船舶定位监控系统

船舶定位监控系统（共10篇）

船舶定位监控系统 篇1

1概述

动力定位技术是为了满足上世纪70年代迅速增长的石油勘探工业而诞生的一项新技术。至今, 已有超过1000艘带动力定位功能的船舶, 其中大部分使用在开采勘探油气储量的相关领域。

自二次世界大战结束后, 世界航运界经历了很大的变化。传统的航运模式和贸易发生了巨变, 而且航运界经常使用的商业模式也发生了变化。飞机运输取代了定期客轮贸易, 同时游轮贸易却欣欣向荣。传统的各种货轮也因为集装箱船而衰落, 集装箱船变成了主要的运输船舶。几十年前未见的滚装船和混合轮渡运行于近距离航线。各种散货轮载重巨大, 各国船员操纵着各种船舶。

营运船舶的共性是需要创造利润, 而主要的获利方式是载客海上航行, 减少停泊在港口的时间。船舶设计中, 优先考虑设计航速时 (通常接近最大航速) 最经济, 且在返航时方便靠港, 其次是船舶的机动性, 降低进出港时拖轮的费用。通常货轮装备主螺旋桨和在满功率时优化过的舵, 有的还装备一套首侧推。仅很少一部分货轮具备良好的机动性, 而这类船舶往往是渡轮, 在靠、离岸时能精确可靠操作, 而且每天都要多次靠离。

海洋石油业的诞生带来了新的需求。此外, 进入更深的水域作业, 还要考虑环保的方法, 给动力定位技术和工艺带来了飞跃的发展。

2海上动力定位发展情况分析

海上钻井到上世纪50年代才开始在深水作业。在浅水水域钻井装备可以装在一个自升式的驳船上, 固定住, 通过3条或更多的桩腿提升自己离开海面。在钻井作业时驳船成为一个固定的平台, 无定位的问题。

水深使自升式钻井平台作业明显受限, 而更深水域的驳轮和钻井船将利用四个以上的装在船上的锚和缆绳的系泊系统定位。自升式和系泊式在很多海域仍然使用, 由于水深作业限制以及时间和费用方面非常昂贵, 不可采用。

驳船可以抛锚在很深的水域, 有时也会停泊在深度超过1 000 m的水域工作。但是一旦深度超过500 m, 要考虑运营的经济性, 约有8个锚, 连同拖锚驳船的辅助费用非常高。期间任何一个锚在张紧的时候出问题, 已经放出都必须收回来, 使费用增加。如果水深, 锚泊锁具的数量增多, 相应齿轮负重的配置也需加大, 对拖轮的线长和功率的要求相应增大。钻机一旦定位, 任何一个锚在张紧的时候出问题, 会有一定量的位移, 已经放的锚都必须收回来, 对钻井而言明显缺少机动性。如果需要移动一个位置, 所有的锚都必须拉起再重新放置。小范围的移动可以依靠锚绞设备调整线长, 但缺乏精度。同样, 换艏向也到受限。其他问题是船舶/驳船/钻机使用系锚系统还可能会给水下安装带来风险, 比如铺管等。这些风险在任何深水域都存在, 影响定位方式的选择。在有些区域部分或者全部钻井都使用系锚定位。

二十世纪60年代迫切需要扩大生产和石油有关的能源。这需要勘探开采许多世界未开发的地方。对钻井而言主要的限制是水太深, 在1961年小单体钻井船“Cuss 1”上面使用了至今还在使用的四点系泊定位, 还装了4台手动的可调螺旋桨。利用雷达修正海面浮筒, 利用海底灯光通过声纳修正定位, 该船能在加州和墨西哥湾水深100至3500 m的区域进行钻探。船的位置和艏向控制完全靠手动, 所以这条船不在现在定义的动力定位范围内。第一条满足要求的船是“Eureka”, 1961年建造。该船装有一套简单的模拟控制系统, 接口通过一根张紧的钢丝绳做参考。除了主推进器, 还装备了可向前或向后的推进器, 这艘船排水量450 t左右, 船长39.624m。图1所示。针对钻机定位方法:自升式, 锚泊式, 动力定位—“Eureka”动力定位船。

60年代出厂的船, “Caldrill”, “Glomar Challenger”和“Terebel”等是这项重要新技术的先驱者。早期的技术比较原始, 初期大多数控制器是模拟的, 没有任何冗余的系统。然而确是一个很好的开端。动力定位的特点开始被用于钻井勘察以外的船舶。生产钻井利用隔水管和海底防喷器 (防井喷) , 进行钻取作业, 而通过各种动力定位船仅完成了各种水下支持任务, 包括潜水支持, 其中有部分动力定位功能。仅保持一个固定的位置和艏向是不够的, 还须遵循一个固定的轨迹, 或对某一移动的目标保持相对位置, 以及对潜水装置的支持。只要深水地区有开采目标, 专门的船只迅速完成铺管和挖沟, 敷设电缆和掩埋, 成为将来开采勘探的区域。

3 DP动力定位系统功能及定位能力分析

上世纪70年代末, DP技术趋于成熟和认可。80年代初, 具有DP能力的船舶约有65艘, 到了80年代中期, 数量增加到150艘。至本世纪初 (2003年) , 已经超过了1000艘, 且继续迅速增长。近期, DP功能受到近海油田开采和天然气工业多种船型的关注。

3.1 DP动力定位系统功能

钻井勘探 (岩石取样) 、钻井生产;潜水支持、铺管 (刚性和柔性管道) ;电缆敷设和维修, 多用支持船;后勤保障船, 航道测量;操作测量船, 沉船测量, 救助, 移动;挖泥, 垃圾清理 (管道保护) ;海底安装, 起重操作驳船;井口激励和油井维修, 操作供应船;穿梭油轮, FPSO (浮动式生产, 储存, 卸货船舶) ;重型载货船, 巡航船;集装箱船, 开矿干扰船;海洋调查船, 海底采矿作业;火箭发射平台支持船, 军用支持船 (维修/技术维护支持船) 等。

3.2典型的动力定位船舶

典型的动力定位船舶主要有:CSO Apache-铺管船;Q4000-MSV;OSCA Challenger-井口激励船;动力起重运输船;Queen of the Netherlands-挖泥船;Sea Spider-铺缆船;Thialf-起重船。

以上提到的各种船舶仅涉及到单体船舶, 现在火箭发射平台由半潜式钻井平台“Ocean Odyssey”号改造而成, 用于赤道附近发射人造卫星。同时建造完成护送船, 同样具有DP能力。

近年来, DP系统变得更加先进和复杂, 而且可靠。由于计算机技术的应用使DP技术取得了质的飞跃。定位参考系统和其它外围设备数量多且相当可靠。高冗余度使得船舶能够适应高风险的操作。冗余不仅包括了电气系统, 而且涉及DP系统的每一个元件。具有DP定位能力的先进的船舶, 确保其在机舱, 驾驶台或其它任何舱室发生故障时仍具有定位能力。

某些制造厂已经开始从事DP系统的设计和配套。一些早期系统从美国起源, 像Honeywell和ACDelco, 另外一些系统起源于法国, 如Alcatel和Thomson。目前, 生产领域由英国的Alstom (最初的G.E.C) 和挪威的Kongsberg (以前的Kongsberg Albatross) 瓜分, 某些小公司如Nautronix和ABB也分享了市场。Hollming公司专门为英国皇家海军和沙特阿拉伯海军设计生产了几种小型DP系统。

3.2定位能力比较

与其它定位方式进行比较:如4个或8个锚定位, 平台船首系泊和船尾系泊, 自升式钻井平台设备, 应用DP功能的船舶各有其优点和不足。

3.2.1自升式驳船

自升式驳船优点:不需要动力, 推进器或其它复杂的设备进行定位;驳船的定位能力不受全船失电和电力缺乏的影响。不足:当钻机开钻时不具备机动性;仅适合大概60m的水深;为稳定性需要海床平整 (岩石表面) 。

3.2.2系泊锚固定系统

系泊锚固定系统优点:不需要动力, 推进器或复杂的系统来保持定位能力;船舶的定位能力不受全船失电和电力缺乏的影响;不需要定位参考, 系统崩溃时驳船仍然具有定位能力;没有水下全回转螺旋桨和推进器所带来的危险。不足:当系泊时仅具有有限的机动能力;在移动和系泊时需要拖拽;水深不能超过600m;抛锚时需要大量的时间。

3.2.2动力定位

动力定位优点:船舶为自航式, 在作业的任何阶段均不需要拖拽;简单且快速的定位能力;船舶在作业期间具有很强的机动性, 可以进行快速的移动;天气突变时可以快速响应;在作业期间可根据需求进行快速响应;系统多功能 (轨迹随动和运载随动方案) ;任何水深下的工作能力 (但浅水水域除外) ;快速完成多项任务的能力, 更加经济;避免由于系泊缆系统对海床造成的伤害;在坏天气下锚缆载荷对平台结构的影响非常小。不足:在电力系统故障或不足时非常容易受到损伤;推进器故障时非常容易受到损伤;电气系统故障时非常容易受到损伤 (DP系统非常复杂) ;与系泊系统比较具有全天候的能力;较高的燃油消耗;定位偏移时非常危险;水下操作, 特别是潜水和机器人工作时非常危险;在浅水和强潮汐的工况下容易发生问题;需要持续的定位基准参照.对于危险工作需要全面的冗余布置;需要经过培训的、有经验的、技术能力强的船员。

以上内容表明, 三种方法都有自己的优点和局限性。当使用系泊的方法来定位时有不少优势, 它逐渐成为许多操作的唯一选择。以往频繁使用的固定潜水位置靠近平台结构的方法是放置两个锚头, 回位保证船尾结构在泊线上, 然后船可以停下来锁定所有的桨和推进器, 使潜水作业安全。现在海床经常铺设管道和其他设备, 而且有可能出现在准备抛锚的海域, 或被禁止的一些区域。然而, 新一代的平台结构是按照最轻的重量设计的, 而不是按照船的载荷设计的。尽管动力定位并非完美的选择, 某些位置不适合动力定位操作, 但是在以上的情况下只能选择动力定位系统。浅水区域的动力定位有很多问题, 设计时必须考虑操作安全, 以适合多种环境的作业。

4 DP动力定位系统带来的变化

现代的技术也许会让人们放弃在动力定位区域使用传统的方法去定位。在铺有海底电缆的区域, 例如光纤电缆是很脆弱的。使用动力定位的电缆铺设船就可以避免这些娇贵的电缆被损坏。现代的电缆铺设船都是具有动力定位功能的。

使用动力定位系统可能会导致船舶作业形式的改变, 但客船运营复兴, 使建造客船的大小尺寸变化很多, 为了停靠大部分的港口, 吃水很小, 操作困难。某些港口看起来很小, 不容易进港和离港, 但是这些船装备了动力定位系统, 问题就很容易解决了, 游船可以停靠更多旅游城市的港口了。

动力定位系统给航行值班的船员带来了一系列的挑战。对于有货船、集装箱船、客船或类似船背景的大副来说, 当他进入近海石油相关船的时候, 必须忘记一些原有的技巧和程序, 换以不同的方法来代替。深水船上大副的工作是保证航线的安全———航线上没有别的船或障碍物。在海上油田作业现场, 许多船集中在一个很小的区域里作业, 且经常在不可预料的气候情况下, 相对于海上油田区域的多种图纸来说, 区域的海图变成次要了。东经和北纬在UTM上代替经度和纬度, 租停和故障期间等新名词出现在经济合同中, 船员就像机器中的一个螺丝而已, 驾驶员依靠指令或程序工作。这些船看起来花很多时间在移动物体附近做高危险的作业, 且在不利的上风一侧位置。经常用于安置水下管线, 电缆和其他的设备的区域, 只能使用侧推桨来作业。依靠那些神奇的驱动器取代在航海学校学习的传统的安全技巧。工作环境非常陌生和感觉无助, 但是可靠性和安全性高非常高。

动力定位是一项成熟很快的船舶功能技术。由于许多船型作业的需要, 带动力定位的船舶数量增长很快。有些船型在设计和建造阶段装备了动力定位系统, 例如三用工作船。这些装备了动力定位的船以提供更高可靠性、作业能力和安全性获得较高的经济效益。船在设计阶段增加动力定位系统成本低, 但是将来想改装成带动力定位的, 费用会非常高。

5动力定位控制系统简介

DP动力定位系统 (Dynamic Positioning System) 是一种用于船只艏向控制和自动定位的计算机控制系统。该系统需一个或多个电罗经 (或光纤罗经) 提供艏向数据以控制船只艏向, 并需要通过一个或多个位置参考系统 (如DGPS差分全球定位系统、Radius微波定位系统或Hi PAP水下声纳定位系统) 以测量船只的位置从而实现船只的自动定位。

DP动力定位系统 (Dynamic Positioning System) 主要由以上部分组成:DP操作站、DP控制器、单手柄控制器、单手柄操作面板以及便携式操作面板等。见图2, 系统还包括电源、打印机等辅助设备。

船只的艏向与位置由操作员设定, 经由动力定位系统计算后, 向船只的侧向推进器和主推进器系统发送推力控制信号 (转速或螺距) 。动力定位系统始终以最优化的方式为任何在用的推进装置分配推力以平衡船只所受的外力, 从而达到定位的目的。

该系统在新船设计建造中使用, 也可用于需要改装成带动力定位的船舶。

6结语

船舶DP动力定位系统在漫长的发展过程中有了很大的进步, 特别是计算机控制技术的发展, 给船舶定位功能的发展和安全可靠性提供了有效的保证。随着计算机控制技术的飞速发展, 人们将不断研制成本低, 功能强大, 安全可靠性好的船舶DP动力定位系统。动力定位系统以最优化的方式为任何在用的推进装置分配推力以平衡船只所受的外力, 从而达到定位的目的, 仅是初步的实践。

动力定位在船舶节能方面发挥了巨大的潜力, 适应了船舶作业方式的改变;改善了停靠港口码头的机动性;提高了海上作业的安全性等。

参考文献

[1]赵志高, 杨建民, 王磊, 程俊勇.动力定位系统发展状况及研究方法.中国造船, 2002 (1) .

[2]孟宪尧, 韩新洁, 白广来.海上作业多用途工作船自动控制系统 (一) ——动力定位系统的控制与冗余技术.世界海运, 2004, 03:18-20.

[3]付明玉, 丁福光, 边信黔, 施小成.船舶动力定位系统滤波器的设计与研究.船舶工程, 1996, 06.

[4]王宏健, 边信黔, 丁福光, 常宗虎, 施小成.海底管线检测与维修装置智能综合操纵和动力定位系统.中国造船, 2004, 02:96-101.

船舶定位监控系统 篇2

船舶定线制是指由主管机关或技术性组织用法律规定或推荐形式指定船舶在海上某些区域航行时所应遵循或采用的航线、航路或通航分道。

定线制是旨在减少海难事故的单航路或多航路的定线措施，一般有分道通航制、双向航路、推荐航线、推荐航路、避航区、沿岸通航带、双行道、警戒区、深水航路等9种定线措施。

船舶定线制的目的是增进船舶汇聚区域和交通密集区域，或因水域空间有限，存在航行障碍物、水深受限、气象条件不利等而使船舶的行动自由受到限制的区域的航行安全。船舶定线制还可用于防止或减少由于船舶在环境敏感区域或附近发生碰撞、搁浅或锚泊而对海洋环境造成污染或其它损害的危险。

新型船舶推进装置

芬兰马萨造船公司研制成功一种新型的船舶推进装置。新装置的关键技术是电动机与螺旋桨安装为一体，这样不仅传统的长长的艉轴被取而代之，齿轮箱、推力轴承、舵以及一些传统的配套设备都成为多余的了。

据称，这种新型推进装置可以绕其轴线转动360度，角度控制机构安装在该装置中，可以直接控制螺旋桨轴的转向。由变频器控制的电动机可以产生平稳而且变化范围极大的转矩。使用该装置的船舶不仅能方便灵活地转向，而且还可以任意倒行。这种功能使得船舶的效率大为提高，还可节省10％－50％的能耗。（李有观）

自动船舶监视系统

瑞典在一些船舶上安装了一种自动监视系统，该系统能在大海上和受限水域内向船舶驾驶员提供遭遇他船的船名、呼号、航向、航速、船舶种类、方位和距离等资料，使船舶驾驶员可对本船雷达覆盖水域内的船舶航行进行自动监视。

使用这种系统，各船都要安装同一种设备，它由三部分组成：高精度船舶定位系统、无线电收发两用机和电子计算机。

无线电收发两用机装有两台特制计算机，分别用于处理来自定位系统和无线电接收机的数据，以便使处理结果与时间同步，并对这些结果进行识别，最后送至无线电发射机，以一定时间间隔发射出去。

与无线电收发两用机相连的是另一台普通计算机。由于无线电收发两用机是独立工作的，所以完全可以由船舶驾驶台上现有的计算机与收发两用机连接使用，并用它来显示周围船舶的有关资料。

船舶定位监控系统 篇3

随着定位技术的发展,定位监控系统已应用于各行各业。该船舶定位监控系统采用B/S模式开发,由一个服务器提供服务,需要实时监测船舶的运行状态、数据流、故障信息、所在位置等信息。因此,在系统开发过程中需要选择合适的通信技术。针对该系统对传输实时性、数据传输规模以及通信的可靠性、安全性等要求,本文采用WCF技术作为通信方式,验证了其可行性。

1 WCF技术介绍

Windows Communication Foundation,即WCF,是Mi-crosoft为构建面向服务的应用提供的分布式通信编程框架,是开发和部署在Windows环境中运行服务的开发工具和环境,提供了一个整合的分布式平台[1]。

WCF技术由服务类(Service Class)、宿主(Host)和终端点(Endpoints )组成。 WCF Service由一个End-points集合组成,每个Endpoint就是用于通信的入口,客户端和服务器端通过Endpoint交换信息。WCF具有统一性、互操作性、安全、可信赖和兼容性等优势,其运行架构如图1所示。

2 船舶定位监控系统介绍

该船舶定位监控系统主要包括附加于船舶的机载无线数据模块、操控与数据显示屏、主服务器及远程终端用户软件几部分,可以实时监测船舶的运行状态、数据流、故障信息、所在位置等信息,并能够根据用户需求实现特定的远程控制功能,系统结构如图2所示[3]。

2.1 机载无线数据模块

机载无线数据模块的主要功能是采集运输装备运行状态数据、定位导航信息,并将这些信息通过无线网络传输给主服务器。机载无线数据模块还可以执行主服务器发送的控制指令。其系统组成如图3所示。

2.2 操控与数据显示软件

操控与数据显示软件通过CAN通讯采集CAN总线上由机载无线数据模块转发的数据(包括整合后的系统运行参数、故障信息),并将这些数据通过操控与数据显示屏,以数据、表格、图标、指示灯等形式显示出来。操控与数据显示屏还采集CAN总线上由机载无线数据模块发送的GPS位置信息,然后由专业导航厂家提供技术支持实现导航功能。

2.3 主服务器软件和用户终端软件

主服务器及用户终端软件由Server端软件和Brow-ser端软件组成。Server端软件(即图2中C# 服务程序与WCF服务)运行在服务器上,接收数据模块传送的数据,将其展示在Web页面并存储在数据库中。主服务器端软件设计分为数据库设计、通信设计及用户终端设计。Browser端软件开发环境为VS2012,也运行在服务器上,Web页面开发人员可以使用HTML或XML标识来设计和格式化最终页面,并使用JSP标识或者小脚本生产页面上的动态内容,用户直接通过浏览器即可浏览相关内容。

3 WCF技术在船舶定位系统中的应用

3.1 WCF技术应用

WCF技术不仅可以实现数据库的访问,还可以实现更复杂的业务逻辑,且其不给客户暴露业务逻辑,在安全性和系统的可伸缩性方面有很大优势。并且WCF技术有很好的互操作性,可以跨进、跨平台,提高了数据的一致性,并且有一定的缓存设置。在该系统中,采用WCF技术直接分别与Web页面和数据库进行交互,减少了客户端访问数据库的次数,同时也提高了客户端的响应速度。

该系统基于百度API的地图资源,将地图嵌入到网页中,根据坐标来显示船舶的位置。多个真实位置坐标通过百度API进行在线转换后再在地图上显示出来,但这样势必会占用服务器的网络资源,影响系统性能。因此,该系统先在WCF服务中将真实位置坐标进行偏移转换,再将转换后的坐标与百度API进行匹配来显示地理位置,进一步提高系统的响应速度。测试表明,该方法的误差在10~15m范围内,能够满足定位需求。

3.2 WCF技术实现步骤

在VS2012环境下实现该WCF服务程序,客户端通过“添加服务引用”的方式,就能实现服务的调用[2]。

3.2.1 服务端实现

(1)创建服务契约。通过在接口上应用ServiceCon-tractAttribute特性将一个接口定义为服务契约。在这里将契约名设置为“IService”,命名空间设置成“http://lo-calhost:7020/WCFService1/Service.svc”。

(2)创建WCF服务。当服务契约成功创建后,需要通过实现服务契约来创建具体的WCF服务。

(3)通过自我寄宿方式寄宿服务。WCF服务不能孤立存在,需要寄宿于一个运行着的进程中。承载WCF服务的进程称为宿主(Host),为服务指定宿主的过程称为服务宿主(Service Hosting)。在实现中,主要通过自我寄宿的方式创建一个控制台应用作为服务的宿主。直接使用Visual Studio提供的配置工具,在工具(Tools)菜单下选择“WCF Sevice Configuration Editor”子项,开启配置编辑器。

3.2.2 客户端配置

服务被成功寄宿后,服务端便开始了服务调用请求的监听工作。Visual Studio在内部实现元数据的获取,并借助这些元数据用代码生成工具(SvcUtil.exe)自动生成用于服务调用的服务代理相关代码和相应配置。在一系列自动生成的类中,包含一个服务契约接口、一个服务代理对象和其它相关类。被客户端直接用于服务调用的是一个继承自ClientBase<Service> 并实现了Service接口的服务代理类。ClientBase<Service>的定义如下:

ServiceReference1.ServiceClient servrice = new Service-Reference1.ServiceClient();

ServiceReference1.CompositeType CompositeType=new ServiceReference1.CompositeType();

ServiceReference1.m_iClientLIst iClientLIst=new ServiceReference1.m_iClientLIst();

…

4结语

本文主要介绍了WCF技术在船舶定位监控系统中的应用。通过WCF技术的使用,解决了系统访问数据库的延迟问题,也保证了数据访问的一致性和实时性,并且降低了系统中服务器对网络资源的依赖性,有一定的实用价值。目前,该系统已经投入使用。

参考文献

[1]赵海宁,李洋.基于WCF构架的应用与研究[J].电脑知识与技术,2010,6(1):77-79.

[2]赵庆霞,孙建伶.基于WCF的服务缓存设计与研究[J].计算机工程与设计,2010,31(14):3151-3153.

[3]潘峥嵘.基于GPRS的油田抽油机远程在线监控系统的设计与实现[J].化工自动化与仪表,2008,35(1):75-77.

[4]PABLO CIBRARO.WCF4高级编程[M].北京:清华大学出版社,2011.

船舶液位遥测系统的应用研究 篇4

【关键词】船舶；液位遥测；传感器

0.引言

随着自动化技术的不断进步和发展，船舶系统的自动化程度也越来越高。高科学技术含量的集成系统的大量应用，使得船舶各系统更加高效、智能。液位遥测系统是船舶自动化系统中的一个重要组成部分。经过近十多年的发展，液位遥测系统的概念已拓展为液舱参数测量系统。在测量精度，系统功能，稳定性和可靠性都上了一个新台阶，用户不仅能知道液舱内的液位，还能随时知道舱内的温度、气体压力、液货密度、重量等参数和船的压载、吃水、稳性、强度等各种参数，以确保船舶装卸与航行的安全。

1.系统功能

液位遥测系统是船舶的核心部分，直接关系到船舶在海上航行的安全性和可靠性。液位遥测系统能够集成多种液位测量方法实现对船舶液位的监测和报警。系统可以接液位显示仪表显示液位，也可以通过现场总线通讯方式将数据上传到上位机，通过上位机实现液位的显示和监视。船舶液位遥测系统主要实现二项功能：①对各舱的液位、温度、压力等进行实时监测；②当监测高于报警值时发出报警信号。

现代船舶液位遥测系统一般由信号处理单元、操作单元、液位传感器、温度传感器等组成。一般情况下，液位遥测系统可分为两部分，一部分集中到油舱，实时将各油舱信息传送到机舱集中控制台，这样轮机部门就能及时了解各油舱消耗的情况；一部分集中到压载舱和淡水舱，实时将各水舱的信息传送到甲板办公室阀门遥控系统和液位遥测系统操作站以及配载计算机，使当班甲板部人员能够及时的了解实时装载、吃水等各种状态。这样就极大的方便船员的工作，减轻了船员的工作量，增强了船舶的安全性。船员可以通过集中显示控制柜触摸屏或远程计算机便捷、及时、准确地了解各舱室的液位、重量、体积、温度和压力等现场参数。当某数值超过设定的上下限值时，相应舱室的显示框会以红、黄色交替闪烁报警，控制柜上的蜂鸣器也会响起。操作人员可以及时采取相应的处理措施，以消除报警状态。报警消息页面会以表格形式记录报警的发生时间及状态等信息，可备以后查询，也可以通过打印机进行打印。

2.系统总体结构

船舶液位遥测系统主要由集中显示控制柜、现场采集箱、液位关断箱、远程监控计算机及各种传感器组成。 传感器包括雷达液位传感器、气泡式液位变送器、投入式液位压力传感器和温度传感器等。投入式液位传感器信号直接通过通讯网络进入船舶中控系统。其它的传感器信号通过现场采集箱后进入中控系统，通过中控室远程监控计算机进行显示和报警。

3.几种传感器的原理及特点

3.1液位遥测系统上位机

通过液位遥测系统人机界面对数据进行运算实现对液位、温度、压力的监测。监测软件包括通讯检测、参数设置，图表显示等模块，并能根据水温、水密度、重力加速度自动修正水位值，以辅助硬件系统达到液位计的技术指标，实现了液位数据自动采集、存储、传输、图形显示、参数修改、报警等功能。现在用户通过上位机不仅能方便的知道液舱内的液位， 还能随时知道舱内的温度、气体压力、液货密度、重量等参数和船的压载、吃水、稳性、强度等各种状态， 以确保船舶装卸与航行的安全和液货质量。通过上位机船员可以方便的设置报警参数，当有报警产生时，人机界面的状态栏显示报警的通道名称，报警的内容等。功能和特性如下：（1）通道报警显示；（2）报警上下限设定；（3）报警信息统计。

3.2吹气式液位测量

气泡式液位计是属于压力式液位计的一种，其工作原理与压阻式压力液位计相同，即由测量测点静水压力测得液位。只是测量静水压力的方法有些不同。它是将一根塑料吹气管放入水中，管口是测点。在一个密封的气体容器内，各点压强相等，也就是说，吹气管出口处的气体压力和该点的静液体压力相等，又和整个吹气管腔内的压力相等。将压力传感器的感压口置于吹气的管腔内，位于岸上仪器内。这样通过压力传感器采集探管内空气压力信号，通过已知液体密度，便可以将船舶运行时的液位值转换为电信号，通过数据采集模块，就可以实现上位机的远程监测。采用吹气式测量方法使被测液体完全没“电气”上的联系，只有一根气管进人液体中，从而可以避免很多干扰、影响，构成了它自己的使用特点，在电磁兼容、稳定度、后期维护等方面有较高的优势。优势如下：（1）传感器等换方便；（2）高性能电容性压力传感器；（3）稳定性强，采样率高；（4）高安全性，适应恶劣环境；（5）性价比高。

3.3雷达式液位测量

雷达式液位测量采用导波式雷达可用于连续的液位测量。导波雷达是基于时间行程原理的“俯视”式测量。测量时从参考点仪表过程连接处到液位表面的距离。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到液位表面时反射回来被仪表内的接收器接受，并将距离信号转化为液位信号。将此信号连接至液位测量系统的采集箱体上，既可提供现场显示液位信息，也可通过上位机软件显示。测量结果不受雾气和泡沫等工艺条件影响。 该测量方式信号抗干扰能力强，并且由于电磁波是恒定的，调校时只需输入量程等有关参数，不需要现场标定。 传感器安装空间小，通过舱室顶部的支撑管法兰固定，导波管与变送器之间为快速万向接头连接，安装和维护简单方便。优势如下：（1）测量结果不受温度，液体密度的影响；（2）不受液体表面泡沫的影响；（3）测量县城文本清晰显示；（4）适用于要求较高的成品油舱等。

3.4投入式液位测量

投入式液位测量采用高性能压力传感器作为测量元件，是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力变形后表面产生电荷。电荷经放大器和测量电路的放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出给信号处理装置。通过该传感器把液位深度成正比的液体静压力准确测量出来，并经过专用信号调理电路转换成标准电流（4-20mA）信号输出，建立起输出信号与液体深度的线性对应关系，实现对液体深度的精确测量。将压力传感器直接投入液体中，即可测量出压力传感器末端到液面的液位高度。优势如下：（1）传感器体积小，使用方便；（2）传感器标准4-20mA信号输出；（3）通用型测量方法，适用于各种液位的测量与控制。

4.结论

对船舶液体舱的液位高度和容量进行遥测是非常必要的， 也是可行的。选取性能可靠、稳定、量程合适的传感器是进行好液位遥测的基础。由于测量仪表的不断革新，使得整个液位监测系统可靠性不断提高，随着现场总线技术的发展，使得船舶的液位遥测系统中具有更高程度的自动化和远程控制能力。遥测系统将舱室多项参数的现场测量、集中显示和远程监控有效集成在一起。随着自动化技术水平的发展，船舶液位遥测系统将更加的先进、智能。

【参考文献】

[1]崔晓俊.船舶液位遥测系统中的新技术应用[J].船舶工程.

船舶定位监控系统 篇5

船舶动力定位系统是指在不借助锚泊系统与其它外力的情况下, 通过动力定位系统的各种传感器不断检测船舶所在实际位置和所设定目标位置的偏差, 然后根据各种外界扰动力的影响推算出船舶恢复到设定目标所需的推力和推力矩大小, 使船舶可以稳定在海上的目标点[1]。如今海洋资源越来越受到国际青睐, 船舶动力定位技术也越来越受到造船工业的重视。船舶动力定位系统受环境因素影响很大、具有多个自变量、耦合性非常强的非线性模糊系统, 如何对船舶动力进行定位设计, 受到船舶动力设计工程师的重视, 各种技术也不断应用到船舶动力定位设计上。

本文利用自适应模糊算法对于复杂的控制系统具有明显效果, 基于自适应模糊算法对纵荡、横荡、艏摇三个方向分别用三个独立的控制器来进行控制。通过设计自适应的模糊算法, 跟传统的PID算法相比, 控制效果要好很多, 自适应的模糊算法可以有效提高船舶动力定位系统的抗干扰能力和定位精度, 在实际船舶动力定位系统设计中具有推广应用价值。

1 自适应模糊算法介绍

一般对于复杂大型系统来说, 精确控制对象, 准确数学表达或数学模型很难得, 受到影响因素和干扰变量非常多, 无法进行定量计算和分析, 所以精确控制也无从谈起。模糊算法近几年受到工程师的高度重视和大规模应用。模糊算法, 是指在控制系统中用模糊数学和专家系统来表达非线性的表达的对象, 进而用这种模糊的逻辑来进行系统控制器的设计, 模糊算法是一种比较特殊的、被数学定量表述的非线性的控制。

不同模糊集合中的元素, 组成的集合一般用隶属度函数来表示[2]。隶属度函数有多种多样的形状[3]。隶属度函数一般常用的有钟形、梯形、三角形、高斯型隶属度函数, 其中最为常用的是三角形。自适应模糊算法是在模糊算法中加入自适应控制, 会对被控对象进行自适应的模糊控制, 这种算法具有自适应性和鲁棒性, 用自适应实时学习被控对象的各种动态的变动, 把这种学习来的实时变化性自动的实时调整模糊控制器, 所以系统的鲁棒性会更加强。该算法具有良好的通用性, 可以把控制策略和被控对象的动态学习及时加入到控制系统中。

2 定位系统控制器设计

模糊算法的核心思想是把系统输入进行模糊化处理, 把专家系统用IF-THEN规则进行表达, 经过模糊算法进行推理就可以得到模糊控制的结果, 然后把模糊输出转化为实际的输出变量, 作用于模糊控制器, 就可以实现模糊控制了。

船舶动力定位中, 为了更好建立数学模型, 在动力定位系统控制器设计中, 对纵荡、横荡、艏摇三个方向分别用三个独立的控制器来进行控制。这里假设纵荡、横荡、艏摇三个方向的耦合为零。系统的输入为:纵向控制器上输入是纵向位置的预测偏差及偏差变化率, 横向控制器上输入为横向位置的预测偏差及偏差变化率, 艏向控制器的输入是艏向的预测偏差及偏差变化率。系统的输出为纵向、横向、艏向三个方向的推力指令。

对于船舶在复杂海况下的动力定位, 自适应的模糊算法控制器控制变量主要是船舶的实际位置和目标位置的偏差, 船舶实际艏向和目标艏向之间的偏差。为了反映船舶对于目标位置的实际运动变化, 必须考虑船舶的横向、纵向的速度因素, 船舶艏摇的角速度信息。只有这样才能得到更合理的动力定位控制。

通过系统设计, 用MATLAB进行仿真实验, 设计的自适应模糊算法的动力定位系统控制器可以很好的控制船舶动力定位, 并具有稳定性, 控制效果比较好, 设计的控制器具有较高的鲁棒性。

3 结语

本文主要针对船舶动力定位不确定性因素, 提出自适应模糊控制方法, 通过纵向、横向、艏向三个方向控制器的设计, 经过MATLAB仿真实验, 证明该算法的设计具有较好的船舶动力定位能力, 加入系统干扰后该算法具有较高的鲁棒性。

摘要：文章基于自适应模糊算法对纵荡、横荡、艏摇三个方向分别用三个独立的控制器来进行控制, 有效提高船舶动力定位系统的抗干扰能力和定位精度。

关键词：自适应,模糊算法,动力定位

参考文献

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[2]周利.动力定位控制系统研究[J].船海工程, 2008 (2) :35-36.

船舶定位监控系统 篇6

1) 惯导系统 ( SINS) 是一种完全自主的导航系统, 可提供速度、位置和姿态等信息, 但导航误差随时间积累［1］。

2) 全球定位系统 ( GPS、BD2) 具有全天候、覆盖面广、基本不受时间限制和高精度的优点, 但数据输出频率低, 在动态环境中可靠性差, 而且依赖GPS将在非常时期完全受制于人。

3) 多普勒计程仪 ( DVL) 测得的速度精度高, 使用方便, 但单独使用不能给出载体的绝对地理位置。

因此, 上述的哪一种导航方式都没有办法满足长时间且高精度导航定位的要求。为了克服单一导航方式的缺点, 本文利用联邦滤波器理论将SINS、 GPS、BD2和DVL四者结合在一起, 构成了具有高精度、长时间导航系统。以下对SINS/GPS/BD2/ DVL联邦滤波器的进行设计。

1 SINS /GPS /BD2 /DVL联邦滤波器设计方案

本文设计的联邦滤波器如图1所示, 包括一个主滤波器 ( MF) 和三个子滤波器 ( LF) 。SINS为公共参考系统。SINS与GPS构成子滤波器LF1, 进行位置信息和速度信息的组合。SINS与BD2构成子滤波器LF2, 进行位置信息和速度信息的组合。 SINS与DVL组成子滤波器LF3, 进行速度信息的组合。

LF1、LF2 、LF3都是卡尔曼滤波器, 将它们经过滤波得到的数据送入MF进行最终的数据融合, 其中主滤波器采用联邦滤波。主滤波器的信息不反馈给子滤波器, 因而不同的子滤波器之间没有相互影响, 故此方案容错性能较好, 满足该船舶导航系统对可靠性的要求。

2 SINS /GPS /BD2 /DVL联邦滤波器设计

2. 1各导航方式的误差模型

2. 1. 1 SINS误差模型［2］

1) 惯性仪表误差

捷联惯导系统 ( SINS) 工作在水平阻尼状态时的主要仪表误差源包括北向、东向加速度计零位误差 ΔAN, ΔAE和东向、北向及方位陀螺漂移误差 εE、 εN、εU。这5个误差源都能够近似表述为“随机游动+ 白噪声”的形式, 即

上述式中 ΔAES、ΔANS、εES、εNS、εUS和wAE、 wAN、wεE、wεN、wεU为白噪声。把随机游动 ΔAEC、 ΔANC和 εEC、εNC、εUC列为状态量, 把白噪声 ΔAES、 ΔANS、εES、εNS、εUS作为系统噪声。

2) 导航参数误差

其中位置信息误差方程

下标E、N、U代表地理坐标的东、北、天, δL、δλ 为惯导系统输出的经纬度。

速度信息误差方程

式 ( 2) 中 Ω 表示地球的自转角速率, Ω = 15°/h。k1、 k2、k3为阻尼系数。

姿态误差角

外速度误差

δL、δλ 为惯导系统输出的经纬度; δVE、δVN为东向、北向速度误差; δVE*、δVN*为外速度误差。

2. 1. 2 GPS误差模型

1) GPS的位置信息误差方程:

相关时间 τLG= τλG= 1 s, RLG ( 0) = RλG ( 0) = 0. 005, δLG、δλG为GPS系统的经纬度。

2) GPS速度信息误差方程为:

相关时间 τVGE= τVGN= 1 s, 均方差RVGE ( 0) = RVGN ( 0) =0. 01 m/s, δVGE, δVGN为GPS的东向、北向误差。

2. 1. 3多普勒计程仪的误差分析

1) 相关误差

相关误差可以用一阶马尔可夫过程表示:

2) 刻度系数误差

刻度系数误差认为是随机常数, 均方值为0. 000 1。

2. 2各子滤波器的状态方程、量测方程

2. 2. 1状态方程

该子滤波器的状态方程为, 即

2. 2. 2量测方程

惯导位置、速度信息以及GPS位置、速度信息分别为

2. 3 SINS /BD2位置速度信息子滤波器［3］

2. 3. 1状态方程

上述式中: 下标E 、N分别代表地理坐标的东向和北向; L为纬度, λ 为经度; φE、φN、φU代表着东、北、天方向的姿态角误差; εbxεbyεbz代表东、北、 天方向的等效陀螺漂移误差, !ax!ay!az代表东、北、 天方向的加速度计漂移误差。

2. 3. 2量测方程

2. 3. 3 SINS / DVL速度信息子滤波器

SINS/DVL子滤波器的状态方程为

SINS / DVL子滤波器量测方程如下

3 SINS /GPS /BD2 /DVL联邦滤波器算法

3. 1子滤波器算法

为了方便在计算机中联邦滤波的实现, 将各子滤波器连续形式的状态方程和量测方程离散化, 得到如下形式的差分方程［4］:

3. 1. 1时间更新

各个子滤波器根据状态方程进行时间更新, 如下:

3. 1. 2量测更新

当有量测值时, 各子滤波器进行量测值的修正, 即量测更新, 算法如下:

3. 2主滤波器算法

3.2.1信息分配[5]

在初始时分配一次信息。由于惯导系统同时参与三个子滤波器的滤波, 惯导系统的状态为公共的状态, 其按信息守恒原理在各个子滤波器之间进行信息的分配:

式 ( 15) 中, βi为信息分配系数, βi< 1 , 并且满足∑ βi= 1; Q为公共状态的过程噪声方差强度阵, 下标c表示为SINS状态; g表示全局估计［6］。

3. 2. 2全局融合算法

在各子滤波器计算出各自的局部估计之后, 由主滤波器把各子滤波器的公共状态X·ci、Pci ( i = 1, 2) 按如下的公式进行信息的全局融合, 得到全局估计［7］:

4 SINS /GPS /BD2 /DVL联邦滤波器的仿真

对以上设计的SINS/GPS/BD2/DVL联邦滤波器, 本文进行计算机仿真, 首先仿真了船舶的航行轨迹, 仿真时间1 000 s。

仿真初始条件: 初始纬度32°, 经度118°平台初始误差角取为东向10', 北向10'; 速度、位置信息误差分别为1 m / s, 5 m, 陀螺漂移误差为0. 1 ( °) / h, 等效加速度计零偏为10－ 4g, 陀螺相关时间为0. 1 ( °) / h, 陀螺白噪声漂移误差为0. 1 ( °) / h。初始航向90°, 速度0 m/ s。对上述航行轨迹进行仿真分析, 仿真后的航行轨迹、导航参数误差曲线分别如图2 ~ 图4所示。

由图4可以看出, 经过本文所设计的SINS/ GPS / BD2 / DVL联邦滤波器滤波后各导航参数误差均得到极大降低, 本文所设计的滤波器滤波效果十分显著, 满足系统高精度导航定位的要求, 具有重要的工程价值。

参考文献

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船舶定位监控系统 篇7

关键词：船舶定位,GPS技术,误差,测伪距误差,正确选星,实时差分定位

GPS技术和应用工具在航运体系中有着普遍的应用, 特别在船舶导航和定位方面, GPS技术更是具有效率与精度上的优势, 使船舶航行安全得到了保障。

1 GPS技术产生误差的内外因素

GPS技术产生误差主要分为系统内部因素、外部环境因素和操作者因素三个主要方面。GPS卫星存在星历上的客观误差, 在运行过程中卫星星钟也存在精度上的差异, 同时在GPS技术结构体系中接收机、计算、天线位置也会产生误差, 这些都给GPS技术的应用带来精度上的问题, 产生GPS技术误差。从GPS技术的运作原理上我们可以看到, 在GPS信号传输中存在电离层的延迟和对流层的折射现象, 船舶高速运行, 测量天气过于恶劣都会出现信号的不稳定和延迟, 导致GPS技术误差的产生, 进而影响船舶定位的精度。此外, 在GPS技术应用于船舶定位过程中, 操作者的操作方法、GPS设备的应用技巧不同也会产生各种问题, 使GPS技术出现误差较大的显现, 对船舶定位和航运来讲构成威胁和隐患。

2 船舶定位中GPS技术应用的方式

2.1 船舶绝对定位中GPS技术的应用

船舶绝对定位是利用GPS技术对船舶在WGS-84坐标系的位置进行精确定位, 在GPS技术中需要以4颗GPS卫星作为基础, 这时的GPS测量才具有准确性。进行船舶精确定位时, 只需GPS的接收装置就可以独立进行, 相对其他方式而言, GPS技术在船舶绝对定位中具有组织简便、处理简单、操作简易的特点。但同时也存在信号延迟、星历误差等方面的影响, 进而产生GPS技术应用的误差, 影响船舶绝对定位的精度。

2.2 船舶动态定位中GPS技术的应用

船舶动态定位是船舶定位的常态, 通过动态定位可以了解船舶的位置、方向、速度, 是船舶选择线路, 引导船舶的重要应用基础。由于动态定位中船舶始终处于运动状态, 速度、角度上的不同会产生对GPS技术应用的影响, 如果不控制GPS技术在船舶动态定位上的误差, 很容易形成误差积累, 进而影响对船舶正确方位和速度的了解, 进而失去航线优化的可能, 不但会影响船舶的航运经济性, 而且可能出现航运的安全隐患。

3 GPS技术误差产生的主要原因

3.1 测伪距误差的产生原因

测伪距误差又称等效测距误差。同测其他观测值一样, 在测伪距时, 由于存在着卫星时钟误差、电离层延时、对流层延迟、接收机噪声等这些误差的存在会引起测伪距的误差。

3.2 选星存在问题

卫星在空间分布影响GPS定位精度, GPS在定位时只要选择其中的4颗卫星就可以基本保障测量的精度, 但是当实际卫星数超过4颗时, 如果不进行选星计算, 就难于形成最佳卫星组合, 进而产生误差而影响船舶定位精度。

3.3 差分定位的误差

实时差分定位系统是由基准站、数据链和多用户流动站三部分组成, 如果三部分之间出现联系上的困难或者系统噪声, 则会影响测距信息、伪距、载波相位的误差, 进而出现对船舶定位的精度影响。

4 控制船舶定位GPS技术误差的方法

4.1 测伪距误差的防范

应该在船舶定位中采用C/A码作为GPS伪距测量的主要技术基础, 单点实时定位, 定位精度25m, 这种接收机价格便宜, 应用也广泛。该种接收机在船舶导航定位应用, 并和海图配合使用。而测地型接收机主要用于精密大地测量工作的接收机。这种仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位, 定位精度高, 仪器结构复杂, 价格昂贵, 不适宜在船舶上应用。

4.2 正确选择GPS卫星

由于伪距误差是卫星及大气环境决定的, 用户不能直接改变, 而几何因子是由于用户接收设备与卫星相对位置决定的。通过合理的选择导航卫星, 降低几何因子, 可以达到减小误差、提高精度的目的。

4.3 差分定位误差的防范

采用高精度的RTK技术, 发送给流动站的并不是观测值的改正数, 而是基准站的原始观测值。基准站需要发送给流动站的还包括基准站自身的一些信息, 如基准站的坐标和天线高等。

5 结语

船舶定位是船舶航运过程中重要的环节, 必须在科学导航和精细测量的基础上才能确保船舶定位的精度。在GPS技术应用船舶航运的大背景下, 船舶定位经常利用GPS技术作为快速、精确的保证。由于GPS技术本身受到坐标系、技术原理、实际情况等方面的影响, 出现GPS误差对船舶定位精度的影响。为了更为精确地船舶定位, 更为有效地应用GPS技术, 应该从测伪距误差控制、正确选星、实时差分定位等环节入手, 探寻船舶定位应用GPS技术的要点, 实现对船舶动态和静态更为准确而快捷的定位工作目标。

参考文献

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[4]章耀亮, 梁高金.GPS卫星导航仪在内河船舶定位的误差及修正[J].珠江水运, 2009, (10) 59-60.

船舶定位监控系统 篇8

船舶自组网是一种由移动的船舶自配置组成的多跳无线通讯网络, 是一种Ad-Hoc网络运用到海洋上的自组网, 其特殊网络结构及配置方式使其具有传统网络所不具有的特性, 如不需要预置基础设施、网络拓扑的动态性以及节点的资源受限等。这些特性使得传统的网络路由技术很难直接应用于移动自组织网络中, 因此需要研究适用于船舶自组网的路由算法。

目前, 移动自组网多采用基于拓扑信息的路由算法, 此类算法能够构造优化路径并保证数据传输可达性, 然而此类算法直接或间接需要全局网络的拓扑信息来进行路由选择, 由此造成的高路由开销使其不适合应用于大规模网络中。基于位置信息的路由算法由于仅需要局部网络位置信息进行路由选择, 在网络规模变大时能仍保持较低开销, 因此具有高可扩展性的优点。近年来, 网络自定位算法、卫星定位系统的发展使节点获取位置信息的精度不断提高且成本不断降低, 利用节点位置信息来构造路径的路由算法因其诸多优点和不再高昂的成本正日益受到重视。

Spray and Wait[7]协议具有传输延迟较小, 接近于最优, 有较好的适应性, 有较好的可扩展性, 无论网络的规模大小, 节点密度如何改变, 都能保持较好的性能且该算法简单便于执行等优点。然而该协议应用在船舶自组网中, 由于船舶移动的速度相对较慢, 节点稀疏, 固定航道, 相遇机会概率较低等, 无法适应这种背景场景。

本文提出一种利用北斗卫星导航定位系统获取船舶现有位置信息和航行方向, 结合相应的算法对未来船舶位置进行预测, 对Spray and Wait进行改进, 增大船舶自组网网的连通性。最后通过获取相关度量值, 通过实验验证结果与目前比较流行机会网络协议比较传输成功率, 传输的延迟, 路由开销等性能提升来说明其优越性。

2 北斗定位与路由算法

北斗卫星导航定位系统是中国自主研制、自行建立的卫星导航定位系统。已经在轨使用的是由3颗卫星组成的北斗一号区域定位系统, 正在建设的是由30颗卫星组成的北斗二号全球定位系统。与美国全球定位系统 (GPS) 、俄罗斯全球导航卫星系统 (GLONASS) 以及欧洲正在发展的伽利略 (GALILEO) 卫星导航定位系统不同, 北斗一号采用双星定位原理, 而且具有双向数据通信功能, 因此其应用系统也是独具特色的。

在三维立体空间需要3个条件才能唯一地确定一个点, 而北斗一号只有2颗经度上相距60°的地球静止卫星 (另有一颗备份星) , 为了定位必须要第3个条件--利用已有的数字高程地图, 通过用户与地面指挥中心直接的双向数据通信确定用户至地心的距离 (即第3个条件) , 从而也就知道了用户的位置, 再通过广域差分标校来提高定位精度。在有标校地区的定位精度一般优于10~20m.这样的技术途径有利也有弊:缺点是用户终端要有接收和发送两种功能, 体积相对大些;优点是把导航定位、双向数据通信和精密授时结合在一起, 不仅用户知道自己所处的位置, 而且调度指挥中心也可以知道用户位置, 双向通信链路将作为大范围网络路由链路来使用。当北斗二号系统完整建成后, 其全球定位与通信的特点将发挥更大作用。

2.1 基于船舶位置预测的算法判断

2.1.1. 距离判断

通过携带消息的船舶A相遇另外一只船舶B, 通过计算预测未来船舶位置, 并且计算到未来目的船舶的之间距离, 通过比较距离长短, 决定消息转不转发, 选择距离较近的作为转发中继, 在此处, 距离长短作为判断的依据。

例如两坐标为, 目的节点, 分别计算出两个节点到目的节点的距离:

2.1.2 航行方向判断

通过北斗的定位功能, 比较船舶的运行方向是否偏离目的船舶, 来判断决定消息是否转发。在这里, 由于海洋上船舶运动方向一般按照预先设定好的航道, 运动方向, 短时间内不会有大的改变, 在预测下一刻时候, 可以认为船舶的船速和运动方向没有改变。

3 基于北斗定位的Spary-and-Wait路由协议改进

Spary and Wait算法分为两个阶段。Spray阶段, 源节点中的部分数据包被扩散到邻居节点;Wait阶段, 若Spray阶段没有发现目标节点, 包含数据包的节点以Direct Delivery方式将数据包传送到目标节点。

我们提出了一种基于船舶位置信息的B Spray and Wait的新协议, 主要对Spray and Wait协议在第二阶段 (wait阶段) 进行改进, 通过北斗定位系统来获取船舶的位置和航向, 并预测未来t时间的位置, 从而增加其与目的节点船只相遇的可能性, 来达到一种高效传输的机会路由算法。

在Spray阶段, 当碰到一个节点时, 决定多少份给该节点。最简单的分发策略是一份一份地发, 还有另一种分发策略是每次将一半复制给遇到的节点, 当节点只有一份消息时, 就退化成Direct Delivery了, 则进入第二阶段。关于Spray阶段其他文献有详细的叙述, 这里不再重复。

在wait阶段, 在Spray阶段经过数据分组, 每一个分组之后的副本, 在网路环境中移动时并伴有一定的传播范围, 如图中的A和B两只船舶在航道中不停地移动, 并且不断的记录相关信息实时的更新, 根据以往位置信息我们可以预测出未来船舶的位置, 在此时根据未来船舶的位置与未来目的船舶的距离长短, 即S1和S2, 以及速度矢量的夹角θ1, θ2相结合来判断哪个点更有可能到达目的船舶节点, 距离最短的和运动方向偏向目的船舶的方向为最佳中继船舶, 选择该船舶进行传输 (如图3) , 该方案可以大大可以提高接触目的节点相遇可能性, 相比以前在wait阶段的泛洪, 有助于我们增大其传输成功率, 减小平均延时, 降低路由的开销等。

综上所述, 改进后的新协议, 在Spray阶段源节点以二发法的方式进行数据分组, 该算法的机制是源节点为每个在该节点起源的数据分组生成L个副本;若源节点A包含n个数据分组, 当其遇到新中继节点B, 则以n/2个数据分组转发给B, 自己同样留有n/2分组, 依次以同样的方法分组, 直到所有节点只有一个数据分组, 则进入到wait阶段, 携带消息节点 (包括源节点) 如果此时相遇到目的节点D, 则直接转发给目的节点, 如果没有遇到目的节点D, 通过位置预测方案, 节点未来的位置, 在基于与目的节点的距离长短和节点运行方向来判断那个节点更有可能接触到目的节点, 从而决定转发时机, 增大了消息传递到目的节点可能性。

4 实验结果与分析

4.1 建立仿真场景

建立特定仿真场景, 通过使用ONE软件来模拟仿真, 通过比较来说明性能的提升, 本文评价自组网路由协议的优劣主要通过以下几个指标来分析。由于自组网的主要目标是尽最大可能传递信息, 所以传输的成功率 (Delivery Ratio) , 即在一定的时间内成功到达目标节点数据包总数和源节点发出的需传输数据包总数之比, 是最重要的指标。另外传输延时, 即数据包从源节点到达目标节点所需的时间, 是评价路由的另一重要指标。最后要考虑到资源消耗。

4.2 仿真结果分析

本文通过比较Spary and Wait协议和改进过后的B Spra and Wait协议以及机会网络常用路由Max Prop三者之间的比较, 来表现出三者之间的相关性, 并且通过设置不同节点数 (Number of Nodes) , 进而突出改进之后的显著效果。

从下面仿真的结果来看, 图2显示是三种路由协议传输成功率的一个比较, Max Prop比Spray and Wait高出10%, 而B Spray and Wait比原来的Max Prop高15%, 性能最优, 这是由于新协议通过预测未来船舶可能存在的位置, 在一定程度上增加向目的船舶数据包的传递的可能性。

在实验中我们发现Max Prop路由开销呈现的是一种较快增长形势, 消耗能量过多, 而Spray and Wait和B Spray and Wai基本同一标准上保持较低的路由开销状态, 新协议在遵循原协议的基础上开销稍有改善。

而图3显示随着网络中节点的增多时, Max Prop路由的组内直接传送方式的平均传送时延变化并不大, 而SSpprraayy aanndd WWaaii传输时延具有明显降低, 所需要的平均时间较少, 而BB SSpprraa aanndd wwaaiitt通过预测来选择中继节点, 缩短传输时间, 从而占用更少网络资源。

综上所述, 根据图中的三种协议性能指标走向, 新协议B Sprayy aanndd WWaaiitt相比其他两种协议, 评价指标都有较大的提升, 尤其表现在传输成功率显著增高, 而路由开销和传输时延, 也相应地有所降低, 基本上达到了我们预期想要的效果。

5 总结

基于Spray and wait协议本身的一些特性, 该协议比较适合应用于海洋互联网, 但是面对广阔的海域, 以及移动的船舶, 由于自身的局限性, 执行起来效率并不高, 而本文引入了北斗导航定位系统, 对Spray and wait协议进行了改进, 建立一套船舶自组网路由机制B Spray and wait, 可以有效地解决这一问题, 提高船舶自组网的连通性。通过仿真实验, 验证其改进过后的有效性, 能提高传输成功率, 减少延时, 从而提高了船舶自组网的性能。

摘要：结合船舶自组网的特点, 利用中国北斗定位系统的定位功能, 提出了一种新的基于地理位置信息的路由优化算法。该算法利用北斗卫星获取船舶位置和航行方向等信息, 传递节点路由信息, 从而减少搜索盲目性, 提高路由效率。仿真结果表明:改进算法提高了路由收敛速度, 提升了数据传输成功率, 节约了能量开销, 挺升了网络的性能。

关键词：北斗,位置信息,航行方向,船舶自组网,Spray and Wait

参考文献

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方便可靠的海上船舶补给系统等 篇9

对各国海军来说,为航行在海洋上的舰只

实施补给是一个难题。补给船必需调动至与战舰相垂直的20-60米,形成一条补给线,经过缆绳或软管连接后开始向舰只输送补给品、燃料和军用器材等,这一切都不能影响到船舶的航行。由于船舶间的距离不规则的变化、气候条件和补充给养的路线经常改变,使得补给过程非常困难。

美国海军研制成一种标准绞车系统,从而使海上补给变得方便可靠。这种人工控制系统由62个液压柱塞泵、液压电机和其他辅助部件组成。它能在补充给养过程中不断调整,以便放出或收回传动装置,改变补给线,防止将给养抛入大海或损坏零部件。(李有观)

大韩造船开发

设计新型油船

韩国新兴造船企业——大韩造船最近开发设

计出一种新型油船。大韩造船虽然目前正在进行债务解决计划,但在新船市场需求疲软的背景下仍然转型扩大其产品种类。现在已完成了对阿芙拉型油船和苏伊士型油船图纸的基本设计。

大韩造船于2006年决定建立大型船厂,并按照新船厂设备设施承接船舶订单。自2007年到2008年共有订单40艘。然而,自去年下半年开始停止接单,且船厂目前处在债务问题当中,但订单仍能排到2011年。不过船厂也正积极提高产品质量,增加建造船型,现在又将目光投向建造VLCC和其他船舶。

船舶用小型风力发电设备

在荷兰首都阿姆斯特

丹港,不少小型船舶上面都有一架小风车在风中旋转,这已成了该港的一道风景线。实际上这是一套船舶用小型风力发电设备,能在船舶停泊时为船上的照明、冷藏等提供电能,因此可省去船上的柴油发电设备和从岸上供电的电缆等。这种船用风力发电设备在风力减弱时还能转用蓄电池供电,由于它发电成本低,结构简单,因而很受用户欢迎。(李有观)

潍坊港口岸7月28日

起正式对外开放

交通运输部日前发布公告,宣布山东潍坊港口

岸自今年7月28日起正式对外开放,这是山东省“十一五”期间开放的唯一海港口岸。

潍坊港位于渤海莱州湾南岸,区位优越,交通便利,腹地广阔,是山东省确定加快发展的重要港口。潍坊市委、市政府高度重视潍坊港建设,坚持以港口带动沿海开发,促进对外开放和经济社会又好又快发展。2008年港口吞吐量突破1 000万吨,跻身山东省区域性重点港口行列,成为山东北部沿海乃至全国同类港口中发展速度最快、效益最好的港口之一。

潍坊港口岸对外开放是加快黄河三角洲开发、打造山东半岛蓝色经济区的重要成果。目前,列入开放范围的泊位有7个,岸线长11公里。正在建设的3个万吨级、3个2万吨级通用泊位将于2010年投入使用,2个2万吨级散货泊位明年开工建设。到“十一五”末,潍坊港区将建成码头泊位15个,码头岸线和其他辅助功能岸线3 730米,年货物吞吐量力争达到2 000万吨,加快向亿吨大港目标迈进。

河北组建世界最大散货港口集团

迄今为止世界最大散货港口

集团——河北港口集团有限公司7月8日正式挂牌成立。该港口集团由秦皇岛港、曹妃甸港区、黄骅港综合港区等整合组建而成,按照2008年各港口的数据统计,铁矿石、煤炭等散货整体吞吐量达2.81亿吨。

河北省地处环渤海中心区域,港口资源丰富,主要分布在秦皇岛、唐山、沧州等沿海地区。其中秦皇岛港是中国北煤南运的主枢纽港,年输出煤炭占中国沿海港口煤炭下水总量的近50%;沧州黄骅港是鲁西北、豫北、晋南、神黄铁路沿线以及中国西北地区的重要出海口;唐山曹妃甸港区拥有罕见的深水岸线资源,符合国际航运业船舶大型化、码头泊位深水化的大趋势。

新组建的河北港口集团是国有独资综合性企业集团,集港口建设、开发、国有资产管理、运营以及投融资功能于一身,由河北省国资委履行出资人职责。集团总资产180多亿元,职工17 000多名。集团远期规划泊位总数达150个。按照河北省沿海港口布局规划,港口群将打破“一煤独大”格局,不断拓展业务范围。

据了解,在河北组建港口集团之前,中国环渤海区域内已有辽宁省、山东省先后整合各自港口群组建港口集团。专家分析认为,环渤海港口竞争将日益激烈。

大连港集团荣获东北亚最具影响力港口奖

日前,作为国际航运界盛事之一的亚洲海

事颁奖典礼在上海举行。在我国北部和南部国际航运中心建设中取得骄人成绩的大连港集团和上海港集团,分别荣膺2009年度“东北亚最具影响力港口奖”和“最佳港口奖”。这也是此次仅有的两家中国港口。

颁奖典礼的主办方Seatrade集团是全球著名的专业海事传媒、会展公司,其设立亚洲海事奖项旨在嘉奖在过去一年为亚洲地区海事事业繁荣作出杰出与创新贡献的组织、企业和个人,具有很高的专业性和权威性。

大连港集团是中国乃至东北亚地区功能最为完备、综合运输能力最强、极具成长性的国际大港之一。近10年来,大连港集团港口货物和集装箱吞吐量均以16.2%和1.9%以上的速度增长。即使在全球性金融危机爆发的2008年,港口集装箱吞吐量仍然保持18%的增长速度,成为危机阴影笼罩下的港航业一抹绚丽的亮色。

作为东北亚最具代表性的港口之一,大连港集团理所当然地进入评审委员会的视野,并最终以“完善的港口功能、发达的海铁联运网络、先进的内陆干港体系、在东北亚经济圈中的重要地位及在东北亚航运中心建设和全球金融危机中的不俗表现”,高票当选“东北亚最具影响力港口”。

釜山港新码头

项目启动

据悉,位于釜山新港的一期2号码头项

船舶排油监控系统的设计 篇10

1排油监控系统的功能要求

本文设计的排油监控系统, 符合《73/78国际防止船舶造成污染公约》 (经MEPC.117 (52) 号决议通过的附则Ⅰ修正案) 中关于排油监控系统的新的设计要求。整个系统通过数据采集和分析处理单元将传感器传送过来的模拟信号转换为数字信号, 由核心处理器—STM32进行分析计算, 通过与标准的参数进行比较来决定是否打开排放阀进行污水排放, 并且给出相应的报警信号。本系统主要有以下几个功能模块。

(1) A/D转换模块

在本系统中, A/D转换模块主要采集速度传感器、流量计和油分浓度计传送过来的4～20mA的标准电流信号。将这些信号送入STM32, 进行计算分析。STM32自带有12位精度的A/D转换口, 因此大大简化了硬件设计。

(2) CPU模块

本文采用的CPU模块是32位处理器—STM32, 其功能主要是对采集到的数

据进行分析计算, 通过与标准的参数进行比较做出相应处理。根据《73/78国际防止船舶造成污染公约》规定, 排放的含油污水的油分浓度必须小于15ppm, 油的瞬间排放率小于30L/n mile, 排油总量不得超过上次载油量的1/30000。如此苛刻的要求需要高性能的处理器。

(3) 人机交互模块

本设计中通过采用北京文迪科技的触摸屏实现公约所要求的相关数据的显示和相关参数的设定, 此模块可与CPU模块通过SPI总裁实现串行通信。

(4) 监控数据存储及打印模块

按照公约的要求, 所有的数据记录装置必须要包括一个打印机, 记录的数据可以在打印机上清晰的显示。本文采用一款微型打印机完成数据的打印并通过SD卡存储所要求的数据。

2系统硬件结构设计

根据功能的要求, 本文所设计的排油监控系统主要是分为两大单元, 分别是计算机单元和测控单元。

2.1 计算机单元

计算机单元由控制单元、计算单元、显示单元和打印控制单元等部分组成。

结构如图1所示。

计算机单元将根据测量单元来的信号计算出排放水的实际含油量, 并按计程仪和流量计的信号计算出瞬时排放率。当排放总量、瞬时排放率超出限度时, 或者系统出现故障时, 将自动向测控单元发出关闭排放阀的指令。系统在运行时, 检测到的参数将在显示器上进行显示, 并由打印机进行记录。此外, 在计算机单元的人机界面中可以选择信号的输入方式或人工输入信号值。

2.2 测控单元

测控单元主要是起到测量和控制的作用。它将接收到的各种信号通过485总线传送到计算机单元, 并从计算机单元接受指令去控制排放阀的状态, 采样泵的启动/停止和油分浓度计的清洗程序。结构如图2所示。

3系统软件结构设计

3.1 软件组成及架构

在监控系统的硬件结构设计完成之后, 对于系统的软件设计也是相当重要的, 只有编写正确的软件, 系统才能有序的协调各个硬件的正常运行, 才能满足监控的要求。本文的软件是采用C51高级计算机语言编写, 并且是采用模块化的思想进行编写设计。

本文设计的排油监控的应用程序主要包括九个模块, 具体见图3所示。

3.2 系统运行流程

系统开机之后启动自检程序, 对系统的各个端口及外部设备进行初始化, 如果初始化失败, 系统则会发出报警信号, 需要对其进行人工复位或者系统重启。当初始化成功之后, 系统会进入显示的主界面, 由用户对其进行初值设置, 比如时间、油分浓度报警值等等参数。手动设置完成之后, 整个系统进入监控的主循环。图4为系统的软件流程图。

系统进入监控主流程之后, 通过定时中断采样对船舶的流量、航速、油分浓度等数据进行采集, 由于这些数据都是模拟量, 所以需要经过处理器的A/D转换后送到STM32处理器进行计算分析。当油分浓度、排放总量和瞬时排放量这三个参数中的任意一个数值超过了之前设定的预定值时, 系统便会立刻做出反应, 自动发出信号关闭污水排放阀, 同时通过声光报警系统发出声光报警信号, 并且自动启动清洗水阀对系统进行清洗。与此同时, 所有的数据会在触摸屏上实时显示出来, 当报警信号出现时, 本系统还能通过打印机打印故障信息, 并将此信息存储于SD卡中。

4结语

本文按照《73/78国际防止船舶造成污染公约》 (经MEPC.117 (52) 号决议通过的附则Ⅰ修正案) 中关于船舶排油监控系统的新要求, 设计了一种新型的排油监控系统, 通过数据采集和分析单元实时采集各种参数, 从而为之后的报警控制决策提供可靠的依据。这对于减少船舶含油污水的排放、保护海洋环境具有十分重要的意义。

参考文献

[1]杨杰.基于单片机控制的船舶油水分离器监测系统的设计与实现.武汉:武汉理工大学, 2009.

[2]王占猛.GPS于单片机接口程序设计.电子测试.2007.07:32-33

[3]冯文旭, 朱庆豪.单片机原理及应用.北京:机械工业出版社, 2008:83-84.

[4]国际海事组织73/78防污公约附则I (续) .港航节能, 2007:207-208.