寧小敏 陽 斌 王 奕 謝 偉

中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢 430064

基于Web的船舶信息集成管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

寧小敏 陽 斌 王 奕 謝 偉

中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢 430064

針對目前國內(nèi)船舶各類業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)獨(dú)立及缺乏綜合集成的問題，本文提出了一種基于Web的船舶信息集成管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用統(tǒng)一的信息管理支撐平臺(tái)，將各類數(shù)據(jù)采集及處理，實(shí)現(xiàn)了船舶導(dǎo)航氣象和機(jī)艙監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、船務(wù)管理、公共信息管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用的綜合集成，并以B／S方式進(jìn)行綜合信息發(fā)布。該系統(tǒng)已在多艘巡邏艦及海事船中得到成功應(yīng)用，工程實(shí)踐表明該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和良好的可擴(kuò)展性。

機(jī)艙監(jiān)控；船舶導(dǎo)航；數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控；信息集成

1 引言

船舶的信息化和自動(dòng)化管理是船舶設(shè)計(jì)未來的重要發(fā)展趨勢之一。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的船舶自動(dòng)化系統(tǒng)正在向船舶信息集成化方向發(fā)展，其核心是利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)控制等技術(shù)，將通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、機(jī)艙監(jiān)控、船務(wù)管理、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等相對獨(dú)立的分系統(tǒng)納入到統(tǒng)一的船舶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息集成［1］。目前國內(nèi)船舶的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用普遍處于分離狀態(tài)，缺乏統(tǒng)一的信息集成管理支撐平臺(tái)，難以靈活地在不同部位獲取綜合性的數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致工作效率和對緊急事件反應(yīng)速度的下降；同時(shí)，由于船舶上的各種業(yè)務(wù)信息獨(dú)立，且各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)采用不同的技術(shù)規(guī)范、體系架構(gòu)和設(shè)計(jì)開發(fā)語言，對于不同型號的船舶信息需求，往往需要重新設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)，耗費(fèi)大量的人力及開發(fā)時(shí)間［2］。

本文針對以上問題，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于Web的船舶信息集成管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過接口模塊將各類數(shù)據(jù)采集并處理后，形成統(tǒng)一的信息管理支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)船舶導(dǎo)航氣象和機(jī)艙監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、船務(wù)管理、公共信息等業(yè)務(wù)應(yīng)用的綜合集成，并以B／S方式進(jìn)行綜合信息發(fā)布，接入船舶網(wǎng)絡(luò)中的任何計(jì)算機(jī)，只需使用瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)基于 Web的船舶信息管理［3-4］。

2 系統(tǒng)總體框架

本系統(tǒng)主要采用B／S的3層體系結(jié)構(gòu)：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)持久層、業(yè)務(wù)邏輯中間件層（信息集成管理系統(tǒng)服務(wù)端）和客戶端層（包括Web客戶端和Java Bean），利用分布式中間件服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型、顯示、邏輯控制的分層，保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔、清晰。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)持久層是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集導(dǎo)航設(shè)備（如DGPS／GPS、風(fēng)速風(fēng)向儀、測深儀、電羅經(jīng)、計(jì)程儀等）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)［5］、機(jī)艙實(shí)時(shí)監(jiān)控信息（如主機(jī)／輔機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油艙液位、主機(jī)滑油壓力、綜合報(bào)警信息）［6］，并實(shí)現(xiàn)后臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。船舶信息集成管理系統(tǒng)服務(wù)端實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的處理，一方面同動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通信，完成數(shù)據(jù)的接收、處理及存儲(chǔ)管理，另一方面通過與遠(yuǎn)程客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互?？蛻舳藢訉?shí)現(xiàn)綜合信息發(fā)布及業(yè)務(wù)管理。

系統(tǒng)的主要工作流程如下：對于實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)（如導(dǎo)航數(shù)據(jù)、機(jī)艙監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)），動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集導(dǎo)航設(shè)備及機(jī)艙監(jiān)控的數(shù)據(jù)，通過Socket接口與遠(yuǎn)程Web客戶端通信（內(nèi)嵌 Java Applet及 Ajax 技術(shù)）［7］， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及刷新；對于非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如船務(wù)管理、公共信息等），客戶端通過RMI接口實(shí)現(xiàn)與船舶信息集成管理系統(tǒng)服務(wù)端通信。

3 船舶信息集成管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本節(jié)將詳細(xì)描述基于Web的船舶信息集成管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先介紹系統(tǒng)的主要功能組成，接著描述系統(tǒng)服務(wù)端的設(shè)計(jì)，最后是Web客戶端的設(shè)計(jì)。

3.1 系統(tǒng)功能組成

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集及顯示、船務(wù)管理、公共信息等業(yè)務(wù)應(yīng)用的綜合集成，圖2所示為系統(tǒng)的功能組成圖，其主要功能模塊如下：

1）公共信息 主要包括文章查詢、公告欄、最新消息、公用知識(shí)庫、今日天氣、論壇交流和生活?yuàn)蕵?、監(jiān)視監(jiān)視系統(tǒng)／光電取證系統(tǒng)的集成等；

2）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集及顯示 包括機(jī)艙監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集及顯示、導(dǎo)航氣象信息實(shí)時(shí)采集及顯示；

3）船務(wù)管理 包括人事管理、維修保養(yǎng)計(jì)劃和設(shè)備備品／備件管理等；

4）后臺(tái)管理 僅供系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括管理員密碼修改／注銷、系統(tǒng)訪問權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理。

3.2 系統(tǒng)服務(wù)端設(shè)計(jì)

系統(tǒng)服務(wù)端是整個(gè)船舶信息集成管理系統(tǒng)的核心節(jié)點(diǎn)，采用面向?qū)ο蠹澳K化的設(shè)計(jì)模式，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，主要UML類如圖3所示［8］。

對于非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，每個(gè)模塊使用單獨(dú)的Manager處理，以上模塊通過JDBC接口從數(shù)據(jù)庫讀取信息，并作為RMI Server注冊到服務(wù)器中，Web客戶端利用 Java Bean［9］，通過遠(yuǎn)程調(diào)用 RMI接口實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程服務(wù)端程序通信。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集導(dǎo)航設(shè)備及機(jī)艙監(jiān)控的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過Socket接口發(fā)送到遠(yuǎn)程Web客戶端，其中客戶端導(dǎo)航信息的顯示采用基于XML的Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新，由于機(jī)艙監(jiān)控需要圖形化的儀表動(dòng)態(tài)顯示，客戶端采用Java applet方式；系統(tǒng)服務(wù)端主要采用MonitorServer模塊處理動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，該模塊在固定的端口監(jiān)聽客戶端連接請求，連接請求建立后將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。

3.3 Web 客戶端設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用業(yè)務(wù)邏輯與視圖分開的方式，如果用戶對客戶端視圖有特殊需求，可根據(jù)用戶的要求，簡單地更改視圖部分，系統(tǒng)總體架構(gòu)可保持不變，從而保證系統(tǒng)良好的可維護(hù)性。

導(dǎo)航數(shù)據(jù)要求Web頁面能及時(shí)地更新并顯示數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的請求／響應(yīng)的方式需要進(jìn)行整個(gè)頁面的刷新，Ajax技術(shù)提供與Web服務(wù)器異步通信的能力；機(jī)艙監(jiān)控客戶端采用Java applet實(shí)現(xiàn)，每個(gè)applet啟動(dòng)一個(gè)接收線程實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)服務(wù)端通信，獲取數(shù)據(jù)后對機(jī)艙監(jiān)控圖形化的儀表進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。

4 應(yīng)用實(shí)例

在具體實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)的UML建模工具使用Rational Rose 2003， 開發(fā)平臺(tái)為 Java 1.6.0，Web服務(wù)器使用Tomcat 4.1.24，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用MS SQL Server 2000。目前該系統(tǒng)已在成功應(yīng)用在某型的多艘巡邏艦的設(shè)計(jì)中。

在瀏覽器中輸入Web服務(wù)器的地址，進(jìn)入客戶端的主界面，如圖4所示。首頁頂端為系統(tǒng)功能導(dǎo)航條，其中艦務(wù)信息、機(jī)艙監(jiān)控、監(jiān)視系統(tǒng)視頻和后臺(tái)管理要求授權(quán)，后臺(tái)管理功能只供系統(tǒng)管理員操作使用，對后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理維護(hù)；導(dǎo)航氣象信息實(shí)時(shí)顯示經(jīng)度、緯度、時(shí)間、航向、水深、風(fēng)速、風(fēng)向等導(dǎo)航信息。

圖5所示為機(jī)艙監(jiān)控的主機(jī)／輔機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速圖，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所有主機(jī)及輔機(jī)的轉(zhuǎn)速。該圖上方為機(jī)艙監(jiān)控的功能導(dǎo)航條，包括燃油艙液位、冷卻水水溫、主機(jī)滑油壓力等，另外油料使用分析和航行里程預(yù)測可提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理功能。

5 結(jié) 論

本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于Web的船舶信息集成管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶導(dǎo)航氣象和機(jī)艙監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、船務(wù)管理、公共信息、后臺(tái)數(shù)據(jù)管理等各類船舶業(yè)務(wù)應(yīng)用的綜合集成，接入船舶網(wǎng)絡(luò)中的任何計(jì)算機(jī)或顯控臺(tái)，只需采用客戶端的瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)基于Web的船舶信息集成管理。實(shí)際的工程應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有實(shí)用性較強(qiáng)、系統(tǒng)可靠性高、以及擴(kuò)展性靈活等優(yōu)點(diǎn)。

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Design and Implementation of Web-Based Ship Information Integrated Management System

Ning Xiao－min Yang Bin Wang YiXie Wei

China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China

This paper proposes a web－based ship information integrated management system.A uniform information management supporting platform is constructed in the system.It integrates with data acquisition of marine navigation devices and engine room，ship management，and common information management.Ship information can be acquired through the popular Browser ／Server method.The system has been successfully applied to several patrol and maritime ships.It possesses several merits， such as good practicability and scalability， which has been proven in the engineering practice.

engine room monitoring； ship navigation；supervisory control and data acquisition； information integration

U662.9

A

1673－3185（2011）03－99－04

10.3969/j.issn.1673-3185.2011.03.021

2010-07-29

寧小敏（1978－），男，博士研究生。研究方向：艦船平臺(tái)信息化。E-mail：ningxm＠hotmail.com

陽 斌（1973－），男，高級工程師。研究方向：艦船通信技術(shù)、艦船平臺(tái)信息化。