采集周期和长采集周期，短采集周期为需要密集采集数据的采集周期，长采集周期为对数据实时性要求不高的数据的采集周期。

如图6所示，本发明还揭示了一种基于云构架的船舶综合管理系统救助方法，包括以下步骤：

S1：遇险船舶通过移动应用端的报警按钮发送报警信息；

S2：云端服务器获取该报警船舶的位置信息，根据该位置信息确定报警船舶的正方形区域的经纬度范围；

S3：云端服务器从其数据库中经纬度范围内的所有船舶；报警信息的处理过程的关键是确定接收报警的船舶，由于系统中船舶的数量巨大，从性能方面考虑不能对所有船舶逐个进行和报警船舶之间的距离；

S4：核算范围内每条船与报警穿之间的距离是否在报警范围内；先根据报警船舶的经纬度和接收报警的范围，确定出一个以报警船舶位置为中心，边长为报警范围两倍的正方形，根据确定的正方形，确定其四个角的经纬度，从而确定大致满足范围要求的经纬度范围，从而大大缩小了需要进行距离运算的船舶数量。确定满足要求的经纬度范围后，再从数据库中查出满足要求的船舶，最后遍历区域里的每条船舶和报警船舶之间的距离，满足要求的标记其为接收报警的船舶。

S5：云端服务器向在报警范围内的船舶推送报警信息；

S6：对应的船舶通过微信端接收到报警信息，并在电子地图上显示报警船舶和本船舶的位置，引导本船舶靠近报警船舶以实施救援。

根据安全救助的业务逻辑，需要将求救船舶的具体位置和信息发送给其附近一定范围内的其他船舶，比如：10km范围内的船舶。安全报警和救助对实时性要求较高，而空间位置的查询和计算又比较耗时，为了使安全救助功能达到足够的性能要求，需要较好的处理过程及算法进行支持。以下是一种确定报警船舶的正方形区域的经纬度范围的算法：

1、根据两点经纬度计算两点地表距离公式

根据球坐标原理，三角函数等公式可推导出根据两点经纬度计算这两点地表距离的公式如下：

设：两点分别为A和B，latA和latB分别表示A和B的纬度，lngA和lngB分别表示A和B的经度，AB为A和B的地表距离，R为地球半径为常数。具体的距离公式如下所示：

AB＝R×arc cos[sin(latA)sin(latB+cos(latA)cos(latA)*cos(ln gA-ln gB))]在核算正方形区域里各条船舶与报警船舶之间的距离时便可利用此公式。

2、确定正方形区域经纬度范围的算法

利用6.2的距离公式，带入报警范围AB，报警船舶的经纬度latA和lngA，地球半径R，剩下的未知数为与报警船舶之间距离等于报警范围的B点的纬度latB和经度lngB。将latB赋值为报警船舶的纬度latA时，可计算出两个经度lng1和lng2，强lngB赋值为报警船舶的经度lngA时可计算出两个纬度lat1和lat2，从而确定了正方形的经度范围为：lng1到lng2，纬度范围为：lat1到lat。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.基于云构架的船舶综合管理系统，其特征在于，包括：

传感层，其包括若干船端智能数据采集器，所述船端智能数据采集器包括CPU以及分别与CPU连接的无线数据传输模块、定位模块、存储模块、RS485通信模块、RS232通信模块、433MHz通信模块及电源电路；所述定位模块用于获取船舶的定位数据，所述船端智能数据采集器通过其RS485通信模块和RS232通信模块分别连接各种船舶工况传感器，以采集船舶各工作设备的工作数据，所述433MHz通信模块用于与其他船端智能数据采集器之间的通信；所述存储模块用于存储船端智能数据采集器采集到的所有数据以及船舶基本参数，船舶基本参数含其ID；所述无线数据传输模块用于接入网络层并将存储模块中的所有数据和参数通过网络层上传；

网络层，与传感层的无线数据传输模块连接，用于通过通讯链路将船端智能数据采集器中存储的所有数据上传至应用层的云端服务器，上传方式采用短报文通讯协议；以及

应用层，其包括云端服务器、Web端及移动应用端；所述云端服务器用于以数据库的形式存储传感层上传的数据，云端服务器还存储了电子地图数据、Web端用户数据及移动端用户数据；Web端与移动应用端均可从云端服务器获取其存储的所有数据；

所述Web端具有登录模块、船舶行业信息展示模块、定位与轨迹展示模块，数据查询单元及系统管理模块；所述登录模块用于供用户登录Web端；所述船舶行业信息展示模块用于展示船舶行业新闻动态；所述定位与轨迹展示模块用于调取云端服务器的参数及电子地图数据，并基于GIS技术在电子地图上实现船舶实际位置、船舶轨迹查询及参数查看；所述数据查询单元用于查询工作数据；所述系统管理模块用于对用户信息、用户权限、船舶行业信息展示模块展示的信息及云端服务器存储的参数进行管理；

所述移动应用端具有船舶位置查询模块及与船舶位置查询模块及连接的报警按钮和救助按钮，所述船舶位置查询模块用于调取云端服务器的船舶定位数据及电子地图数据，并基于GIS技术在电子地图上实现船舶实时位置显示；通过按下报警按钮，安装了移动应用端的移动设备将该船舶的报警信息发送至报警范围内的船舶，在报警范围内安装有移动应用端的船舶可接受报警信息并在其船舶位置查询模块显示本船舶及报警船舶的实时位置，接受到报警信息的船舶通过按下救助按钮向报警船舶发送接受请求的信息；所述移动应用端为微信端。

2.如权利要求1所述的基于云构架的船舶综合管理系统，其特征在于：所述船端智能数据采集器的定位模块采用BDS/GPS双模定位模块，无线数据传输模块采用3G/4G无线通信模块。

3.如权利要求1所述的基于云构架的船舶综合管理系统，其特征在于：所述船舶工况传感器包括船用燃油流量计、主机转速传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、滑油压力传感器及电池组检测器，分别用于获取然后能耗数据、柴油机转速，锅炉压力，配电系统电压数据；各传感器可分别通过RS485通信模块或RS232通信模块将各自采集到的数据发送至CPU；

所述数据查询单元包括船舶能耗查询模块和多项参数查询模块；所述船舶能耗查询模块用于查询及分析船舶的能耗数据；多项参数查询模块用于查询出能耗数据之外的船舶设备的工作参数。

4.基于云构架的船舶综合管理系统通信方法，其采用短报文通讯协议在云端服务器和船端智能数据采集器之间进行数据传输，短报文由报文头、报文内容及报文结束符组成；其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

第一步、请求连接报文：船端智能数据采集器向通过网络层向运动服务器发送请求连接报文，请求连接报文中包含船端智能数据采集器的ID，该ID用于云端服务器对船端智能数据采集器进行身份检验，仅检验认证身份后云端服务器与船端智能数据采集器通过网络层建立连接，否则云端服务器与船端智能数据采集器断开连接；

第二步、采集周期配置报文：船端智能数据采集器的身份被认证后，云端服务器向该船端智能数据采集器发送采集周期配置报文，周期配置报文含有规定船端智能数据采集器采集各船舶数据所对应的采集周期；

第三步、信息传输报文：船端智能数据采集器依据第二步的采集周期循环采集对应的船舶数据，并将这些数据通过信息传输报文的方式发送至运动服务器；

第四步、数据接收回复报文：云端服务器接收到第三步所述信息传输报文后，向船端智能数据采集器回复数据接收回复报文。

5.如权利要求4所述的基于云构架的船舶综合管理系统通信方法，其特征在于：所述采集周期包括短采集周期和长采集周期，短采集周期为需要密集采集数据的采集周期，长采集周期为对数据实时性要求不高的数据的采集周期。

6.基于云构架的船舶综合管理系统救助方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：遇险船舶通过移动应用端的报警按钮发送报警信息；

S2：云端服务器获取该报警船舶的位置信息，根据该位置信息确定报警船舶的正方形区域的经纬度范围；

S3：云端服务器从其数据库中经纬度范围内的所有船舶；

S4：核算范围内每条船与报警穿之间的距离是否在报警范围内；

S5：云端服务器向在报警范围内的船舶推送报警信息；

S6：对应的船舶通过微信端接收到报警信息，并在电子地图上显示报警船舶和本船舶的位置，引导本船舶靠近报警船舶以实施救援。