CN112153118B - 一种基于web服务的船舶远程诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统，包括网关、船载监测子系统、远程接入中心和远程支援中心，船载监测子系统负责船舶端诊断维修，并通过网关和船域网与船舶上的监测传感器通讯；远程接入中心用于船载监测子系统和远程支援中心之间的连接和沟通，通过网络通讯接收船载监测子系统的交换监测数据和向其传递维修建议；远程支援中心为保障组织，用于负责岸基远程诊断维修。本发明收集并传输船舶上异构设备的运行状态数据，以WEB服务技术(SOA)封装系统的数据和功能，并以预定义接口形式提供用户使用，适合用来集成和开发包含多种组织结构的软件系统。可以有效的将岸基远程船舶保障中心与船载监测子系统联系起来提供综合保障诊断服务。

Description

一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统

技术领域

本发明属于船舶远程保障领域，涉及WEB服务技术，具体是一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统。

背景技术

当船舶接收任务出航时，如果出现故障，且船载技术人员无法处理时，就需要与岸基技术专家或机构联系，以获取帮助，修复问题，这就是船舶远程诊断系统的工作目的。现有船舶故障诊断系统存在以下诸多缺点：(1)缺乏与岸基远程船舶保障中心的协同诊断支持；(2)当前船舶设备类型繁多，制造厂家不同，导致数据格式不同和采集方式不同；(3)另外船载各类信息系统也存在兼容问题，特别是设备维修决策支持系统的开放性与兼容性不够，这些都严重阻碍了远程诊断系统的开发应用；(4)同时出于知识产权和保密性考虑，船舶生产和技术维修部门也不能保证公开它们的生产维修数据和方法。因此急需一种远程诊断系统，将渊博保障中心与岸基远程船舶保障中心联系起来，通过岸基远程船舶保障中心提供技术和维修保障。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决协同诊断、系统兼容和辅助决策等方面问题，提出一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统，其特征在于：包括网关、船载监测子系统、远程接入中心和远程支援中心，所述船载监测子系统负责船舶端诊断维修，并通过网关和船域网与船舶上的监测传感器通讯；

所述远程接入中心用于船载监测子系统和远程支援中心之间的连接和沟通，是调度中心，通过网络通讯接收船载监测子系统的交换监测数据和向其传递维修建议；

所述远程支援中心为保障组织，提供技术保障，用于负责岸基远程诊断维修。

进一步地，所述船载监测子系统包括：

监测模块：负责从传感器接收被监控设备的状态数据；

本地数据库：存储监测数据；

本地辅助决策模块：部署在船舶端，执行设备级的故障监测及诊断算法(模糊综合评判算法、神经网络方法或阈值判别法等)，当监测数据异常时，发出警报，并能给出维修建议，船舶技术人员根据维修建议实施维修，如果无法维修，则通过技术支持模块发出远程技术支持请求；

技术支持模块：当船舶技术人员无法解决故障时，通过远程无线通信手段向远程接入中心发出技术支持请求，也可以接收远程支援中心的指令，通过控制模块更改监测策略；

控制模块：向传感器发送控制指令，更改监测策略；

本地记录模块：当一次维修结束后，把该次维修过程的数据信息及对应设备监测数据存入本地数据库。

进一步地，在船载监测子系统中，从传感器接收被监控设备的状态数据类型包括数字、文本、图片、视频或音频中任意一种或几种组合。

进一步地，在船载监测子系统中，所述监测策略包括设备监测周期和/或测量精度。

进一步地，在船载监测子系统中，所述维修过程的数据信息包括故障原因、故障设备、解决方法和消耗的备品备件。

进一步地，所述远程接入中心包括：

任务分配模块，当有维修请求接入时，按照服务规则，把任务分配至一到多个远程支援中心；

远程记录模块：当维修结束后，记录维修过程，与本地记录模块功能相同；

维修记录备份模块：当船舶靠岸后，把本地维修记录备份至远程接入中心数据库；

分布式辅助维修子系统：船舶注册公司接到维修请求后，与远程接入中心协商维修协议后，转入远程维修模式，它支持多家远程支援中心的决策支持软件协同解决故障问题。

进一步地，所述远程支援中心包括：

客户辅助决策软件：以web服务方式实现，保存有非公开的船舶保障数据及故障诊断算法，它们从属于船舶总体制造公司、船载设备制造公司或科研院所等机构；

白板软件和视频会议软件：与船上技术人员交互，指导其诊断维修；

远程连接管理模块：与船载监测子系统交互，接收其发送的监测数据；

监测配置模块：与船载监测子系统交互，把远程支援中心专家的维修方案通过远程接入中心发送至船载监测子系统，配置船舶设备传感器的监测策略；

决策支持平台：由知识库组成。

进一步地，在远程支援中心中，决策支持平台的知识库包括：

说明模块：对该条知识的说明，包括版本号、作者名、关键字、知识名称、技术说明、参考文献、使用方式等；

输入输出模块：定义了使用该条知识所需的数据，包括设备描述、监测数据和输出结果描述；

逻辑推理模块：对输入输出模块的输入数据进行计算推导，输出维修建议，逻辑推理模块以执行文件形式保存。

进一步地，所述设备描述包括设备名称、设备描述、型号、出厂日期和维修次数；所述监测数据包括所需要的监测活动类型、监测活动代码、历史监测数据的回退时间、监测设备的精度要求和关联监测活动，如果一条知识模块需要另一条知识模块的输出结果，也要包括先期知识模块名称；所述输出结果描述定义了返回给用户的结果信息。

一种基于WEB服务的船舶远程诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、当船舶技术人员发出远程维修请求后，远程支援中心专家首先确定合适的维修方案、预期维修结果及相应的监测方案；

步骤2、远程支援中心专家指定需要记录的监测数据和工况；

步骤3、远程支援中心通过远程接入中心联系船载监测子系统，获取监测到的采样数据，并显示到专家界面；同时远程专家也可以通过用户界面和白板软件与船舶技术人员直接交互，得到传感器无法自动获取的信息；

步骤4、远程支援中心的专家通过获取的船载监测子系统信息，提高维修和诊断技术支持。

本发明有益效果是：

(1)本发明收集并传输船舶上异构设备的运行状态数据，以WEB服务技术(SOA)封装系统的数据和功能，并以预定义接口形式提供用户使用，适合用来集成和开发包含多种组织结构的软件系统。

(2)当出现故障预兆时，能生成警告信息，通知船员以及远程保障人员，并提出了标准化XML Schema格式的维修方案和监测方案，解决了决策支持系统的开放性问题；

(3)本发明提出了远程支援中心和远程接入中心的组织结构和连接关系，保证远程保障人员能访问船舶及船载设备的出厂文件和历史监测数据；

(4)本发明有决策支持功能，帮助系统及时给出诊断修复建议。

附图说明

图1是本发明实施例中基于WEB服务的船舶远程诊断系统结构层次图；

图2是本发明实施例中船载监测子系统结构图；

图3是本发明实施例中维修方案XML Schema结构图；

图4是本发明实施例中监测方案XML Schema结构图；

图5是本发明实施例中启动监测方案序列图；

图6本发明实施例中执行监测方案序列图

图7是本发明实施例中决策支持平台活动图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统，包括网关、船载监测子系统、远程接入中心和远程支援中心。

所述船载监测子系统负责船舶端诊断维修，结构如图2所示，基本组成包括：

(1)监测模块：负责从传感器接收被监控设备的状态数据，支持数字、文本、图片、视频或音频等多媒体数据；

(2)本地数据库：存储监测数据；

(3)本地辅助决策模块：当监测数据异常时，发出警报，并能给出维修建议；

(4)技术支持模块：当船舶技术人员无法解决故障时，通过远程无线通信手段向远程接入中心发出技术支持请求，也可以接收远程支援中心的指令，通过控制模块更改监测策略，监测策略包括设备监测周期，测量精度等；

(5)控制模块：向传感器发送控制指令，更改监测策略；

(6)本地记录模块：当一次维修结束后，把该次维修过程数据及对应设备监测数据存入本地数据库，其中维修过程信息包括故障原因、故障设备、解决方法、消耗的备品备件等。

远程接入中心功能类似400呼叫中心，基本组成为：

(1)任务分配模块，当有维修请求接入时，按照服务规则，把任务分配至一到多个远程支援中心；

(2)远程记录模块：当维修结束后，记录维修过程，类似本地记录模块；

(3)维修记录备份模块：当船舶靠岸后，把本地维修记录备份至远程接入中心数据库。

(4)分布式辅助维修子系统：船舶注册公司接到维修请求后，与远程接入中心协商维修协议后，转入远程维修模式。与船载辅助决策模块具有类似的知识模块，不同的是，它支持多家远程支援中心的决策支持软件协同解决故障问题。

所述远程支援中心负责岸基远程诊断维修，基本组成包括：

(1)专有的客户辅助决策软件：以web服务方式实现，保存有非公开的船舶保障数据及故障诊断算法，它们从属于船舶总体制造公司、船载设备制造公司或科研院所等机构；

(2)白板软件和视频会议软件：与船上技术人员交互，指导其诊断维修；

(3)远程连接管理模块：与船载监测子系统交互，接收其发送的监测数据；

(4)监测配置模块：与船载监测子系统交互，把远程支援中心专家的维修方案发送至船载监测子系统，配置船舶设备传感器的监测策略。

(5)决策支持平台：由知识库组成。

远程支援中心决策支持平台知识库中每一条知识项包括：

(1)说明模块：对该条知识的说明，包括版本号、作者名、关键字、知识名称、技术说明、参考文献、使用方式等。

(2)输入输出模块：定义了使用该条知识所需的数据，包括：

(i)设备描述：包括设备名称、设备描述、型号、出厂日期、维修次数等。

(ii)监测数据：包括所需要的监测活动类型、监测活动代码、历史监测数据的回退时间、监测设备的精度要求、关联监测活动等，如果一条知识模块需要另一条知识模块的输出结果，也要包括先期知识模块名称。

(iii)输出结果描述：定义了返回给用户的结果信息。

(3)逻辑推理模块：对输入输出模块的输入数据进行计算推导，输出维修建议，逻辑推理模块以执行文件形式保存。

当远程支援中心生成维修建议后，以xml格式返回给用户，其Schema(即XMLSchema，是W3C于2001年5月发布的推荐标准，指出如何形式描述XML文档的元素)包括：

(i)维修起始时间；

(ii)维修步骤；

(iii)所需备件类型及数量；

(iv)结果评估：用于判断该次维修是否成功，包括在某一时间段内，设备测量结果是否达到指定范围要求。维修方案XML Schema格式如图3所示。

远程支援中心的专家可以根据诊断需要，向船舶监测子系统发送监测规则，通过改变船舶设备的监测模式采集存储更加精确的设备数据，监测规则包括被测量单元及对应的行为，后者表示如果被测量设备发生异常时需要采取的行为，包括向船舶技术人员发出警告、改变测量模式、或记录至数据库等活动。监测规则方案XML Schema格式如图4所示。

船载监测子系统、远程接入中心和远程支援中心的软件开发可采用JAX-WS(JavaAPI for XML Web Services)开发，它通过自动生成的通信桩(Stubs)与后端系统交互。

可采用kXML工具包作为数据的序列化工具，它可以根据XML Schema来解析交互的数据文件，包括维修建议和监测数据等。

船载监测子系统与远程接入中心可以通过短消息形式交互，可采用JAX-WS无线消息API自带的Java push注册机制开发，它可以在条件满足时自动触发短消息服务，从而实现远程接入中心与船载监测子系统的交互。

对于后端系统可安装Apache tomcat作为web服务器，同时安装Apache axis 2作为web服务引擎，并安装源代码开放的短消息网关(SMStools)实现短消息的转发服务。为了保证远程无线网络的高可用性，远程接入中心可以开发SMS确认机制，定期发送短消息至船载监测子系统，并等待船载监测子系统的短消息服务应答。

当远程支援中心接收到远程接入中心的请求后，可通过远程连接管理服务建立一次监测会话过程，以短消息形式向船载监测子系统发送连接请求，获取当前船舶可用的传感器基本信息，并通过船载监测子系统的用户界面，向船舶技术人员咨询船舶当前工作状态及传感器连接的设备工况，根据返回的结果，从数据库中检索预定义的维修方案和监测方案，在此基础上调整形成维修建议，接着通过远程连接管理服务，以短消息形式发送至船载监测子系统的控制模块，并启动相关监测服务接口，获取传感数据或设置监测模式等，如图5所示。当监测会话建立完成后，船载技术人员的汇报信息和传感器采集的设备工况数据，以SOAP(简单对象访问协议)形式发送至远程支援中心，当监测数据超过预定义规则的定义时，发送警告，如图6所示。

当船舶技术人员发出远程维修请求后，远程支援中心专家首先确定合适的维修方案、预期维修结果及相应的监测方案；其次指定需要记录的监测数据和工况；随后远程支援中心联系船载监测子系统，获取监测到的采样数据，并显示到专家界面；同时远程专家也可以通过用户界面和白板软件与船舶技术人员直接交互，得到传感器无法自动获取的信息。当监测数据超出监测规则定义的正常范围时发出警告。另外，监测规则还可以指定需要发送至远程专家界面的数据。

如果维修方案实施后观察到的监测数据与预期结果不符合时，需要专家进行进一步分析，必要时调整维修方案及监测模式。例如维修方案的预期结果部分指定了某型柴油机的噪音数据阈值及监测周期，如果实测数据超过阈值，则向远程专家发出警告信息，由其调整维修方案及监测方案，比如增加对转速指标的测量。再比如，对于噪声监测可指定两种模式，“正常”和“加强”模式。正常模式采样周期为10秒，加强模式采样周期为2秒，规则可定义如下。当噪声值大于100分贝，船载监测子系统转至加强模式。另一条规则定义，在加强模式下测量，如果噪声值多次(比如5次)超过120分贝，则记录数据，并向远程专家发送警告信息，而如果噪声值在多次测量周期内没有超过120分贝则终止加强模式，并转至正常模式。对于没有装备传感器的设备可以预先设置需要咨询的问题，当发送故障时显示至船载监测子系统的用户界面，由船舶技术人员应答，并把应答结果发送至远程专家。当维修结束后，船载监测子系统生成维修报告，记录维修过程、维修结果以及后期需要采取的保障方案。

决策支持平台的具体实施方案如图7所示。其中描述模块和输入输出模块可以利用微软Infopath软件编辑，该软件提供了强大的术语支持，可以帮助用户在描述同一概念的多个习惯用语中选择一个统一的术语。逻辑推理模块可以直接编译Java代码，并提供一个通用的数据缓存函数，供每一个知识推理程序调用，例如，如果一个推理程序需要某型设备过去12个月的监测数据，该模块可以在运行时自动生成数组以缓存数据库中提取的监测数据。辅助管理模块提供辅助管理服务。包括(1)检索服务：检索满足用户搜索词的知识库模块；(2)说明服务：该服务描述指定知识模块的使用说明，包括输入参数和输出结果的说明；(3)封装服务，把船载监测子系统传来的参数封装成XML格式的输入数据。

决策支持平台工作步骤描述如下。第1步：根据船载监测子系统的维修请求，搜索匹配该应用需求的知识模块集；第2步：确认船载监测子系统的用户具有访问知识模块所需数据的访问权限；第3步：调用相应知识模块生成决策结果，第4步：综合决策结果并反馈给船载监测子系统。

Claims (5)

1.一种基于WEB服务的船舶远程诊断系统，其特征在于：包括网关、船载监测子系统、远程接入中心和远程支援中心，所述船载监测子系统负责船舶端诊断维修，并通过网关和船域网与船舶上的监测传感器通讯；

所述远程接入中心用于船载监测子系统和远程支援中心之间的连接和沟通，是调度中心，通过网络通讯接收船载监测子系统的交换监测数据和向其传递维修建议；

所述远程支援中心为保障组织，提供技术保障，用于负责岸基远程诊断维修；

所述船载监测子系统包括：

监测模块：负责从传感器接收被监控设备的状态数据；

本地数据库：存储监测数据；

本地辅助决策模块：部署在船舶端，执行设备级的故障监测及诊断算法，当监测数据异常时，发出警报，并能给出维修建议，船舶技术人员根据维修建议实施维修，如果无法维修，则通过技术支持模块发出远程技术支持请求；

技术支持模块：当船舶技术人员无法解决故障时，通过远程无线通信手段向远程接入中心发出技术支持请求，也可以接收远程支援中心的指令，通过控制模块更改监测策略；

控制模块：向传感器发送控制指令，更改监测策略；

本地记录模块：当一次维修结束后，把该次维修过程的数据信息及对应设备监测数据存入本地数据库；

所述远程接入中心包括：

任务分配模块，当有维修请求接入时，按照服务规则，把任务分配至一到多个远程支援中心；

远程记录模块：当维修结束后，记录维修过程，与本地记录模块功能相同；

维修记录备份模块：当船舶靠岸后，把本地维修记录备份至远程接入中心数据库；

分布式辅助维修子系统：船舶注册公司接到维修请求后，与远程接入中心协商维修协议后，转入远程维修模式，它支持多家远程支援中心的决策支持软件协同解决故障问题；

所述远程支援中心包括：

客户辅助决策软件：以web服务方式实现，保存有非公开的船舶保障数据及故障诊断算法，它们从属于船舶总体制造公司、船载设备制造公司或科研院所等机构；

白板软件和视频会议软件：与船上技术人员交互，指导其诊断维修；

远程连接管理模块：与船载监测子系统交互，接收其发送的监测数据；

监测配置模块：与船载监测子系统交互，把远程支援中心专家的维修方案通过远程接入中心发送至船载监测子系统，配置船舶设备传感器的监测策略；

决策支持平台：由知识库组成；

在远程支援中心中，决策支持平台的知识库包括：

说明模块：对知识的说明，包括版本号、作者名、关键字、知识名称、技术说明、参考文献、使用方式等；

输入输出模块：定义了使用知识所需的数据，包括设备描述、监测数据和输出结果描述；

逻辑推理模块：对输入输出模块的输入数据进行计算推导，输出维修建议，逻辑推理模块以执行文件形式保存；

远程支援中心的专家根据诊断需要，向船舶监测子系统发送监测规则，通过改变船舶设备的监测模式采集存储更加精确的设备数据，监测规则包括被测量单元及对应的行为，后者表示如果被测量设备发生异常时需要采取的行为，包括向船舶技术人员发出警告、改变测量模式、或记录至数据库；

当远程支援中心接收到远程接入中心的请求后，通过远程连接管理服务建立一次监测会话过程，以短消息形式向船载监测子系统发送连接请求，获取当前船舶可用的传感器基本信息，并通过船载监测子系统的用户界面，向船舶技术人员咨询船舶当前工作状态及传感器连接的设备工况，根据返回的结果，从数据库中检索预定义的维修方案和监测方案，在此基础上调整形成维修建议，接着通过远程连接管理服务，以短消息形式发送至船载监测子系统的控制模块，并启动相关监测服务接口，获取传感数据或设置监测模式，当监测会话建立完成后，船载技术人员的汇报信息和传感器采集的设备工况数据，以SOAP形式发送至远程支援中心，当监测数据超过预定义规则的定义时，发送警告；

当船舶技术人员发出远程维修请求后，远程支援中心专家首先确定合适的维修方案、预期维修结果及相应的监测方案；其次指定需要记录的监测数据和工况；随后远程支援中心联系船载监测子系统，获取监测到的采样数据，并显示到专家界面；同时远程专家也可以通过用户界面和白板软件与船舶技术人员直接交互，得到传感器无法自动获取的信息；当监测数据超出监测规则定义的正常范围时发出警告；另外，监测规则还可以指定需要发送至远程专家界面的数据；

如果维修方案实施后观察到的监测数据与预期结果不符合时，需要专家进行进一步分析，必要时调整维修方案及监测模式；当维修结束后，船载监测子系统生成维修报告，记录维修过程、维修结果以及后期需要采取的保障方案；

决策支持平台工作步骤描述如下：

第1步：根据船载监测子系统的维修请求，搜索匹配应用需求的知识模块集；第2步：确认船载监测子系统的用户具有访问知识模块所需数据的访问权限；第3步：调用相应知识模块生成决策结果，第4步：综合决策结果并反馈给船载监测子系统。

2.如权利要求1所述的船舶远程诊断系统，其特征在于：在船载监测子系统中，从传感器接收被监控设备的状态数据类型包括数字、文本、图片、视频或音频中任意一种或几种组合。

3.如权利要求1所述的船舶远程诊断系统，其特征在于：在船载监测子系统中，所述监测策略包括设备监测周期和/或测量精度。

4.如权利要求1所述的船舶远程诊断系统，其特征在于：在船载监测子系统中，所述维修过程的数据信息包括故障原因、故障设备、解决方法和消耗的备品备件。

5.如权利要求1所述的船舶远程诊断系统，其特征在于：所述设备描述包括设备名称、设备描述、型号、出厂日期和维修次数；所述监测数据包括所需要的监测活动类型、监测活动代码、历史监测数据的回退时间、监测设备的精度要求和关联监测活动，如果一条知识模块需要另一条知识模块的输出结果，也要包括先期知识模块名称；所述输出结果描述定义了返回给用户的结果信息。

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