基于物联网的无人水面艇航行状态监测系统设计

针对无人水面艇(Unmanned Surface Vessel, USV)航行状态监测及试航性能评估试验中的参数获取问题,设计一套USV航行状态监测系统。以物联网(Internet of Things, IoT)3层架构为基础,设计小尺寸、低功耗的监测方案。以多源传感器和STM32微控制器作为感知层,以远距离无线电(Long Range Radio, LoRa)网关及LoRa终端作为数据远程传输途径,以传输控制协议(TCP)作为数据远程传输协议,以云平台作为系统应用层,实现数据采集、传输和应用功能。基于监测系统要求,在应用层设置阈值实现航行状态预警功能。对系统功能及性能进行测试,结果表明,系统横、纵摇精度为±0.02°RMS,风速为(0.2±0.03) m/s,风向为±2.5°,所有监测参数技术指标均符合要求,且丢包率在通信距离小于1.4 km时为1.5%,较传统方法降低约22%。该系统可为进一步完善USV航行状态监测提供技术支持。     

无线网络下船舶运行状态远程监控系统

为了提高船舶运行的稳定和安全性,需要对船舶的运行状态进行实时监测,设计无线网络下船舶运行状态远程监控系统,系统包括船舶运行状态特征采集模块、AD转换模块、总线传输模块、无线网络通信模块、集成控制模块和人机交互模块等,采用远程卫星通信和无线传感器网络组网技术进行船舶通信网络构建,基于H.323协议和IETF的SIP会话初始化协议进行船舶无线网络通信的信令设计。采用多点多线程控制方法进行船舶运行状态的监控指令的集中执行,在集成GCC编译环境中进行监控系统的应用程序开发和交叉编译,采用异构、层次化的中间件技术进行监控系统的软件平台设计,实现船舶监控系统的网络接入服务和状态实时监控服务。系统测试结果表明,设计的船舶运行状态远程监控系统能实时监测船舶的运行状态特征,系统自适应性和可靠性较好。     

港口起重机物联网智能并联监测系统研究

将物联网技术与港口起重机状态监测和安全评估相结合,构建了基于物联网三层并联架构的港口起重机物联网实时监测安全评估系统,阐述了感知层、网络层、应用层所采用的关键技术;以岸边集装箱起重机工程物联网智能监测系统为例,介绍了数据采集到网络传输、最后在客户端输出状态曲线和信号查阅的全过程。实践应用表明,该系统具有可靠性和实用性。     

基于数字孪生的舰船上层建筑运维系统

以降低舰船运行故障为目的,设计基于数字孪生的舰船上层建筑运维系统。该系统利用数据采集层内传感器数据采集模块采集舰船上层建筑设备基本数据和运行数据,得到舰船上层建筑设备中控数据,通过报文解析后,将其存储到MySQL数据库内;数字孪生层通过调取MySQL数据库舰船上层建筑设备中控数据,构建数字孪生体后,利用其模拟舰船上层建筑设备生产和同步虚拟运行后,得到舰船上层建筑设备实时虚拟运行数据,并将其传输到业务逻辑层内;业务逻辑层对实时虚拟运行数据进行预处理后,通过映射驱动将其传输到故障诊断模块内,该模块使用基于规则变量分析的舰船上层建筑故障诊断方法得到舰船上层建筑设备实时运行故障状态,并将故障状态信息传输到展示层内;展示层利用基础管理、数据统计和检测维保等功能实现舰船上层建筑运维。实验表明,该系统运行较为稳定,可精准诊断舰船上层建筑设备故障诊断,并为用户提供设备运维视情优先级。     

船舶实时数据系统的无线传感器网络能耗最优化研究

船舶实时数据系统是以船域网为基础的数据传输网络,对于监测船舶的航行状态、保障船舶的航行安全有着极其重要的作用。无线传感器网络是该系统的重要组成部分,因而如何实现海上无线传感器网络的能量消耗最优化,也是实现该系统的关键之一。本文研究的主要内容是:在满足实时通信时延要求的前提下,如何计算出每个传感器节点所需要的最小传输功率,并提出一种基于单跳的传输估计方法,通过该方法能够有效计算出所需的最小功率,仿真证明该方法的可行性。     

物联网技术在舰船网络安全监测预警中的应用

为了提升网络通信的安全性,提出基于物联网技术的舰船网络安全监测预警方法。感知层利用传感器采集舰船网络设备数据;传输层中数据传输单元依据传输控制协议,封装打包各传感器采集的舰船网络数据,并传输至融合层;融合层中数据融合单元,利用加权融合算法,融合各传感器采集的网络数据;应用层中网络安全监测单元,利用集对分析算法,结合融合后的网络数据,计算舰船网络安全态势值,监测舰船网络的安全态势;利用网络安全预警单元对比分析安全态势值与设置阈值,当安全态势值低于设置阈值,则发出警报,实现舰船网络安全预警。实验证明,该方法可有效融合舰船网络设备相关数据,精准监测舰船网络的安全态势,完成网络安全监测预警。     

嵌入式船舶操作系统通用软件架构设计

为避免船舶在海上航行时遭遇严重危害,设计基于嵌入式技术的船舶操作系统通用软件架构。通过嵌入式技术构建具备网络传输功能的服务端,并采用远程终端向嵌入式处理器发出控制指令,实现船舶操作系统远程控制;在远程终端中搭建包含嵌入式资源层、模块支持层、操作系统层以及应用层的分层通用软件架构,远程终端从嵌入式处理器中获取硬件资源数据,传输至模块支持层与操作系统层中依次进行存储与管理,并将处理后的数据传输至应用层进行控制。在应用层经PID航向控制器、舵角随动等控制后,传输至显示界面显示给操作人员,实现船舶操作控制。经实验验证：该系统可在恶劣海洋环境下精准实现船舶航线控制,规划最佳航行轨迹;还能够精准控制船舶航行速度,使船舶按照理想速度运行。     

BP神经网络在船舶远程监控中的应用研究

近年来,随着无线通信、传感器网络等技术的快速发展,船舶远程监控系统在保障航运安全、维护船载设备等方面发挥着越来越重要的作用。船舶远程监控系统实现船岸间数据信息共享和交互,对船载设备的运行状态进行实时监控,并根据采集的数据进行状态预测和故障诊断。本文在船舶远程监控系统基础上,利用BP神经网络的自组织学习特性,提出远程故障诊断模型,该模型能够根据设备运行参数对故障趋势进行准确判断并发出预警。     

无人船无线传感网络远程遥控系统

传统无人船舶远程遥控系统,能够完成船舶的远程遥控工作,但存在遥控精度低,受环境影响因素大等问题,为此设计基于无线传感网络的无人船舶远程遥控系统。使用Zigbee无线高频通信频段,构建无线传感网络拓扑结构;根据无人遥控系统中节点数据指令,进行遥控命令数据解析,采用多种RREQ命令帧,实现无人船舶的安全准确控制,完成无人船舶远程遥控系统设计。实验数据表明,该无人船舶远程遥控系统比传统遥控系统航行精度提升57.83%,同时具有较强的抗环境干扰能力。     

计算机远程遥控系统在无人船中的应用

以往使用的神经网络参考模型和Zigbee无线通信技术在无人船中应用时,受到无人船航行环境影响而导致无人船行驶位姿角度控制效果不佳的问题,提出计算机远程遥控系统在无人船中的应用研究。分析计算机远程遥控系统结构,在远程遥控器中设置蜂鸣器和语音播报器,根据发出的故障信号,提示异常情况。根据地面人员的操作指令,控制计算机远程遥控路由,解析指令包,由此控制计算机远程遥控命令帧。利用XOY坐标系作为基准,建立了无人船的运动学方程,通过该方程对无人船姿态进行控制,解决了无人船跟踪目标和自动避障等问题。由仿真实验结果可知,该方法在航向角度为60°和220°时,使用计算机远程遥控系统与标准值最为接近,具有良好控制效果。     

工程船舶安全状态在线监测系统研究与开发

为在保障和加强施工船舶安全生产监督力度、提高设备完好率、构建企业长效事故预警和远程在线专家故障诊断分析机制等方面提供技术支持,研发"工程船舶安全状态在线监测系统"。该系统以在线共享企业现场船舶工况数据为基础,综合运用现代传感器、自动化及仪器仪表、网络通信和计算机等工业成熟技术和工艺,由岸基中心监控服务器、无线移动网络及系统通信协议和各工程船工况数据智能采集装置等部分构成。该系统可使岸基中心监控服务器通过移动通信网络锁定跟踪公司每艘工程船,及时捕获可能发生的任何异常事件,发布事件信息。研究结果表明,该系统对工程船安全生产监督、船机设备及施工现场监管等具有很好的作用。     

基于无线传感网络的无人船舶远程遥控系统设计

传统遥控系统不能根据船舶航线的变化情况,进行及时、有效的航行控制指挥。为解决此问题,设计基于无线传感网络的新型无人船舶远程遥控系统。通过无线传感网络框架设计、船舶电源电路设计2个步骤,完成新型远程控制系统的硬件模块设计。通过Delphi 7.0开发环境完善、无人船舶目标确定流程设计、驱动代码设计3个步骤,完成新型远程控制系统的软件模块设计。对比传统系统、新型系统的运行数据可知,应用基于无线传感网络的无人船舶远程遥控系统后,航行控制指挥的及时性、有效性均得到30%以上的提升。     

水面无人船驱动电机远程控制系统设计与实现

针对智能航运时代背景下的船舶远程操纵与控制,本文设计一种面向水面无人船的驱动电机远程控制系统。系统以Arduino 2 560为中央控制器,涵盖中央控制模块、电机驱动模块、无线通信模块和岸基操控端。系统通过远程控制驱动电机,实现船舶前进、后退、左转、右转等运动状态的转换;通过GPRS实现无人船端与岸基操控端的无线通信。试验表明,本文设计的驱动电机远程控制系统操作方便,通信流流畅,运行稳定,能够用于无人船远程操纵和控制,为无人船的发展提供支持。     

基于传感器网络的船舶舱室火灾远程监控系统

由于传输信道中存在随机干扰,监控系统受到干扰后输出的信号中存在随机误差,从而导致传统的船舶舱室火灾远程监控系统实时性差,为此设计一种基于传感器网络的船舶舱室火灾远程监控系统。在系统的硬件部分,通过温度传感器实时测量温度,利用无线收发模块传输监控数据,并采用数据采集卡采集监控数据。在系统软件部分,利用传感器网络中的无线通信技术感知实时监测的信息,采用数字滤波方法抑制有效信号中的干扰成分,输出监控信号,以此完成基于传感器网络的船舶舱室火灾远程监控系统的设计。实验以明火发现时间与阴燃火发现时间为实验指标。结果表明,所设计的系统比传统的基于红外技术的船舶舱室火灾远程监控系统与基于蓝牙技术的船舶舱室火灾远程监控系统发现明火、阴燃火的时间短,证明所设计的监控系统实时性能好,能够及时发现火灾情况。     

CAN总线在电机实时监测系统中的应用研究

针对大型电机组状态监测系统传感器类型繁多、集成化程度不高的问题，重点研究CAN（Controller Area Network）总线在电机组实时监测系统中的应用，完成基于CAN的传感网络节点硬件接口与软件通信协议的设计，并设计多节点通信的动态优先级算法。MSP430单片机作为子模块核心部件，实现对工程数据的高效获取和对CAN协议传输的控制；基于CAN总线实现数据实时、高效和高可靠性的传输。     

新型四极式冷藏箱监测系统研究及应用

针对现有集装箱船冷藏箱遥控监测系统繁杂、易受干扰的问题,以某冷藏集装箱船为研究对象,从实用性、集成化及信息化的角度提出了优化冷藏箱装载的方案.该方案首先通过监测报警系统模块采集冷藏箱的温度信号和电源插座的合分闸信号,其次通过软件模组的组合判断来监测集装箱的运行状态,最后以串行通讯方式将相关重要数据实时通讯到装载计算机.该优化方案相比于常规系统节省10多万美元/船.     

内河航标遥测遥控系统设计

针对内河航标的特点,设计了一种基于无线传感网络的内河航标遥测遥控系统,实现了航标状态的远程监测,并能够进行灯质控制.介绍了系统中主控单元、遥测遥控等模块作用和电路设计,在模块选型、电路设计、应用方法等多方面充分考虑了航标遥测遥控系统的能耗、传输距离、可靠性等要求,利用ZigBee路由算法,并进行了多项测试试验.试验结果表明,该系统能够解决以往类似系统中存在的通信不可靠、能耗过高等问题.     

废水排放监测系统开发

实施废水排放自动监测,可以实现对排放点水质的实时连续监测和远程监控,及时掌握主要排放点的水质状况、预警预报水质超标情况。废水排放在线自动监测运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、先进的在线自动分析仪器、计算机应用技术以及专用软件和通信网络组成一个综合性的系统。     

基于百度地图的航道生产监测与管理系统研究

航道生产监测与管理系统以航道处主要生产设施作为管理对象,并监测航道维护船和车辆的实时位置、重点标位的实时水深等信息。通过安装在航道维护船和车辆上的GPS模块获取位置数据以及安装在重点标位上的测深仪获取水深数据,通过远程传输系统,在岸上监测中心显示航道维护船的实时位置和重点标位水深信息。该系统能在监控中心电子地图上实现航道生产资源管理以及水深信息、船舶位置和车辆位置信息监测、应急指挥和日常调度辅助决策等功能。基于百度地图的航道生产监测与管理系统涉及到的关键技术包括地理信息系统(GIS)技术,应用全球卫星定位系统(GPS)技术、数据库管理技术和网络技术。     

基于动态贝叶斯网络的无人船推进系统PHM技术

随着无人船系统复杂度的增加,对其进行故障预测和健康管理(prognostic and health management,PHM)的需求也随之提升。采用贝叶斯网络建立无人船的可靠性模型,并基于此开展无人船的PHM技术研究。主要探究贝叶斯网络模型在PHM方面的应用,包括利用动态贝叶斯网络进行预测故障,通过参数学习自动生成贝叶斯网络模型。以实验室开发的智能无人船为具体研究对象,针对其动力系统常见的故障点监测模式进行研究,并设计相应的在线监测方案。通过实时监测完整地表达无人船的健康程度,并开发了无人船的健康管理模型。对开发设计的健康管理模型进行实时性和准确性双方面评价,所研发的健康管理技术可以准确地还原无人船的故障分布情况,并快速响应做出故障预测,可以充分评估无人船在不同状态下的实际工作能力。