海巡船綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及模糊控制的研究.pdf

1、海洋是未來世界各國重點(diǎn)開發(fā)的領(lǐng)域，海洋資源包括海洋漁業(yè)，海底礦藏，附屬島嶼及海上運(yùn)輸通道等多種形式。對海洋資源進(jìn)行有效監(jiān)管和開發(fā)事關(guān)我國海洋發(fā)展戰(zhàn)略和領(lǐng)土安全的全局部署。盡管目前我國沿海各海事局都配備了相應(yīng)的海事巡邏船，但是多數(shù)船舶噸位較小，裝備落后，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前海事監(jiān)管的需要。為此交通部在廣東海事局建造了目前我國噸位最大、設(shè)備最先進(jìn)的3000噸級(jí)海事巡邏船“海巡31”。該船采用兩臺(tái)四沖程直列柴油機(jī)作為主動(dòng)力裝置，最大航速可達(dá)22節(jié)

2、以上，在18節(jié)航速下續(xù)航能力為6000海里，自持力達(dá)40天。除了必需的動(dòng)力設(shè)備及生活輔助設(shè)施外，“海巡31”上還配備了艦載直升機(jī)、衛(wèi)星通信設(shè)備及視頻采集、傳輸?shù)确浅Ｒ?guī)設(shè)備用以提高其海事巡邏能力。為了保證船舶上所有設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要設(shè)計(jì)一套安全、快速的船舶綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽勘Ｕ匣A(chǔ)。 “海巡31”綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成了船舶監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)管系統(tǒng)與船舶辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。考慮到船舶環(huán)境存在較強(qiáng)的電磁干擾及航行中的顛

3、簸、振動(dòng)、搖擺等情況，船舶網(wǎng)絡(luò)必須滿足抗干擾性、抗振動(dòng)性的要求，以保證網(wǎng)絡(luò)良好、可靠的運(yùn)行行。該網(wǎng)絡(luò)采用三層結(jié)構(gòu)，上層通過海事通信衛(wèi)星與海事局指揮中心相連，中層通信網(wǎng)絡(luò)為目前廣泛應(yīng)用的千兆以太網(wǎng)，不僅利用光纖信道的高速物理層接口的優(yōu)點(diǎn)，還可向后兼容傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，同時(shí)保持了IEEE802．3以太網(wǎng)的幀格式，并支持通過CSMA/CD協(xié)議的全雙工和半雙工傳輸。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備不同的數(shù)據(jù)傳輸接口的不同，現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)控制總線如CAN總線

4、，Profibus，RS-232總線，RS-485總線等與現(xiàn)場控制設(shè)備連接，并以互為主備的現(xiàn)場工控機(jī)負(fù)責(zé)現(xiàn)場的各種形式的數(shù)據(jù)的采集。通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)船、岸與艦載直升機(jī)之間的無線通訊，采用F站的MPDS接口(RS-232串口)，并與一臺(tái)撥號(hào)上網(wǎng)專用計(jì)算機(jī)的串口RS-232相連接，實(shí)現(xiàn)全船的共享上網(wǎng)?？紤]到安全因素，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了三層冗余：交換機(jī)鏈路冗余，服務(wù)器雙機(jī)熱備份和線路鏈路冗余，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟撑_(tái)設(shè)備或線路出現(xiàn)故障而導(dǎo)

5、致全船網(wǎng)絡(luò)中斷。 船舶綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件開發(fā)采用C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)，主要由三部分組成：客戶層子系統(tǒng)、中間層子系統(tǒng)和現(xiàn)場子系統(tǒng)?？蛻魧佑蛇\(yùn)行瀏覽器的客戶端程序組成，中間層包括Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器等，現(xiàn)場子系統(tǒng)主要由控制現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)成。選擇VisualC++.net和Visual Basic作為中間層子系統(tǒng)中各服務(wù)器程序的開發(fā)工具，使用UML，(UnifiedModeling Langua

6、ge)進(jìn)行系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)[11]，利用VS．NET和Rational XDE集成的強(qiáng)大功能進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和文檔的編寫。系統(tǒng)的編碼調(diào)試工作全部在VS．NET開發(fā)環(huán)境下完成，其中編碼部分使用C＃語言作為開發(fā)的語言工具。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫選用微軟的SQL Server，本地?cái)?shù)據(jù)庫使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫。選擇.NET Framework下的ADO．NET數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)來對數(shù)掘庫進(jìn)行訪問和操作。并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢界面及曲線圖。在

7、開發(fā)過程中，使用微軟的VSS(Visual Source Safe)作為源碼管理工具。使用Rational Purily系列工具進(jìn)行程序調(diào)試，并大量采用組件技術(shù)，從而提高了代碼的復(fù)用性。 海事巡邏船舶的核心任務(wù)是海事監(jiān)管與救助。為了提高海事監(jiān)管能力及提高陸地指揮與決策的及時(shí)性，本船配備了艦載直升機(jī)及與其配套的視頻監(jiān)管系統(tǒng)，視頻通信技術(shù)的介入為船舶提供了一個(gè)更為多元化的工作環(huán)境和一個(gè)更為高效的船岸綜合信息交互平臺(tái)。它具有視頻監(jiān)控、

8、船舶視頻會(huì)議和船舶紅外光電取證等功能。文中重點(diǎn)闡述了利用現(xiàn)有通信技術(shù)和視頻技術(shù)，有效地整合以上功能，形成一個(gè)綜合視頻、音頻等多種數(shù)據(jù)交互的多角度、多業(yè)務(wù)、多層面的立體化船舶網(wǎng)絡(luò)視頻處理系統(tǒng)。同時(shí)開發(fā)了基于工作流的現(xiàn)代船舶辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有功能全面、操作簡單、界面友好等優(yōu)點(diǎn)，方便對非結(jié)構(gòu)化文檔型數(shù)據(jù)的管理，使船舶實(shí)現(xiàn)辦公無紙化和流程自動(dòng)化。 本文還深入研究了典型模糊PID控制器的插值形式，針對傳統(tǒng)模糊PID控制器難以采用解