CN111930975A - 船舶航行数据回放和分析系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶航行数据回放和分析系统与方法，该系统包括：数据采集模块，用于获取通过便携式记录仪记录CAN总线上历史CAN总线数据，并获取媒体文件；CAN实时数据接收模块，用于接收CAN总线的实时数据，并统计CAN口的数据负载率，以及每秒接收的数据包数；数据解析模块，用于解析数据文件；历史数据回放模块，用于根据接收的历史数据回放指令，对航行数据同步回放或独立回放；数据查询分析模块，用于为用户提供条件查询，并对提取出来的信息进行图表分析；航行试验辅助模块、实时监测模块、数据库。本发明提供的船舶航行数据回放和分析系统，实现对航行情况进行真实复现和对航行数据进行综合分析，为设计师提供和复现真实客观数据。

Description

船舶航行数据回放和分析系统与方法

技术领域

本发明涉及舰船电子技术，尤其涉及一种船舶航行数据回放和分析系统与方法。

背景技术

长期以来，船舶上的航行数据记录仪(Voyage Data Recorder，简称VDR)，主要功能是船舶固定数据的固化、船舶动态信息和操作信息的采集记录，它可以作为航行数据回放和分析技术的初步技术基础加以开发利用。航行数据记录仪的回放装置尚未采用数据库技术，仍沿用文本处理方式，数据检索和查找效率低下。缺乏对数据的提取、分析、回顾，以及统计学处理，设计人员无法充分利用海量数据进行全面准确地分析；声音和图像的回放与数据的回放不能同步，无法生动地进行场景重演；试验数据都是通过手工抄写数据到纸质表格，这种方式数据采集、处理以人工为主，不仅费时费力，而且效果差，试验数据不便于管理。

如何结合大数据时代对信息化数据合理管理的思路，对航行数据进行更为有效地统计分析管理，也相应提出了新的要求。通过设计船舶航行数据回放和分析系统，可以给各系统设计师提供真实客观数据进行分析，全面掌握系统的运行状态，开展分析优化工作；船舶航行数据回放和分析系统可利用航行或系泊试验数据直接提取并生成试验电子表格，提高工作效率，摆脱目前“观测基本靠眼、记录基本靠手、分析基本靠口”的落后局面。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种船舶航行数据回放和分析系统与方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种船舶航行数据回放和分析系统，包括：

数据采集模块，用于获取通过便携式记录仪记录CAN总线上历史CAN总线数据，并获取媒体文件，所述媒体文件包括音频文件和视频文件；

CAN实时数据接收模块，用于接收CAN总线的实时数据，并统计CAN口的数据负载率，以及每秒接收的数据包数；

数据解析模块，用于解析CAN总线的实时数据，同时记录状态ID、状态值信息到非持久化状态池，然后将原始数据记录到CAN数据文件；

还用于解析CAN数据文件，记录时间，状态ID，状态值信息到航行数据库；

还用于解析媒体文件，读取其对应的时间，文件路径信息写入媒体文件信息数据库；

历史数据回放模块，用于根据接收的历史数据回放指令，对航行数据包括 CAN总线数据、视频、音频同步回放或独立回放；

所述数据查询分析模块，用于为用户提供包括时间信息、系统设备划分、变量值范围在内的条件查询，并对提取出来的信息进行图表分析；

航行试验辅助模块，用于通过配置文件设置各个系统航行试验表格格式，依据试验时间信息来提取需要的试验数据，并根据实验数据自动生成格式试验表格；

实时监测模块，用于实时监控模式下，收到启动接收命令后，按照每秒一次的频率，从非持久化状态池中读取当前时间点的状态ID、状态值信息在内的状态集；并提供解析后数据的实时显示；

数据库，包括协议数据库、媒体文件信息数据库和航行数据库。

按上述方案，所述数据解析模块通过协议解析器进行数据的解释加工。

按上述方案，所述数据解析模块通过协议解析器进行数据的解释加工，具体如下：

采用协议编译器对协议描述语言文件，进行语法检查和编译后，形成内存语法树，协议解析器根据协议数据库和内存语法树解析CAN数据文件，对总线数据按照指定的协议类型解析其数值并存储；所述协议数据库存储各种数据类型对应的状态树结构，状态之间的父子关系以及每个状态的定义信息、单位和计算系数。

一种船舶航行数据回放和分析方法，包括：

1)通过便携式记录仪采集记录CAN总线上航行实时数据并存储；

2)导入便携式记录仪中的CAN数据文件，将二进制总线数据，或者txt 格式的总线数据按照指定的协议类型将其数值存储到航行数据库；

3)从媒体文件解析其媒体覆盖的起止时间段和时长信息、以及文件路径信息写入媒体文件信息数据库，所述媒体文件包括音频和视频文件；

4)根据接收的历史数据回放指令，对航行数据包括CAN总线数据、视频、音频进行历史数据同步回放或独立回放；

收到历史数据回放命令后，在数据库列表中选择数据库，从数据库读取选定时间段的状态集合；历史数据回放的速率根据设置的时间单位单步推进；数据库读取按照设定的频率到数据库中读取状态并将回放的历史数据显示到界面；

5)数据查询分析

将航行数据依据时间存储在数据库中，提供根据时间信息、系统设备划分、变量值范围在内的数据条件查询，并对提取出来的信息进行图表分析；

6)通过配置文件设置各个系统航行试验表格格式，依据试验时间信息通过试验开始和结束按键，实时采集数据，根据时间点提取需要的试验数据，自动生成可修改的word格式电子版试验报告；

7)实时监控模式下，收到启动接收命令后，按照每秒一次的频率，从非持久化状态池中读取当前时间点的状态ID、状态值信息在内的状态集；所述非持久化状态池用于存储解析后的CAN总线的实时数据。

按上述方案，所述步骤4)中历史数据回放采用差分更新策略：根据设定的频率，从数据库读取选定时间段的状态集合；

如果读取目标时刻是预设时间单位的整数倍，就先读取该时刻的数据快照然后读取对应时刻的数据增量更新数据去刷新上一步读取的快照数据；然后将读取的数据推送到界面，页面上通过状态面板也可以通过状态列表显示数据；如果当前用户打开的是音频或视频播放的页面，媒体文件播放单元将响应界面的播放命令，以播放对应时间段的媒体文件；

其中，历史数据回放的速率设置为按以下时间单位单步推进：1S，2S，5S， 10S，15S，30S，60S。

本发明产生的有益效果是：

1)为船舶航行数据回放和分析系统软件对航行数据进行综合分析和对航行情况进行真实复现，为设计师提供和复现真实客观数据；

2)可作为数据分析优化的工具，对提高船舶精细化设计水平有重要意义；

3)本发明还可通过数据有效提取可自动生成电子版试验表格，为系泊、航行试验提供便利。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种船舶航行数据回放和分析系统，包括：

数据采集模块，用于获取通过便携式记录仪记录CAN总线上历史CAN总线数据，并获取媒体文件，所述媒体文件包括音频文件和视频文件；

CAN实时数据接收模块，用于接收CAN总线的实时数据，并统计CAN口的数据负载率，以及每秒接收的数据包数；

数据解析模块，用于解析CAN总线的实时数据，同时记录状态ID、状态值信息到非持久化状态池，然后将原始数据记录到CAN数据文件；

还用于解析CAN数据文件，记录时间，状态ID，状态值信息到航行数据库；

还用于解析媒体文件，读取其对应的时间，文件路径信息写入媒体文件信息数据库；

数据解析模块通过协议解析器进行数据的解释加工，具体如下：

采用协议编译器对协议描述语言文件，进行语法检查和编译后，形成内存语法树，协议解析器根据协议数据库和内存语法树解析CAN数据文件，对总线数据按照指定的协议类型解析其数值并存储；所述协议数据库存储各种数据类型对应的状态树结构，状态之间的父子关系以及每个状态的定义信息、单位和计算系数。

协议编译器读取使用协议描述语言PSL写的文件，进行语法检查和编译后，形成内存语法树，供协议解析器解析来自CAN总线的实时数据或者相同格式的 CAN数据文件。在航行数据回放模式下，解析器解析CAN数据文件然后记录时间，状态ID，状态值等信息到航行数据库(持久化)；回放驱动模块从数据库检索满足条件的状态显示到数据图表。协议解析器还需要从媒体文件读取其对应的时间，文件路径等信息写入媒体文件信息数据库。在实时监控模式下，解析器解析来自CAN总线的实时数据，同时记录状态ID，状态值到内存(非持久化)，然后将原始数据记录到文件。

历史数据回放模块，用于根据接收的历史数据回放指令，对航行数据包括 CAN总线数据、视频、音频同步回放或独立回放；

所述数据查询分析模块，用于为用户提供包括时间信息、系统设备划分、变量值范围在内的条件查询，并对提取出来的信息进行图表分析；

航行试验辅助模块，用于通过配置文件设置各个系统航行试验表格格式，依据试验时间信息来提取需要的试验数据，并根据实验数据自动生成格式试验表格；

实时监测模块，用于实时监控模式下，收到启动接收命令后，按照每秒一次的频率，从非持久化状态池中读取当前时间点的状态ID、状态值信息在内的状态集；

数据库，包括协议数据库、媒体文件信息数据库和航行数据库。

一种船舶航行数据回放和分析方法，包括如下操作步骤：

1)导入数据

导入数据是指将二进制总线数据，或者txt格式的总线数据按照指定的协议类型将其数值存储到数据库。选择的目录必须是Audio，Can，Video三个文件夹所在的目录；如果导入的是便携式记录仪的离线数据，请选则“.txt”按钮导入路径，该方式下将只有can数据文件导入，无音视频信息的导入。导入数据库后可以方便进行数据查询，分析，统计，同时提高回放过程的流畅度，也有利于周边软件产品直接访问数据库。

硬件上采用便携式记录仪来采集CAN总线上航行数据，再用移动终端来解析航行数据并进行分析调试，功能上支持航行CAN总线数据、音频数据、视频数据导入。

2)历史数据回放

实现对航行数据包括CAN总线数据、视频、音频同步回放，也可以三者分开独立回放。播放方式可以自动播放，也可以按时间点拖动，快进、快退播放。在数据库列表中选择一个数据库，收到界面的历史数据回放启动播放命令后，定时驱动装置根据设定的频率，驱动数据读取装置从数据库读取选定时间段的状态集合；如果读取目标时刻是60S的整数倍，就先读取该时刻的数据快照然后读取对应时刻的数据增量更新数据去刷新上一步读取的快照数据；然后将读取的数据推送到界面。页面上通过状态面板也可以通过状态列表显示数据。如果当前用户打开的是音频或视频播放的页面，媒体文件播放单元将响应界面的播放命令，以播放对应时间段的媒体文件。历史数据回放的速率可以设置成按以下时间单位单步推进：1S，2S，5S，10S，15S，30S，60S。回放定时器按照设定的单位到数据库中读取状态并显示到界面。

3)数据查询分析

选定数据库文件，点击“回放模式”进入回放模式。勾选状态树中的一个或多个状态，“兴趣状态量”标签右侧将出现对应的状态名和全部状态ID。同时画面右侧中心位置曲线图上将绘制出该状态的时间状态曲线。取消勾选或者点击界面右上角的“全部清除”按钮将清除已经关注的状态。单击“兴趣状态量”标签右侧的状态名按钮取消状态选择。曲线图操作如下：鼠标左键单击显示当前状态的数值，左键双击改变图例的位置，左键拉框放大当前区域，中键按住不放拖动曲线图，右键单击重置曲线图。条件查询操作如下：勾选相应控件左侧的选择框，表示是否启用该条件执行查询；比如勾选“起始时间”，“终止时间”条件，就能限定查询对象的时间范围，加上过滤条件，四个组合条件中的四个状态可以相同或不同。查询结果统计：右下角“统计”按钮提供对查询结果的极值，均值统计，忽略0值样本数统计。执行查询后，点以下界面的“导出”按钮可将查询结果导出到csv格式，该格式可以被Excel直接打开和编辑。

4)试验辅助

本模块提供实验辅助功能，提供按键控制数据开始提取和结束提取；实验辅助计算，提供用户定制计算公式的机制方便进行数据运算并记录到表格；实验生成的表格具有可扩展性，以方便用户二次修改；实验表格，统计曲线能方便导出成标准文档格式。在回放模式或者实时在线接收模式下，点击窗顶“实验报告”，在“选择实验项目”下拉框中选择“xxx实验”。在实时接收或回放状态下，点控制面板下的“开始实验”按钮，控制面板中的兴趣状态量会实时刷新，系统将以每秒1次的更新频率推送全部状态名及状态值。待经过预定的实验时间后，点“结束实验”和“生成报告”按钮。在控制面板的界面中点“报告输出”按钮即可将报告保存为html格式文件，该格式可以被MS office Word 编辑。

5)重要信息实时监控

按实时模式连接系统，选择正确的“实时接收应用的协议”，并按下“实时模式”，可以看到数据实时刷新，可接收来自航行数据记录仪的各系统主要信息 (包括重要参数和报警)，经过处理、解析后，通过人机界面进行显示，主要包括动力、导航、操艇、保障、声纳以及通讯等系统相关信息。此时数据接收解析的同时，还记录到磁盘目录。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种船舶航行数据回放和分析系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于获取通过便携式记录仪记录CAN总线上历史CAN总线数据，并获取媒体文件，所述媒体文件包括音频文件和视频文件；

CAN实时数据接收模块，用于接收CAN总线的实时数据，并统计CAN口的数据负载率，以及每秒接收的数据包数；

数据解析模块，用于解析CAN总线的实时数据，同时记录状态ID、状态值信息到非持久化状态池，然后将原始数据记录到CAN数据文件；

还用于解析CAN数据文件，记录时间，状态ID，状态值信息到航行数据库；

还用于解析媒体文件，读取其对应的时间，文件路径信息写入媒体文件信息数据库；

历史数据回放模块，用于根据接收的历史数据回放指令，对航行数据包括CAN总线数据、视频、音频同步回放或独立回放；

数据查询分析模块，用于为用户提供包括时间信息、系统设备划分、变量值范围在内的条件查询，并对提取出来的信息进行图表分析；

航行试验辅助模块，用于通过配置文件设置各个系统航行试验表格格式，依据试验时间信息来提取需要的试验数据，并根据实验数据自动生成格式试验表格；

实时监测模块，用于实时监控模式下，收到启动接收命令后，按照每秒一次的频率，从非持久化状态池中读取当前时间点的状态ID、状态值信息在内的状态集，并提供解析后数据的实时显示；

数据库，包括协议数据库、媒体文件信息数据库和航行数据库。

2.根据权利要求1所述的船舶航行数据回放和分析系统，其特征在于，所述数据解析模块通过协议解析器进行数据的解释加工。

3.根据权利要求1所述的船舶航行数据回放和分析系统，其特征在于，所述数据解析模块通过协议解析器进行数据的解释加工，具体如下：

采用协议编译器对协议描述语言文件，进行语法检查和编译后，形成内存语法树，协议解析器根据协议数据库和内存语法树解析CAN数据文件，对总线数据按照指定的协议类型解析其数值并存储；所述协议数据库存储各种数据类型对应的状态树结构，状态之间的父子关系以及每个状态的定义信息、单位和计算系数。

4.一种船舶航行数据回放和分析方法，其特征在于，包括：

1)通过便携式记录仪采集记录CAN总线上航行实时数据并存储；

2)导入便携式记录仪中的CAN数据文件，将二进制总线数据，或者txt格式的总线数据按照指定的协议类型将其数值存储到航行数据库；

3)从媒体文件解析其媒体覆盖的起止时间段和时长信息、以及文件路径信息写入媒体文件信息数据库，所述媒体文件包括音频和视频文件；

4)根据接收的历史数据回放指令，对航行数据包括CAN总线数据、视频、音频进行历史数据同步回放或独立回放；

收到历史数据回放命令后，在数据库列表中选择数据库，从数据库读取选定时间段的状态集合；历史数据回放的速率根据设置的时间单位单步推进；数据库读取按照设定的频率到数据库中读取状态并将回放的历史数据显示到界面；

5)数据查询分析

将航行数据依据时间存储在数据库中，提供根据时间信息、系统设备划分、变量值范围在内的数据条件查询，并对提取出来的信息进行图表分析；

6)通过配置文件设置各个系统航行试验表格格式，依据试验时间信息通过试验开始和结束按键，实时采集数据，根据时间点提取需要的试验数据，自动生成可修改的word格式电子版试验报告；

7)实时监控模式下，收到启动接收命令后，按照每秒一次的频率，从非持久化状态池中读取当前时间点的状态ID、状态值信息在内的状态集；所述非持久化状态池用于存储解析后的CAN总线的实时数据。

5.根据权利要求4所述的船舶航行数据回放和分析方法，其特征在于，所述步骤4)中历史数据回放采用差分更新策略：根据设定的频率，从数据库读取选定时间段的状态集合；

如果读取目标时刻是预设时间单位的整数倍，就先读取该时刻的数据快照然后读取对应时刻的数据增量更新数据去刷新上一步读取的快照数据；然后将读取的数据推送到界面，页面上通过状态面板也可以通过状态列表显示数据；如果当前用户打开的是音频或视频播放的页面，媒体文件播放单元将响应界面的播放命令，以播放对应时间段的媒体文件；

其中，历史数据回放的速率设置为按以下时间单位单步推进：1S，2S，5S，10S，15S，30S，60S。

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