CN107251087B - 数据处理系统及使用数据处理系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及处理船舶上的海事软件应用以及软件升级的数据处理系统及方法，包括具有多个海事应用的主硬件服务器以及次硬件服务器，其中，次服务器与主服务器可以变更其各自的职责和功能。

Description

数据处理系统及使用数据处理系统的方法

技术领域

本发明涉及数据处理系统以及使用数据处理系统进行海事软件应用的软件升级或安装的方法。

为此，本发明涉及处理船舶上的海事软件应用以及软件升级的数据处理系统及方法，包括主硬件服务器以及次硬件服务器，该主硬件服务器包含从至少一个具有用户界面的客户端工作站运行的多个海事软件应用，该次硬件服务器包含多个海事软件应用，其中次硬件服务器配置为：将在主硬件服务器上基于多个海事传感器的输出由多个海事软件应用处理的数据复制到次硬件服务器。

背景技术

本发明中使用的若干技术用语应由本领域技术人员基于下述的技术解释进行理解。服务器是硬件服务器，作为能够从相连接的客户端接受请求并相应地给出响应的一个或一个以上的不同的软件应用的运行实例。在船舶上运行服务器的优点多种多样，例如可用性、可靠性和安全性。因此，大多数服务器是守护进程而且被设计者以能够在特定的计算机上运行的方式设计。服务器通常在客户端-服务器架构中运转。

服务器也可以被认为是软件服务器，指的是以服务于其他程序的请求的方式运行的软件应用，该请求典型地由客户端发出。因此，服务器代表客户端进行某些任务。客户端典型地通过有线或无线连接的网络连接至服务器。服务器应被安装在船舶系统上，与负责标准软件应用的数据处理网络相比具有不同的需求。例如，在船舶上可以提供ECDIS应用。

电子海图显示与信息系统(ECDIS)是基于计算机的海图航行信息系统，其遵循国际海事组织(IMO)规则，且用于替代纸质海图和其他手动设备。ECDIS提供连续的位置和航行安全信息。在船接近于航行危险时，该系统生成音频及/或视频的警报。

ECDIS系统显示来自电子海图(ENC)或数字海图(DNC)的信息，并根据通过水参考系统和可选的其他航行传感器获得的位置、航向和速度来整合位置信息。能够与ECDIS接合的其他传感器例如是雷达系统、自动识别系统(AIS)、航行方向和测深系统。

为此，需要将传感器系统、计算机软件、海事应用与硬件组件实施于适当的船载数据处理系统中。

而且，越来越多的海事应用被用在船舶上以便管理各自的任务，例如RADAR、操舵、AMS、IAS、货物应用等。公知的系统基于单独的计算机工作，冗余性不高。已知的被安装的系统的安全性和可靠性需要得到提高。

一个方面是如上过程中的人机界面。人机界面是显示从相关联的传感器和通过卫星通信设备等从外部获得的多种信息的显示器或屏幕。而且，操作系统的安全性和可靠性也非常重要。

另一方面是如何提供INS(综合航海系统)，该INS作为IBS(综合船桥系统)实施，能够易于包括被作为应用程序或APP(应用)提供的其他系统。典型地在非船载解决方案中软件应用在服务器上运行，而其在未来将逐渐被云服务器取代。基于上述目的，需要卫星通信系统及其他通信系统具有足够的带宽和能力并且足够可靠以用于船舶。

还优选在船舶上的工作站之间共享资源，例如处理能力和图形处理能力。进一步还需要改善被使用的船载软件应用的升级和上载过程的操作性、维护性和可靠性。进而，服务和维护优选不在船桥上的服务器上进行。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于，克服上述的问题并提供改进的方法及数据处理系统。

为了克服上述问题，提供一种处理船舶上的海事软件应用和软件升级的数据处理系统及方法，其包括：主硬件服务器，包含从至少一个具有用户界面的客户端工作站运行的多个海事软件应用；以及次硬件服务器，包含多个海事软件应用，其中，该次硬件服务器配置为：将在该主硬件服务器上基于多个海事传感器的输出由该多个海事软件应用处理的数据复制到该次硬件服务器。此配置可以通过各自的适当手段实现，以便在该主硬件服务器上从多个海事传感器将数据复制至该次硬件服务器。

本发明的基本思想基于虚拟船桥。虚拟船桥是一种新的且不同的途径，用于处理(i)通常航行设备设计、(ii)船桥管理和运行、(iii)服务和维护、(iv)灾难恢复以及(v)实时数据的远程访问。以往的船舶系统是具有各自完整的硬件、软件及用户界面的独立系统，然而虚拟船桥系统通过软件应用利用船舶系统，软件应用能够在船舶上运行集中式服务器并且能够通过客户端工作站由用户管理和运行，而客户端工作站不需要被投入至船舶系统。因此，这意味着工作站借助于软件应用，根据用户来改变任务和功能。

虚拟船桥系统利用与云服务器、虚拟工作站、船舶系统及传感器组合的软件应用。船载系统都具有相关的被安装在船载服务器上的软件应用以及在服务器上运行的应用。虚拟船桥系统具有两个或两个以上的已安装的服务器系统。这些服务器(两个或两个以上以达到冗余性)通过多个网络连接至传感器。这些传感器可以是航行传感器、发动机传感器、货物传感器及更多传感器。服务器系统被镜像以获得硬件和软件双方的完全冗余性。

工作站被指派为船舶上的不同目的，例如导航、通信、自动化、货物控制/监视、动力管理等。工作站在与船载服务器一起构成的网络中作为简单客户端工作。工作站不运行用于控制船舶系统的实际应用。工作站只是作为向船员提供用户界面的虚拟工作站工作。由于全部的不同任务都不通过特定和专用的应用而是通过软件应用被管理，全部工作站可以被认为是相同的硬件。

船主、船舶管理公司或技术运行办公室(以后称为运行办公室)定义在每艘船舶上能够利用哪些软件应用，由此定义在各自的船舶上能够利用哪些功能。运行办公室能够根据船舶的硬件配置和所需工具来增加或删除软件应用，而且能够根据船员的工作分配和职责来向每个船员分配对不同应用的个人访问。每个船员得到其自身的档案(以后称为ID)，意味着其自身的虚拟机用户界面(图像)，用于访问与其工作、职责和技能对应的软件应用。该档案能够在船载网络中的任何虚拟工作站上被激活。该特定的ID也能够与船员一起被转移至其他船舶。运行办公室还能够为例如权利人、船舶代理人、顾客、船舶管理人、驾驶员等其他利益相关者创建ID，并允许他们访问与其相关的特定软件应用。他们能够使用其自身的BYOD(携带自己的设备)以实现其目的。

在本发明的一个优选实施方式中，主硬件服务器配置为：根据用户档案，限制客户端工作站上的海事软件应用的功能。该配置可以通过各自的适当的技术手段(例如访问审批装置或进入资格系统)实现，以根据用户档案限制客户端工作站上的海事软件应用的功能。用户档案可以包括如下项目中的至少一个：用户是否为船主、制造商或船员；船员的训练等级；船员的特定证书等级；以及例如船员的工作分类。

在本发明的更优选的实施方式中，次硬件服务器还配置为：从主硬件服务器复制多个海事软件应用。优选地，主硬件服务器和次硬件服务器还配置为：在次硬件服务器完成升级其多个海事软件应用的情况下，分别将主硬件服务器切换为次硬件服务器并且将次硬件服务器切换为主硬件服务器。

根据本发明的一个优选实施方式，在次硬件服务器核验了全部软件应用时，该次硬件服务器完成升级其多个海事软件应用。数据处理系统可以配置为：位于陆地或另一艘船舶上的客户端工作站经由无线通信运行海事软件应用。

本发明的另一个方面涉及多个海事传感器。这些传感器至少是GNSS天线和海事雷达天线，多个海事软件应用至少是电子海图显示与信息系统(ECDIS)的应用和船用雷达系统的应用。优选的是，主硬件服务器配置为：将电子海图显示与信息系统作为海事软件应用分配到至少一个客户端工作站，并且将船用雷达系统作为海事软件应用分配到至少两个其他客户端工作站。

本发明的另一个方面涉及运行船舶上的多个海事软件应用的方法，其包括：从至少一个具有用户界面的客户端工作站运行主硬件服务器所包含的多个海事软件应用；将在该主硬件服务器上基于多个海事传感器的输出由该多个海事软件应用处理的数据，复制到包含多个海事软件应用的次硬件服务器。优选的是，该方法被执行以将多个海事软件应用从主硬件服务器复制至次硬件服务器。

更优选的是，在次硬件服务器完成升级其多个海事软件应用的情况下，分别将主硬件服务器切换为次硬件服务器并且将次硬件服务器切换为主硬件服务器。

通过不将硬件投入至单独的任务和功能，从而只要船舶系统和传感器支持软件应用，就能够简单地增加或删除该软件应用。由于运行办公室可以增加特定的航行或特定环境中的运行所需的新的软件应用，因此这使得系统更加灵活。能够增加这些应用，并且如果这些应用不再需要，则能够在此后删除。在以往的船舶系统中，由于软件被嵌入在船舶系统中而不是在服务器系统上，因此无法容易地实现这种灵活性。这一般需要来自船舶系统的制造商的服务工程师参与。

例如，船舶将要在数月中在北极区域运行，船主希望在这段时间内将测冰雷达功能增加至雷达系统中，并且将冰海图服务增加至电子海图显示与信息系统(ECDIS)中。运行办公室从雷达和ECDIS供应商处购买或租赁软件应用，并将这些软件应用上载至船舶服务器系统。然后，运行办公室通过利用其办公室中的工作站登入船舶服务器系统来核验其性能。最后，运行办公室将软件应用运用于全部领航员的用户界面ID，由此这些领航员就能够立即运行该软件应用。

由于技术允许将远程工作站连接至虚拟船桥系统环境，因此也能够从岸上控制船舶，类似于无人机。由于服务器系统的位置在船舶上，全部数据和性能直接使用来自船舶系统的船载传感器数据和状态数据，使得远程运行者控制航行中的船舶。

通过使用BYOD(携带自己的设备)进行远程访问来利用虚拟机环境，使任何相关方能够为了其特定的目的访问由运行办公室控制和管理的相关数据。例如，拥有在制冷容器中运输的食品货物的客户希望监视容器的温度。该客户使用其BYOD以及由运行办公室生成并提供的用户界面ID来访问系统。在船运结束时，该ID被删除，该客户不能再访问船舶数据。

如上所述，系统和方法可以配置为如下方式：一个或一个以上的客户端工作站配备了例如访问限制系统，该访问限制系统配置为：针对特定的范围(extent)及/或针对特定的用户或船员，对执行已安装的软件应用设置限制。同样也可以适用于岸上办公室的工作站。即，一个或一个以上的岸上客户端工作站可以配置为被限制于：

-监视来自主硬件服务器的数据；及/或

-升级海事软件应用；及/或

-上载新的/修订的海事数据；及/或

-配置服务器；及/或

-经由主硬件服务器远程控制多个海事传感器中的一个海事传感器。

附图说明

通过参照下述的具体说明并结合附图，将更容易理解本发明更加完整的说明及其容易获得的许多相应优点。

图1是本发明的虚拟船桥系统的一个典型实施方式的示意图。

图2是本发明的一个典型实施方式的示意图。

图3表示步骤1，其中软件进行打包、升级，新应用被上载。

图4表示步骤2，其中系统供应商使用岸上工作站登入系统，并核验已有的及被上载的新的软件应用的性能。

图5表示步骤3，其中软件被镜像且通常运行被重新创建。

图6是图1和图2所示的实施方式的硬件和软件组件的架构配置的示意图。

具体实施方式

图1表示本发明的虚拟船桥系统的一个典型实施方式的示意图，表示系统供应商配置、船舶3的配置以及相关方的配置，相关方例如有船舶代理人、权利人或船主。虚拟船桥配置基于数据处理系统10，在船舶3上运行多个海事软件应用100，包括：主硬件服务器20，包含从至少一个具有用户界面42的客户端工作站40或50运行的多个海事软件应用100；以及次硬件服务器30，包含多个海事软件应用100，其中，次硬件服务器30配置为：将在主硬件服务器上基于多个海事传感器60的输出由多个海事软件应用100处理的数据复制到次硬件服务器。

虚拟船桥系统利用与云服务器20、30、虚拟工作站40、50、船舶系统及传感器60、61组合的软件应用100。船载船舶系统都具有相关的被安装在船载服务器20、30上的软件应用以及在服务器上运行的应用100。虚拟船桥系统可以被安装两个或两个以上的服务器系统20、30。这些服务器20、30通过多个网络连接至传感器60、61。这些传感器可以是航行传感器、发动机传感器、货物传感器及更多传感器。服务器系统被镜像以获得硬件和软件双方的完全冗余性。

进而，数据处理系统10包括次硬件服务器30，该次硬件服务器30至少具有与主硬件服务器20相同的多个海事应用100。次硬件服务器30配置为连续地复制/接收及/或与主硬件服务器20共享从多个海事传感器60接收的数据。多个海事传感器60可以是一个或一个以上的物理传感器61或装置，例如GPS(全球定位系统)、陀螺仪、雷达、声呐、风速计、IAS等。两个服务器20、30中各自包括海事应用或APP，例如雷达应用、ECDIS、操舵、AMS应用、IAS应用及/或货物控制应用等。

本实施方式的数据处理系统10包括若干客户端工作站40，客户端工作站40可以在实质上都相同，包括显示器41和用户界面42以便由用户在每个工作站40上执行应用100。如上所述，每个用户可以拥有一个特定ID，该ID用于限制某些特定应用100的执行。数据处理系统10可以包括位于陆地或其他船舶上的若干客户端工作站50，也配置为具有实质上相同的硬件配置，包括显示器51和用户界面52以便根据访问权由用户来执行应用100或监视被执行的应用。

为此，主硬件服务器20可以配置为：根据用户档案来限制客户端工作站40、50上的海事软件应用100的功能。

为此，次硬件服务器30配置为：从主硬件服务器20复制多个海事软件应用100。主硬件服务器20和次硬件服务器30还配置为：在次硬件服务器完成升级其多个海事软件应用100的情况下，分别将主硬件服务器切换为次硬件服务器并且将次硬件服务器切换为主硬件服务器。次硬件服务器30配置为在某些条件下，条件性地取代主硬件服务器20。如果主服务器例如掉线，次硬件服务器30立即取代主服务器的职责，并且主服务器20将被认为是次硬件服务器。在次硬件服务器30核验了全部软件应用100时，次硬件服务器30完成升级其多个海事软件应用100。

图2示出类似的实施方式，是本发明的数据处理系统10的典型实施方式的另一个示意图。图2用于说明船桥管理系统及其组成部分。数据处理系统10被创建以处理船舶上的海事软件应用。数据处理系统10包括主硬件服务器20，该主硬件服务器20包括具有从客户端工作站40、50能够执行的多个海事软件应用100的软件服务器21。在通常用途下，服务器20处理软件应用100，该软件应用100可以例如在工作站40、50之一中在船员各自的屏幕42上被显示给船员。虚拟工作站也可以为手持设备或移动设备，能够在主机中被执行并且作为数据处理系统10中的客户端工作站发挥功能。

船主或运行办公室定义在每艘船舶3上能够利用哪些软件应用100，由此定义在船舶3上能够利用哪些功能。运行办公室能够根据船舶的硬件配置和所需工具来增加或删除软件应用100，而且能够根据船员的工作分配和职责来向每个船员分配对不同应用100的个人访问。每个船员得到其自身的ID，意味着其自身的虚拟机用户界面42，用于访问与其工作、职责和技能对应的软件应用100。该ID能够在船舶3上的网络中的任何虚拟工作站40、50上被激活。该ID也能够与船员一起被转移至其他船舶。运行办公室还能够为例如权利人、船舶代理人、顾客、船舶管理人、驾驶员等其他利益相关者创建ID，并允许他们访问与其相关的特定软件应用100。

本发明的另一个方面是灾难恢复。全部ID与软件应用100被存储在船舶3上的服务器20、30以及运行办公室的服务器中。在完全故障的情况下，通过取代任何有缺陷的或被损坏的硬件，并从运行办公室的服务器向船载服务器20、30上载全部的相关软件应用100及ID，从而完成灾难恢复。其能够远程或就地进行。

例如，在船舶的船面建筑处的火灾损坏了船舶的全部服务器和全部工作站。设备供应商安装新的相同的服务器和虚拟工作站。运行办公室或由运行办公室分派的设备供应商/服务提供商能够就地或者通过从运行办公室或设备供应商的服务器远程访问来上载相关的软件应用100和船员用户界面42的ID。

进而，图3至图5表示使用图1及图2的数据处理系统10进行海事软件应用100的软件升级或安装的方法的步骤。

下述主要步骤在图3至图5中示出。

步骤1：软件进行打包、升级，新应用被上载(参见图3)。在步骤2中，系统供应商使用岸上的工作站登入系统并且核验已有的和新的软件应用的性能(参见图4)，并且在步骤3中，软件被镜像，通常运行被重新创建(参见图5)。

图6说明图1及图2所示的实施方式的硬件和软件组件的架构配置的示意图。客户端工作站40、50、具有应用的硬件服务器20、30以及多个海事传感器60经由云连接被连接以建立主机，其中，非船载的客户端工作站50经由无线和卫星通信设备80以及防火墙系统90连接至数据处理系统10中的被安装在船舶3上的部分。该系统不限于船桥和各自的工作站，根据需要也能够以各种目的适用于整个船舶。

选出了具体实施方式来说明本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离权利要求书所定义的本发明的范围的条件下，也可以实施各种变形和修改。

另外，在说明书和附图中为了说明方便，有时与同一附图标记对应的部分的名称不完全相同，但与标记20、30对应的部分也可以统称为服务器，与标记40、50对应的部分也可以统称为WS，与标记100对应的部分也可以统称为APP，与标记60、61对应的部分也可以统称为传感器，与标记80对应的部分也可以统称为通信设备，与标记90对应的部分也可以统称为防火墙，与标记42对应的部分也可以统称为用户界面。

Claims (12)

1.一种数据处理系统，处理船舶上的多个海事软件应用，所述数据处理系统包括：

主硬件服务器，包含能够从至少一个具有用户界面的客户端工作站运行的所述多个海事软件应用；以及

次硬件服务器，包含所述多个海事软件应用，所述次硬件服务器配置为：将基于多个海事传感器的输出在所述主硬件服务器上由所述多个海事软件应用处理的数据，从所述主硬件服务器复制到所述次硬件服务器，

所述次硬件服务器配置为：从所述主硬件服务器复制所述多个海事软件应用，

在所述次硬件服务器核验了全部所述多个海事软件应用时，所述次硬件服务器完成该次硬件服务器的多个海事软件应用的升级，

所述主硬件服务器和所述次硬件服务器还配置为：在所述次硬件服务器完成该次硬件服务器的多个海事软件应用的升级的情况下，分别将所述主硬件服务器切换为所述次硬件服务器，并且将所述次硬件服务器切换为所述主硬件服务器。

2.如权利要求1所述的数据处理系统，其中，

所述多个海事软件应用至少包括电子海图显示与信息系统。

3.如权利要求1所述的数据处理系统，其中，

位于陆地或另一艘船舶上的所述客户端工作站经由无线通信运行所述多个海事软件应用。

4.如权利要求1所述的数据处理系统，其中，

所述主硬件服务器配置为：根据用户档案，限制所述客户端工作站上所述海事软件应用的功能。

5.如权利要求4所述的数据处理系统，其中，

所述用户档案包括如下项目中的至少一个：

(i)用户是否为船主、制造商或船员；

(ii)用户的训练等级；

(iii)用户的证书等级；以及

(iv)用户的工作分类。

6.如权利要求2所述的数据处理系统，其中，

所述多个海事传感器至少是一个GNSS天线即全球导航卫星系统天线和一个海事雷达天线，所述多个海事软件应用还包括一个船用雷达系统。

7.如权利要求6所述的数据处理系统，其中，

所述主硬件服务器配置为：将所述电子海图显示与信息系统作为所述海事软件应用分配到至少一个客户端工作站，并且将所述船用雷达系统作为所述海事软件应用分配到至少两个剩余的客户端工作站。

8.一种运行船舶上的多个海事软件应用的方法，包括：

从至少一个具有用户界面的客户端工作站运行主硬件服务器所包含的所述多个海事软件应用；

将基于多个海事传感器的输出由所述多个海事软件应用处理的数据，从所述主硬件服务器复制到包含所述多个海事软件应用的次硬件服务器，

所述方法还包括：

将所述多个海事软件应用从所述主硬件服务器复制至所述次硬件服务器；

在所述次硬件服务器核验了全部所述多个海事软件应用时，所述次硬件服务器完成该次硬件服务器的多个海事软件应用的升级；

在所述次硬件服务器完成该次硬件服务器的多个海事软件应用的升级的情况下，分别将所述主硬件服务器切换为所述次硬件服务器，并且将所述次硬件服务器切换为所述主硬件服务器。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

所述多个海事软件应用至少包括电子海图显示与信息系统。

10.如权利要求8所述的方法，还包括：

由位于陆地或另一艘船舶上的所述客户端工作站经由无线通信运行所述多个海事软件应用。

11.如权利要求8所述的方法，还包括：

根据用户档案，限制所述客户端工作站上所述海事软件应用的功能。

12.如权利要求11所述的方法，其中，

所述用户档案包括如下项目中的至少一个：

(i)用户是否为船主、制造商或船员；

(ii)用户的训练等级；

(iii)用户的证书等级；以及

(iv)用户的工作分类。

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