CN108319163A - 基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，它的船载航行数据采集器的信号输出端连接数据采集模块的信号输入端，数据采集模块的信号输出端连接主控制器的数据输入端，主控制器的无线传输数据输出端连接无线数据发送模块的信号输入端，无线数据发送模块的信号输出端连接内河专用网络云存储系统的信号输入端；本发明利用内河专用网络系统进行云存储，能安全有效的保存和利用船舶航行数据。
Description
技术领域
本发明涉及船舶数据采集及无线数据存储技术领域，具体涉及一种基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置及方法。
背景技术
随着经济技术的快速发展，内河船舶数量和运输量不断增加，内河船舶航行安全问题受到越来越多的关注，为保障航行安全及事故认证，船载航行数据记录仪用于船舶发生事故后的数据还原，作用相当于飞机上的“黑匣子”。船载航行数据记录仪记录的信息包括船舶固定数据固化、船舶动态和操作信息。传统的船载数据记录仪在读取数据时只能通过存储介质进行数据读取，由于船舶结构复杂、装置差异较大以及信号提取难道较大。在船舶发生事故后需要花费大量的时间和精力寻找船载航行数据记录仪，如果航行数据记录仪丢失或者存储介质损坏，将无法还原船舶航行的数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置及方法，该装置和方法能够使得内河船载航行数据记录仪采集的数据与内河专用网络系统进行无线通信。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于，它包括船载航行数据采集器、数据采集模块、主控制器、无线数据发送模块、内河专用网络云存储系统，其中，船载航行数据采集器的信号输出端连接数据采集模块的信号输入端，数据采集模块的信号输出端连接主控制器的数据输入端，主控制器的无线传输数据输出端连接无线数据发送模块的信号输入端，无线数据发送模块的信号输出端连接内河专用网络云存储系统的信号输入端；
所述船载航行数据采集器用于采集船舶航行状态信息和船舶航行操作信息；
所述数据采集模块用于将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息发送到主控制器；
主控制器还用于将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息中航行数据记录仪要求存储的信息发送到无线数据发送模块进行无线传输，并将航行数据记录仪要求存储的信息存储在内河专用网络云存储系统。
一种上述装置的船载航行数据采集记录方法，它包括如下步骤：
步骤1：所述船载航行数据采集器采集船舶航行状态信息和船舶航行操作信息；
所述船载航行数据采集器采集船舶航行状态信息的方式为，船载航行GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)设备通过串口总线发送时间信号、船舶位置信号、对地船速信号和船迹信号到船载航行数据采集器，船载航行计程仪设备通过串口总线发送对水船速信号到船载航行数据采集器，船舶电罗经设备通过串口总线发送船艏向信号到船载航行数据采集器；船舶航行操作控制器向船载航行数据采集器发送模拟信号传输实际舵角和螺旋桨轴转速数据，驾驶台指示器设备通过开关量信号接口像船载航行数据采集器发送水密门状态和防火门状态信号，气象仪设备通过串口总线发送风速和风向信号到船载航行数据采集器；
所述船载航行数据采集器采集船舶航行操作信息的方式为，船舶回声探测仪设备通过串口总线向船载航行数据采集器发送龙骨以下水深数据，船舶航行操作控制器向船载航行数据采集器发送开关量信号的船舶车钟指回令和机舱车钟指回令，船舶航行操作控制器还向船载航行数据采集器发送模拟量信号的舵操作信息、主机油门操作信息和可变螺距操作信息，驾驶台指示器设备通过开关量信号接口发送信号到船载航行数据采集器，发送的信号包括船舶报警信号和船舶信号灯信号，驾驶室麦克风设备发送模拟量信号到船载航行数据采集器发送的信号包括驾驶室声音信号，船舶甚高频通信设备向船载航行数据采集器发送船舶甚高频语音信号，自动雷达标绘仪向船载航行数据采集器发送雷达视频信号；
步骤2：所述数据采集模块将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息发送到主控制器；
步骤3：主控制器将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息中航行数据记录仪要求存储的信息发送到无线数据发送模块进行无线传输，无线数据发送模块将航行数据记录仪要求存储的信息依次通过Mesh移动基站、沿岸的固定基站、Mesh(无线网格网络)主基站传输给数据服务器进行存储。
本发明的有益效果为：
1、基于无线通信的内河船载航数据采集记录装置可以采集、记录并保存船舶航行相关的数据，并且能将存储的数据发送到内河专用网络云端服务器存储。
2、将存储介质的数据实时发送到内河专用网络云端服务器存储，并实时更新。数据不易丢失，能在云盘中长久安全的保存。
3、内河专用网络云存储把所有的根据VDR(船用航行记录仪)的要求存储所有的数据，这样能够节省硬件存储空间，节省成本。且能安全有效的保存和利用船舶航行数据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中内河专用网络云存储系统的结构框图。
其中，1—船载航行数据采集器、1.1—船载航行GPS设备、1.2—船载航行计程仪设备、1.3—船舶电罗经设备、1.4—船舶航行操作控制器、1.5—驾驶台指示器设备、1.6—气象仪设备、1.7—船舶回声探测仪设备、1.8—驾驶室麦克风设备、1.9—船舶甚高频通信设备、1.10—自动雷达标绘仪、2—数据采集模块、3—主控制器、4—Mesh主基站、5—无线数据发送模块、6—内河专用网络云存储系统、7—数据服务器、8—Mesh移动基站、9—沿岸的固定基站。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的所设计的一种基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，如图1和图2所示，它包括船载航行数据采集器1、数据采集模块2、主控制器3、无线数据发送模块5、内河专用网络云存储系统6，其中，船载航行数据采集器1的信号输出端连接数据采集模块2的信号输入端，数据采集模块2的信号输出端连接主控制器3的数据输入端，主控制器3的无线传输数据输出端连接无线数据发送模块5的信号输入端，无线数据发送模块5的信号输出端连接内河专用网络云存储系统6的信号输入端，无线数据传输模块5能将主控制器3采集的数据格式转化为无线传输的数据格式，并实时将数据发送到内河专用网络云存储系统6进行存储；
所述船载航行数据采集器1用于采集船舶航行状态信息和船舶航行操作信息；
所述数据采集模块2用于将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息发送到主控制器3；
主控制器3用于将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息中航行数据记录仪(VDR，Voyage Data Recorder)要求存储的信息发送到无线数据发送模块5进行无线传输，并将航行数据记录仪要求存储的信息存储在内河专用网络云存储系统6。
上述存储方式能节省储存介质空间，提高储存器的利用率。
上述技术方案中，所述内河专用网络云存储系统6包括Mesh(无线网格网络)移动基站8、沿岸的固定基站9、位于海事局大楼内的Mesh主基站4和数据服务器7，所述Mesh移动基站8设置在船舶上，无线数据发送模块5的信号输出端连接Mesh移动基站8的信号输入端，Mesh移动基站8的信号输出端连接沿岸的固定基站9的信号输入端，沿岸的固定基站9的信号输出端连接Mesh主基站4的信号输入端，Mesh主基站4的信号输出端连接数据服务器7的信号输入端。
上述技术方案中，所述船载航行数据采集器1采集船舶航行状态信息的方式为，船载航行GPS设备1.1通过串口总线发送时间信号、船舶位置信号、对地船速信号和船迹信号到船载航行数据采集器1，船载航行计程仪设备1.2通过串口总线发送对水船速信号到船载航行数据采集器1，船舶电罗经设备1.3通过串口总线发送船艏向信号到船载航行数据采集器1；船舶航行操作控制器1.4向船载航行数据采集器1发送模拟信号传输实际舵角和螺旋桨轴转速数据，驾驶台指示器设备1.5通过开关量信号接口像船载航行数据采集器1发送水密门状态和防火门状态信号，气象仪设备1.6通过串口总线发送风速和风向信号到船载航行数据采集器1。
上述技术方案中，所述船载航行数据采集器1采集船舶航行操作信息的方式为，船舶回声探测仪设备1.7通过串口总线向船载航行数据采集器1发送龙骨以下水深数据，船舶航行操作控制器1.4向船载航行数据采集器1发送开关量信号的船舶车钟指回令和机舱车钟指回令，船舶航行操作控制器1.4还向船载航行数据采集器1发送模拟量信号的舵操作信息、主机油门操作信息和可变螺距操作信息，驾驶台指示器设备1.5通过开关量信号接口发送信号到船载航行数据采集器1，发送的信号包括船舶报警信号和船舶信号灯信号，驾驶室麦克风设备1.8发送模拟量信号到船载航行数据采集器1发送的信号包括驾驶室声音信号，船舶甚高频通信设备1.9向船载航行数据采集器1发送船舶甚高频语音信号，自动雷达标绘仪1.10(ARPA，Automatic Radar Plotting Aid负责记录船舶雷达显示器上出现的全部信息)向船载航行数据采集器1发送雷达视频信号。
上述技术方案中，无线数据传输模块5处于应用接入层，所述沿岸的固定基站9属于中继层，沿岸的固定基站9有多个，其分布在内河沿岸，相邻两个沿岸的固定基站9之间间距5～10千米，沿岸的固定基站9采用5.8G频段覆盖江面移动船载设备，Mesh主基站4放置在海事局大楼内，其为核心落地层，数据服务器7接收由沿岸的固定基站9发回的数据，再进行云存储。
上述技术方案中，所述内河专用网络云存储系统6采用Mesh结构，其网络基站之间采用512bit的AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)加密方式，内河专用网络云存储系统6的认证方式支持明文、共享密匙、MAC(网络接口物理地址)地址，确保只有被认证的设备才能接入。
上述技术方案中，主控制器3能对无线专网通信的内河船载航行数据采集记录装置进行诊断，出现故障发出报警。独立供电单元给主控制器3供电保证本装置能够独立有效的运行。
本发明还包括独立供电模块，独立供电模块包括内部电源和外接电源，内部电源为可充电的蓄电池，外部电源对蓄电池进行充电，在紧急情况下，外接电源能与内部电源进行切换。独立供电模块用于对船载航行数据采集器1、数据采集模块2、主控制器3和无线数据发送模块5进行供电。当外部供电电源断电时，内部电源能为本装置持续供电不少于2小时，以保证系统连续记录驾驶室声音2小时，内外电源输出电压均为直流24V±3。
表1 VDR和S-VDR要求存储的数据
一种上述装置的船载航行数据采集记录方法，它包括如下步骤：
步骤1：所述船载航行数据采集器1采集船舶航行状态信息和船舶航行操作信息；
所述船载航行数据采集器1采集船舶航行状态信息的方式为，船载航行GPS设备1.1通过串口总线发送时间信号、船舶位置信号、对地船速信号和船迹信号到船载航行数据采集器1，船载航行计程仪设备1.2通过串口总线发送对水船速信号到船载航行数据采集器1，船舶电罗经设备1.3通过串口总线发送船艏向信号到船载航行数据采集器1；船舶航行操作控制器1.4向船载航行数据采集器1发送模拟信号传输实际舵角和螺旋桨轴转速数据，驾驶台指示器设备1.5通过开关量信号接口像船载航行数据采集器1发送水密门状态和防火门状态信号，气象仪设备1.6通过串口总线发送风速和风向信号到船载航行数据采集器1；
所述船载航行数据采集器1采集船舶航行操作信息的方式为，船舶回声探测仪设备1.7通过串口总线向船载航行数据采集器1发送龙骨以下水深数据，船舶航行操作控制器1.4向船载航行数据采集器1发送开关量信号的船舶车钟指回令和机舱车钟指回令，船舶航行操作控制器1.4还向船载航行数据采集器1发送模拟量信号的舵操作信息、主机油门操作信息和可变螺距操作信息，驾驶台指示器设备1.5通过开关量信号接口发送信号到船载航行数据采集器1，发送的信号包括船舶报警信号和船舶信号灯信号，驾驶室麦克风设备1.8发送模拟量信号到船载航行数据采集器1发送的信号包括驾驶室声音信号，船舶甚高频通信设备1.9向船载航行数据采集器1发送船舶甚高频(VHF，Very High Frequency)语音信号，自动雷达标绘仪1.10向船载航行数据采集器1发送雷达视频信号；
步骤2：所述数据采集模块2将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息发送到主控制器3；
步骤3：主控制器3将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息中航行数据记录仪要求存储的信息发送到无线数据发送模块5进行无线传输，无线数据发送模块5将航行数据记录仪要求存储的信息依次通过Mesh移动基站8、沿岸的固定基站9、Mesh主基站4传输给数据服务器7进行存储。
船舶状态信息：
| 船舶状态信息 | 信号来源 | 接口 |
| 时间 | GPS | RS-422/232 |
| 船位 | GPS | RS-422/232 |
| 航速(对地) | GPS | RS-422/232 |
| 船迹向 | GPS | RS-422/232 |
| 航速(对水) | 计程仪 | RS-422 |
| 船艏向 | 电罗经 | RS-422 |
| 实际舵角 | 控制器接口 | ±10V或自整角机信号 |
| 螺旋桨轴转速 | 控制器接口 | ±10V或自整角机信号 |
| 水密门状态 | 驾驶台指示器 | 开关量信号 |
| 防火门状态 | 驾驶台指示器 | 开关量信号 |
| 风速和风向 | 气象仪 | RS-422 |
船舶操作信息：
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于，它包括船载航行数据采集器(1)、数据采集模块(2)、主控制器(3)、无线数据发送模块(5)、内河专用网络云存储系统(6)，其中，船载航行数据采集器(1)的信号输出端连接数据采集模块(2)的信号输入端，数据采集模块(2)的信号输出端连接主控制器(3)的数据输入端，主控制器(3)的无线传输数据输出端连接无线数据发送模块(5)的信号输入端，无线数据发送模块(5)的信号输出端连接内河专用网络云存储系统(6)的信号输入端；
所述船载航行数据采集器(1)用于采集船舶航行状态信息和船舶航行操作信息；
所述数据采集模块(2)用于将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息发送到主控制器(3)；
主控制器(3)用于将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息中航行数据记录仪要求存储的信息发送到无线数据发送模块(5)进行无线传输，并将航行数据记录仪要求存储的信息存储在内河专用网络云存储系统(6)。
2.根据权利要求1所述的基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于：所述内河专用网络云存储系统(6)包括Mesh移动基站(8)、沿岸的固定基站(9)、Mesh主基站(4)和数据服务器(7)，所述Mesh移动基站(8)设置在船舶上，无线数据发送模块(5)的信号输出端连接Mesh移动基站(8)的信号输入端，Mesh移动基站(8)的信号输出端连接沿岸的固定基站(9)的信号输入端，沿岸的固定基站(9)的信号输出端连接Mesh主基站(4)的信号输入端，Mesh主基站(4)的信号输出端连接数据服务器(7)的信号输入端。
3.根据权利要求1所述的基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于：所述船载航行数据采集器(1)采集船舶航行状态信息的方式为，船载航行GPS设备(1.1)通过串口总线发送时间信号、船舶位置信号、对地船速信号和船迹信号到船载航行数据采集器(1)，船载航行计程仪设备(1.2)通过串口总线发送对水船速信号到船载航行数据采集器(1)，船舶电罗经设备(1.3)通过串口总线发送船艏向信号到船载航行数据采集器(1)；船舶航行操作控制器(1.4)向船载航行数据采集器(1)发送模拟信号传输实际舵角和螺旋桨轴转速数据，驾驶台指示器设备(1.5)通过开关量信号接口像船载航行数据采集器(1)发送水密门状态和防火门状态信号，气象仪设备(1.6)通过串口总线发送风速和风向信号到船载航行数据采集器(1)。
4.根据权利要求1所述的基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于：所述船载航行数据采集器(1)采集船舶航行操作信息的方式为，船舶回声探测仪设备(1.7)通过串口总线向船载航行数据采集器(1)发送龙骨以下水深数据，船舶航行操作控制器(1.4)向船载航行数据采集器(1)发送开关量信号的船舶车钟指回令和机舱车钟指回令，船舶航行操作控制器(1.4)还向船载航行数据采集器(1)发送模拟量信号的舵操作信息、主机油门操作信息和可变螺距操作信息，驾驶台指示器设备(1.5)通过开关量信号接口发送信号到船载航行数据采集器(1)，发送的信号包括船舶报警信号和船舶信号灯信号，驾驶室麦克风设备(1.8)发送模拟量信号到船载航行数据采集器(1)发送的信号包括驾驶室声音信号，船舶甚高频通信设备(1.9)向船载航行数据采集器(1)发送船舶甚高频语音信号，自动雷达标绘仪(1.10)向船载航行数据采集器(1)发送雷达视频信号。
5.根据权利要求2所述的基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于：所述沿岸的固定基站(9)属于中继层，沿岸的固定基站(9)有多个，其分布在内河沿岸，相邻两个沿岸的固定基站(9)之间间距5～10千米，沿岸的固定基站(9)采用5.8G频段覆盖江面移动船载设备，Mesh主基站(4)放置在海事局大楼内，其为核心落地层，数据服务器(7)接收由沿岸的固定基站(9)发回的数据，再进行云存储。
6.根据权利要求2所述的基于无线专网通信的船载航行数据采集记录装置，其特征在于：所述内河专用网络云存储系统(6)采用Mesh结构，其网络基站之间采用512bit的AES加密方式，内河专用网络云存储系统(6)的认证方式支持明文、共享密匙、MAC地址，确保只有被认证的设备才能接入。
7.一种权利要求1所述装置的船载航行数据采集记录方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：所述船载航行数据采集器(1)采集船舶航行状态信息和船舶航行操作信息；
所述船载航行数据采集器(1)采集船舶航行状态信息的方式为，船载航行GPS设备(1.1)通过串口总线发送时间信号、船舶位置信号、对地船速信号和船迹信号到船载航行数据采集器(1)，船载航行计程仪设备(1.2)通过串口总线发送对水船速信号到船载航行数据采集器(1)，船舶电罗经设备(1.3)通过串口总线发送船艏向信号到船载航行数据采集器(1)；船舶航行操作控制器(1.4)向船载航行数据采集器(1)发送模拟信号传输实际舵角和螺旋桨轴转速数据，驾驶台指示器设备(1.5)通过开关量信号接口像船载航行数据采集器(1)发送水密门状态和防火门状态信号，气象仪设备(1.6)通过串口总线发送风速和风向信号到船载航行数据采集器(1)；
所述船载航行数据采集器(1)采集船舶航行操作信息的方式为，船舶回声探测仪设备(1.7)通过串口总线向船载航行数据采集器(1)发送龙骨以下水深数据，船舶航行操作控制器(1.4)向船载航行数据采集器(1)发送开关量信号的船舶车钟指回令和机舱车钟指回令，船舶航行操作控制器(1.4)还向船载航行数据采集器(1)发送模拟量信号的舵操作信息、主机油门操作信息和可变螺距操作信息，驾驶台指示器设备(1.5)通过开关量信号接口发送信号到船载航行数据采集器(1)，发送的信号包括船舶报警信号和船舶信号灯信号，驾驶室麦克风设备(1.8)发送模拟量信号到船载航行数据采集器(1)发送的信号包括驾驶室声音信号，船舶甚高频通信设备(1.9)向船载航行数据采集器(1)发送船舶甚高频语音信号，自动雷达标绘仪(1.10)向船载航行数据采集器(1)发送雷达视频信号；
步骤2：所述数据采集模块(2)将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息发送到主控制器(3)；
步骤3：主控制器(3)将船舶航行状态信息和船舶航行操作信息中航行数据记录仪要求存储的信息发送到无线数据发送模块(5)进行无线传输，无线数据发送模块(5)将航行数据记录仪要求存储的信息依次通过Mesh移动基站(8)、沿岸的固定基站(9)、Mesh主基站(4)传输给数据服务器(7)进行存储。
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