CN107846577A - 一种基于云平台的货船上货物信息监视系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云平台的货船上货物信息监视系统，包括第一处理器，第一处理器与云平台通信连接，云平台与移动终端通信连接；地秤模块；水位测量模块；GPS模块；视频监视模块，其至少包括安装在货仓中的第一监视摄像头、安装在货船外部的第二监视摄像头和安装在所述处理中心的视频分流模块，第一监视摄像头和第二监视摄像头的输出端分别与视频分流模块的输入端连接，视频分流模块的输出端连接第一处理器；云平台中设置有一水位偏差校正模块，水位偏差校正模块接收水位测量模块的测量数据，输出货船吃水的水位信息。本发明能对货物的运输路线、货物在运输过程中和到港后的重量进行监视，减少不必要损失，提高对货运监视的可靠性。

Description

一种基于云平台的货船上货物信息监视系统及方法

技术领域

本发明涉及属于船联网技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于云平台的货船上货物信息监视系统及方法。

背景技术

相比于公路和铁路运输，船舶运输具有其独特的优势，而在船舶运输货物时，货物往往会出现各种损耗，给公司或者货主带来损失。因此设计一种货船上货物信息监视系统对货物的运输过程进行监控，能够帮助公司或者货主查明损耗原因，杜绝由于人为的过失而造成的损失。而云平台是具有大数据存储、处理和分析的新技术平台，依托云平台而建立的货船上货物信息监视系统能够提高监视系统的工作效率，降低运行成本。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于云平台的货船上货物信息监视系统及方法，能对货物的运输路线、货物在运输过程中和到港后的重量进行监视，减少不必要损失，提高对货运监视的可靠性。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种基于云平台的货船上货物信息监视系统，包括:

处理中心，其内设置有第一处理器，所述第一处理器设置在货船控制仓中，所述第一处理器与一云平台通信连接，所述云平台与移动终端通信连接；

地秤模块，其设置在港口装卸载平台中，所述地秤模块的输出端与所述第一处理器通信连接；

水位测量模块，其至少包括一对液位传感器，所述液位传感器对角布置在货船侧壁上，所述液位传感器的输出端与所述第一处理器通信连接；

GPS模块，其设置在所述控制仓中，所述GPS模块与所述第一处理器通信连接；以及

视频监视模块，其至少包括安装在货仓中的第一监视摄像头、安装在货船外部的第二监视摄像头和安装在所述处理中心的视频分流模块，第一监视摄像头和第二监视摄像头的输出端分别与所述视频分流模块的输入端连接，所述视频分流模块的输出端连接所述第一处理器；

其中，所述云平台中设置有一水位偏差校正模块，所述水位偏差校正模块接收所述水位测量模块的测量数据，并对水位测量模块的测量数据进行信号平滑处理，输出货船吃水的水位信息。

优选的，所述视频监视模块的输出端通过一视频处理模块连接所述第一处理器，所述视频处理模块中包括视频采集卡、第二处理器和交互协同单元，所述视频采集卡的输入端与所述视频监视模块的输出端连接，所述视频采集卡的输出端与所述第二处理器输入端连接，所述第二处理器输出端通过所述交互协同单元与所述第一处理器交互连接。

优选的，所述地秤模块包括设置在港口地秤上的压力传感器，所述港口地秤设置在所述港口装卸载平台中，所述压力传感器的输出端与所述第一处理器通信连接。

优选的，船艏外侧壁上至少设置有一个第一液位传感器，船尾外侧壁上至少设置有一个第二液位传感器，所述第一液位传感器与第二液位传感器对角设置。

优选的，所述云平台中还设置有后台处理器、预警模块和储存器，所述预警模块和储存器分别与所述后台处理器连接。

优选的，所述第一监视摄像头和第二监视摄像头为广角摄像机，每个所述广角摄像机的输出端依次设置有色度处理单元、亮度处理单元、消隐处理单元和目标抓取单元，所述目标抓取单元的输出端与所述视频分流模块的输入端连接，所述视频分流模块的输出端与所述视频处理模块输入端连接。

优选的，还包括一视觉路径跟踪模块，其与所述第一处理器交互连接。

优选的，所述第一处理器的输入端设置有一前端隔离单元，所述第一处理器的输出端配置有一光耦隔离单元。

优选的，所述光耦隔离单元包括一光电耦合器，所述光电耦合器前端串联第一电阻，所述光电耦合器前端并联一第二电阻和一电容，所述光电耦合器采用TLP121型光电耦合器。

一种基于云平台的货船上货物信息监视方法，包括以下步骤：

步骤一、货船运输货物的过程中，GPS模块通过接收卫星信号，记录货船的位置、航行轨迹及航行速度信息，并将货船的位置、航行轨迹及航行速度信息传送至第一处理器；

步骤二、在航行过程中，通过液位传感器读出货船的吃水量信息，再把所述吃水量信息输入给第一处理器，第一处理器将吃水量信息转化成载货量，从而判断在货船行驶过程中货物重量是否有异常变化，其中，液位传感器得到的数据通过信号平滑处理以抑制水下紊流对液位传感器信号的影响，信号平滑处理的过程包括以下子步骤：

步骤A、判别幅度：当液位传感器的采样信号变化较慢时，设定相邻两次采样数据差值的极大值为Δy,若第i次采样值和第i-1次的采样值之差不超过Δy,则判定第i次采样值为真值,否则为假值,用第i-1次的值当作第i次的采样值；

步骤B、去除极大值：求每次采样值的算术平均值：式中r为序列数，x_r为第r次采样值，并计算残差随后求取测量序列任一测量值的标准偏差若测量序列中出现大于±3S的残差，则去除该量测值，并用该值的前后两个值的均值替代；

步骤C、平滑处理：确定平滑窗口宽度为N，并采用中心平滑算法，则移动拟合的权序列为式中为平滑节点数据中间位置，当t＞N时，t处的拟合平滑值为t为平滑点序号，当t≤N时，t处的拟合平滑值为其中用多项式移动平滑拟合的量测序列替代实际的量测序列x计算吃水量；

步骤三、货物在运输过程中，第一监视摄像头采集货仓的视频信息，第二监视摄像头采集货船周围的视频信息，以对货船进行视频监控；

步骤四、在货物上船前和货物到达港口后分别称量货物重量，通过对比两次的数据，得出货物在运输过程中的损耗，以判断货物重量是否有异常；

步骤五、将步骤一至步骤四中的采集数据实时传送并保存至云平台中，云平台将货船的货物信息实时传送至移动终端，以对货船货物进行监视。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明基于云平台的货船上货物信息监视系统，通过货船上的GPS模块，能够掌握货船运行的路线，货物的具体位置，帮助客户随时掌握货物的动向；

(2)本发明基于云平台的货船上货物信息监视系统，通过液位传感器能够掌握货船航行过程中的吃水，从而判断货物重量是否有异常变化，其中，液位传感器对角布置以抑制船体倾斜导致船舶吃水不准，通过信号多项式移动平滑算法抑制水下紊流对液位传感器信号的影响；

(3)本发明基于云平台的货船上货物信息监视系统，视频监视模块包括安装在货仓中的第一监视摄像头以及安装在货船周围的第二监视摄像头，第一监视摄像头负责监视货物在运输过程中的状态，第二监视摄像头负责监视是否存在其他货船在运输过程中靠近本货船进行偷运货物；

(4)本发明基于云平台的货船上货物信息监视系统，运用云平台的大数据存储、处理和分析的技术，能够将货货物安全与云平台进行对接，货物安全储存在云平台中能保存较长时间并且成本也较小，客户可以随时通过客户端访问货物安全。

本发明的其他优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其他元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供一种基于云平台的货船上货物信息监视系统，包括处理中心、地秤模块110、GPS模块120、水位测量模块130、视频监视模块140和云平台200，云平台200与移动终端300信息交互连接，将货船及货物信息实时传送至移动终端300，以便于对货物进行监视，提高货运安全和可靠性。

处理中心中设置有第一处理器100，所述第一处理器设置在货船控制仓中，第一处理器100设置在货船控制仓中，所述第一处理器100通过无线通信设备与云平台200通信连接，所述云平台200通过无线通信设备与移动终端300通信连接，将货船及货物信息通过云平台转送至移动终端，以实现对货船及货物的实时监视。

所述地秤模块110包括设置在港口地秤上的压力传感器，所述港口地秤设置在所述港口装卸载平台中，所述压力传感器的输出端与所述第一处理器100通信连接，在货物上船前先经过地秤模块称量货物的重量，在货物到达港口后再次称量货物重量，通过对比两次的数据，来得出货物在运输过程中的损耗，所得到的信息输入给第一处理器100，以对货物重量进行监视。

GPS模块120设置在所述控制仓中，所述GPS模块120与所述第一处理器100通信连接，GPS模块通过接收卫星信号，记录货船的位置，航行轨迹，航行速度等信息，再输入给第一处理器中。

水位测量模块130至少包括一对液位传感器，所述液位传感器对角布置在货船侧壁上，所述液位传感器的输出端与所述第一处理器100通信连接。具体的，船艏外侧壁上至少设置有一个第一液位传感器，船尾外侧壁上至少设置有一个第二液位传感器，所述第一液位传感器与第二液位传感器对角设置，在航行过程中，通过船舶液位传感器读出货船的吃水量，再把信息输入给第一处理器，再把信号转化成载货量，同时，液位传感器对角布置以抑制船体倾斜导致船舶吃水不准，具体分布为船艏和船尾对角布置两个传感器，在所述云平台200中设置有一水位偏差校正模块，所述水位偏差校正模块接收所述水位测量模块130的测量数据，并对水位测量模块的测量数据进行信号平滑处理，传感器得到的数据再通过信号平滑算法以抑制水下紊流对液位传感器信号的影响，这里采用多项式移动平滑算法，其作用是通过移动的平滑窗口来平滑液位传感器数据，减小传感器数据突变的影响，以得到船舶精确的吃水量，以对货船水位信息进行监视，也就是对货船货物重量的监视。

视频监视模块140至少包括安装在货仓中的第一监视摄像头、安装在货船外部的第二监视摄像头和安装在所述处理中心的视频分流模块，第一监视摄像头和第二监视摄像头的输出端分别与所述视频分流模块的输入端连接，所述视频分流模块的输出端连接所述第一处理器100，第一监视摄像头和第二监视摄像头的采集数据经过分流模块分流后传送到第一处理器中，保证了各个监视摄像头的采集数据传输时效性，保证视频画面实时传送中移动终端中。

第一监视摄像头用于采集货仓的视频信息，例如货物是否存在人为原因造成的损耗，第二监视摄像头用于采集货船周围的视频信息，例如在货物运输过程中是否有其他船只靠近，防止在海上偷运货物，所采集的视频信息输入给第一处理器。

上述技术方案中，所述云平台200中还设置有后台处理器、预警模块和储存器，所述预警模块和储存器分别与所述后台处理器连接，第一处理器接收到的信息无线传送至后台处理器中，后台处理器对接收到的数据进行分析处理，并储存在储存器中，经后台处理器处理后得到货物重量在上船和下船后的变化，得出货物重量差值，即货物在运输过程中的损耗，如果该损耗超出设定范围，则判断货物重量有异常，预警模块发出警告信息，将警告信息发送至移动终端。

所述第一监视摄像头和第二监视摄像头为广角摄像机，每个所述广角摄像机的输出端依次设置有色度处理单元、亮度处理单元、消隐处理单元和目标抓取单元，所述目标抓取单元的输出端与所述视频分流模块的输入端连接，所述视频分流模块的输出端与所述视频处理模块输入端连接。本实施例中，货仓中设置有四个第一监视摄像头，货船周围设置有四个第二监视摄像头，四个广角相机组成一组，通过4个广角相机采集覆盖货仓内全部空间，同时拍摄货船周围360°的场景，色度处理单元、亮度处理单元、消隐处理单元对采集数据进行处理，得到清晰的视频信息，同时，目标抓取单元对图像信息中的移动目标进行跟踪，以抓取移动目标，并通过移动终端上的车载显示器显示出来。

本发明装置中还包括一视觉路径跟踪模块，其与所述第一处理器100连接，对第一监视摄像头和第二监视摄像头采集的视频数据中的移动目标进行路径跟踪，以更好的掌握图像中的有效信息，以对货物进行监控。

上述技术方案中，所述第一处理器100的输入端设置有一前端隔离单元，监视摄像头、压力传感器、GPS模块和液位传感器的信号通过所述前端隔离单元输入到第一处理器中，所述前端隔离单元采用SN74LVC4245型控制芯片，为了防止通讯系统中因输入输出信号灌入电流引起第一处理器发热或者过流，对所有的输入输出做隔离处理。

所述第一处理器100的输出端配置有一光耦隔离单元，输出信号通过光耦隔离单元后传送至云平台中，所述光耦隔离单元包括一光电耦合器，所述光电耦合器前端串联第一电阻，所述光电耦合器前端并联第二电阻和一电容，所述光电耦合器采用TLP121型光电耦合器。光耦前端电阻可根据使用光耦选型进行配置，进行限流和分压，当回路中有大电流流过时，确保电流经过隔离芯片流入地端，防止通讯系统短路，大大地降低了硬件开发风险，降低了开发成本。

另一种实施例中，由于视频数据量很大，为此，所述视频监视模块的输出端通过一视频处理模块连接所述第一处理器，所述视频处理模块中包括视频采集卡、第二处理器和交互协同单元，所述视频采集卡的输入端与所述视频监视模块的输出端连接，也即是视频分流模块的输出端，所述视频采集卡的输出端与所述第二处理器输入端连接，所述第二处理器输出端通过所述交互协同单元与所述第一处理器交互连接。交互协同单元将第一处理器和第二处理器交互连接，充分发挥了两种不同处理器的各自优势，加强对视频数据的协同处理能力，进一步加强视频数据的传输时效性。

一种基于云平台的货船上货物信息监视方法，包括以下步骤：

步骤一、货船运输货物的过程中，GPS模块120通过接收卫星信号，记录货船的位置、航行轨迹及航行速度信息，并将货船的位置、航行轨迹及航行速度等信息传送至第一处理器100；

步骤二、在航行过程中，通过液位传感器读出货船的吃水量信息，再把所述吃水量信息输入给第一处理器100，第一处理器100将吃水量信息转化成载货量，从而判断在货船行驶过程中货物重量是否有异常变化，一旦载货量有异常，则及时发出报警信息，提醒相关人员，液位传感器对角布置以抑制船体倾斜导致船舶吃水不准，具体分布为船艏和船尾对角布置两个传感器，传感器得到的数据再经过水位偏差校正模块进行处理，具体通过信号平滑算法以抑制水下紊流对液位传感器信号的影响，这里采用多项式移动平滑算法，其作用是通过移动的平滑窗口来平滑液位传感器数据，减小传感器数据突变的影响，信号平滑处理的过程包括以下子步骤：

步骤A、判别幅度：当液位传感器的采样信号变化较慢时，设定相邻两次采样数据差值的极大值为Δy,若第i次采样值和第i-1次的采样值之差不超过Δy,则判定第i次采样值为真值,否则为假值,用第i-1次的值当作第i次的采样值；

步骤B、去除极大值：求每次采样值的算术平均值：式中r为序列数，x_r为第r次采样值，并计算残差随后求取测量序列任一测量值的标准偏差若测量序列中出现大于±3S的残差，则去除该量测值，并用该值的前后两个值的均值替代；

步骤C、平滑处理：确定平滑窗口宽度为N，并采用中心平滑算法，则移动拟合的权序列为式中为平滑节点数据中间位置，当t＞N时，t处的拟合平滑值为t为平滑点序号，当t≤N时，t处的拟合平滑值为其中用多项式移动平滑拟合的量测序列替代实际的量测序列x计算吃水量；

为了使平滑程序能取得较好的平滑效果，在数据平滑前进行预处理，减少干扰较大的异常数据；

步骤三、货物在运输过程中，第一监视摄像头采集货仓的视频信息，例如货物是否存在人为原因造成的损耗，第二监视摄像头采集货船周围的视频信息，例如在货物运输过程中是否有其他船只靠近，防止在海上偷运货物，以对货船进行视频监控；

步骤四、在货物上船前和货物到达港口后分别称量货物重量，通过对比两次的数据，得出货物在运输过程中的损耗，以判断货物重量是否有异常；

步骤五、将步骤一至步骤四中的采集数据实时传送并保存至云平台200中，云平台200将货船的货物信息实时传送至移动终端300，用户再通过终端访问数据，随时了解货物的状况，货物的位置以及预计到港时间，货物在运输中的损耗，如果出现不正常损耗，用户可以调取货仓以及货船周围的监控视频和船舶装载量的变化曲线，来查找货物损耗原因，保证货物运输中的安全。如果有异常信息，则预警模块会提示用户，用户可以对货船货物进行实时的视频监视。

云平台通过无线通讯设备与移动终端连接，客户可以通过移动终端随时掌握货物的运输信息，避免在运输途中出现不必要的损失。本发明的优点在于：本发明货船的货物安全监视装置，能够帮助客户掌握货物的位置和货物的数量，以及在出现超出正常运输损耗时，能够查明出现损耗的原因，是否有人为偷盗货物的情况，保证了货物在运输过程中的安全性。

由上所述，本发明基于云平台的货船上货物信息监视系统，通过货船上的GPS模块，能够掌握货船运行的路线，货物的具体位置，帮助客户随时掌握货物的动向；同时，通过液位传感器能够掌握货船航行过程中的吃水，从而判断货物重量是否有异常变化，其中，液位传感器对角布置以抑制船体倾斜导致船舶吃水不准，通过信号多项式移动平滑算法抑制水下紊流对液位传感器信号的影响；视频监视模块包括安装在货仓中的第一监视摄像头以及安装在货船周围的第二监视摄像头，第一监视摄像头负责监视货物在运输过程中的状态，第二监视摄像头负责监视是否存在其他货船在运输过程中靠近本货船进行偷运货物；运用云平台的大数据存储、处理和分析的技术，能够将货货物安全与云平台进行对接，货物安全储存在云平台中能保存较长时间并且成本也较小，客户可以随时通过客户端访问货物安全。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，包括：

处理中心，其内设置有第一处理器，所述第一处理器设置在货船控制仓中，所述第一处理器与一云平台通信连接，所述云平台与移动终端通信连接；

地秤模块，其设置在港口装卸载平台中，所述地秤模块的输出端与所述第一处理器通信连接；

水位测量模块，其至少包括一对液位传感器，所述液位传感器对角布置在货船侧壁上，所述液位传感器的输出端与所述第一处理器通信连接；

GPS模块，其设置在所述控制仓中，所述GPS模块与所述第一处理器通信连接；以及

视频监视模块，其至少包括安装在货仓中的第一监视摄像头、安装在货船外部的第二监视摄像头和安装在所述处理中心的视频分流模块，第一监视摄像头和第二监视摄像头的输出端分别与所述视频分流模块的输入端连接，所述视频分流模块的输出端连接所述第一处理器；

其中，所述云平台中设置有一水位偏差校正模块，所述水位偏差校正模块接收所述水位测量模块的测量数据，并对水位测量模块的测量数据进行信号平滑处理，输出货船吃水的水位信息。

2.如权利要求1所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，所述视频监视模块的输出端通过一视频处理模块连接所述第一处理器，所述视频处理模块中包括视频采集卡、第二处理器和交互协同单元，所述视频采集卡的输入端与所述视频监视模块的输出端连接，所述视频采集卡的输出端与所述第二处理器输入端连接，所述第二处理器输出端通过所述交互协同单元与所述第一处理器交互连接。

3.如权利要求2所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，所述地秤模块包括设置在港口地秤上的压力传感器，所述港口地秤设置在所述港口装卸载平台中，所述压力传感器的输出端与所述第一处理器通信连接。

4.如权利要求3所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，船艏外侧壁上至少设置有一个第一液位传感器，船尾外侧壁上至少设置有一个第二液位传感器，所述第一液位传感器与第二液位传感器对角设置。

5.如权利要求4所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，所述云平台中还设置有后台处理器、预警模块和储存器，所述预警模块和储存器分别与所述后台处理器连接。

6.如权利要求5所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，所述第一监视摄像头和第二监视摄像头为广角摄像机，每个所述广角摄像机的输出端依次设置有色度处理单元、亮度处理单元、消隐处理单元和目标抓取单元，所述目标抓取单元的输出端与所述视频分流模块的输入端连接，所述视频分流模块的输出端与所述视频处理模块输入端连接。

7.如权利要求6所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，还包括一视觉路径跟踪模块，其与所述第一处理器交互连接。

8.如权利要求7所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，所述第一处理器的输入端设置有一前端隔离单元，所述第一处理器的输出端配置有一光耦隔离单元。

9.如权利要求8所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统，其特征在于，所述光耦隔离单元包括一光电耦合器，所述光电耦合器前端串联第一电阻，所述光电耦合器前端并联一第二电阻和一电容，所述光电耦合器采用TLP121型光电耦合器。

10.一种如权利要求9所述的基于云平台的货船上货物信息监视系统的监视方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、货船运输货物的过程中，GPS模块通过接收卫星信号，记录货船的位置、航行轨迹及航行速度信息，并将货船的位置、航行轨迹及航行速度信息传送至第一处理器；

步骤二、在航行过程中，通过液位传感器读出货船的吃水量信息，再把所述吃水量信息输入给第一处理器，第一处理器将吃水量信息转化成载货量，从而判断在货船行驶过程中货物重量是否有异常变化，其中，液位传感器得到的数据通过信号平滑处理以抑制水下紊流对液位传感器信号的影响，信号平滑处理的过程包括以下子步骤：

步骤A、判别幅度：当液位传感器的采样信号变化较慢时，设定相邻两次采样数据差值的极大值为Δy,若第i次采样值和第i-1次的采样值之差不超过Δy,则判定第i次采样值为真值,否则为假值,用第i-1次的值当作第i次的采样值；

步骤B、去除极大值：求每次采样值的算术平均值：式中r为序列数，x_r为第r次采样值，并计算残差随后求取测量序列任一测量值的标准偏差若测量序列中出现大于±3S的残差，则去除该量测值，并用该值的前后两个值的均值替代；

步骤C、平滑处理：确定平滑窗口宽度为N，并采用中心平滑算法，则移动拟合的权序列为式中为平滑节点数据中间位置，当t＞N时，t处的拟合平滑值为t为平滑点序号，当t≤N时，t处的拟合平滑值为其中用多项式移动平滑拟合的量测序列替代实际的量测序列x计算吃水量；

步骤三、货物在运输过程中，第一监视摄像头采集货仓的视频信息，第二监视摄像头采集货船周围的视频信息，以对货船进行视频监控；

步骤四、在货物上船前和货物到达港口后分别称量货物重量，通过对比两次的数据，得出货物在运输过程中的损耗，以判断货物重量是否有异常；

步骤五、将步骤一至步骤四中的采集数据实时传送并保存至云平台中，云平台将货船的货物信息实时传送至移动终端，以对货船货物进行监视。