CN113345126B - 船舶航行数据记录装置及利用操舵仪记录航行数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶航行数据记录装置及利用操舵仪记录航行数据的方法，采用操舵仪和移动通信模块，操舵仪与移动通信模块使用USB接口连接，操舵仪通过一个串口转CAN模块连接外部所有的串口信号，最终借助移动通信模块将数据发送至岸基的服务器；操舵仪包括数据采集单元、计算单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元，通过计算单元开辟出两个环形缓冲区和环形数据存储区。本发明借助操舵仪实现了船舶航行数据的记录，降低用户成本，同时借助环形缓冲区和环形数据存储区，保证操舵仪和服务器之间数据传送的完整性。

Description

船舶航行数据记录装置及利用操舵仪记录航行数据的方法

技术领域

本发明涉及船舶航海设备技术领域，具体涉及一种船舶航行数据记录装置及利用操舵仪记录航行数据的方法。

背景技术

船舶航行信息记录设备通过在船舶航行过程中记录各种传感器的数据、报警信息以及操舵方式。当船舶发生事故后，可以快速判断出事故的原因，为以后的设备改进和事故避免提供了实际依据。

对于普通的船舶而言安装一个船舶航行信息记录设备，成本较高，而操舵仪是所有船舶必须安装的设备，如果可以利用操舵仪实现船舶航行数据记录，将大大降低使用成本。

发明内容

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种船舶航行数据记录装置及利用操舵仪记录航行数据的方法，借助操舵仪实现船舶航行数据的记录，本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的:

一种船舶航行数据记录装置，该装置包括操舵仪、移动通信模块、服务器，操舵仪和移动通信模块之间有线连接，操舵仪和服务器之间通信连接；操舵仪用以采集、存储船舶航行数据；移动通信模块用以实现操舵仪和服务器之间的通信连接。

进一步地，操舵仪包括数据采集单元、计算单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元、环形缓冲区一、环形缓冲区二、环形数据存储区；数据采集单元用以采集船舶报文信息并将其存储在环形缓冲区一；计算单元用以计算指令航向及指令舵角，并将指令航向及指令舵角存储在环形缓冲区一；数据打包单元用以解析环形缓冲区一内存储的信息并将其存储至环形缓冲区二中；数据存储单元用以提取环形缓冲区二内存储的信息并将其存储至环形数据存储区内；数据远程发送单元用以将环形缓冲区二或环形数据存储区中的数据发送至服务器。

进一步地，操舵仪和移动通信模块之间通过USB接口连接，移动通信模块为5G移动网络通信模块。

进一步地，数据采集包括单元串口转CAN模块。

一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，该方法基于一种船舶航行数据记录装置，船舶航行记录装置包括数据采集单元、计算单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元、环形缓冲区一、环形缓冲区二、环形数据存储区、移动通信模块、服务器。

进一步地，该方法包括：

操舵仪初始化运行；

数据采集单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元运行；

计算单元开辟环形缓冲区一、环形缓冲区二及环形数据存储区；

数据采集单元采集船舶报文信息并将其存储在环形缓冲区一，同时计算单元计算当前船舶指令航向及指令舵角并将其存储在环形缓冲区一内；

数据打包单元解析环形缓冲区一内存储的数据并将其存储在环形缓冲区二中；

数据存储单元提取环形缓冲区二中的数据并将其写入环形数据存储区；

数据远程发送单元将环形缓冲区二或环形数据存储区中的数据通过移动通信模块传输至服务器。

进一步地，移动通信模块和服务器之间通信正常时，数据远程发送单元将环形缓冲区二中的数据借助移动通信模块发送至服务器，数据发送的同时数据存储单元提取环形缓冲区二中的数据存储在环形数据存储区。

进一步地，移动通信模块和服务器之间通信断开时，数据远程发送单元停止工作等待通信恢复，通信恢复后数据远程发送单元遍历环形数据存储区找到数据传输至服务器的断点位置，从断点位置继续向服务器传输数据直至环形数据存储区内存储的数据发送完毕。

进一步地，环形缓冲区一内无数据时，数据打包单元处于阻塞状态，环形缓冲区一内有数据则数据打包单元处于激活状态；环形缓冲区二中无数据时，数据存储单元处于阻塞状态；环形缓冲区二中有数据时，数据存储单元进入激活状态，数据存储单元将环形缓冲区二中的数据存储至环形数据存储区直至环形缓冲区二中无数据。

进一步地，环形数据存储区内数据存满后，新的数据覆盖原环形数据存储区中的数据存储在环形数据存储区中。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明借助操舵仪记录船舶航行数据，相比较专门的船舶航行信息记录设备，大大降低了成本支出；船舶航迹及操舵方式信息保存在操舵仪本地的存储器中，另外还可以借助5G移动通信模块将该信息发送到岸基的服务器，若干船舶与岸基的服务器之间形成一个物联网，岸基的服务中心可以根据各船舶发送至服务器的数据为船舶的航行作出辅助决策；

2、利用两个环形缓冲区及环形数据存储区，可以保证操舵仪本地存储的数据信息不会丢失，可以保证一段时间内的航行数据得以保存，即便移动通信单元和服务器之间的通信断开，待通信恢复后仍可实现断点续传，保证服务器内数据的完整性；

3、借助数据采集单元，可以接受外部GPS/北斗、计程仪、舵角反馈、电罗经/磁罗经航向、电子海图、报警原始报文信息。

附图说明

图1是本发明中操舵仪与外部设备连接示意图。

图2是本发明中操舵仪内部各线程单元之间的数据传输流程图。

图3是本发明中数据发送单元运行流程示意图。

图4是本发明中计算单元流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：

一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，该方法借助船舶航行数据记录装置，该装置包括操舵仪、移动通信模块、服务器，操舵仪和移动通信模块之间通过USB接口连接，操舵仪内部含有数据采集单元、计算单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元，数据采集单元包括串口转CAN模块，其中计算单元为主线程，数据采集单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元与计算单元分时并行工作。船舶航迹及操舵方式信息一方面保存在操舵仪本地的存储器中，另一方面还通过移动通信模块被发送到岸基的服务器上。为了保证在本地存储的信息不会丢失，计算单元在其硬件存储区开辟出两个环形缓冲区(分别命名为环形缓冲区一和环形缓冲区二)和一个环形数据存储区。

具体的，如图1和图2所示，数据采集单元通过串口转CAN模块将来自外部传感器的串口信号转换为CAN网信号后存储在环形缓冲区一内，外部传感器如外部GPS/北斗、计程仪、舵角反馈、电罗经/磁罗经航向、电子海图、报警原始报文信息，并将这些信息存储到环形缓冲区一中，如图1所示。

计算单元实时计算指令航向及指令舵角，并将指令航向、指令舵角以及控制参数保存到环形缓冲区一中。

数据打包单元解析环形缓冲区一中的原始报文，提出其中有效的位置、速度、航向、指令航向、指令舵角、控制参数等信息，并将这些信息存储到环形缓冲区二中。

数据存储单元从环形缓冲区二中提取有效信息，并将其保存到环形数据存储区中。在该环形数据存储区中，每当数据存满时，新的数据将覆盖原先存储的数据存储在环形数据存储区内，为了存储较多的存储数据，采用二进制存储方式。

移动通信模块采用5G通信技术，利用WebSocket网络通信协议将数据发往岸基服务器。数据远程发送单元借助移动通信模块将环形缓冲区二或者环形数据存储区中的数据发送至服务器，移动通信模块与服务器之间的通信正常时，数据远程发送单元将环形缓冲区二中的数据发送至服务器，与此同时数据存储单元从环形缓冲区二提取所需的数据保存到环形数据存储区中；一旦移动通信模块与服务器之间的通信断开，待网络恢复后由数据远程发送单元将通信断开时尚未发送的数据由环形数据存储区发送至服务器，保证岸基服务器数据的完整性。

利用该船舶航行数据记录装置进行船舶航行数据记录时，包括：

操舵仪初始化运行；

数据采集单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元运行；

计算单元开辟出环形缓冲区一、环形缓冲区二及环形数据存储区；计算单元作为主线程，其根据是否有应急操舵、是否有动舵指令、是否有指令航向输入来计算最优控制参数及发送动舵指令；有应急操舵或随动动舵指令或指令航向输入则根据实际船舶航行状况、人员手动输入的指令航向、随动状态下输入的指令舵角、海浪和水流信息，实时计算出当前最优的控制参数及发送动舵指令对舵角进行控制，若操舵仪故障则发出报警信息，如图4所示。

数据采集单元采集船舶报文信息并将其存储在环形缓冲区一，同时计算单元计算当前船舶指令航向及指令舵角、控制参数并将其存储在环形缓冲区一内；

环形缓冲区一内无数据时，数据打包单元处于阻塞状态，环形缓冲区一内有数据则数据打包单元处于激活状态；激活状态下数据打包单元解析环形缓冲区一内存储的数据并提取出其中的有效位置、速度、航向、指令航向、指令舵角、控制参数、报警信息等，将其存储在环形缓冲区二中；

环形缓冲区二中无数据时，数据存储单元处于阻塞状态；环形缓冲区二中有数据时，数据存储单元进入激活状态，数据存储单元将环形缓冲区二中的数据存储至环形数据存储区直至环形缓冲区二中无数据。环形数据存储区内数据存满后，新的数据写入覆盖原环形数据存储区中的数据存储在环形数据存储区中。

移动通信模块和服务器之间的通信正常时，数据远程发送单元检测环形缓冲区二中是否有数据存储，若有则将环形缓冲区二中的数据传输至服务器；若移动通信模块和服务器之间的通信断开时，数据远程发送单元停止工作等待通信恢复，通信恢复后数据远程发送单元向服务器发送断点时间请求，请求服务器告知上次网络断开的时间，一旦服务器回传消息，移动通信模块遍历环形数据存储区，找到数据传输至服务器断开的时间点的数据，根据断点位置从环形数据存储区继续向服务器传输数据，从断点位置将环形数据存储区内剩余的数据传输完成后，恢复由数据远程发送单元将环形缓冲区二中的数据发送至服务器，如图3所示。

岸基的服务器可以分析各个船舶航行状态是否优良，为后续设备改进提供依据；同时当船舶发生事故后，可以快速的判断事故的原因，及时定位到事故地点。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种船舶航行数据记录装置，其特征在于，该装置包括操舵仪、移动通信模块、服务器，所述操舵仪和移动通信模块之间有线连接，所述操舵仪和服务器之间通信连接；所述操舵仪用以采集、存储船舶航行数据；所述移动通信模块用以实现操舵仪和服务器之间的通信连接；所述操舵仪包括数据采集单元、计算单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元、环形缓冲区一、环形缓冲区二、环形数据存储区；

所述数据采集单元用以采集船舶报文信息并将其存储在环形缓冲区一；

所述计算单元用以计算指令航向及指令舵角，并将航向及指令舵角存储在环形缓冲区一；

所述数据打包单元用以解析环形缓冲区一内存储的信息并将其存储至环形缓冲区二中；

所述数据存储单元用以提取环形缓冲区二内存储的信息并将其存储至环形数据存储区内；所述数据远程发送单元用以将环形缓冲区二或环形数据存储区中的数据发送至服务器。

2.根据权利要求1所述的一种船舶航行数据记录装置，其特征在于，所述操舵仪和移动通信模块之间通过USB接口连接，所述移动通信模块为5G移动网络通信模块。

3.根据权利要求1所述的一种船舶航行数据记录装置，其特征在于，所述数据采集单元包括串口转CAN模块。

4.一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，其特征在于，该方法基于一种船舶航行数据记录装置，所述船舶航行记录装置如权利要求1所述，包括数据采集单元、计算单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元、环形缓冲区一、环形缓冲区二、环形数据存储区、移动通信模块、服务器；该方法包括：

操舵仪初始化运行；

数据采集单元、数据打包单元、数据存储单元、数据远程发送单元运行；

计算单元开辟环形缓冲区一、环形缓冲区二及环形数据存储区；

数据采集单元采集船舶报文信息并将其存储在环形缓冲区一，同时计算单元计算当前船舶指令航向及指令舵角并将其存储在环形缓冲区一内；

数据打包单元解析环形缓冲区一内存储的数据并将其存储在环形缓冲区二中；

数据存储单元提取环形缓冲区二中的数据并将其写入环形数据存储区；

数据远程发送单元将环形缓冲区二或环形数据存储区中的数据通过移动通信模块传输至服务器。

5.根据权利要求4所述的一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，其特征在于，移动通信模块和服务器之间通信正常时，数据远程发送单元将环形缓冲区二中的数据借助移动通信模块发送至服务器，数据发送的同时数据存储单元提取环形缓冲区二中的数据存储在环形数据存储区。

6.根据权利要求5所述的一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，其特征在于，移动通信模块和服务器之间通信断开时，数据远程发送单元停止工作等待通信恢复，通信恢复后数据远程发送单元遍历环形数据存储区找到数据传输至服务器的断点位置，从断点位置继续向服务器传输数据直至环形数据存储区内存储的数据发送完毕。

7.根据权利要求4所述的一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，其特征在于，环形缓冲区一内无数据时，数据打包单元处于阻塞状态，环形缓冲区一内有数据则数据打包单元处于激活状态；环形缓冲区二中无数据时，数据存储单元处于阻塞状态；环形缓冲区二中有数据时，数据存储单元进入激活状态，数据存储单元将环形缓冲区二中的数据存储至环形数据存储区直至环形缓冲区二中无数据。

8.根据权利要求4所述的一种利用操舵仪记录船舶航行数据的方法，其特征在于，环形数据存储区内数据存满后，新的数据覆盖原环形数据存储区中的数据存储在环形数据存储区中。

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