談視頻通信技術艦船航行監控系統
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引言
海上運輸行業開始向大型化、智能化、信息化方向發展，艦船在海洋或江流中航行的過程中需要與航運企業單位和有關安全監管部門進行聯系，防止因自然災害或其他人為因素導致的事故，如何更加全面對艦船航行異常狀態進行監控成為了航運企業與相關安全部門的迫切需求[1]。本文便應用視頻通信技術實現對艦船航行異常狀態的監控，將艦船航行異常監控推向智能化、數字化、精準化[2]。視頻通信技術實現了艦船航行異常監控的數字化，使監控的數據結果能夠達到更加精準的結果。視頻通信技術還實現了監控的智能化，可以通過視頻所傳達的內容自動進行位置確定與分析[3]。傳統的艦船航行異常監控系統主要是建立在艦船之中，通過艦船所發出的信號對艦船的位置與航行狀態進行確定，這種監控方式比較被動，當艦船出現異常狀態時不能及時向相關單位進行信號發送導致解決異常狀態的時間延長，傳統的系統在進行監視的過程中并不能較精準地對艦船進行判斷，所獲取的艦船信息較為滯后[4]。本文應用視頻通信技術進行艦船航行異常狀態的系統設計，從不同的角度解決傳統的監控系統中存在的問題。
1視頻通信技術的艦船航行異常監控系統總體構架
本文所設計的監控系統主要為了保證艦船的安全航行、動態監視運輸燃料的艦船與保障艦船航行過程中產生的航行數據，利用視頻通信技術構建1套完整的動態監視體系，可以將艦船的航行動態信息表現在電子海洋地圖中，及時對艦船航行過程中的數據進行分析處理與儲存，視頻通信技術的艦船航行異常監控系統實現主要由信號變送器、工控機、艦船PLC、網絡中心服務器等組成，系統的總體結構如圖1所示。從圖1可知，系統主要由監控系統、中心服務器、數據處理單元、信號接收裝置等組成，使用專用服務器，在艦船的服務器與監控服務器之間設有安全防護設備，對于特別重要的數據采用磁盤陣列式儲存方式，為視頻通信技術的應用建立良好的數據環境。
2視頻通信技術艦船航行異常監控系統硬件設計
2.1視頻通信技術的信號變送器
視頻通信技術需要對現場信息進行采集，由于現場環境不同，常常會出現頻率、電壓、相位、溫度、功率等因素對現場信息采集信息進行干擾。為了更加真實反映監測對象的狀態，本文采用信號變送器對測量的信號與機器信號接口進行匹配，能夠使現場采集的信息在沒有誤差的情況下，通過信號變送器傳達到監控現場。目前為止我國生產的信號變送器在安全格和性能方面不能夠令人滿意，當視頻采集信息傳達到接口電路中會出現測量誤差，本文應用傳感器、傳感器和電路接口進行硬件組合，圖2為本文組合的信號變送器電路圖。在信號變送器中，溫度傳感器主要采用集成式的溫度傳感器，這種類型的傳感器有著較高的測量精度并且能夠對溫度進行重復性測量，體積較小，熱容量較低，方便裝入到小型金屬管中，使信號變送器性能與靈敏度得到提升。信號變送器中所采用的壓力傳感器中裝有敏感性彈性元件和壓電晶體，這種傳感器主要利用電阻的不斷變化原理制成，隨著電阻的變換可以發出電阻信號，主要以電橋的形式進行信息輸出。
2.2視頻通信技術的艦船工控機
本文系統采用的艦船工控機選用ISP-521型號，CPU共4.8G，1G儲存空間，工控機的底板接口中有2個總線插口，4個PCI線口插槽與2個CPU插槽，工控機的顯示設備采用三星1202p型號的顯示器，能夠對屏幕中的信息數據與圖像進行放大處理，主要在Windows系統中進行操作，還可以外接打印機并聯網以滿足信息高速處理。
2.3視頻通信技術的艦船
PLCPLC可以根據不同的運行環境進行模塊的選擇，本文系統根據艦船的運行環境以及海洋中的特殊地理位置選用68個開關量輸入、52個開關量輸出、8個模擬量輸出、6個模擬量輸入，由于視頻通信技術對PLC的運行可靠性要求較高，所以應用西門子L-460型號PLC控制器作為PLC的整體運行基礎，利用模塊的結構對視頻中的信息進行擴展，創建更多種形式的指令，防止出現PLC數據卡頓現象還配置了如表1的模塊。
3視頻通信技術的艦船航行異常監控系統軟件設計
本文系統的軟件運行程序操作可以脫離客戶端單獨運行，能夠在其他平臺進行有關數據資源配比，在下達邏輯指令、組織關系、信息驗證等方面可以立即建立業務活動。本文軟件系統的數據來源主要采用信號變送器進行收集與處理，本文軟件系統設立周期性程序調節信號變送器的整體工作時間以便周期性采集創建動態數據，再應用JSK方法對數據進行處理解析來獲取船艦的實時動態信息。根據艦船的運行狀態特征，分別對海岸線、港口、臺風、氣象等進行項目信息集成處理，在電子海洋圖中體現，還可以通過查詢的方式對電子海洋圖中的有關信息進行分析，通過視頻通信將艦船在電子海洋圖中的交通狀況進行具體化顯示，實現對船艦的航行方向、航行速度和航行方位等基本信息進行視頻顯示，當船艦航行路線偏離航線時可以啟動自動報警，監控客戶端便可以對船艦進行調度指令下達。
4仿真實驗
本文通過實驗證明本文系統在艦船航行異常狀態下監控效果優于傳統系統的效果，首先設定實驗環境的參數值如表2所示。安裝2種系統的艦船具有2種類型的雷達遠程控制功能，本文系統的艦船雷達屬于視頻顯示控制單元，傳統系統的艦船雷達數據數字傳達控制單元。視頻顯示控制單元在艦船航行的過程中實時地將周圍環境信息以圖像的方式傳達給操作端，數字傳達控制單元主要通過數據傳輸方式將航行基本信息傳入操作端信息接口中，本文系統所采集的數據資源有動態、半動態2種，動態資源有艦船本體，拖動平臺等，半動態包括海洋、河流、其他參照物等，數據資源可以供指揮系統使用，同時艦船用戶也可以查看數據內容。視頻信息可傳達海圖經緯度，確認航行參數使監控艦船異常狀態更加可觀，通過拉大視頻顯示框可以改變視頻信息內容的比例尺寸，精準地對艦船航行位置做出判斷。傳統系統中的操作端只能通過艦船上一個時間段所發來的航行基本信息，通過對航行的基本信息作出預判來對艦船的航行異常進行監控。當2艘艦船同時偏離航道處于異常航行狀態下時，對比兩系統所做出的反應規劃如圖3所示。通過2種系統在顯示部分做出的時間與路徑方面的異常改善可以看出，本文系統優先4分鐘做出航道偏離預警反應并對未來航道進行規劃并優先于傳統系統指揮艦船駛入正常航道81min，相對于傳統系統實現了精準化與智能化。
5結語
本文主要應用視頻通信技術進行艦船航行異常監控系統設計，采用組合式的信號變送器、工控機、PLC等硬件為視頻通信建立良好的運行環境，建立合理的軟件流程完成監控任務，并通過對比實驗證明本文設計的系統更優于傳統系統。
參考文獻：
[1]胡正平,張敏姣,李淑芳,等.智能視頻監控系統中行人再識別技術研究綜述[J].燕山大學學報,2019,43(5):377–393.
[2]陳于濤,曹詩杰,李東亮,等.艦船中央冷卻系統多智能體自治控制[J].國防科技大學學報,2019,41(3):119–124.
[3]朱冠良.嵌入式技術船舶實時監控系統[J].艦船科學技術,2017(22):166–168.
[4]余亞磊,蘇榮彬,馮旭,等.基于速變LOS的無人船反步自適應路徑跟蹤控制[J].中國艦船研究,2019,14(3):163–171.
作者：伍春霞 單位：重慶科創職業學院