CN112003905A - 船岸多终端数据共享方法和系统、智能船舶应用管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于智能船舶数据管理领域，具体涉及一种船岸多终端数据共享方法和系统、智能船舶应用管理系统。该方法用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶船用感知设备采集的感知信息，包括：目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；所述智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。本申请方法可以保证船端数据的实时传输、岸基的多终端共享，以及数据的多重保护，具有高可靠性、高效率等优点。

Description

船岸多终端数据共享方法和系统、智能船舶应用管理系统

技术领域

本申请属于智能船舶数据管理领域，具体涉及一种船岸多终端数据共享方法和系统、智能船舶应用管理系统。

背景技术

智能船舶的正常运行离不开船端与岸基的协同管控，岸端的智能船舶岸基控制中心对辖区内的交通状况及环境状况进行监控，对船舶的运行进行调度指挥，保证智能船舶的运行安全。岸基控制中心需要实时获取辖区内船舶状态信息和航行环境的信息，从而为其决策输出提供必要的数据基础。岸基控制中心除了实时获取通过岸基感知设备包括：雷达子系统、AIS子系统、视频监控子系统、北斗卫星导航子系统、环境监测子系统采集的信息外，还要实时接收智能船舶的船载外部感知设备主要包括激光雷达、AIS、毫米波雷达、微波导航雷达、摄像头、风速风向仪、避碰声呐、GPS/北斗导航、罗经、计程仪采集的信息。目前，智能船舶感知设备采集到的数据实时传输到岸基，一般采用基于tcp通讯协议的方式进行远程传输。该方式对网络通信效率要求高，且易产生数据丢包，岸基接收端故障会导致传输的中断，且岸基和船端通讯是一对一的，其他终端若想获得船端实时数据，还需要在岸基在建立一套数据分发程序，效率低下。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种船岸多终端数据共享方法和系统、智能船舶应用管理系统。

(二)技术方案

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶的船用感知设备实时采集的感知信息，所述目标船舶为所述智能船舶控制中心所辖航区中的智能船舶，该方法包括：

S1、目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；

S2、所述目标船舶数据采集系统将所述目标消息数据通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；

S3、所述kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；

S4、所述智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。

可选地，所述S1包括：

S11、所述目标船舶数据采集系统与各船用感知设备通过串口连接，以进行感知信息数据的传输；

S12、所述目标船舶数据采集系统采集船端各感知设备的串口信息，建立感知设备串口列表；

S13、所述目标船舶数据采集系统开启主进程，遍历所述感知设备串口列表，依次开启多个用于获取串口传输数据的子进程，直至遍历完成，结束主进程；

S14、通过各个子进程执行数据采集循环操作，获取每个串口传输的船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；其中，子进程执行数据采集，具体包括：

开启连接当前串口的线程；

根据预设的时间间隔向当前串口发送数据请求指令；

接收当前串口发送数据。

可选地，所述S2中包括：

对所述目标消息数据按照原始数据、自定义分隔符、时间戳的格式进行整理，标记所述目标消息数据的采集时间。

可选地，所述目标船舶数据采集系统通过VHF信息通信的方式，与kafka集群进行数据交互。

可选地，所述智能船舶应用管理系统包括智能船舶协同避碰决策系统、智能船舶调度指挥系统、智能船舶路径规划系统、智能船舶监控系统中的一种或多种。

可选地，所述船用感知设备包括AIS、毫米波雷达、微波导航雷达、摄像头、风速风向仪、避碰声呐、GPS/北斗导航、罗经、计程仪、激光雷达中的一种或多种。

第二方面，本申请实施例提供一种基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享系统，用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶的船用感知设备实时采集的感知信息，所述目标船舶为所述智能船舶控制中心所辖航区中的智能船舶，该系统包括：

消息数据获取模块，用于控制目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；

消息发布模块，用于控制所述目标船舶数据采集系统将所述目标消息数据通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；

消息存储模块，用于控制所述kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；

消息订阅模块，用于控制所述智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。

可选地，所述智能船舶应用管理系统通过移动智能终端实时接收目标消息数据，所述移动智能终端包括手机、个人用户助理、笔记本电脑中的一种或多种。

第三方面，本申请实施例提供一种智能船舶应用管理系统，通过上述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法实时获取智能船舶船用感知设备采集的数据。

(三)有益效果

本申请的有益效果是：本申请提出了一种基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法。目标船舶数据采集系统获取各船用感知设备实时采集的数据，在岸基搭建kafka集群，通过在船端连接集群，将数据实时传输到岸基服务器中进行保存，在岸基控制中心，智能船舶应用管理系统通过订阅的方式实时获取船端数据。通过该方法可以保证船端数据的实时传输、岸基的多终端共享，以及数据的多重保护，具有高可靠性、高效率等优点。

进一步地，本申请提出了一种智能船舶应用管理系统，由于采用了本申请提出的智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，从而保证了智能船舶应用管理系统根据获取的数据及时做出正确的响应，提高了船舶运行的可靠性和安全性。

附图说明

本申请借助于以下附图进行描述：

图1为本申请一个实施例中的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法流程示意图；

图2为本申请另一个实施例中的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法流程示意图；

图3为本申请一个实施例中的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享系统架构示意图；

图4为本申请一个实施例中的kafka集群架构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

目标船舶数据采集系统获取各船用感知设备实时采集的数据，在岸基搭建kafka集群，通过在船端连接集群，将数据实时传输到岸基服务器中进行保存，在岸基控制中心，智能船舶应用管理系统通过订阅的方式实时获取船端数据。通过该方法可以保证船端数据的实时传输、岸基的多终端共享，以及数据的多重保护，具有高可靠性、高效率等优点。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

图1为本申请一个实施例中的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法流程示意图。如图所示，本实施例的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶的船用感知设备实时采集的感知信息，目标船舶为智能船舶控制中心所辖航区中的智能船舶，包括：

S1、目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；

S2、目标船舶数据采集系统将目标消息数据通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；

S3、kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；

S4、智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。

在具体实施本实施例时，S1可以包括：

S11、目标船舶数据采集系统与各船用感知设备通过串口连接，以进行感知信息数据的传输；

S12、目标船舶数据采集系统采集船端各感知设备的串口信息，建立感知设备串口列表；

S13、目标船舶数据采集系统开启主进程，遍历所述感知设备串口列表，依次开启多个用于获取串口传输数据的子进程，直至遍历完成，结束主进程；

S14、通过各个子进程执行数据采集循环操作，获取每个串口传输的船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；其中，子进程执行数据采集，具体包括：

开启连接当前串口的线程；

根据预设的时间间隔向当前串口发送数据请求指令；

接收当前串口发送数据。

通过串口进行数据采集，可以实时获得设备的原始数据，通过多线程并行运行的程序，可以同时得到多个设备的实时数据。

S2中可以包括：

对目标消息数据按照原始数据、自定义分隔符、时间戳的格式进行整理，标记目标消息数据的采集时间。

本实施例中，目标船舶数据采集系统通过VHF信息通信的方式，与kafka集群进行数据交互。智能船舶应用管理系统可以是智能船舶协同避碰决策系统、智能船舶调度指挥系统、智能船舶路径规划系统、智能船舶监控系统中的一种或多种。

智能船舶协同避碰决策系统通过对船用感知设备采集的信息进行处理，分析船舶之间的会遇态势及判断是否存在碰撞危险，在有碰撞危险的情况下，提供避碰决策支持，并根据船舶的避碰线路，实现智能辅助避碰。

智能船舶路径规划系统对岸基雷达系统及智能船舶感知系统的多源感知信息进行融合，实现对航行区域内信息的全方位监测，通过电子海图进行显示及航路规划，寻求最优可航路径。

智能船舶调度指挥系统，用于基于岸基雷达系统及智能船舶感知系统的多源感知信息进行领域内航行态势的分析，从而对船舶的航行发出调度命令。

智能船舶监控系统是指通过在海岸线、港口以及内河沿岸架设监控系统，用以辅助海事部门、港口集团实现对近海领域内航行态势的检测感知，从而可以为港口调度、船舶的统一调度提供事实依据。其中，智能船舶感知系统的感知信息也是智能船舶监控系统重要的信息来源。

船用感知设备可以包括AIS、毫米波雷达、微波导航雷达、摄像头、风速风向仪、避碰声呐、GPS/北斗导航、罗经、计程仪、激光雷达中的一种或多种。

在船端运行数据采集程序，该程序可获得船舶各船用感知设备的实时串口数据。在岸基搭建kafka集群，通过在船端连接集群，将数据实时传输到岸基服务器中进行保存，在岸基控制中心，智能船舶应用管理系统通过订阅的方式实时获取船端数据。基于kafka集群实现船岸数据的实时传输，可以实现船岸多终端的数据实时共享，通过数据的多级存储，可以避免传统方法的单点故障，确保数据的传输不会因为设备故障产生影响，保证数据不会丢失。岸基多终端通过订阅的方式实时获得回传数据，即使设备不在线也不会丢失数据。

实施例二

图2为本申请另一个实施例中的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法流程示意图，如图2所示，该方法包括以下步骤。

步骤1、初始化。进入船端数据采集的准备工作，将想要采集的设备的串口号输入到系统。然后将船端与岸基的kafka集群连接起来。

步骤2、获取船端各设备串口列表。

步骤3、遍历列表。遍历步骤2获取到的船舶列表，当遍历到预先输入的串口号，便执行该串口的设备数据采集工作，直到遍历完列表所有串口，依次找到要采集的设备串口，后结束主进程，对各个子进程执行数据采集循环操作，各个子进程间并行运行，互不影响。

步骤4、预设串口。当确定步骤3遍历到的某串口(预设串口1、预设串口2......预设串口N)是待采集数据的设备串口，便进入到采集该设备数据的子进程之中。

步骤5、开启线程连接该串口。开启连接该设备串口的线程。

步骤6、定时向该串口发送数据请求，根据预设的时间间隔向该设备串口发送数据请求指令。

步骤7、接收串口发送数据。船端电脑接收设备串口发送的实时数据。

步骤8、原始数据、分隔符、时间戳。对收集到的实时数据按照原始数据、自定义分隔符、时间戳的格式进行整理，从而可以表示出每条数据的实时采集时间。

步骤9、数据转发至岸基集群。由于船端和岸基搭建的集群连接起来了，因此船端每获得一条步骤8之后的数据便将其转发至岸基集群。

在岸基搭建的KAFKA集群由3个服务器组成，每个服务器包含不同的主题，但每个主题存在于两个服务器之中，这样可以保证所有数据都有两个服务器进行存储，这样即使其中一台服务器崩溃或死机，也不会影响岸基接收端对数据的接收以及存储，不用担心数据丢失。

步骤10、岸基多终端获取实时数据。在岸基系统中，所有的终端(如手机、ipad、笔记本电脑等)与岸基的KAFKA集群只要连接好，均可以通过信息订阅的方式获得实时数据，只要KAFKA集群获得数据，就会将相关数据发至相关的终端。即使终端发生故障，当终端恢复正常后，故障期间的数据也会传送过来，不用担心数据丢包。

本实施例提出的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，将船端数据可实时传输到岸基等多个信息终端，数据实时传输效率高，不受网络通信性能影响；系统高可用，避免单点故障的产生，基于数据的多级存储，不会因为设备故障导致数据丢失；岸基接收端可实现多终端实时共享，避免二级转发产生的问题，岸基多终端即使不在线也不会丢失数据。

实施例三

本申请第二方面提出了一种基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享系统，用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶的船用感知设备实时采集的感知信息，目标船舶为智能船舶控制中心所辖航区中的智能船舶，该系统包括：

消息数据获取模块，用于控制目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；

消息发布模块，用于控制目标船舶数据采集系统将目标消息数据通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；

消息存储模块，用于控制kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；

消息订阅模块，用于控制智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。

本申请中的消息数据获取模块、消息发布模块通常可以设置在智能船舶数据采集系统的终端设备或服务器中。消息存储模块通常可以设置在岸端的kafka集群终端设备或服务器中，消息订阅模块通常可以设置在智能船舶应用管理系统的终端设备或服务器中。

用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的计算机系统可以包括中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。

以下部件连接至I/O接口：包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。

在一个实施例中，智能船舶应用管理系统通过移动智能终端实时接收目标消息数据，移动智能终端包括手机、个人用户助理、笔记本电脑中的一种或多种。

实施例四

图3为本申请一个实施例中的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享系统架构示意图，如图3所示：

船端数据采集系统包括电脑终端，各船端感知设备如AIS、电罗经、风速风向仪、DGPS等通过串口通讯的方式接入电脑终端。

数据转发至岸基kafka集群。由于船端和岸基搭建的集群连接起来了，因此船端将采集的数据实时转发至岸基集群。

在岸基搭建的集群由3个服务器组成，每个服务器包含不同的主题。图4为本申请一个实施例中的kafka集群架构示意图，请同时参阅图4，船端采集的数据中，每个船用感知设备采集的数据作为一个主题，每个主题存在于两个服务器之中，这样可以保证所有数据都有两个服务器进行存储，这样即使其中一台服务器崩溃或死机，也不会影响岸基接收端对数据的接收以及存储，不用担心数据丢失。

请同时参阅图3和图4，岸基多终端获取实时数据。在岸基系统中，所有的终端(如手机、PC、平板终端等)与岸基的kafka集群只要连接好，均可以通过信息订阅的方式获得实时数据，只要kafka集群获得数据，就会将相关数据发至相关的终端。因此，即使终端发生故障，当终端恢复正常后，故障期间的数据也会传送过来，不用担心数据丢包。由于每个主题数据在两个服务器中进行了存储，因此终端可以从两个服务器中订阅信息，当其中一个服务器发生故障时，订阅的信息不会中断传送。

实施例五

本申请第三方面提出了一种智能船舶应用管理系统，通过上述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法实时获取智能船舶船用感知设备采集的数据。从而保证了智能船舶应用管理系统根据获取的数据及时做出正确的响应，提高了船舶运行的可靠性和安全性。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶的船用感知设备实时采集的感知信息，所述目标船舶为所述智能船舶控制中心所辖航区中的智能船舶，其特征在于，该方法包括：

S1、目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；

S2、所述目标船舶数据采集系统将所述目标消息数据通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；

S3、所述kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；

S4、所述智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。

2.根据权利要求1所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，其特征在于，所述S1包括：

S11、所述目标船舶数据采集系统与各船用感知设备通过串口连接，以进行感知信息数据的传输；

S12、所述目标船舶数据采集系统采集船端各感知设备的串口信息，建立感知设备串口列表；

S13、所述目标船舶数据采集系统开启主进程，遍历所述感知设备串口列表，依次开启多个用于获取串口传输数据的子进程，直至遍历完成，结束主进程；

S14、通过各个子进程执行数据采集循环操作，获取每个串口传输的船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；其中，子进程执行数据采集，具体包括：

开启连接当前串口的线程；

根据预设的时间间隔向当前串口发送数据请求指令；

接收当前串口发送数据。

3.根据权利要求2所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，其特征在于，所述S2中包括：

对所述目标消息数据按照原始数据、自定义分隔符、时间戳的格式进行整理，标记所述目标消息数据的采集时间。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，其特征在于，所述目标船舶数据采集系统通过VHF信息通信的方式，与kafka集群进行数据交互。

5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，其特征在于，所述智能船舶应用管理系统包括智能船舶协同避碰决策系统、智能船舶调度指挥系统、智能船舶路径规划系统、智能船舶监控系统中的一种或多种。

6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，其特征在于，所述船用感知设备包括AIS、毫米波雷达、微波导航雷达、摄像头、风速风向仪、避碰声呐、GPS/北斗导航、罗经、计程仪、激光雷达中的一种或多种。

7.一种基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享系统，用于智能船舶岸基控制中心的智能船舶应用管理系统获取目标船舶的船用感知设备实时采集的感知信息，所述目标船舶为所述智能船舶控制中心所辖航区中的智能船舶，其特征在于，该系统包括：

消息数据获取模块，用于控制目标船舶数据采集系统并行接收各船用感知设备实时采集的数据，作为目标消息数据；

消息发布模块，用于控制所述目标船舶数据采集系统将所述目标消息数据通过kafka系统中消息生产者发布至kafka集群中；

消息存储模块，用于控制所述kafka集群将接收到的目标消息数据同时存储到两个不同的节点服务器相应的主题中；

消息订阅模块，用于控制所述智能船舶应用管理系统通过kafka系统中的消息消费者进行信息订阅，从节点服务器中获取相应的目标消息数据。

8.根据权利要求7所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法，其特征在于，所述智能船舶应用管理系统通过移动智能终端实时接收目标消息数据，所述移动智能终端包括手机、个人用户助理、笔记本电脑中的一种或多种。

9.一种智能船舶应用管理系统，其特征在于，通过权利要求1-6中任一权利要求所述的基于智能船舶的船岸多终端数据实时共享方法实时获取智能船舶船用感知设备采集的数据。

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