一种航海作业保障聚合优化系统

摘要

本发明涉及一种航海作业保障聚合优化系统，包括显示控制和应用子系统、多功能接口子系统和自适应多功能供电子系统，所述自适应多功能供电子系统分别连接显示控制和应用子系统和多功能接口子系统为其供电，显示控制和应用子系统和多功能接口子系统相互连接。本发明系统设计合理、可行性高、费效比合理并且安全性强，能够快速提升导航设备信息化、集成化和通用化水平。通过构建多功能接口子系统和自适应多功能供电子系统，能够快速兼容各型船舶供电电制以及各型导航设备接口等航海作业保障系统，能够在较短的时间内、利用较少的经费对各型船舶进行信息化、集成化和通用化提升。

说明书

技术领域

本发明属于船舶系统技术领域，尤其是一种航海作业保障聚合优化系统。

背景技术

目前，随着船舶导航技术快速发展，导航设备的种类和数量越来越多，同时受研制技术水平限制、技术体制差异、制造商利益保护等原因，导致各导航设备的控制终端呈现种类杂、数量多、布局凌乱、状态不一、人机交互方式差异大等问题。各类导航信息均以孤立形态存在，总体集成化、信息化程度低，与当前船舶信息化航海需求极不适应；各显控终端种类杂、数量多，备件不通用，利用率低，对维修人员和设备保障资源消耗较多，费效比低；各导航显控终端个性化明显，人机操作方式差异性大，造成使用人员培训、学习和操作负担大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种航海作业保障聚合优化系统，系统设计合理、可行性高、费效比合理并且安全性强，能够快速提升导航设备信息化、集成化和通用化水平。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种航海作业保障聚合优化系统，包括显示控制和应用子系统、多功能接口子系统和自适应多功能供电子系统，所述自适应多功能供电子系统分别连接显示控制和应用子系统和多功能接口子系统为其供电，显示控制和应用子系统和多功能接口子系统相互连接。

而且，所述多功能接口子系统将个导航设备的输出数据、工作状态和信息状态数据传输至显示控制和应用子系统，显示控制和应用子系统将数据进行聚合优化后，将用户操作指令和全船其它系统需求指令向多功能接口子系统发送，多功能接口子系统将指令发送给各导航设备。

而且，所述自适应多功能供电子系统与船舶供电系统相连，自动适应交流110V、220V、380V或480V电制和直流电制，同时自动完成调压和直流/交流切换。

而且，所述显示控制和应用子系统包括第一显示控制和应用模块、第二显示控制和应用模块和第三显示控制和应用模块，第一显示控制和应用模块、第二显示控制和应用模块和第三显示控制和应用模块结构相同，并互为冗余备份。

而且，所述显示控制和应用模块包括计算机控制模块、双冗余接口模块、触摸控制模块、键盘控制模块和数据导入导出模块，双冗余接口模块、触摸控制模块、键盘控制模块和数据导入导出模块分别连接计算机控制模块。

而且，所述多功能接口子系统包括第一多接口转换处理模块、第二多接口转换处理模块、接口切换模块和电连接器模块，第一多接口转换处理模块和第二多接口转换处理模块分别与接口切换模块相互连接传输数据与反馈或者接收指令，第一多接口转换处理模块和第二多接口转换处理模块连接电连接器模块，进行冗余备份。

而且，所述自适应多功能供电子系统包括：直流调压模块、供电切换模块和交流整流调压模块，直流调压模块和交流整流调压模块分别连接供电切换模块进行供电，直流调压模块连接船用紧急备用电源，交流整流调压模块连接全船供电系统，自适应交流110V、220V、380V和480V电制。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过显示控制和应用子系统和多功能接口子系统传递、加工并处理信息，在原有船舶导航系统基础上，提供了一站式航海作业保障系统，在原有导航各设备功能不减的基础上，通过各导航信息聚合优化、一键式任务包切换和辅助决策等方法，在信息集成、处理和显示的各个环节提高其信息化水平，切实提高了船舶操作人员实际需求的导航信息和辅助决策支持能力。

2、本发明通过构建多功能接口子系统和自适应多功能供电子系统，能够快速兼容各型船舶供电电制以及各型导航设备接口等航海作业保障系统，能够在较短的时间内、利用较少的经费对各型船舶进行信息化、集成化和通用化提升。

3、本发明通过构建显示控制和应用子系统的硬件架构，统一了人机交互及操作使用方式，减少使用人员在各型船舶间流动时培训成本和时间，提高了人机交互效能；有效降低了导航设备显控终端数量，采用通用化模块设计，减少随船备件种类、数量，提高了经济性。

附图说明

图1为本发明的总体连接框图；

图2为本发明的显示控制和应用子系统连接框图；

图3为本发明的多功能接口子系统连接框图；

图4为本发明的自适应多功能供电子系统连接框图；

图5为本发明的人机交互界面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种航海作业保障聚合优化系统，如图1所示，包括显示控制和应用子系统、多功能接口子系统和自适应多功能供电子系统，所述自适应多功能供电子系统分别连接显示控制和应用子系统和多功能接口子系统为其供电，显示控制和应用子系统和多功能接口子系统相互连接。多功能接口子系统将个导航设备的输出数据、工作状态和信息状态数据传输至显示控制和应用子系统，显示控制和应用子系统将数据进行聚合优化后，将用户操作指令和全船其它系统需求指令向多功能接口子系统发送，多功能接口子系统将指令发送给各导航设备。

自适应多功能供电子系统输入与船舶供电系统相连，用于自动适应交流110V/220V/380V/480V电制和直流电制，并自动完成调压和直流/交流切换。

如图2所示，显示控制和应用子系统包括第一显示控制和应用模块、第二显示控制和应用模块和第三显示控制和应用模块，能够分别用于电子海图作业、航海作业信息显示、导航设备控制。第一显示控制和应用模块、第二显示控制和应用模块和第三显示控制和应用模块包括相同的软件模块和硬件模块，软件能够根据用户定制或任务场景定制的任务包、应用软件集，根据实时获取的各导航数据，为用户提供可靠的聚合优化导航信息、辅助决策帮助、设备报警信息，响应用户的操作并将产生的操作指令向各导航设备发送，提供历史数据查询服务。硬件模块用于为软件模块提供数据接收、存储、处理、计算、发送等硬件基础，并且第一显示控制和应用模块、第二显示控制和应用模块和第三显示控制和应用模块采用触摸/键盘双控制、双冗余接口的冗余备份设计。

显示控制和应用模块的软件模块包括应用软件集、多屏互动与权限控制、一键式任务包、声光告警提示、人机交互界面、数据存储和查询等功能。

⑴、应用软件集是提前完成设计并预先置入的惯导导航、天文导航、测速计程仪、测深仪、AIS、卫导、海洋环境、气象水文、导航雷达、电子海图等应用软件合集，各应用软件可集中显示各设备具体基础数据、状态等信息，并可在该应用软件中完成对各个设备的操作控制。在系统装备到船舶平台后，根据船舶平台的配置进行应用软件选配，统一各设备应用软件界面、风格和人机交互方式，有效缩短人员培训时间和缩短施工周期。

⑵、多屏互动与权限控制主要进行三个显示控制和应用模块的主从权限控制，系统根据各型船舶舱室空间设计和使用人员习惯可进行多种空间布置方式，使用人员可根据自身需要和使用习惯设置三个显示控制和应用模块显示内容，并确认某一显示控制和应用模块为主控模块，确认权限后其余两个显示控制和应用模块将被锁定，无法进行各导航设备远程控制，可在释放权限或输入管理员密码后重新获得权限。

⑶、一键式任务包可以预先设置或根据用户自定义设置包括但不限于以下任务包：离码头部署任务包、靠码头部署任务包、狭水道航行部署任务包、进出港任务包、补给部署任务包、抛锚部署任务包、锚泊任务包、自主航行任务包、自动航行任务包、夜航任务包等场景，使用人员切换到某任务包后，系统会主动提供该场景下的辅助决策关键信息。例如切换至狭水道航行部署任务包后，系统会向用户提供该场景下关键的当前水深、潜水告警、偏航告警、碍航物告警、周边船舶航行情况监控等信息，所有这些操作仅需一键即可完成操作，极大的提升了作业效率。

⑷、声光告警提示会根据系统实时监测的各接口链路通断情况、各导航设备故障情况、各导航数据状态异常情况等信息，通过软件界面通知区并控制蜂鸣器及时向使用人员反馈系统异常信息，同时通过多功能接口子系统向全船各系统发送该告警信息。

⑸、人机交互界面是整个系统与用户交互的热区，主要实现以下功能：系统状态显示、系统基础信息显示、告警通知提示、系统设置等功能。为充分发挥三个显示控制和应用模块的优势，在人机交互界面软件架构中设计了人机交互界面布局动态调整的方案，可实现三个显示控制和应用模块人机交互界面数据实时同步和区别显示的功能，满足用户使用习惯的多样性需求。

⑹、数据存储和查询等功能提供实时数据录取、历史查询、系统日志检索、通知管理、用户手册集中管理等功能，数据录取功能向用户提供原始数据的录取和解析服务，协助用户第一时间分析、诊断、定位通讯故障；历史数据检索功能向用户提供历史数据的检索和导出服务，满足用户历史数据分析、设备性能考核、任务复盘等场景需求，历史数据存储于本地数据库，当数据库容量接近饱和时，平台会基于先入先出的机制，自动清理早期数据，保证较新数据的存储；通知管理功能向用户提供用户通知检索、通知设置服务，通知按照严重程度划分为：严重、重要、一般三级，用户可设置每类通知的通知方式(声/光)、通知频率等，实现对通知信息的全面管理。系统日志功能向用户提供用户历史操作、重要状态切换的检索服务，满足用户任务复盘等场景需求。用户手册集中管理功能，向用户提供了系统各设备操作手册的在线浏览服务。

显示控制和应用模块的硬件模块包括计算机控制模块、双冗余接口模块、触摸控制模块、键盘控制模块和数据导入导出模块，双冗余接口模块、触摸控制模块、键盘控制模块和数据导入导出模块分别连接计算机控制模块。

⑴、计算机控制模块为软件模块提供数据接收、存储、处理、计算、发送等硬件基础，具备VGA、DVI显示接口并具备显示接口切换功能，具备支持Lunix、Windows、国产操作系统等能力。

⑵、双冗余接口模块具备10/100/1000M自适应双冗余以太网络接口，在单接口故障情况下，可自动切换到另一接口，并能自适应各型船舶平台的10/100/1000M网络交换机。

⑶、触摸控制模块作为主要人机交互方式，支持5点及以上触摸，支持单击、双击、滑动、拖拽、两点放大等人机交互手势。

⑷、键盘控制模块作为触摸控制模块的备份手段，在触摸控制模块故障情况下，使用人员可通过键盘控制模块完成相关操作。设置功能项按键、快速选择按键、取消按键、MENU按键、2个自定义按键和视频切换按键，每个功能按键设置白/蓝两种背光灯，背光灯随软件界面白天/黑夜模式切换使用，白色背光灯在白天模式下工作，蓝色背光灯可在夜间模式下工作。

⑸、数据导入导出模块设有标准USB数据接口，可方便快速进行导航数据导入/导出操作，完成历史查询数据导出、电子海图升级、应用软件升级等操作。

如图3所示，多功能接口子系统包括第一多接口转换处理模块、第二多接口转换处理模块、接口切换模块和电连接器模块，第一多接口转换处理模块和第二多接口转换处理模块分别与接口切换模块相互连接传输数据与反馈或者接收指令，第一多接口转换处理模块和第二多接口转换处理模块连接电连接器模块，进行冗余备份，提高通讯链路可靠性。

⑴、2个多接口转换处理模块采用相同设计，同时与电连接器模块连接，进行冗余备份，提高通讯链路可靠性。采用ZYNQ和FPGA芯片实现RS422、CAN总线接口、脉冲接口、以太网接口、光纤接口、同步机模拟量接口、旋变模拟量接口多种类接口通讯功能，满足小型化要求，适应所有船型接口需求，提高通用性。工作模式可灵活设置，大幅提升了系统适应性，可广泛推广应用。

⑵、接口切换模块主要完成2个多接口转换处理模块的切换功能，同时接收2个多接口转换处理模块处理后的数据，在1个多接口转换处理模块故障情况下，自动切换到另一个多接口转换处理模块。

⑶、电连接器模块实现多功能接口子系统与各导航设备的硬件连接。

如图4所示，自适应多功能供电子系统包括：直流调压模块、供电切换模块和交流整流调压模块，直流调压模块和交流整流调压模块分别连接供电切换模块进行供电，直流调压模块连接船用紧急备用电源，交流整流调压模块连接全船供电系统。

⑴、交流整流调压模块连接全船供电系统，能够自适应目前船用交流110V、220V、380V、480V电制，进行整流调压后，提供给供电切换模块。

⑵、直流调压模块连接船用应急备用电源系统，进行调压后提供给供电切换模块。

⑶、供电切换模块实现系统交流供电和直流供电的快速切换，在主用的交流供电系统故障后，自动切换为备用直流供电，在交流供电系统恢复后可自行切换为交流供电，保证系统联系不中断工作。

如图5所示为建立的本系统人机交互界面示意图，通过用户触屏交互热区研究，以及系统的任务，将整个人机交互界面划分为状态区、关键信息区、通知区、主视图区等四大区域和系统设置快捷键一个入口。

⑴、状态区位于屏幕顶部，采用水平布局设计结构，包含了三个信息区块，可根据用户需求定制显示内容，满足用户持续查看和监控基本信息的需求。

⑵、关键信息区位于屏幕右侧，采用垂直布局设计结构，包含了六个信息区块，关键信息区内设计的信息字号明显大于屏幕上其他区域，采用的文字颜色与背景颜色形成强烈的反差，可以让用户一眼就可以看到最重要的信息，满足用户不间断观测重要信息的需求。

⑶、通知区位于屏幕右下侧，软件将产生的告警和提示信息及时推送给用户，协助用户在第一时间作出通知按照严重程度划分为：严重、重要、一般三级，以不同颜色区分。

⑷、主视图区占据了屏幕的主要空间，是用户操作的热点区域，通过分析用户业务模型，将用户的一个业务场景设计为软件中的一个业务视图，用户通过视图下辖页面人机交互完成具体的任务作业。

⑸、系统设置快捷键浮于主视图区一角，既不影响用户对主页面的操作，又可以便于用户完成视图切换、系统设置等操作。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。