CN112947266B - 船舶动力装置远程监控通讯方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶动力装置远程监控通讯方法及系统，包括：通过智能传感器采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台；所述船舶信息平台对船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台：若数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；若数据量大于所述第一定值，且数据量小于或者等于所述第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送船舶机舱设备数据至岸端管理平台；若实时距离小于或者设定值，且若数据量大于所述第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至岸端管理平台。

Description

船舶动力装置远程监控通讯方法及系统

技术领域

本发明涉及船舶动力装置技术领域，具体而言涉及一种船舶动力装置远程监控通讯方法及系统。

背景技术

智能航运的发展是推进海洋交通发展的重要组成部分，现代航运管理以安全、环保、经济、节能、减员为目标，同时船舶正在向电气化、数字化、互联方向发展，其发展趋势主要体现在船岸管理的一体化和智能化。船岸通信是船岸管理过程中的核心技术，其设计水平决定了智能航运的程度。随着大数据和智能船舶概念的提出，新背景下船岸通信的发展已成为业界关注的对象。

众所周知，在大多数情况下，船舶航行区域离岸较远，长期以来船端与岸端一直在寻求更为有效的信息管理平台。目前，全球海上遇险与安全系统(Global maritimedistress and safety system，GMDSS)、中频/高频系统(Modulation Frequency/HighFidelity，MF/HF)和甚高频系统(Very High Frequency，VHF)、自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem，AIS)都属于海上通信必配设备。这些船岸通信系统主要提供遇险报警、紧急通信、航行警告、气象警告等船舶航行安全信息和日常通信，目前无论是内河还是远洋船舶的船岸通信系统中，与船舶机舱动力装置相关的参数甚少或占比不高，综合分析其原因有:(1)动力装置参数的巨量传输受到卫星和移动通信带宽和通讯费用的限制；(2)以往船公司及海事部门对船舶管理中只关注船舶驾驶与航行状态的安全数据，对动力装置状态关注得少或根本不关心。

随着智能船舶、无人船舶及绿色航行的发展，对机舱动力设备的远程监控提出了极高的要求，而目前的船岸通信数据中，机舱动力装置参数的通信传输已成为智能船舶与无人船舶的技术瓶颈之一，这就需要对机舱动力装置的运行参数进行大数据采集并传送至岸端，彻底解决“信息孤岛”的困境，从而使岸端控制中心实时掌握船舶重要动力设备运行状态、实现智能管理。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种船舶动力装置远程监控通讯方法及系统，用以解决现有技术中存在的上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种船舶动力装置远程监控通讯方法，所述方法包括：

通过智能传感器采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台；

所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台；

其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率；

所述多路由通信机制包括：

获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；

若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于所述第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于所述第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台。

可选的，所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括：

S001：将所述船舶机舱设备数据以队列的方式进行存储，对队列中的所述船舶机舱设备数据进行分割，得到N个数据段，N为大于2的正整数，N的取值为3，4，5，……；N个数据段中至少有N-1个数据段的长度相等；

S002：将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，每组数据对包括两个相互匹配的数据段；

S003：以所述数据对中相互匹配的两个数据段分别作为明文和密文进行第1次加密运算，以第1次加密运算输出的密文作为待加密明文；

S004：以所述数据对中任意一个数据段作为密文，以所述待加密明文作为明文，进行第2次加密运算，以第2次加密运算输出的密文作为待加密明文作为压缩中段数据；每组数据对对应得到一个压缩中段数据；

S005：随机获得2个压缩中段数据分别作为明文和密文，进行第3次加密运算，以第3次加密运算输出的密文作为压缩明文；

S006：若所述压缩明文的数量为1，以所述压缩明文作为所述压缩数据；若所述压缩明文的数量大于2，将S005中得到的所有压缩明文进行S002～S005的操作，直到若所述压缩明文的数量为1。

可选的，所述将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，包括：

若两个数据段均未与其他的数据段匹配成功且两个数据段在队列中所处的位置相邻，确定两个数据段匹配；

若所述N为奇数，则确定最后未匹配成功的一个数据段与与最后未匹配成功的一个数据段在队列中所处的位置相邻的数据段匹配。

可选的，所述VSAT在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。

可选的，所述智能传感器是基于STC15系列单片机的智能传感器。

第二方面，本发明实施例提供了一种船舶动力装置远程监控通讯系统，所述系统包括：智能传感器、船舶信息平台和岸端管理平台；

智能传感器用于采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台；

所述船舶信息平台用于对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台；

其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率；

所述多路由通信机制包括：

获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；

若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于所述第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于所述第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台。

可选的，所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括：

S001：将所述船舶机舱设备数据以队列的方式进行存储，对队列中的所述船舶机舱设备数据进行分割，得到N个数据段，N为大于2的正整数，N的取值为3，4，5，……；N个数据段中至少有N-1个数据段的长度相等；

S002：将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，每组数据对包括两个相互匹配的数据段；

S003：以所述数据对中相互匹配的两个数据段分别作为明文和密文进行第1次加密运算，以第1次加密运算输出的密文作为待加密明文；

S004：以所述数据对中任意一个数据段作为密文，以所述待加密明文作为明文，进行第2次加密运算，以第2次加密运算输出的密文作为待加密明文作为压缩中段数据；每组数据对对应得到一个压缩中段数据；

S005：随机获得2个压缩中段数据分别作为明文和密文，进行第3次加密运算，以第3次加密运算输出的密文作为压缩明文；

S006：若所述压缩明文的数量为1，以所述压缩明文作为所述压缩数据；若所述压缩明文的数量大于2，将S005中得到的所有压缩明文进行S002～S005的操作，直到若所述压缩明文的数量为1。

可选的，所述将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，包括：

若两个数据段均未与其他的数据段匹配成功且两个数据段在队列中所处的位置相邻，确定两个数据段匹配；

若所述N为奇数，则确定最后未匹配成功的一个数据段与与最后未匹配成功的一个数据段在队列中所处的位置相邻的数据段匹配。

可选的，所述VSAT在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。

可选的，所述智能传感器是基于STC15系列单片机的智能传感器。

相较于现有技术，本发明达到以下有益效果：

本发明实施例体提供了一种船舶动力装置远程监控通讯方法及系统，所述方法包括：通过智能传感器采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台；所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台；其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率；所述多路由通信机制包括：获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于所述第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于所述第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台。

现有的船岸通信多采用FBB标准通信方式，其工作在L波段，最高理论速度只有432kb/s。在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到VSAT，VSAT卫星通信的方式需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。由于VSAT系统理论速度可以提高到2Mb/s，采用包月计费，相较单纯使用FBB的方案经济一些。但VSAT接口单元除具有网关、协议转换器等限制外受限于通讯速度和流量的原因无法将网络平台的所有信息同步传输到岸基。因此，为了增强提高船岸大数据传输能力，增加了一条通信的路由，及通过增加4G或者5G陆用移动通信模块(4G或者5G通信模块)，这样在船舶靠港时由4G、5G陆用移动通信路由完成全网络平台信息的同步，增强数据通讯可靠性与经济性。同时，在发送数据之前，对数据进行压缩，发送的是数据量变小了的压缩数据，较少了数据传输的数据量，提高了增强提高船岸大数据传输能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种船舶动力装置远程监控通讯方法流程图。

图2是本发明实施例提供的一种基于STC15系列单片机的智能传感器的示意图。

图3是本发明实施例提供的一种船舶动力装置远程监控通讯系统方框结构示意。

图4是本发明实施例提供的一种多路由通信机制通讯示意图。

图5是本发明实施例提供的一种多路由船岸数据交互图。

图6是本发明实施例提供的一通分布数据库同步原理图。

图7是部件连接图。

图中标记：500-总线；501-接收器；502-处理器；503-发送器；504-存储器；505-总线接口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

目前，对于船岸通信技术的研究中，胡卓宇等针对智能航运主要要素的特点，提出了基于多维接入智能路由技术的船岸一体化数据传输信息服务体系框架，着重分析了其中的用户信息接入和传输通道选择等关键技术。汤旺杰等采用CAN冗余的方式增强船舶数据采集稳定性，结合嵌入式与船岸通信技术，设计了船岸通信数据的通用格式，提出一种船舶数据采集与远程监控方案。周开欣等探讨了基于无线通讯技术的移动监控及船岸通信系统，设计在局域网内通过船舶上的卫星或者4G通信系统来保障与岸端数据实时联通，从而提供安全和可管理的船岸通信服务。在远程视频通讯系统中，采用H.264协议实现全高清的视频图像分辨率。时春蕾通过对目前船舶总线技术的缺点探讨，提出一种基于陆地移动通信和卫星通信网络的船岸通信和网络数据传输处理的技术方案，尝试采用环网拓扑结构取代总线型拓扑结构，重点讨论了多种模式船岸融合通信和数据处理传输的设计实现。杨鑫[4]等根据在航船舶设备运维和人员管理的共同需求，结合现有航海通信技术和计算机技术，介绍了船岸一体化系统的基本构成，从网络信息平台、船端通讯设备、岸端智能设备三个方面分析了目前操作性较高的硬件设计和实现方案。提出采用双环网的拓扑结构取代总线型结构搭建船端信息平台，通过VSAT+FBB+CDMA的方式实现船岸通讯。秦婧等介绍了一种基于陆地移动通信和卫星通信网络的船岸通信和网络数据传输处理的技术方案，重点讨论了多种模式船岸融合通信和数据处理传输的设计实现。从通讯传输网络和数据传输系统两方面介绍了系统总体设计，从流量管控和工况采集信息处理两方面介绍了系统主要功能。徐绍衡提出了一种基于AutoNet的船岸一体实时平台的技术，其自主开发的AutoNet信息平台采用半环网拓扑结构，在每个节点上放置硬件数据库芯片与平台工作固化软件包，平台工作软件包能够在1ms时间内实现全平台所有节点中的数据库同步一致相等。Yanqin Zuo[7]在研究中指出现有岸船通信的Ka和Ku波段链路带宽有限，损耗大，提出并建立了基于光子学的链路模型。

在船舶机舱大数据采集与处理的研究方面，熊威等结合船舶柴油机大数据的来源、特征，利用云计算提供的高性能的计算和存储能力，搭建了船舶柴油机大数据处理平台。该平台采集的是大量船舶远程传输的各类数据及船讯网、信息服务平台、AIS海事局网站、气象局网站的数据。崔凌云等研究了大数据技术在船舶监控系统数据管理中的应用，提出采用数据库技术作为新的数据管理方法，主要解决数据的组织与存储、获取与处理方面的问题。陈弓在基于大数据的智能船舶研究中指出，业界进一步的研发方向为船用主机等设备的故障诊断与性能优化。在故障的诊断与分析方面，考虑以大数据为基础，多角度多因素进行综合分析。米伟娟等针对大数据的存储和管理问题，提出一种HBase非关系型分布式数据库技术，进行船舶数据的存储和管理。同时，结合Web技术和XML技术，实现了船舶用户对于数据库系统的动态访问与动态页面生成，对于改善船舶通信与导航系统的数据处理。Clauber Gomes Bezerra针对现有聚类系统效率低、并行加速慢的问题，设计了基于大数据分析的船舶物联网终端可信行为聚类系统。其数据采集与预处理模块用于采集终端行为数据，剔除干扰数据，降低无效数据带来的冗余。Lokukaluge P.等在研究中指出大规模数据集中的相关传输成本是当今航运业面临的一个重大挑战。建议使用自动编码器系统架构(即深度学习方法)来压缩船舶性能和导航参数(即减少参数数目)。数据压缩是在由主成分分析(PCA)组成的自动编码器完成的，利用自动编码器系统结构，分析了选定船舶的性能和导航参数数据集的压缩。徐绍衡在研究中指出大数据远程智能传输研究是智能船舶的基础技术，主要是分布数据库同步、智能大压缩、高速大容量平台、卫星及移动网的可靠传输、数据安全、音视数据大压缩传送等，传统的通讯方式是达不到要求的。因此提出了一种超大压缩的远程大数据传输智能平台，智能AI数据压缩罐技术能最大压缩传输带宽数万倍。

综上所述，在目前的船岸数据传输研究中，有学者提出了利用卫通和移动网络相结合的通信方式，以进一步提升通信的有效性和可靠性。也有学者提出了用数据压缩技术来提高数据通信量。但是，并未给出具体的实际针对船舶机舱动力装置的数据进行有效压缩和传输的方案，针对机舱动力装置的参数通信与传输的研究很少。因此本申请题旨在探究船岸通信技术的基础上，提高船岸大数据传输能力，将动力装置的参数(船舶机舱设备数据)传递给岸端，为实现岸端对船舶的健康与绿色航行管理提供了重要支持。

实施例

请结合参阅图1，本申请提供了一种船舶动力装置远程监控通讯方法，应用于图2中所述的船舶动力装置远程监控通讯系统。所述方法包括：

S101：通过智能传感器采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台。

S102：所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台。

其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率等。

所述多路由通信机制包括：

获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于所述第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；所述VSAT在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元；若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于所述第二定值，通过4G或者5G通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台。

陆用移动通信模块包括FBB标准通信模块、VSAT通讯模块、4G/5G通讯模块。

第一定值的取值可以是h*432kb，h表示的是系统允许等待的时间，h的取值可以是大于30的正整数，例如30、40、50、60、120、240等等。h的单位是秒(s)。第二定值的取值可以是k*432kb，k表示的是系统允许等待的时间，k的取值可以是h的大于1的正数倍，例如k等于h的2倍，3倍，4倍，100倍等。设定值可以是5公里～1000公里之间，例如5公里、10公里，20公里、100公里等。

现有的船岸通信多采用FBB标准通信方式，其工作在L波段，最高理论速度只有432kb/s。在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到VSAT，VSAT卫星通信的方式需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。由于VSAT系统理论速度可以提高到2Mb/s，采用包月计费，相较单纯使用FBB的方案经济一些。但VSAT接口单元除具有网关、协议转换器等限制外受限于通讯速度和流量的原因无法将网络平台的所有信息同步传输到岸基。因此，为了增强提高船岸大数据传输能力，增加了一条通信的路由，及通过增加4G或者5G陆用移动通信模块(4G或者5G通信模块)，这样在船舶靠港时由4G、5G陆用移动通信路由完成全网络平台信息的同步，增强数据通讯可靠性与经济性。同时，在发送数据之前，对数据进行压缩，发送的是数据量变小了的压缩数据，较少了数据传输的数据量，提高了增强提高船岸大数据传输能力。

其中，所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括以下步骤：

S001：将所述船舶机舱设备数据以队列的方式进行存储，对队列中的所述船舶机舱设备数据进行分割，得到N个数据段。其中N为大于2的正整数，N的取值为3，4，5，……；N个数据段中至少有N-1个数据段的长度相等。

S002：将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，每组数据对包括两个相互匹配的数据段。

可选的，所述将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，包括：若两个数据段均未与其他的数据段匹配成功且两个数据段在队列中所处的位置相邻，确定两个数据段匹配；若所述N为奇数，则确定最后未匹配成功的一个数据段与与最后未匹配成功的一个数据段在队列中所处的位置相邻的数据段匹配。

例如，N＝3，那个前两个(第一个和第二个)数据段是相互匹配的数据段，他们组成第一组数据对。最后一个数据段(第三个数据段)单独出来了，第三个数据段与第二个数据段组在队列中的位置相邻，则以第三个数据段与第二个数据段组成第二组数据对。

S003：以所述数据对中相互匹配的两个数据段分别作为明文和密文进行第1次加密运算，以第1次加密运算输出的密文作为待加密明文。

以上述的第一组数据对为例：可以以第一个数据段作为明文，以第二个数据段作为密文，第1次加密运算。或者可以以第二个数据段作为明文，以第一个数据段作为密文，第1次加密运算。

对于上述的第二组数据对中的数据段的操作与对第一组数据对的数据段的操作相同。

S004：以所述数据对中任意一个数据段作为密文，以所述待加密明文作为明文，进行第2次加密运算，以第2次加密运算输出的密文作为待加密明文作为压缩中段数据。每组数据对对应得到一个压缩中段数据。有多组数据对对应得到多个压缩中段数据。

以上述的第一组数据对为例：以待加密明文作为明文，以第二个数据段作为密文，第2次加密运算。或者以待加密明文作为明文，以第一个数据段作为密文，第2次加密运算。

对于上述的第二组数据对中的数据段的操作与对第一组数据对的数据段的操作相同。

S005：随机获得2个压缩中段数据分别作为明文和密文，进行第3次加密运算，以第3次加密运算输出的密文作为压缩明文。

具体的，按照上述有3个数据段的例子进行阐述，3个数据段经过上述S002～S004的操作后，对应得到2个压缩中段数据，为了方便阐述，将基于第一组数据得到的压缩中段数据称为第一压缩中段数据，将基于第二组数据得到的压缩中段数据称为第二压缩中段数据，那么对于S005，具体的实施方式是：以第一压缩中段数据作为明文，以第二压缩中段数据作为密文，进行第3次加密运算。或者以第二压缩中段数据作为明文，以第一压缩中段数据作为密文，进行第3次加密运算。

S006：若所述压缩明文的数量为1，以所述压缩明文作为所述压缩数据；若所述压缩明文的数量大于2，将S005中得到的所有压缩明文进行S002～S005的操作，直到所述压缩明文的数量为1。

具体的，若所述压缩明文的数量大于2，按照下述方式得到压缩数据：

将所有的压缩明文进行配对，得到至少2组明文数据对，每组明文数据对包括两个相互匹配的压缩明文。相互匹配的两个压缩明文对应的数据段的位置相邻。此时，可以将压缩明文当作上述的数据段，然后执行S003～S005所述的操作。如此循环，直到得到的压缩明文的数量为1。

可选的，所述的加密运算采用的是数据加密标准算法(DataEncryptionStandard，DES)。

通过上述方式进行压缩加密，第一采用DES加密算法简单高效，第二由于通过DES加密算法的明文和密文之间保持着唯一性，只有一组对应的明文和密钥才能得到相同的密文，所以船舶机舱设备数据通过DES加密算法进行加密后，船舶机舱设备数据出现重复的概率几乎为零，这样可以有效的继承了原来船舶机舱设备数据的唯一性。加上加密算法的密文和控温是是在数据段之间进行选择，保持了船舶机舱设备数据的保真性。为此，通过DES加密算法对船舶机舱设备数据进行加密运算，可以有效地缩减船舶机舱设备数据的长度，同时还能保证船舶机舱设备数据的唯一性。为此，一方面，对其中的一些数据段至少进行3次加密才得到压缩数据，提高了加密的可靠性，防止数据丢失和被别人破解和篡改，同时，对数据段进行多次来回加密操作，保证了得到的加密数据(压缩数据)的保真性和唯一性。另一方面，压缩数据的数据长度远远小于整个船舶机舱设备数据的长度，在数据段的长度与待加密的长度相同的情况下，压缩数据的长度仅仅为整个船舶机舱设备数据的1/N，如此明显的，降低需要传输的数据，提高了系统的数据传输实时性，降低了传输数据所需的能耗。结合上述两方面，在较少系统传输的数据量的同时，保证了传输的压缩数据的保真性，提高数据的可靠性，结合二者，提高了系统的数据传输性能。

可选的，所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括还可以是：S100：输入钥匙和输入数据段分别作为第n次加密运算的明文和密钥，进行第n次加密运算，获得第n次加密运算输出的密文。S200：重复根据输入钥匙和输入数据段进行第n次加密运算的步骤，直至n等于N-1时，以第n次加密运算输出的密文作为压缩后的压缩数据，即以第n次加密运算输出的密文作为传输数据。

其中，输入数据段为N个数据段中未被选中的任意一个数据段；N个数据段是对船舶机舱设备数据进行分割获得的。当n取1时，输入钥匙为N个数据段中未被选中的任意一个数据段；当n大于1时，输入钥匙为第n-1次加密运算输出的密文。N是大于2的正整数，n是大于或者等于1且不大于N-1的正整数。

具体的，以输入钥匙和输入数据段分别作为第n次加密运算的明文和密钥，进行第n次加密运算，获得第n次加密运算输出的密文。作为一个例子，针对n＝1时，N个数据段均未被选中，因此可以随机选择两个数据段分别作为明文和密钥，例如，将第一个数据段作为明文，第二个数据段作为密文，输入加密运运算中，输出一个经过加密后的密文。若N大于2，则以该输出的经过加密后的密文作为明文，然后选中N个数据段均未被选中的其中一个数据段作为密文，再次输入加密运运算中，再输出一个加密后的密文。如此循环，直到N个数据段中的每个数据段均被选中。最后获得的压缩后的船舶机舱设备数据的占的空间与一个数据段站的空间相等，远远小于船舶机舱设备数据占的空间，从而缩减了船舶机舱设备数据的长度以及减小了船舶机舱设备数据占据的空间。由于采用加密运算对船舶机舱设备数据进行加密从而实现缩减船舶机舱设备数据的长度，使得压缩后的船舶机舱设备数据保持了原来的船舶机舱设备数据的唯一性。

通过采用以上方案，输入钥匙和输入数据段分别作为第n次加密运算的明文和密钥，进行第n次加密运算，获得第n次加密运算输出的密文，并重复根据输入钥匙和输入数据段进行第n次加密运算的步骤，直至n等于N-1时，以第n次加密运算输出的密文作为压缩后的船舶机舱设备数据，其中，当n取1时，输入钥匙为所述N个数据段中未被选中的任意一个数据段，当n大于1时，输入钥匙为第n-1次加密运算输出的密文，如此，可以逐渐对船舶机舱设备数据进行分割获得的N个数据段进行加密缩减，最后获得的压缩后的船舶机舱设备数据的占的空间与一个数据段站的空间相等，小于船舶机舱设备数据占的空间，从而缩减了船舶机舱设备数据的长度以及减小了船舶机舱设备数据占据的空间。由于采用加密运算对船舶机舱设备数据进行加密从而实现缩减船舶机舱设备数据的长度，使得压缩后的船舶机舱设备数据保持了原来的船舶机舱设备数据的唯一性。为此，解决了现有技术中存在船舶机舱设备数据的长度长、占据空间大的技术问题，达到了缩减船舶机舱设备数据的长度、减小船舶机舱设备数据占据的空间，同时还保持船舶机舱设备数据具有唯一性的技术效果。

可选的，所述VSAT在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。

可选的，所述智能传感器是基于STC15系列单片机的智能传感器。传统的传感器主要是传感元件，一般都以模拟信号输出。本课题所指的智能传感器是为船舶机舱专用的将传感元件与单片机相结合的设计。为了适应船舶动力装置系统中数据量大特点，将单片机与传感元件形成新型的智能传感器。每一个传感器赋予一个IP地址，提供DC24V传感器隔离电源。智能传感器具有内置智能程序，固化在芯片中，以光形式输出数字量。为了与其他航海仪器设备数据格式保持一致，采用国际电工委员会(IEC)制订了IEC61162通信协议或美国航海电子协会的NMEA0183协议。如图2所示，图2是本申请提供的基于STC15系列单片机的智能传感器的示意图。本申请提供的智能传感器包括传感元件、模数转换模块(Analog/Digital，A/D)、微处理器和光收发器。

上述智能传感器的灵敏性更高，通过上述智能传感器采集得到的船舶机舱设备数据的准确性高，进一步提高了岸端(岸港基站)对船舶的管理的准确性。

针对上述实施例提供一种船舶动力装置远程监控通讯方法，本申请实施例还对应提供一种用于执行上述的步骤的执行主体，该执行主体可以为图3中的船舶动力装置远程监控通讯系统。请参考图3，该系统包括：智能传感器、船舶信息平台(船端网络信息平台)和岸端管理平台。智能传感器与船舶信息平台之间通过船舶光纤网通讯连接，船舶信息平台与岸端管理平台之间通过FBB、VSAT和4G/5G通讯模块通讯连接。

其中，智能传感器用于采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台。

所述船舶信息平台用于对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据。将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台。

其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率。

所述多路由通信机制包括：

获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；

若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于所述第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于所述第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台。

可选的，所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括：

S001：将所述船舶机舱设备数据以队列的方式进行存储，对队列中的所述船舶机舱设备数据进行分割，得到N个数据段，N为大于2的正整数，N的取值为3，4，5，……；N个数据段中至少有N-1个数据段的长度相等；

S002：将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，每组数据对包括两个相互匹配的数据段；

S003：以所述数据对中相互匹配的两个数据段分别作为明文和密文进行第1次加密运算，以第1次加密运算输出的密文作为待加密明文；

S004：以所述数据对中任意一个数据段作为密文，以所述待加密明文作为明文，进行第2次加密运算，以第2次加密运算输出的密文作为待加密明文作为压缩中段数据；每组数据对对应得到一个压缩中段数据；

S005：随机获得2个压缩中段数据分别作为明文和密文，进行第3次加密运算，以第3次加密运算输出的密文作为压缩明文；

S006：若所述压缩明文的数量为1，以所述压缩明文作为所述压缩数据；若所述压缩明文的数量大于2，将S005中得到的所有压缩明文进行S002～S005的操作，直到若所述压缩明文的数量为1。

可选的，所述将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，包括：

若两个数据段均未与其他的数据段匹配成功且两个数据段在队列中所处的位置相邻，确定两个数据段匹配；

若所述N为奇数，则确定最后未匹配成功的一个数据段与与最后未匹配成功的一个数据段在队列中所处的位置相邻的数据段匹配。

可选的，所述VSAT在原有L波段FBB的基础上增加了Ku波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。具体的，多路由机制可以参阅图4。

可选的，所述智能传感器是基于STC15系列单片机的智能传感器。

需要说明的是，智能传感器有多个，不同传感器用于采集不同的船舶机舱设备数据，具体的可以根据实际需要配置传感元件，例如需要检测温度的就配置温度传感元件；需要检测湿度的就配置湿度传感元件，需要检测压力的就配置压力传感元件，在此不再一一赘述。可以结合参阅图5。

通过采用以上方案，本申请：(1)设计一种基于STC15系列单片机的智能传感器采集数据，其芯片中固化了专用程序，并能通过网络独自发送数据，对数据采集模块的端口性质进行设置。(2)构建分布式同步数据库机制，搭建网络信息平台，实现有效的平台流量压缩。(3)以单模光纤为通信介质，形成性能可靠的船内网，对网络信息平台及船岸通信系统进行组网，实现将船端数据库通过以太网和4G/5G移动网络传输至岸机。(4)设计智能传感器：传统的传感器主要是传感元件，一般都以模拟信号输出。本课题所指的智能传感器是为船舶机舱专用的将传感元件与单片机相结合的设计。为了适应船舶动力装置系统中数据量大特点，将单片机与传感元件形成新型的智能传感器。每一个传感器赋予一个IP地址，提供DC24V传感器隔离电源。智能传感器具有内置智能程序，固化在芯片中，以光形式输出数字量。为了与其他航海仪器设备数据格式保持一致，采用国际电工委员会(IEC)制订了IEC61162通信协议或美国航海电子协会的NMEA0183协议。(5)构建单模光纤的分布数据库的网络信息平台：光纤网络信息平台的核心技术是分布数据库同步机制，分布数据库自动同步机制新技术，淘汰了速度慢、网络不安全、协议繁琐、工程大、网络流量大、费用高的“通信模式”。平台的每个节点与网络连接处均串入专用芯片，节点设备通过芯片上网，芯片内包括分布数据库及同步软件包，所有芯片数据库通过网络高速同步，分布数据库就是平台总数据库，节点工作时平台流量为零，不再通讯，平台上只有极少的同步流量，有效压缩了平台流量。该技术系统图简述如图6。

另外，需要强调的是，(1)新一代单片机STC性能，支撑智能传感器的设计：新一代STC15F2K60S2单片机芯片具有超强的抗干扰能力、极低功耗、无法解密，运算速度快，不用外接晶振和外部复位电路等优点。另外该芯片具有两个串口,硬件资源丰富。这些优点为设计制作微型化、智能传感器提供了有利条件。(2)卫星通信和陆上移动通信技术，保证了船岸通信技术实现：目前营运船舶多采用FBB作为标准船岸通信方式，其设计结构紧密、功耗小、组网方便，可与计算机进行组网。但因其依靠海事卫星INMARSAT通信，流量费用较高。VSAT属于商业宽带卫星通信，与FBB相比,具有通信容量大、基本覆盖全球主要航路、通信费率较低等显著优点。FBB+VSAT组合的船岸通讯方式为目前的主流方案。作为海上无线通信和卫星通信的补充，在近海区域，岸基移动通信系统具有独特的通信优势。4G网络技术先进、系统稳定、应用成熟，成为现阶段主流移动通信网络，能提供宽带、高速数据业务。并且伴随我国5G基站的搭建和5G网络的普及，移动通信技术在船岸通信领域的可靠性将进一步加强，优势更加明显。

为解决船舶动力参数传输数据量巨大，使网络传输流畅，本课题采用分布数据库的结构，在数据库更新机制上采用了“触发式”更新数据库机理，从而保证了巨量传输效率与可靠性。“触发式”更新数据库的方式彻底改变了先前的机械式定时更新数据库的方式，从根本上减少了CPU的开销，减少了网络数据的传输量，创新了一条解决大数据传输的途径。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括存储器504、处理器502及存储在存储器504上并可在处理器502上运行的计算机程序，所述处理器502执行所述程序时实现前文所述船舶动力装置远程监控通讯方法的任一方法的步骤。

其中，在图7中，总线架构(用总线500来代表)，总线500可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线500将包括由处理器502代表的一个或多个处理器和存储器504代表的存储器的各种电路链接在一起。总线500还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口505在总线500和接收器501和发送器503之间提供接口。接收器501和发送器503可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器502负责管理总线500和通常的处理，而存储器504可以被用于存储处理器502在执行操作时所使用的数据。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

Claims (8)

1.一种船舶动力装置远程监控通讯方法，其特征在于，所述方法包括：

通过智能传感器采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台；

所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台；

其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率；

所述多路由通信机制包括：

获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；

若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括：

S001：将所述船舶机舱设备数据以队列的方式进行存储，对队列中的所述船舶机舱设备数据进行分割，得到N个数据段，N为大于2的正整数，N的取值为3，4，5，……；N个数据段中至少有N-1个数据段的长度相等；

S002：将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，每组数据对包括两个相互匹配的数据段；

S003：以所述数据对中相互匹配的两个数据段分别作为明文和密文进行第1次加密运算，以第1次加密运算输出的密文作为待加密明文；

S004：以所述数据对中任意一个数据段作为密文，以所述待加密明文作为明文，进行第2次加密运算，以第2次加密运算输出的密文作为待加密明文作为压缩中段数据；每组数据对对应得到一个压缩中段数据；

S005：随机获得2个压缩中段数据分别作为明文和密文，进行第3次加密运算，以第3次加密运算输出的密文作为压缩明文；

S006：若所述压缩明文的数量为1，以所述压缩明文作为所述压缩数据；若所述压缩明文的数量大于2，将S005中得到的所有压缩明文进行S002~S005的操作，直到若所述压缩明文的数量为1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，包括：

若两个数据段均未与其他的数据段匹配成功且两个数据段在队列中所处的位置相邻，确定两个数据段匹配；

若所述N为奇数，则确定最后未匹配成功的一个数据段与最后未匹配成功的一个数据段在队列中所处的位置相邻的数据段匹配。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，VSAT在原有 L 波段FBB的基础上增加了Ku 波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装 VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能传感器是基于STC15系列单片机的智能传感器。

5.一种船舶动力装置远程监控通讯系统，其特征在于，所述系统包括：智能传感器、船舶信息平台和岸端管理平台；

智能传感器用于采集得到船舶机舱设备数据，通过船舶光纤网将所述船舶机舱设备数据传输至船舶信息平台；

所述船舶信息平台用于对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据；将所述压缩数据通过多路由通信机制发送至岸端管理平台；

其中，所述采集船舶机舱设备数据包括：主柴油机内的剩余油量、发电柴油副机内的剩余油量、锅炉实际工作功率、制冷压缩机的压缩功率；

所述多路由通信机制包括：

获得所述船舶机舱设备数据的数据量和船舶与岸端的实时距离；

若所述数据量小于或者等于第一定值，通过FBB标准通信方式发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述数据量大于所述第一定值，且所述数据量小于或者等于第二定值，通过通信小型地球站通信系统发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

若所述实时距离小于或者设定值，且若所述数据量大于第二定值，通过陆用移动通信模块发送所述船舶机舱设备数据至所述岸端管理平台；

所述船舶信息平台对所述船舶机舱设备数据进行压缩，得到压缩数据，包括：

S001：将所述船舶机舱设备数据以队列的方式进行存储，对队列中的所述船舶机舱设备数据进行分割，得到N个数据段，N为大于2的正整数，N的取值为3，4，5，……；N个数据段中至少有N-1个数据段的长度相等；

S002：将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，每组数据对包括两个相互匹配的数据段；

S003：以所述数据对中相互匹配的两个数据段分别作为明文和密文进行第1次加密运算，以第1次加密运算输出的密文作为待加密明文；

S004：以所述数据对中任意一个数据段作为密文，以所述待加密明文作为明文，进行第2次加密运算，以第2次加密运算输出的密文作为待加密明文作为压缩中段数据；每组数据对对应得到一个压缩中段数据；

S005：随机获得2个压缩中段数据分别作为明文和密文，进行第3次加密运算，以第3次加密运算输出的密文作为压缩明文；

S006：若所述压缩明文的数量为1，以所述压缩明文作为所述压缩数据；若所述压缩明文的数量大于2，将S005中得到的所有压缩明文进行S002~S005的操作，直到若所述压缩明文的数量为1。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述将N个数据段进行配对，得到至少2组数据对，包括：

若两个数据段均未与其他的数据段匹配成功且两个数据段在队列中所处的位置相邻，确定两个数据段匹配；

若所述N为奇数，则确定最后未匹配成功的一个数据段与最后未匹配成功的一个数据段在队列中所处的位置相邻的数据段匹配。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，VSAT在原有 L 波段FBB的基础上增加了Ku 波段得到的，VSAT卫星需要在罗经甲板安装 VSAT天线，并将卫通设备的主单元布置在驾驶室的无线电区，同时在无线电区安装一个船岸接口单元。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述智能传感器是基于STC15系列单片机的智能传感器。

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