港口船舶监控系统中物联网技术的应用.doc

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1、第 40 卷 第 3A 期 2018 年 3 月 舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol. 40, No. 3A Mar. , 2018 港口 船舶 监控 系统 中物 联网 技术 的应 用 何 伟 (浙 江国 际海 运职 业技 术学 院， 浙江 舟 山 316021) 摘 要 : 随 着现代科学技术的迅 猛发 展，船舶的自动 化水平得到了极大的 提高。港口船舶的监 控系统是船舶 自动化系统的重要组成部分。本文研究了物 联网技术在港口船舶监控系统中的应用。 本文分析了物联网技术的发展 及其关键技 术；研究 了船舶监 控系统的 发展以及 控制器在监

2、控系统中 的应用； 讨论了港 口船舶监 控系统的 整体架 构；最后给出了监控系统中物联网技术的架构。这对于促进我国港口船舶监控系统的发展有着重要的指导作用。 关键词： 港口 ； 船舶 ； 监控 ； 物联网 ； 技术 ； 应用 中图分类号： U664.22 文献标识码： A 文章编 号： 1672 7649( 2018)3A 0163 03 doi： 10.3404/j.issn.1672 7649.2018.3A.055 The application of the internet of things technology in the port monitoring system HE W

3、ei (Zhejiang International Maritime College, Zhoushan 316021, China) Abstract: with the rapid development of modern science and technology, the automation level of ships has been greatly improved. The monitoring system of port ships is an impor tant part of the ship automation system . This paper st

4、udie s the ap- plication of the internet of things in the port ship monitoring and control system. This paper analyzes the development and key technologies of the internet of things, studies the development of the ship monitoring system and the application of the controller in the monitor ing system

5、, discusses the overall structure of the port ship monitoring system, a nd finally gives the architecture of the internet of things technology in the monitoring system. Key words: port； ship； monitoring； internet of things； technology； application 0 引 言 计算机技 术、通 信技术 、嵌入 式技术 、传感 技术 以及集成 电路迅猛 发展，船 舶的监

6、控 系统技术 得到了 快速的发 展。传统 船舶监控 系统技术 由于自动 化程度 低、成本 高、体积 大、维护 难等特点 ，已经不 适用于 现代船舶 的发展要 求。将物 联网技术 引入到现 代船舶 的监控系统中，同 时将服务器 /客户端模 式加入到船舶 的嵌 入 式监 控 系 统中 是 现代 船 舶 监控 系 统 的 发 展 方 向。由于 传统监控 系统无法 满足快速 、准确以 及实时 监控的要 求，因此 本文基于 物联网技 术，对船 舶的监 控系统进 行了相关 的研究。 本文对物 联网技术 在港口 船舶监控 系统的研 究，对于 我国船舶 监控系统 的发展 有着重要的指导意义。 收稿 日期 :

7、20 18 0 1 04 基金 项目 : 浙江 省软 科学 课题 资助 项目 （ 2015C25055） 1 物联网技术 1.1 物联 网的 定义 及其 发展 物 联网的 发展依 旧以互 联网 为 基础， 因此物 联网 是 互联网的 延生与进 一步发展 。物联网 技术将网 络节 点 扩展到物 体内部， 实现了物 体与物体 之间信息 的交 流 以及 对物 体的 有效 控制。 物联 网是 利用 射频 技术 、 感 应技术、 定位技术 、扫描技 术等现代 信息技术 ，按 照 事先约定 好的协议 ，将任意 的物体与 互联网进 行互 连 。全面感 知、可 靠传递、 智能处 理是物联 网技术的 3 个基

8、本特点 。全 面感知 是通过 射频 识别技 术、传 感 器 技术以及 二维码等 感知技术 对物体进 行感知 ； 可靠 传 递是将互 联网与电 信网络进 行融合， 将传感器 感知 到 事物的信 息准确的 传递出去 ；智能处 理是利用 云计 作者简介 : 何伟 (1 98 4 )，男 ，硕 士研 究生 ，主 要从 事港 航物 流及 职业 教育 。 164 舰 船 科 学 技 术 第 40 卷 算、识别 等智能技 术对大量 的数据信 息进行处 理和分 析，最终 完成对物 体的智能 化监控任 务。因此 物联网 可以分为 感知层 、应用层 和网络 层 3 层 结构。物 联网 的感知层 能够使用 感知数据

9、 信息，并 且对物体 进行识 别。感知 技术可 以分成识 别和传 感 2 种 技术。物 体固 有的特性 如名称、 大小、形 状等可以 通过识别 技术进 行感知， 实时变化 的信息则 可以通 过 传感技术 进行感 知。作为 感知层和 应用层之 间数据传 输的通道 ，网络 层能够 实现 数据 的采 集、 传输以 及控 制命 令的 发送 。 利用多种 异构网络 的融合技 术，将收 集到的物 体各种 实时信息 通过网络 传送至目 标节点。 应用层作 为用户 与物联 网的 交互 接口 ，实 现了不 同领 域的 各种 需求 。 应用层由 支撑层和 服务层构 成，支撑 层主要在 不同的 领域、 平台 以及

10、应用 程序 之间实 现数 据信 息的 共享 、 交流等功 能；服务 层基于互 联网技术 平台，研 究不 同 领域的应 用解决方 案，以此 建立人工 智能系统 ，将劳 动力从繁杂的劳动中解放出来。 1.2 物联 网的 关键 技术 物联网的 关键技 术包括 传感技 术、射 频技术 、智 能技术、 网络技术 、纳米技 术以及嵌 入式技术 。射频 技术是一 种非接触 式技术， 该技术用 于对物体 进行识 别，同时 利用无线 射频技术 进行数据 信息的交 流，从 识别的物 体上获得 相关的数 据。与传 统的识别 技术相 比较，射 频识别技 术的优点 在于不需 要接触、 不需要 光学可见 、不需要 人工干

11、预 就可以实 现物体的 识别以 及相关信 息的采集 ，因此操 作十分方 便。传感 技术是 利用相关 的传感设 备从自然 界中采集 相关的信 息，并 且对这些 信息进行 相关的处 理以及识 别的一种 多学科 融合的 现代 化科 学工 程技 术。传 感技 术包 括传 感器 、 数据处理 、识别规 划以及评 价改进等 技术活动 。嵌入 式技术是 物联网技 术的基础 技术，因 此该技术 在物联 网技术中 的地位无 法取代。 嵌入式技 术极大地 提高了 物联网中 的相关设 备的智能 化，并且 可以按照 需求合 理地对数 据进行相 关的处理 。嵌入式 技术以计 算机技 术为基础 ，智能应 用为中心 ，通常

12、用 于对功能 、可靠 性有很高 要求的系 统。智能 技术是将 智能系统 嵌入到 物体内部 ，使得物 体拥有能 够主动与 用户进行 信息交 流以及通 信的能力 ，完成用 户对物体 的实时监 控。纳 米技术的 发展，促 进了纳米 电子器件 、纳米磁 性器件 等设备的 发展，极 大地缩小 了智能器 件的体积 ，并且 利用量子 化效应， 可以制造 高度集成 的电路。 智能技 术与纳米 技术的共 同作用， 使得基于 物联网的 智能系 统可以安 装至极其 细微的物 体内部， 直接增加 了物联 网 中物体的 数量以及 范围。物 联网的构 建以异构 的网 络 为基础。 物联网的 网络技术 是以互联 网为核心

13、，多 种网络作为补充以扩大物联网的覆盖范围。 2 船舶监控系统技术 2.1 船舶 监控 系统 的发 展及 其现 状 船 舶监控 系统的 任务是 对船舶 上的各 种设备 的工 作 状态参数 进行监测 。岸端远 程监控系 统、船端 封闭 式 监控系 统是船舶 监控系 统的 2 种常用监 控系统 。受 传 统通信技 术的限制 ，传统的 船舶监 控 系统通常 采用 的 是船端封 闭式监控 系统。船 端封闭式 监控系统 通常 只 能在船端 对工作中 的设备进 行数据的 监测。船 端封 闭 式监控系 统的发展 主要经历 了集散、 集中以及 分布 式 监控系 统 3 个阶 段。集 散控制 系统是计 算机网

14、络系 统 快速发展 的产物， 该系统是 集中型系 统和分散 型系 统 相结合的 产物。集 散型系统 的特点在 于将一台 计算 机 的工作合 理地分配 给多个计 算机来实 现，同时 将这 些 参与工作 的计算机 利用局域 网进行连 接，实现 计算 机 与 计算机 之间的数 据信息共 享，极大 地方便了 计算 机 的管理。 集散型系 统的缺点 在于需要 在船舶上 铺设 大 量的电缆 ，极大地 增加了船 舶的成本 ，不利于 后期 的 维护工作 。分布式 监控系统 是现场总 线技术发 展的 产 物。分布 式监控系 统的子系 统控制网 络使用的 是现 场 总线，该 技术极大 地提高了 数据传输 的精确性

15、 ，因 此 提高了监 控系统整 体的可靠 性，为船 舶监控系 统的 发 展打下了 坚实的基 础。随着 计算机、 网络以及 卫星 技 术的快速 发展，社 会的自动 化、 信息 化程度不 断加 深。舰船的监控系统也进入了信息化的时代。 2.2 控制 器在 船舶 监控 系统 中的 应用 船 舶 监 控 系 统 中 的 控 制 器 主 要 有 单 片 机 控 制 、 PLC 控制、 工控机控 制、嵌入 式系统控 制。单片 机技 术 已经广泛 的应用于 船舶监控 系统中的 各个部分 ，极 大 地提高了 船舶工业 控制自动 化水平。 船舶监控 系统 中 设备 层的 控制 器可 以利用 单片 机控 制器 进

16、行 开发 。 由 于单 片机 控制 电路 是由很 多的 分立 元器 件构 成的 ， 因 此 该 电路 的 软件 与 硬 件的 开 发任 务 十 分巨 大 。同 时 ，随着船 舶对自动 化水平的 要求进一 步提高， 低端 的 单片机控 制器无法 满足船舶 更高的通 信以及数 据处 理 要求，因 此无法满 足进一步 提高船舶 自动化水 平的 要 求。 PLC 控制作为 一种数字 运算系统 ，十分适 用于 工 业化控制 环境。 PLC 内部采 用的是存 储器对相 关的 程 序进行存 储，这些 程序可以 进行运算 、控制、 计数 以 及定时等 功能，同 时通过输 入输出接 口可以实 现各 第 40 卷

17、 何 伟：港口船舶监控系统中物联网技术的应用 165 种自动化 的工业控 制。工控 机作为一 种加强型 的计算 机，可以 在控制系 统中作为 控制器使 用。嵌入 式系统 包括硬件 系统和软 件系统两 方面，以 高性能的 处理器 为基础，以实时多任务系统为软件平台。 3 港口船舶监控系统整体架构 用户 信息 管理 、数 据显 示 模 块 、编 码信 息管 理 、 历史数据 信息、用 户登录系 统共同构 成了港口 船舶监 控系统。 编码信息 管理是在 取得管理 员权限之 后，可 以对监控 系统中的 相关设备 进行编码 、执行修 改、添 加等一些 常用的操 作。数据 显示模块 可以对船 舶监控 系统

18、监测 到的数据 进行实时 的显示。 历史数据 信息可 以对船舶 监控系统 的历史监 测数据进 行查看。 用户登 录系统给 普通用户 提供系统 登录的入 口。用户 信息管 理是用于 管理员对 用户信息 进行修改 的系统。 港口船 图 2 监控系统中物联网技术架构 Fig. 2 The technical architecture of the internet of things in the monitoring system 舶监控系统的整体架构如 图 1 所示。 图 1 港口船舶监控系统整体架构 Fig. 1 The overall architecture of port ship mo

19、nitoring system 4 监控系统中物联网技术架构 为了解决 船舶传 统监控 方式中 的成本 高、开 发周 期长、性 能差以及 布线复杂 等一系列 的缺陷， 在船舶 监控系统 中添加了 嵌入式传 感技术、 通信技术 等现代 化的信息 技术，该 监控系统 是以服务 器为中心 ，以物 联网技术 为基础 ，如 图 2 所示。 基于物 联网的船 舶监 控系统的设计模式 是浏览器 /服务器模式 ，并且采用了 分层结构 ，包括浏 览器、服 务器以及 传感器网 络三大 部分 。 整个 监 控 系统 网 络可 以 分 为内 网 和外 网 两 部 分， 内网 和外网均 可以通过 计算机或 者手机端 的

20、浏览 器对服务 器中的相 关数据进 行访问， 内网与外 网之间 通过网关 进行隔离 。系统中 的传感器 网络由多 个传感 器构成， 传感器将 采集到的 数据上传 至服务器 ，供计 算机以及手机端的浏览器进行访问。 5 结 语 随 着航运 业务的 快速发 展，对 船舶监 控系统 的要 求 逐渐提高 。传统的 港口船舶 监控系统 由于自动 化程 度 低，已经 不适合现 在船舶监 控系统的 发展，并 且极 大 地制约了 船舶自动 化程度的 进一步提 升。本 文 在传 统 的船舶监 控系统中 融入了物 联网技术 ，物联网 技术 凭 借巨大的 灵活性、 高的处理 速度、体 积小、成 本低 廉 等优点，

21、极大地提 高了港口 船舶监控 系统的现 代化 技 术水平。 本文的研 究对于发 展我国港 口船舶监 控系 统有着重要的促进作用。 参 考文 献： 1 江正 , 刘辉 , 向先波 . 基于 C/S 架构的船舶电站网络化无线监 控系统设计 J. 中国造船 , 2015, (4): 179187. 2 李立春 . AIS 动态数据库船舶监控系统的设计与分析 J. 中国 水运 , 2016, (12): 4646. 3 周颖 , 谢明 . 基于 Modbus 的船舶配电监控系统的设计 J. 制 造业自动化 , 2016, (12): 121125. 4 金奎 , 张晋 . 基于 OPC 技术的船舶电力推进试验监控系统设 计 J. 船电技术 , 2016, (12): 3739. 5 陈峰 . 多用途工作船燃油监控系统研究与应用 J. 中国石油 石化 , 2016, (21): 7778. 6 王萍 . 物联网技术在现代医院中的应用研究 J. 中国妇 幼健 康研究 , 2017, 28(2): 667668.