劉 勝，邢博聞，陳 瀟（. 哈爾濱工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 5000；. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇四研究所，上海 0003）

船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)方案研究

劉 勝1，邢博聞1，陳 瀟2
（1. 哈爾濱工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150001；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇四研究所，上海 200031）

為緩解因船舶平臺(tái)內(nèi)所涉?zhèn)鞲衅?執(zhí)行器數(shù)量增加所產(chǎn)生的船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信壓力，在充分考慮系統(tǒng)能達(dá)性/能觀性基礎(chǔ)上，提出船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流長度的普適判據(jù)，并結(jié)合執(zhí)行器實(shí)時(shí)物理特性對(duì)執(zhí)行器數(shù)據(jù)流通信內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定；與此同時(shí)，通過提出一種基于傳感器當(dāng)次變值及上次估計(jì)誤差為索引的雙指標(biāo)評(píng)價(jià)方法對(duì)傳感器數(shù)據(jù)流通信內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)。從而完成了對(duì)船舶信息系數(shù)據(jù)流整體設(shè)計(jì)方案的研究，在縮短數(shù)據(jù)流長度的前提下，保證了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息采集、處理及應(yīng)用的客觀需求，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)資源、提升系統(tǒng)性能，并通過舉例方式對(duì)其工作流程進(jìn)行較為完整的分析。

船舶信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)流；能觀性分析；傳感器數(shù)據(jù)調(diào)度

0 引 言

隨著船舶技術(shù)的發(fā)展，船載設(shè)備的種類及功能得到進(jìn)一步完善，這在極大程度上豐富了船舶的適用范圍，提升了船舶作為一個(gè)高集成度的一體化載體的智能化程度。然而不可否認(rèn)，隨著船載設(shè)備所涉?zhèn)鞲衅?執(zhí)行器數(shù)量的增多，船舶各系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間所需傳遞的數(shù)據(jù)信息數(shù)量不斷增加，這在極大程度上加重了各系統(tǒng)的通信負(fù)擔(dān)，也增大了其通信線路的鋪設(shè)難度。與此同時(shí)，船舶一體化平臺(tái)對(duì)各系統(tǒng)信息進(jìn)行綜合分析、處理及決策的客觀需求，也促使船舶框架研究人員對(duì)船舶各系統(tǒng)的通信線路進(jìn)行整合，進(jìn)而衍生出其在船舶信息系統(tǒng)（Ship Information System，SIS）領(lǐng)域的研究。不失普遍性，船舶信息系統(tǒng)架構(gòu)可概括為命令控制接口（Command Control Interface，CCI）及其與全船層面上各傳感器/執(zhí)行器間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)［1］。目前比較常見并已應(yīng)用到實(shí)船上的船舶信息系統(tǒng)包括RICE［2］，Ship System 2000［3］，GEDMS［4］及TSCE［5］等。在文獻(xiàn)［6］中，本文作者曾對(duì)行業(yè)內(nèi)船舶信息系統(tǒng)領(lǐng)域近十幾年的發(fā)展及研究成果進(jìn)行概述并對(duì)其內(nèi)涵進(jìn)行了定義與說明。對(duì)于一個(gè)大規(guī)模的船舶信息系統(tǒng)，隸屬于不同傳感器節(jié)點(diǎn)的多個(gè)傳感器需要進(jìn)行高精度的再次融合。然而目前的研究仍是以船載獨(dú)立系統(tǒng)為對(duì)象進(jìn)行研究，其均在一定程度上忽略了船舶信息系統(tǒng)自身的客觀屬性，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)所能承受的信息負(fù)載能力考慮不足。

在最近幾年中，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室已開發(fā)出一款名為“Volume Sensor”［9］的多感官實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可作為各種實(shí)時(shí)傳感和情景應(yīng)用模板。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［10］中Christian等將該系統(tǒng)應(yīng)用于船舶火災(zāi)探測系統(tǒng)上，并將基于信息的通信協(xié)議引入到一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的船舶傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。文獻(xiàn)［11 - 12］中本文作者結(jié)合已有系統(tǒng)完成了對(duì)船舶信息系統(tǒng)的常見框架及體系結(jié)構(gòu)的建立，但并沒有對(duì)其數(shù)據(jù)流通信過程開展深入研究。

由于船舶信息系統(tǒng)所掛傳感器/執(zhí)行器均隸屬于不同系統(tǒng)，各系統(tǒng)對(duì)信息實(shí)時(shí)性的要求程度不同，如何在節(jié)約系統(tǒng)資源情況下，最大限度的將必要信息采集、發(fā)布成為了船舶信息系統(tǒng)研發(fā)過程中急需考慮的問題。當(dāng)前一般將其歸結(jié)為任務(wù)決策層面，其中比較有代表性的決策方法包括TSCE的ISP （Integrated Ship Plan）。該方法實(shí)現(xiàn)了全船層面下的船舶任務(wù)及指令優(yōu)先級(jí)設(shè)定，并依此對(duì)船舶各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)范。該方法有效提升了船舶信息系統(tǒng)的監(jiān)控效率和可靠性。然而，考慮到船舶信息系統(tǒng)的特異性和復(fù)雜性，在規(guī)范數(shù)據(jù)流長度的情況下，各節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通信周期內(nèi)僅能發(fā)布/獲取部分必需信息，因而增加了數(shù)據(jù)流內(nèi)容分配的必要性。為此，文獻(xiàn)［13］通過對(duì)船舶信息系統(tǒng)能達(dá)性進(jìn)行分析，并在充分考慮執(zhí)行器物理特性的情況下，提出了一種行之有效的船舶信息系統(tǒng)執(zhí)行器通道設(shè)定方案，但是其理想化了執(zhí)行器及通信網(wǎng)絡(luò)之間的通信過程，因而有一定的局限性。

為解決上述問題，本文對(duì)船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)定問題開展研究，在能達(dá)性/能觀性基礎(chǔ)上，提出了船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流長度判據(jù)，并分別提出了對(duì)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)及傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流內(nèi)容的設(shè)定方案。在縮短數(shù)據(jù)流長度的前提下，保證了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息采集、處理及應(yīng)用的客觀需求，進(jìn)而優(yōu)化了系統(tǒng)資源、提升了系統(tǒng)性能。

1 船舶信息系統(tǒng)框架

不失一般性，本文采用如圖 1 所示的船舶信息系統(tǒng)典型框架。各電子系統(tǒng)內(nèi)的被控對(duì)象表示為Q=［Q1，…QJ］。為忽略無關(guān)因素，本文假設(shè)船舶信息系統(tǒng)所涉所有底層自身對(duì)象均具備能控性/能觀性。Qj的狀態(tài)方程如下：

1）執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)及顯示器節(jié)點(diǎn)彼此完全獨(dú)立。

2）對(duì)于單一被控對(duì)象，其所需的所有傳感器信息均由一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)提供，其所涉執(zhí)行器也均連接在一個(gè)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)協(xié)同問題將作為今后的一個(gè)研究方向開展。與 Qj相關(guān)的傳感器節(jié)點(diǎn)表示為 SNj，其數(shù)據(jù)流用 SDj表示；執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)表示為 ANj其數(shù)據(jù)流用 ADj表示。

3）各數(shù)據(jù)流具備統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，即不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流長度相同。

圖 1 船舶信息系統(tǒng)典型框架Fig. 1 Typical structure of SIS

4）傳感器節(jié)點(diǎn) SNj一次僅能將個(gè)傳感器信息錄入數(shù)據(jù)流中，且有即 CCI 在一次通信中僅能從 SNj處獲取有限的數(shù)據(jù)信息。執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)一次僅能獲取個(gè)執(zhí)行器控制指令，且有

1.1 選取隊(duì)列

對(duì)于 i=1，2…，pj，采用二值函數(shù)表示其傳感器 Sij在 k 時(shí)刻被添加近數(shù)據(jù)流 SDj的狀態(tài)，即其中“1”表示信息被添加如數(shù)據(jù)流，“0”表示未被添加。本文中，作者采用一種選取隊(duì)列被控對(duì)象所涉 pj個(gè)傳感器信息被添加如 SDj情況。毫無疑問，SDj的數(shù)據(jù)長度完全取決于的數(shù)值大小。

就傳感器 Sji而言，其輸出 yji（k） 能被船舶信息系統(tǒng)應(yīng)用的先決條件是其信息被添加入數(shù)據(jù)流 SDj并被信息系統(tǒng)采納，即否則船舶信息系統(tǒng)將視該傳感器信息不可用，此時(shí)其數(shù)據(jù)信息將由估計(jì)值代替，其確定方法將在后續(xù)章節(jié)進(jìn)行闡述與分析。船舶信息系統(tǒng)在 k 時(shí)刻所真實(shí)采用的 Sji信息表示為且有：

其中

采用表述執(zhí)行器 Aji能否獲取有效的控制指令，且有假設(shè)船舶信息系統(tǒng)運(yùn)算出的控制指令表示為，則有：

結(jié)合式（2）和式（3），式（1）可拓展為如下表達(dá)形式：

1.2 問題描述

為此本文所解決的問題可概括為：

2）提出合適的調(diào)度算法以從 pj傳感器中挑選個(gè)傳感器并將其數(shù)據(jù)添加入傳感器數(shù)據(jù)流；

3）提出合適的選取方法以從 mj執(zhí)行器中挑選個(gè)執(zhí)行器控制指令，并將其添加入執(zhí)行器數(shù)據(jù)流。

2 數(shù)據(jù)流長度設(shè)計(jì)

首先開展對(duì)對(duì)象（4）能觀性的分析，并將其拓展到能達(dá)性分析過程。為考慮傳感器選取問題對(duì)系統(tǒng)能觀性的影響，首先假設(shè)可證明，當(dāng)且僅當(dāng)rank（R） = nj時(shí)，被控對(duì)象（4）在 ［0，kf］ 可觀，其中：

定理1 假設(shè) Aj（k） 可逆，將 kf表示為 kf=α × nj+ β，其中，β = 1，…，nj–1。如果滿足如下條件之一，則被控對(duì)象（4）在 ［0，kf］ 能觀測。

① 取 Lj= Lj0；

② 用 Lj 1內(nèi)的行替代 Lj內(nèi)的并保證 rank = Lj（nj），由于 rank = Lj（nj），該種替代方法可時(shí)刻成立

③ 對(duì)于 i=2，…，用 Lji內(nèi)的行替代 Lj內(nèi)的并時(shí)刻保持 rank =（Lj）nj

上述替代方法的結(jié)果是 Lj均包含來自內(nèi)的且保證 rank = Lj（nj）。 該方法即可在每個(gè)中選取行的情況下選取 nj個(gè)線性無關(guān)項(xiàng)。基于上述方法，可重構(gòu) R 的右端為。進(jìn)而可從選取個(gè)線性無關(guān)項(xiàng)。在此之后，若處獲取另外個(gè)線性無關(guān)項(xiàng)，為此總共可選取的線性無關(guān)項(xiàng)數(shù)量為由此可見當(dāng)時(shí)，被控對(duì)象（4）在 ［0，kf］ 上可觀。另一方面若處盡可獲取 β 個(gè)線性無關(guān)項(xiàng)，為此所能選取的線性無關(guān)項(xiàng)總數(shù)為由此可見當(dāng)時(shí)，被控對(duì)象（4）在［0，kf］ 上可觀。

為降低船舶信息系統(tǒng)冗余程度并節(jié)約數(shù)據(jù)流資源，本文選取滿足條件 A 或 B 的最小為添加入每個(gè)數(shù)據(jù)流 SDj中的傳感器數(shù)量。

推論1 假定 Aj可逆且（1）能觀，存在可確定的整數(shù)用以構(gòu)建一個(gè)選取隊(duì)列來保證被控對(duì)象（4）對(duì)于給定的整數(shù) loj，loj步能觀測。

3 數(shù)據(jù)流內(nèi)容設(shè)計(jì)

3.1 執(zhí)行器數(shù)據(jù)流內(nèi)容設(shè)計(jì)

基于上述推論，對(duì)于給定 lcj步能達(dá)對(duì)象（4），可推算出其執(zhí)行器數(shù)據(jù)流長度所需添加的控制指令數(shù)量，進(jìn)而確定數(shù)據(jù)流長度。接下來本文通過考慮執(zhí)行器物理特性提出了船舶信息系統(tǒng)執(zhí)行器數(shù)據(jù)流內(nèi)容的取舍標(biāo)準(zhǔn)。為此須以執(zhí)行器實(shí)時(shí)工作情況為指標(biāo)將船舶信息系統(tǒng)執(zhí)行器定義 KⅠ類（“倔強(qiáng)”）執(zhí)行器及 KⅡ類（“依從”）執(zhí)行器。

定義 4. 對(duì)于執(zhí)行器 Aji，若其在 k 時(shí)刻仍處于執(zhí)行前次控制指令階段，而忽視當(dāng)前控制指令 uji（k），則稱 Aji在 k 時(shí)刻為 KⅠ類（“倔強(qiáng)”）執(zhí)行器，反之則為 KⅡ類（“依從”）執(zhí)行器。對(duì)任意正常工作 Aji而言，若其處于待機(jī)（無可執(zhí)行控制指令）階段，則其必為 KⅡ類。

結(jié)合圖 1，可知當(dāng)且僅當(dāng)如下條件之一成立時(shí)，執(zhí)行器 Aji在 k 時(shí)刻為 KⅠ類。

① Aji伺服系統(tǒng)存在緩存器，且被設(shè)定為在完成前條指令前，忽視所有當(dāng)前指令；

積極推進(jìn)全域旅游開發(fā)是降低分時(shí)度假經(jīng)濟(jì)成本走出“無錢度假”之困境的必經(jīng)之路。通過推進(jìn)全域旅游，開發(fā)新的旅游資源，打開供給端，均衡供需關(guān)系，避免出現(xiàn)因供需不平衡出現(xiàn)的價(jià)格虛高現(xiàn)象，可降低度假的經(jīng)濟(jì)成本，提升度假體驗(yàn)感從而多角度的有效刺激當(dāng)?shù)叵M(fèi)。積極推進(jìn)全域旅游，要求各地方政府加強(qiáng)合作，通過消費(fèi)宣傳引導(dǎo)聯(lián)動(dòng)地區(qū)間全域旅游?？梢酝ㄟ^各省份之間的聯(lián)動(dòng)合作，以“城城聯(lián)動(dòng)”為形式，通過開行旅游專列，帶動(dòng)地區(qū)間旅游業(yè)的發(fā)展以此推動(dòng)各省推行全域旅游，既能為降低分時(shí)度假的經(jīng)濟(jì)成本也能通過官方宣傳為分時(shí)度假正名。

② CCI 將控制指令 uji（k） 添加入 ADj，但被 ANj屏蔽，未發(fā)送到 Aji；

③ CCI 未將控制指令 uji（k） 添加入 ADj。

條件 ① 情況下為 Aji主動(dòng) KⅠ類，② 和 ③ 情況下為被動(dòng) KⅠ類。為節(jié)約系統(tǒng)資源，本文所提出的船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)定方案，將條件 ③ 作為 KⅠ類的實(shí)施方法。可知，在執(zhí)行器數(shù)據(jù)流內(nèi)容設(shè)定過程中，應(yīng)盡量篩除針對(duì) KⅠ類的控制指令。根據(jù) SIS 對(duì)Aji當(dāng)前指令運(yùn)行情況的掌控程度，KⅠ類的設(shè)定判據(jù)如下：

1）基本規(guī)則

若 Aji當(dāng)前指令運(yùn)行情況不可知，則須設(shè)定物理屬性變量及其定義如下：其中表示執(zhí)行器 Aji從 uji（k-1）運(yùn)行到 uji（k） 所需的物理時(shí)間，為 SIS 循環(huán)周期。z0為 Aji的運(yùn)行初始值。與分別表示個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，Aji所能運(yùn)行到的最大、最小值。為此，KⅠ的基本設(shè)定規(guī)則為：

其中 rji表示執(zhí)行器從 uji（k-1） 運(yùn)行到 uji（k） 狀態(tài)所需的步數(shù)，且需要說明的是，當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)可視

2）附加規(guī)則

在上述規(guī)則基礎(chǔ)上，若 Aji當(dāng)前指令運(yùn)行情況可知，其表示為則有如下附加規(guī)則：

基于上述規(guī)則，船舶信息系統(tǒng)執(zhí)行器數(shù)據(jù)流內(nèi)容的添加原則為優(yōu)先添加 KⅡ類執(zhí)行器的控制指令，若其數(shù)量小于則添加面向 KⅠ的控制指令，但其指令內(nèi)容維持為上次輸入值，相似的方法可參照文獻(xiàn)［13］。

3.2 傳感器數(shù)據(jù)流內(nèi)容設(shè)計(jì)

提出了一種基于雙指標(biāo)評(píng)價(jià)方法的傳感器數(shù)據(jù)信息的選取方案。

1）傳感器變值指標(biāo)

對(duì)于 i = 1，…，pj，采用二值函數(shù)表示傳感器 Sji的變量指標(biāo)。當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，其中表示?y傳感器 Sji上一?＞次ε獲取權(quán)限添加入數(shù)據(jù)流 SDj中的傳感器信息。為閾值，表示當(dāng)傳感器所示數(shù)值變量超過閾值時(shí)，其變量指標(biāo)為 1，否則為 0。當(dāng)時(shí)，本文將 Sji標(biāo)記為類傳感器。且有傳感器變量指標(biāo)由各傳感器節(jié)點(diǎn)確定。與此同時(shí)，本文定義

2）傳感器偏差指標(biāo)

對(duì)于 i = 1，…，pj，采用二值函數(shù)表示傳感器 Sji的偏差指標(biāo)，其取值由傳感器 Sji的與的差值確定。當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，有其中是 C C I ?對(duì)＞φ于的估計(jì)值。為閾值，其表示當(dāng)上次 CCI實(shí)際采用的 Sji數(shù)值與其估計(jì)量的差值若大于則其在 k 步的偏差指標(biāo)否則為 0。由于篇幅有限，本文將不對(duì)傳感器信息最優(yōu)估計(jì)方法進(jìn)行贅述，可參照作者之前的研究成果［15］。傳感器偏差指標(biāo)由CCI 確定，并且通過信息讀取指令 SCj（k） 發(fā)送到SNj。

3）傳感器信息調(diào)度方法

基于上述雙評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出一種傳感器信息調(diào)度方法。為此，定義優(yōu)先級(jí)函數(shù)其數(shù)值大小決定了 CCI 對(duì)傳感器 Sji的需求程度。當(dāng) CCI 獲取到來自 Sji信息時(shí)，重置為 0。信息讀取指令 SNj為如定義 1 結(jié)構(gòu)的選擇隊(duì)列，且有。本文選出優(yōu)先級(jí)函數(shù)數(shù)值較大的個(gè)傳感器，并設(shè)定否則為 0。若 Sji所對(duì)應(yīng)的則稱該傳感器為類傳感器。

當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn) SNj從 CCI 獲取 SCj（k），可由及另一隊(duì)列確定。其中，且滿足，否則即，?λ當(dāng) CCI 在 k-1 步發(fā)布了針對(duì)傳感器 Sji的采集指令，但該信息未被節(jié)點(diǎn)添加入 SDj中時(shí)，為此，本文將此類傳感器標(biāo)記為類傳感器。定義如下 4 類傳感器工作情況，即

本文所提出的傳感器數(shù)據(jù)流信息調(diào)度方法如下：

4 例 證

以 1 艘中型船舶的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)為例，對(duì)上文提出的船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。該系統(tǒng)執(zhí)行器包括雙舵（包含舵鰭）、雙槳及一對(duì)減搖鰭（包含翼鰭），系統(tǒng)狀態(tài)空間方程形式為其狀態(tài)量包括其中 V、及分別表示船舶航速、航向及橫搖。由于篇幅有限，船舶運(yùn)動(dòng)模型及控制策略的研究可參照作者之前的研究成果［1 1 – 1 2］，其執(zhí)行器包括其中分別表示左主/翼舵、右主/翼舵、主/翼鰭及左右槳，僅在上式中分別表示舵角、鰭角及螺旋槳轉(zhuǎn)速。

假設(shè)系統(tǒng) Q1需滿足 15 步能達(dá)，且起始時(shí)刻為k0，為此執(zhí)行器數(shù)據(jù)流設(shè)定方法為：根據(jù)推論 1，可設(shè)kf= 7；由于 kf= αn1+ β，n1= 6，則可知 α = 1，β = 1；基于章節(jié) 2 所述定理及推論可知，即表示：若當(dāng)每個(gè)執(zhí)行器流中至少包括 5 個(gè)執(zhí)行器的控制指令，則系統(tǒng)可滿足 15 步能達(dá)，在此過程中每個(gè) KⅡ執(zhí)行器具備相同獲取控制指令的權(quán)限，且均高于 KⅠ執(zhí)行器權(quán)限。

基于同樣的被控系統(tǒng)，假定其包含 8 個(gè)須被采集傳感器，即其中分別表示左舵舵角、右舵舵角、鰭角及左右槳轉(zhuǎn)速。在此假設(shè)系統(tǒng)需要 25 步能觀。首先基于推論 1，對(duì)于 l1o= 25，可設(shè) kf= 13；由于 kf= αn1+ β 且 n1= 6 進(jìn)而求出 α = 2、β = 1；最后根據(jù)定理 1，可知即表示：若當(dāng)每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)流中至少包括 5 個(gè)傳感器的相應(yīng)數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)可滿足 25 步能觀。進(jìn)一步設(shè)定及數(shù)值如下：

5 結(jié) 語

在充分考慮系統(tǒng)能達(dá)性/能觀性基礎(chǔ)上，提出船舶信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流長度的普適判據(jù)，并分別提出面向執(zhí)行器及傳感器數(shù)據(jù)流內(nèi)容的選取方法。從而完成了對(duì)船舶信息系數(shù)據(jù)流整體設(shè)計(jì)方案的研究，在縮短數(shù)據(jù)流長度的前提下，保證了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息采集、處理及應(yīng)用的客觀需求，進(jìn)而優(yōu)化了系統(tǒng)資源、提升了系統(tǒng)性能，并為船舶信息系統(tǒng)的后續(xù)研究提供了理論基礎(chǔ)。

[1]GEER D W. Total ship real time control: an operational necessity whose time has come［J］. Naval Engineers Journal， 1998，110（1）: 225–234.

[2]LISTER J R， ROSIE J D. A digital maritime integrated internal communication system［J］. Journal of Naval engineering，1995， 35（3）: 504–519.

[3]KLLBERG B， STRHLE R. Ship system 2000， a stable architecture under continuous evolution［C］//Proceedings of the 6th Ada-Europe International Conference on Reliable Software Technologies. Berlin Heidelberg: Springer， 2001: 371–379.

[4]MEIER S J， MANFREDI A. Gigabit ethernet data multiplex system （GEDMS）-enabling the net-centric evolution of navy combatants［C］//Proceedings of the 2006 IEEE Conference on Military Communications. Washington DC， USA: IEEE， 2006: 1–7.

[5]HENRY M， IACOVELLI M， THATCHER J. DDG-1000 engineering control system （ECS）［C］//Proceedings of the ASNE Intelligent Ship VIII Symposium. Philadelphia， USA: ASNE，2009.

[6]LIU S， XING B W， LI B， et al. Ship information system: overview and research trends［J］. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering， 2014， 6（3）: 670–684.

[7]LI Z X， YAN X P， GUO Z W， et al. A new intelligent fusion method of multi-dimensional sensors and its application to tribo-system fault diagnosis of marine diesel engines［J］. Tribology Letters， 2012， 47（1）: 1–15.

[8]LIU S， WANG M J， ZHANG L Y. Research on information fusion of infrared and radar sensor based on SVM［C］//Proceedings of the 2012 International Conference on Measurement， Information and Control （MIC）. Harbin， China: IEEE， 2012: 98–101.

[9]MINOR C P， JOHNSON K J， ROSE-PEHRSSON S L， et al. Data fusion with a multisensor system for damage control and situational awareness［C］//Proceedings of the 2007 IEEE Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance. London， UK: IEEE， 2007: 313–317.

［10］MINOR C， STEINHURST D， ROSE-PEHRSSON S， et al. Multisensor system for fire detection and situational awareness［R］. SPIE Newsroom， 2007.

［11］LIU S， XING B W， LI B. Development actuality and key technology of networked control system［C］//Proceedings of the 32nd Chinese Control Conference. Xi'an， China: IEEE， 2013: 6692–6697.

［12］LIU S， XING B W， ZHI P F， et al. Design of semi-physical simulation platform for ship cooperative control system［C］//Proceedings of the 11th world congress on Intelligent Control and Automation （WCICA）. Shenyang， China: IEEE， 2014: 5962–5966.

［13］XING B W， LIU S， ZHU W L. Actuator channel setting strategy for ship information systems based on reachability analysis and physical characteristic［C］//Proceedings of the 2015 IEEE 15th International Conference on Environment and electrical Engineering. Rome， Italy: IEEE， 2015: 932–937.

［14］ZHANG L， HRISTU-VARSAKELIS D. Communication and control co-design for networked control systems［J］. Automatica， 2006， 42（6）: 953–958.

［15］LIU S， YANG D， Su X， et al. The vertical motion state estimation of hydrofoil catamaran based on improved UKF［C］//Proceedings of the 32nd Chinese Conference on Control Conference. Xi′an， China: IEEE， 2013: 4618–4622.

Design of data flow for ship information system

LIU Sheng1， XING Bo-wen1， CHEN Xiao2
（1. College of Automation， Harbin Engineering University， Harbin 15001， China；2. The 704 Research Institute of CSIC， Shanghai 200031， China

In this article， the length and content setting problem of data flow in ship information system （SIS） structure are considered. Reachability and observability analysis methods are proposed to shorten the length of data flow without affecting the expected performance of SIS. According to the determined data flow length， we present task execution time of actuator is considered in its data flow setting strategy for farther optimized design， after that a scheduling algorithm to set the content of sensor data flow. This scheduling algorithm is based on a double index evaluation method which include the variation of sensor data during assigned steps and the deviation between estimated value and real value of observation. Besides these， algorithm examples are provided as well.

ship information system；data flow；observability analysis；scheduling algorithm

TP14

A

1672 – 7619（2016）04 – 0110 – 06

10.3404/j.issn.1672 – 7619.2016.04.022

2015 – 08 – 24；

2015 – 12 – 14

劉勝（1957 – ），男，教授，從事自動(dòng)控制理論及應(yīng)用、隨機(jī)系統(tǒng)最優(yōu)估計(jì)與控制、船舶航行與姿態(tài)控制、魯棒智能控制系統(tǒng)領(lǐng)域研究工作。