CN113050496A - 一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，包括多个监测系统、并行接收模块、嵌入式处理模块以及本地服务器；所述多个监测系统，用于监测船舶实时运行状态，所述监测信息包括船舶监测信息以及软硬件诊断信息；所述并行接收模块与多个监测系统连接，同时接收多个监测系统发送的监测信息，并将所述监测信息打包分时传输到所述嵌入式处理模块；所述嵌入式处理模块，用于融合多个监测系统不同时间的信息，并根据本地服务器中的船舶运行状态大数据综合预判船舶运行状态；所述本地服务器，用于向嵌入式处理模块传输所述船舶运行状态大数据。本发明能够对上述各个监测模块本身的运行状态进行监测，同时针对软硬件进行监测，对船舶中的各种系统进行自动化失效预测。

Description

一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置

技术领域

本发明涉及轮船监测技术领域，具体涉及一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置。

背景技术

嵌入式系统应用在船舶上的功能越来越复杂，如轮船动力系统、锚与系泊设备、舵与操舵设备、救生与消防设备、通信与导航设备、照明与信号设备、通风与空调和冷藏设备、压载水系统、舱底水疏干系统、液体舱的测深和透气系统、海水和生活用淡水系统，船舶电气设备等在运行过程中涉及的软件程序越多，出现的缺陷越多；同时，嵌入式系统涉及的硬件设备也需要监测其故障。

如公开号为CN106125657A的专利文献公开了一种船舶工况远程监控、实时维修管理系统，所述该系统包括：图像实时采集单元、燃料监测单元、初步分析单元、若干无线收发模块、信号处理单元、数据存储模块、危险信息计算分级模块；危险信息播报模块；若干扬声器及报警装置、信息接收模块、数据信息中心、监控中心、人机交互单元和PC终端，所述管理系统可实时对船舶重要设备进行监控，及时发现、采集船舶设备工况信息，并对采集到的设备工况信息进行分类整理，位于岸基的监控中心可根据传输的工况信息进行分析。

上述专利公开的技术方案仅仅能够监测船舶运行状态以及故障信息，也就是说只有等到被监测对象达到某一程度时才会分析并反馈信息。现有技术中也存在故障预测技术，由于续航能力监测系统、船舶工况监测系统等的故障涉及的部件以及运行的系统软件比较复杂，无法准确的对船舶中的各种系统进行自动化失效预测，通常还是需要技术人员进行繁杂的排查和记录才能最终确定失效或者故障来源，浪费人力以及故障排查难度较大。

发明内容

本发明提供一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，以解决背景技术中提出的问题，本发明采用的一个技术方案是：一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，包括多个监测系统、并行接收模块、嵌入式处理模块以及本地服务器；

所述多个监测系统，用于监测船舶实时运行状态，所述监测信息包括船舶监测信息以及软硬件诊断信息；

所述并行接收模块与多个监测系统连接，同时接收多个监测系统发送的监测信息，并将所述监测信息打包分时传输到所述嵌入式处理模块；

所述嵌入式处理模块，用于融合多个监测系统不同时间的信息，并根据本地服务器中的船舶运行状态大数据综合预判船舶运行状态；

所述本地服务器，用于向嵌入式处理模块传输所述船舶运行状态大数据。

所述嵌入式计算装置还包括与本地服务器进行通信的远程服务器。

所述多个监测系统包括船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块。所述船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块在输出监测信息时均加入功能检测，所述功能检测包括软件自检，所述软件自检可通过在输出监测信息时加入该模块功能检测代码，所述功能检测代码是唯一确定的，如果传输至嵌入式处理模块时发生变化则认定该功能检测代码相对的监测模块已经发生故障或者失效。

优选的，所述船舶储能模块包括电池管理系统、蓄电池、超级电容、双向DC/DC转换器，船舶储能模块连接太阳能发电模块和风力发电模块，所述太阳能发电模块和风力发电模块将转化的电能存储在船舶储能模块中。

优选的，所述动力电池电量检测模块和液化天然气电量监测模块均是以采集的数据为源数据，计算实时续航力；依据计算出的实时续航力，实时监控数据，操控被监控的设备。

优选的，所述计算实时续航力是计算实时动力电池供电续航力、实时液化天然气供电续航力、传播储能模块供电续航力之和。

优选的，所述航速指令信号模块是通过计算船舶的电网的能量需求，根据能量需求，控制动力电池电量、液化天然气电量、用电模块及船舶储能模块的工作方式或者启停，或者控制各发电模块产生的能量是并入船舶电网还是进入储能模块。

所述机电设备监测模块监测对象包括发电机设备、调速装置、同步装置、功率调节装置、卸载装置、动力设备、液压设备、舵机设备；各个监测模块包括的传感器包括燃气泄漏传感器、火灾传感器、电流传感器、振动传感器、温度传感器和电压传感器等。

优选的，所述机电设备和传感器的类型设定具有模块ID，每个模块ID通过嵌入式处理模块的登陆验证，通过后连接到嵌入式处理模块，嵌入式处理模块将采集到的信息类型编码按照模块分类，然后将监测到的信息转为输出信息；当嵌入式处理模块监测到异常信息时，将异常信息加入到输出信息中，然后对异常输出信息分为多个等级，比如高异常、中异常、低异常，高异常表示输出的信息最重要、中异常表示输出的信息为次重要、低异常表示输出的信息为不重要；在判断等级后将进行优先级的输出异常信息，优先把高异常信息归类输出，报警模块发出报警。

所述并行接收模块包括多总线接口，所述多总线接口包括CAN总线以及RS485总线接口，以适应不同的监测系统传输数据的需要，所述CAN总线和RS485总线通信的实现可由可编程逻辑模块实现，优选为使用主器件FPGA与CAN总线控制器和RS485总线控制器连接实现。

所述嵌入式处理模块包括嵌入式处理器、报警模块、显控模块、存储模块、通信模块；所述嵌入式处理器和报警模块、显控模块、存储模块、通信模块连接。所述嵌入式处理器在接收到打包的数据后拆包，按照时间顺序将船舶实时运行状态数据进行分类，即同一时间段内的各个监测模块的数据组合到一起分析；将所述分类后的船舶实时运行状态数据与船舶历史运行数据进行比较，如果各项数据均出现不同程度的异常或者某一数据出现异常，则针对所述异常进行追踪查找，调出相应的数据进一步分析以预测船舶运行状态。

所述本地服务器还运行有船舶自动识别系统(AIS系统)，与远程服务器通信连接。

优选的，所述显控模块用于显示全船的健康参数和信息、控制远程操作机电设备的启停和应急停机。

优选的，所述通信模块与其他机电设备的操作人员进行通讯。

优选的，所述存储模块采用大容量Flash和SDRAM，SDRAM是程序的运行空间进行操作系统启动，大容量Flash是把嵌入式处理模块的实时监测数据存储，便于分析各模块的运行健康状况和健康趋势，以便提前预警。

本发明还提供了一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算方法，包括如下步骤：

S1、并行采集多个船舶实时运行状态数据，所述船舶实时运行状态数据包括船舶监测信息以及软硬件诊断信息；

S2、将同一时间的多个所述船舶实时运行状态数据打包传输至嵌入式处理模块；

S3、所述嵌入式处理模块融合多个时间段的所述实时运行状态数据，并结合船舶运行大数据以预测船舶运行状态；

S4、发布船舶运行状态至本地服务器和远程服务器以供参考评估和决策。

所述S1中的软硬件诊断信息获取方法为：通过在输出监测信息时加入该模块功能检测代码，所述功能检测代码是唯一确定的，如果传输至嵌入式处理模块时发生变化则代表该模块已发生故障或者失效。

所述S2中的多个所述船舶实时运行状态数据采用并行接口模块同时接收，进行数据打包时保存相应的时间标签。

所述S3中的融合多个时间段的所述实时运行状态数据的方法具体为：对打包的数据拆包后按照时间顺序将船舶实时运行状态数据进行分类，即同一时间段内的各个监测模块的数据组合到一起分析；所述结合船舶运行大数据具体为，将所述融合的数据与船舶历史运行数据进行比较，如果各项数据均出现不同程度的异常或者某一数据出现异常，则针对所述异常进行追踪查找，调出相应的数据进一步分析以预测船舶运行状态。

本发明的有益效果是：通过融合船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块中的监测信息，同时对上述各个监测模块本身的运行状态进行监测，同时针对软硬件进行监测，对船舶中的各种系统进行自动化失效预测，实现全自动化远程确定失效或者故障来源，方便故障排查以及定期保养。

附图说明

图1为一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置图。

图2为一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算方法图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅附图1，一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，包括多个监测系统1、并行接收模块2、嵌入式处理模块3以及本地服务器4；

所述多个监测系统1，用于监测船舶实时运行状态，所述监测信息包括船舶监测信息以及软硬件诊断信息。

所述并行接收模块2与多个监测系统1连接，同时接收多个监测系统1发送的监测信息，并将所述监测信息打包分时传输到所述嵌入式处理模块3。

所述嵌入式处理模块3，用于融合多个监测系统1不同时间的信息，并根据本地服务器4中的船舶运行状态大数据综合预判船舶运行状态。

所述本地服务器4，用于向嵌入式处理模块3传输所述船舶运行状态大数据。

所述嵌入式计算装置还包括与本地服务器4进行通信的远程服务器5。

所述多个监测系统1包括船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块。所述船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块在输出监测信息时均加入功能检测，所述功能检测包括软件自检，所述软件自检可通过在输出监测信息时加入该模块功能检测代码，所述功能检测代码是唯一确定的，如果传输至嵌入式处理模块时发生变化则认定该功能检测代码相对的监测模块已经发生故障或者失效。

作为一种优选的实施方式，所述船舶储能模块包括电池管理系统、蓄电池、超级电容、双向DC/DC转换器，船舶储能模块连接太阳能发电模块和风力发电模块，所述太阳能发电模块和风力发电模块将转化的电能存储在船舶储能模块中。

作为一种优选的实施方式，所述动力电池电量检测模块和液化天然气电量监测模块均是以采集的数据为源数据，计算实时续航力；依据计算出的实时续航力，实时监控数据，操控被监控的设备。

作为一种优选的实施方式，所述计算实时续航力是计算实时动力电池供电续航力、实时液化天然气供电续航力、传播储能模块供电续航力之和。

作为一种优选的实施方式，所述航速指令信号模块是通过计算船舶的电网的能量需求，根据能量需求，控制动力电池电量、液化天然气电量、用电模块及船舶储能模块的工作方式或者启停，或者控制各发电模块产生的能量是并入船舶电网还是进入储能模块。

作为一种优选的实施方式，所述机电设备监测模块监测对象包括发电机设备、调速装置、同步装置、功率调节装置、卸载装置、动力设备、液压设备、舵机设备；各个监测模块包括的传感器包括燃气泄漏传感器、火灾传感器、电流传感器、振动传感器、温度传感器和电压传感器等。

作为一种优选的实施方式，所述机电设备和传感器的类型设定具有模块ID，每个模块ID通过嵌入式处理模块的登陆验证，通过后连接到嵌入式处理模块，嵌入式处理模块将采集到的信息类型编码按照模块分类，然后将监测到的信息转为输出信息；当嵌入式处理模块监测到异常信息时，将异常信息加入到输出信息中，然后对异常输出信息分为多个等级，比如高异常、中异常、低异常，高异常表示输出的信息最重要、中异常表示输出的信息为次重要、低异常表示输出的信息为不重要；在判断等级后将进行优先级的输出异常信息，优先把高异常信息归类输出，报警模块发出报警。

作为一种优选的实施方式，所述并行接收模块包括多总线接口，所述多总线接口包括CAN总线以及RS485总线接口，以适应不同的监测系统传输数据的需要，所述CAN总线和RS485总线通信的实现可由可编程逻辑模块实现，优选为使用主器件FPGA与CAN总线控制器和RS485总线控制器连接实现。

作为一种优选的实施方式，所述嵌入式处理模块包括嵌入式处理器、报警模块、显控模块、存储模块、通信模块；所述嵌入式处理器和报警模块、显控模块、存储模块、通信模块连接。所述嵌入式处理器在接收到打包的数据后拆包，按照时间顺序将船舶实时运行状态数据进行分类，即同一时间段内的各个监测模块的数据组合到一起分析；将所述分类后的船舶实时运行状态数据与船舶历史运行数据进行比较，如果各项数据均出现不同程度的异常或者某一数据出现异常，则针对所述异常进行追踪查找，调出相应的数据进一步分析以预测船舶运行状态。

作为一种优选的实施方式，所述本地服务器还运行有船舶自动识别系统(AIS系统)，与远程服务器通信连接。

作为一种优选的实施方式，所述显控模块用于显示全船的健康参数和信息、控制远程操作机电设备的启停和应急停机。

作为一种优选的实施方式，所述通信模块与其他机电设备的操作人员进行通讯。

作为一种优选的实施方式，所述存储模块采用大容量Flash和SDRAM，SDRAM是程序的运行空间进行操作系统启动，大容量Flash是把嵌入式处理模块的实时监测数据存储，便于分析各模块的运行健康状况和健康趋势，以便提前预警。

实施例2

如图2所示，一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算方法，包括如下步骤：

S1、并行采集多个船舶实时运行状态数据，所述船舶实时运行状态数据包括船舶监测信息以及软硬件诊断信息；

S2、将同一时间的多个所述船舶实时运行状态数据打包传输至嵌入式处理模块；

S3、所述嵌入式处理模块融合多个时间段的所述实时运行状态数据，并结合船舶运行大数据以预测船舶运行状态；

S4、发布船舶运行状态至本地服务器和远程服务器以供参考评估和决策。

作为一种优选的实施方式，所述S1中的软硬件诊断信息获取方法为：通过在输出监测信息时加入该模块功能检测代码，所述功能检测代码是唯一确定的，如果传输至嵌入式处理模块时发生变化则代表该模块已发生故障或者失效。

作为一种优选的实施方式，所述S2中的多个所述船舶实时运行状态数据采用并行接口模块同时接收，进行数据打包时保存相应的时间标签。

作为一种优选的实施方式，所述S3中的融合多个时间段的所述实时运行状态数据的方法具体为：对打包的数据拆包后按照时间顺序将船舶实时运行状态数据进行分类，即同一时间段内的各个监测模块的数据组合到一起分析；所述结合船舶运行大数据具体为，将所述融合的数据与船舶历史运行数据进行比较，如果各项数据均出现不同程度的异常或者某一数据出现异常，则针对所述异常进行追踪查找，调出相应的数据进一步分析以预测船舶运行状态。

通过融合船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块中的监测信息，同时对上述各个监测模块本身的运行状态进行监测，同时针对软硬件进行监测，对船舶中的各种系统进行自动化失效预测，实现全自动化远程确定失效或者故障来源，方便故障排查以及定期保养。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，包括多个监测系统、并行接收模块、嵌入式处理模块以及本地服务器；其特征在于，

所述多个监测系统，用于监测船舶实时运行状态，所述监测信息包括船舶监测信息以及软硬件诊断信息；

所述并行接收模块与多个监测系统连接，同时接收多个监测系统发送的监测信息，并将所述监测信息打包分时传输到所述嵌入式处理模块；

所述嵌入式处理模块，用于融合多个监测系统不同时间的信息，并根据本地服务器中的船舶运行状态大数据综合预判船舶运行状态；

所述本地服务器，用于向嵌入式处理模块传输所述船舶运行状态大数据。

2.根据权利要求1所述的一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，其特征在于：所述多个监测系统包括船舶储能模块、航速指令信号模块、动力电池电量监测模块、液化天然气电量监测模块、机电设备监测模块。

3.根据权利要求1和2所述的一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，其特征在于：所述多个监测系统在输出监测信息时均加入功能检测，所述功能检测包括软件自检，所述软件自检可通过在输出监测信息时加入该模块功能检测代码，所述功能检测代码是唯一确定的。

4.根据权利要求2所述的一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，其特征在于：所述船舶储能模块包括电池管理系统、蓄电池、超级电容、双向DC/DC转换器，船舶储能模块连接太阳能发电模块和风力发电模块，所述太阳能发电模块和风力发电模块将转化的电能存储在船舶储能模块中。

5.根据权利要求4所述的一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，其特征在于：所述动力电池电量检测模块和液化天然气电量监测模块均是以采集的数据为源数据，计算实时续航力；依据计算出的实时续航力，实时监控数据，操控被监控的设备；所述计算实时续航力是计算实时动力电池供电续航力、实时液化天然气供电续航力、传播储能模块供电续航力之和。

6.根据权利要求2所述的一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，其特征在于：所述航速指令信号模块是通过计算船舶的电网的能量需求，根据能量需求，控制动力电池电量、液化天然气电量、用电模块及船舶储能模块的工作方式或者启停，或者控制各发电模块产生的能量是并入船舶电网还是进入储能模块。

7.根据权利要求2所述的一种面向船舶实时监测系统的嵌入式计算装置，其特征在于：所述机电设备监测模块监测对象包括发电机设备、调速装置、同步装置、功率调节装置、卸载装置、动力设备、液压设备、舵机设备；所述机电设备和传感器的类型设定具有模块ID，每个模块ID通过嵌入式处理模块的登陆验证，通过后连接到嵌入式处理模块，嵌入式处理模块将采集到的信息类型编码按照模块分类，然后将监测到的信息转为输出信息。

Images