倪依純 劉維亭 朱志宇

（1. 江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學校，無錫 214151；2.江蘇科技大學電信工程學院，鎮(zhèn)江 212003）

0 引言

為了提高船舶航行的安全性、可靠性和經(jīng)濟效益，機艙監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常需要能夠和岸上船舶公司相連，以獲取船舶公司專家的支持[1-3]。而這種數(shù)據(jù)的交互大多數(shù)是通過衛(wèi)星傳輸，資源有限，費用也很高。對于近岸船舶而言，隨著無線網(wǎng)絡覆蓋的飛速擴大，基于B/S結(jié)構(gòu)和ASP.Net技術(shù)的船舶機艙結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)，可以用簡便、廉價的方式很好地解決遠端用戶對于近岸運行船舶的機艙遠端和現(xiàn)場監(jiān)控[4]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)概述

本系統(tǒng)是按照長江近岸船舶的機艙監(jiān)控需要設(shè)計的，由岸上和船上兩部分組成。船上部分所處環(huán)境惡劣，震動大、溫度高、濕度高等，為保證網(wǎng)絡的可靠性，采用有線網(wǎng)絡連接方式，將機艙監(jiān)控系統(tǒng)組成一個局域網(wǎng)，組網(wǎng)方式采用以太網(wǎng)方式。岸上部分也組成一個網(wǎng)絡，并和Internet相連?？晒┻h端客戶瀏覽、查看。船上部分和岸上部分通過無線網(wǎng)絡相連。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)長江近岸船舶的特點以及機艙自動化系統(tǒng)的具體要求，設(shè)計要求本系統(tǒng)能夠?qū)C艙的主機、發(fā)電機、舵漿、離合器、跳板等船用重要設(shè)備進行實時狀態(tài)監(jiān)測，運行參數(shù)顯示，故障報警及診斷，歷史數(shù)據(jù)和報警信息存儲、查詢，數(shù)據(jù)報表打印等。

圖1 基于B/S機構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)組成示意

為完成上述功能，本系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫、Web服務器、客戶端瀏覽器的系統(tǒng)構(gòu)成，即所謂的B/S（瀏覽器/服務器）結(jié)構(gòu)。其中，數(shù)據(jù)采集模塊與分布在機艙各需要監(jiān)控部件上的傳感器相連，采集各個部件的工作參數(shù)。對采集的信號進行處理、轉(zhuǎn)換后，通過網(wǎng)絡與服務器進行數(shù)據(jù)的交換并存儲在相關(guān)數(shù)據(jù)庫中。

根據(jù)監(jiān)控內(nèi)容和需要，以及模塊化軟件設(shè)計思想，系統(tǒng)軟件的設(shè)計首先劃分了功能模塊，構(gòu)建了各模塊之間的數(shù)據(jù)流向，以保持軟件良好的可讀性、可移植性和可擴充性[5]。經(jīng)研究、分析，本系統(tǒng)根據(jù)軟件功能的不同主要劃分為數(shù)據(jù)采集、趨勢圖、實時監(jiān)控、管理功能、查詢、故障診斷及其它功能模塊。其總體框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件功能總框圖

上述各模塊的主要功能為：

（1）數(shù)據(jù)采集：通過局域網(wǎng)與計算機通訊，完成信號的采集、轉(zhuǎn)換以及輸入/輸出，將硬件采集的數(shù)據(jù)讀入計算機，存儲到實時數(shù)據(jù)庫，供監(jiān)控、查詢、繪圖等操作。

（2）數(shù)據(jù)查詢：以“天”為單位，將機艙主機、發(fā)電機等主要裝置的主要運行參數(shù)，存入到以當天日期為名稱的數(shù)據(jù)庫中，供用戶查詢、參考。數(shù)據(jù)查詢利用ADO.NET對數(shù)據(jù)庫進行操作。如果程序中有大量與數(shù)據(jù)庫的連接操作時，則利用Web.config文件，配置數(shù)據(jù)庫的連接字符串，綁定數(shù)據(jù)庫的連接。

（3）實時監(jiān)控：根據(jù)機艙自動監(jiān)控的要求，考慮主要監(jiān)控點如表1所示。

本模塊周期性地從實時數(shù)據(jù)庫中取得各項實時數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示各設(shè)備的運行參數(shù)，通過監(jiān)控界面，供監(jiān)控人員實時了解各設(shè)備的運行狀況。

本系統(tǒng)設(shè)計中，采用標簽指示要顯示的參數(shù)名稱，文本框顯示具體參數(shù)值，標簽和文本框一一對應，顯示機艙各設(shè)備的狀態(tài)信息、運行參數(shù)和報警信息。系統(tǒng)利用DataSet中的Table存放所有監(jiān)控參數(shù)的值，文本框與Table中的列相對應。文本框中數(shù)據(jù)和 DataSet中的數(shù)據(jù)綁定。為了實現(xiàn)報警功能，定義了數(shù)據(jù)比較類，在數(shù)據(jù)超過上限或下限時，顯示紅色提示信息。

表1 機艙主要監(jiān)控點

（4）故障診斷：系統(tǒng)設(shè)計了一個智能診斷系統(tǒng)，對機艙各部件進行故障診斷，故障診斷的數(shù)據(jù)經(jīng)模糊化處理后送入神經(jīng)網(wǎng)絡進行診斷，判斷是否有故障。如有故障，則先判斷是哪類故障，然后由專家系統(tǒng)根據(jù)故障種類，調(diào)用推理機，給出故障的原因和解決方法。故障訓練樣本從系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生的故障實例中，領(lǐng)域?qū)＜医o出的一些診斷分析提取的。神經(jīng)網(wǎng)絡通過對故障訓練樣本的學習，將故障訓練樣本知識轉(zhuǎn)換成故障診斷網(wǎng)絡知識（即各神經(jīng)元之間的連接權(quán)值和閉值）存儲起來，以備神經(jīng)網(wǎng)絡進行診斷時使用[6]。故障診斷的流程如圖3所示。

圖3 故障診斷程序流程圖

系統(tǒng)中所有的故障知識都是根據(jù)專家經(jīng)驗輸入進去的。由于收集掌握的故障知識有限。所以對于一些新出現(xiàn)的故障，本系統(tǒng)設(shè)計了“添加知識庫”這一功能，以進行故障知識庫的完善。僅對于權(quán)限比較高的操作人員，授予了修改時間，添加報警知識庫等較高權(quán)限。

（5）管理功能：根據(jù)用戶不同的權(quán)限，管理授權(quán)用戶的登陸，保證系統(tǒng)的保密性和安全性。

（6）趨勢圖：根據(jù)所選日期和時間段，動態(tài)顯示任意時間內(nèi)的趨勢曲線。提供各種趨勢曲線的分析畫面。以直觀的印象，使操作人員對于機艙參數(shù)的變化情況一目了然。

（7）其他功能模塊：包括報表的生成和打印、對數(shù)據(jù)庫管理、幫助等信息。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)的操作以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，如數(shù)據(jù)查詢、故障診斷、趨勢圖查詢等，因此數(shù)據(jù)庫占據(jù)著重要地位。系統(tǒng)設(shè)計以SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫工具。數(shù)據(jù)庫中設(shè)有日常數(shù)據(jù)庫，報警數(shù)據(jù)庫，故障診斷庫，標準參照庫，報警閾值庫和考勤庫等。數(shù)據(jù)庫與其它模塊間的關(guān)系如圖4所示。在日常數(shù)據(jù)庫中存儲了機艙內(nèi)監(jiān)控數(shù)據(jù)的運行記錄，對機艙內(nèi)主機、發(fā)電機、離合器、舵漿、跳板的共37個模擬量參數(shù)進行記錄。

日常數(shù)據(jù)庫以“天”為單位，存儲當天的記錄。系統(tǒng)運行時會自動檢查有否當天的表存在，沒有就自動新建一張表。

圖4 數(shù)據(jù)庫與其它模塊間的關(guān)系

報警數(shù)據(jù)庫，當監(jiān)控數(shù)據(jù)超出設(shè)定警戒值，就進行報警并存入報警數(shù)據(jù)庫中，供以后查詢分析。故障診斷庫記錄故障的類別、原因、維修建議等，供診斷時調(diào)用?？记趲?，記錄對操作人員的進入和退出系統(tǒng)的具體時間，方便系統(tǒng)對訪問用戶情況的掌握的管理。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)軟件采用ASP.NET為開發(fā)環(huán)境，采用全新的開發(fā)語言C#作為主要開發(fā)語言，以模塊化思想設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)，方便了程序的升級和維護。系統(tǒng)整體架構(gòu)采用B/S結(jié)構(gòu)，通過無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)了近岸船舶與遠端用戶的實時數(shù)據(jù)交互。所有事務邏輯在服務器端實現(xiàn)，客戶端只需安裝瀏覽器，通過在IE地址欄輸入URL地址即可實現(xiàn)對該系統(tǒng)的訪問，實現(xiàn)了客戶端零維護，同時還保證了數(shù)據(jù)的一致性、實時性和安全性。

本系統(tǒng)已經(jīng)應用于通沙汽渡船、鎮(zhèn)揚汽渡船和南京板橋28車汽渡船等船舶，用戶實際使用證明，該系統(tǒng)運行可靠，操作直觀簡便，性能穩(wěn)定。

[1] 孟憲堯, 白廣來, 劉維來, 張金波. 數(shù)據(jù)融合技術(shù)與船舶自動化的發(fā)展. 世界海運. 2002,2.

[2] 姜瑩, 任光, 賈寶柱. 船舶故障診斷的新發(fā)展. 航海技術(shù), 2004（01）.

[3] 尚新宇. 智能化船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的研究. 大連海事大學, 2001,3.

[4] 張海濤, 哈建林. 船舶自動化發(fā)展趨勢.中國水運（理論版）, 2006, 4（5）.

[5] 張能立, 陳剛. 基于ADO. NET 的XML數(shù)據(jù)傳遞的研究與實現(xiàn). 計算機與現(xiàn)代化, 2005,3.

[6] 吳凌云, 王華. BP神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)在故障診斷中的應用.信息技術(shù), 2003,27（2）.