嚴 巖, 陳添錚, 何 偉

(1.福建信息職業(yè)技術(shù)學院，福建 福州 350001；2.福州市海洋與漁業(yè)技術(shù)中心，福建 福州 350001;3.閩江學院經(jīng)濟與管理學院，福建 福州 350108)

引言

在海洋變化的環(huán)境下，漁港漁船出海具有不可預測性，需要進行漁港漁船安全監(jiān)管優(yōu)化設計，結(jié)合海洋變化進行漁港漁船安全監(jiān)管和可追溯系統(tǒng)設計，提高漁港漁船安全監(jiān)管能力[1].相關(guān)的海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)設計方法研究受到人們的極大關(guān)注[2].

馮如等[3]研究FDA事故致因模型在海上船舶碰撞事故安全管理中的運用，從個體運行漁船、海運事業(yè)到海事局三個方面進行安全信息視角下事故成因的分析，以此構(gòu)建海上漁船安全監(jiān)管致因模型，完成船舶碰撞事故安全檢測.陳惠紅等[4]研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶危險品貨物監(jiān)測系統(tǒng)，首先提出以RFID技術(shù)和GPS定位技術(shù)設計了船舶危險品貨物監(jiān)測系統(tǒng)，然后設計嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡檢測方案，最后完成船舶危險品貨物實時檢測.雖然上述研究取得一定進展，但在海洋環(huán)境變化下，對漁港漁船安全監(jiān)管研究不足，為此提出基于嵌入式模糊信息調(diào)度的海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)設計方案.結(jié)合模糊信息調(diào)度方法進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯信息處理設計，系統(tǒng)主要功能模塊有漁港漁船安全監(jiān)管信息采集模塊、嵌入式模糊信息調(diào)度模塊、交叉編譯模塊、遠程監(jiān)控模塊、視頻信息分析模塊和人機交互模塊，首先進行了總體構(gòu)架和功能模塊分析，然后進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的硬件模塊化開發(fā)和軟件開發(fā)設計，最后進行仿真測試分析，得出有效性結(jié)論.

1 漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)總體構(gòu)架設計

對漁港漁船安全監(jiān)管設計是建立在系統(tǒng)的軟件平臺設計基礎上[5]，結(jié)合嵌入式的信息處理模塊，進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)優(yōu)化構(gòu)造，采用交叉編譯技術(shù)，進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的人機交互設計，采用模糊信息處理技術(shù)，進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管和可追溯設計.

1.1 系統(tǒng)的總體設計構(gòu)架

為了實現(xiàn)海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管和可追溯控制，構(gòu)建海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管系統(tǒng)的總體構(gòu)架，采用嵌入式的Linux進行系統(tǒng)的集成模塊設計，進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯控制，構(gòu)建海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的基陣模塊[6].采用收發(fā)轉(zhuǎn)換控制方法進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管和功率放大控制，建立海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的人機交互模塊，采用嵌入式的集成控制方法，進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)人機交互設計，在嵌入式的Linux平臺中進行系統(tǒng)的總體設計構(gòu)架，采用構(gòu)架協(xié)議進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的總線開發(fā)，系統(tǒng)的總體設計構(gòu)架如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體設計構(gòu)架

采用一個32位RISC型指令集進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的軟件設計，通過雙16位的人機接口進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的人機交互設計，設計累加器(MAC)進行系統(tǒng)的程序交叉編譯，采用PCI總線控制方法，在嵌入式總線中進行漁港漁船安全監(jiān)管信息采集，采用ADSP-BF537BBC-5A實現(xiàn)海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管的集成信息處理，得到系統(tǒng)的總線控制模型如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)的總線控制模型

1.2 功能模塊分析

結(jié)合模糊信息調(diào)度方法進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯信息處理設計，系統(tǒng)主要功能模塊有漁港漁船安全監(jiān)管信息采集模塊、嵌入式模糊信息調(diào)度模塊、交叉編譯模塊、遠程監(jiān)控模塊、視頻信息分析模塊和人機交互模塊，漁港漁船安全監(jiān)管信息采集實現(xiàn)對物理信息采樣和海洋信息采集功能，在嵌入式的集成信息處理模塊實現(xiàn)海洋環(huán)境變化下漁港漁船工況信息采樣，采用嵌入式的交叉編譯技術(shù)進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的程序編譯，在MCU控制單元進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的APP控制[7]，系統(tǒng)的功能模塊化構(gòu)成如圖3所示.

圖3 系統(tǒng)的功能模塊化構(gòu)成

2 系統(tǒng)的開發(fā)設計與實現(xiàn)

在上述進行了系統(tǒng)的總體構(gòu)架設計的基礎上，進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的硬件開發(fā)設計.結(jié)合模糊信息調(diào)度方法進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯信息處理設計，系統(tǒng)主要功能模塊有漁港漁船安全監(jiān)管信息采集模塊、嵌入式模糊信息調(diào)度模塊、交叉編譯模塊、遠程監(jiān)控模塊、視頻信息分析模塊和人機交互模塊，對各個模塊進行硬件設計.

2.1 漁港漁船安全監(jiān)管信息采集模塊

漁港漁船安全監(jiān)管信息采集模塊采用嵌入式傳感信息采樣方法進行物理信息采集，結(jié)合信息跟蹤識別方法，進行漁港漁船安全監(jiān)管信息融合處理.同時利用交叉編譯控制的方法，進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯的網(wǎng)絡控制[8].在ZigBee協(xié)議下，建立漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的中央控制器，結(jié)合模糊信息調(diào)度方法，進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的AD信息采集，得到漁港漁船安全監(jiān)管可追溯信息采集模塊，如圖4所示.

圖4 漁港漁船安全監(jiān)管可追溯信息采集模塊

2.2 嵌入式模糊信息調(diào)度模塊

嵌入式模糊信息調(diào)度模塊實現(xiàn)對海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)信息集成處理功能，在總線控制協(xié)議下，進行嵌入式模糊信息調(diào)度的嵌入式信息融合，在嵌入式的Linux平臺中進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管的成像控制和信息傳輸，采用專家系統(tǒng)引擎控制的方法進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管的程序加載，使用GPRS模塊進行嵌入式人機交互設計，在Buffer中執(zhí)行交叉編譯控制，在Cache組件中進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管的緩存控制[9]，得到嵌入式模糊信息調(diào)度避障指標的計算公式為：

(1)

式中，Ga1表示嵌入式模糊信息調(diào)度避障指標，M表示嵌入式模糊信息調(diào)度平均傳輸速率，N1、N2分別表示系統(tǒng)輔助參量.在實現(xiàn)海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)信息集成處理能力，嵌入式模糊信息調(diào)度模塊發(fā)揮著重要的作用.

2.3 交叉編譯模塊

交叉編譯模塊結(jié)合VIX總線控制協(xié)議，進行漁港漁船安全監(jiān)管信息采樣和DSP集成信息處理，采用ADSP-BF537作為漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的內(nèi)部時鐘振蕩器，在時鐘輸入模塊中進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的時鐘中斷控制，建立漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的有源晶振，通過外部晶體配合漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的內(nèi)部振蕩電路進行系統(tǒng)的環(huán)境適應性控制[10]，得到交叉編譯模塊的硬件構(gòu)成，獲取交叉編譯處理規(guī)則如公式(2)所示：

Ga2=Ga1×ky(i×l)

(2)

式中，Ga2表示交叉編譯處理規(guī)則，ky表示漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)交叉內(nèi)外監(jiān)測循跡指標，i、l分別表示內(nèi)外兩種循跡方式監(jiān)測指標相關(guān)監(jiān)測系數(shù).

2.4 漁港漁船安全監(jiān)管遠程監(jiān)控模塊

遠程監(jiān)控模塊采用DSP系統(tǒng)進行集成控制，在時鐘電路中采用數(shù)字電路進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的數(shù)字信息處理，設定漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的內(nèi)部時鐘為120 MHz，I/O電壓為3.3 V，漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的最大倍頻數(shù)為64倍，利用繼電保護控制方法進行漁港漁船安全監(jiān)管信息采集過程中的中斷保護控制，根據(jù)直流輸電性能參數(shù)進行遠程監(jiān)控模塊的輸出參數(shù)自適應調(diào)節(jié)，得到遠程監(jiān)控模塊構(gòu)成.

2.5 視頻信息分析模塊和人機交互模塊

視頻信息分析模塊和人機交互模塊是系統(tǒng)的輸出終端，結(jié)合特征信息采樣和模糊信息融合方法，進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯控制，在海洋環(huán)境變化下，進行漁港漁船安全監(jiān)管過程中的大數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化調(diào)度，提高漁港漁船安全監(jiān)管可追溯能力.采用ITU-656 PPI模式識別方法進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的智能控制，采用DS18B20作為海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的外圍器，采用32位嵌入式設計方法進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的輸出人機交互設計，得到人機交互模塊如圖5所示.

圖5 人機交互模塊硬件設計

綜上設計，實現(xiàn)了海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的硬件集成設計.

3 系統(tǒng)測試分析

為了測試設計的海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的應用性能，在集成Visual DSP++仿真平臺中進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的輸出性能測試，采用ADSP-BF537BBC-5A實現(xiàn)漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)，使用ADI公司的EE-NOTE68設計振蕩器進行輸出穩(wěn)定性測試，設定系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換速率為200 kHz，特征采樣率為120 kHz，根據(jù)上述分析和參數(shù)設定，進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性測試，得到結(jié)果如圖6所示.

圖6 漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性

由圖6可知，對比文獻[3]方法、文獻[4]方法，采用本文方法進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)設計的輸出穩(wěn)定性較好，人機交互能力較強，在進行多次數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點的測試中，文獻[3]方法和文獻[4]方法的輸出穩(wěn)定性最高達到79%和70%，本文方法漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性最高達到96%.為進一步驗證本文方法海洋變化環(huán)境下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯能力，利用文獻[3]方法、文獻[4]方法對比試驗所需時間，其時間對比結(jié)果如表1所示：

表1 時間開銷測試對比結(jié)果 s

由表1可知，是利用三種方法進行測試的系統(tǒng)時間開銷，本文方法進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯的時間開銷較短，在最終進行600次實驗時，本文方法所需時間開銷僅僅為14.15 s，相對比文獻[3]方法、文獻[4]方法所需時間較少.

采用數(shù)據(jù)讀寫時序?qū)O港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)監(jiān)測效果進行驗證分析，同時對比文獻[3]方法和文獻[4]方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)讀寫時序，其對比結(jié)果如圖7所示，其中圖7(a)為本文方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)輸入輸出讀寫時序情況，圖7(b)為文獻[3]方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)輸入輸出讀寫時序情況，圖7(c)為文獻[4]方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)輸入輸出讀寫時序情況.

(a)本文方法

(b)文獻[3]方法

(c)文獻[4]方法

圖7 三種方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)讀寫時序輸入輸出對比結(jié)果

由圖7可知，在實際海洋環(huán)境變化下，文獻[3]方法和文獻[4]方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)讀寫時序?qū)嶋H輸入結(jié)果為D1、D2、D3、D4、D5、D6，而輸出結(jié)果分別是D5、D7、D3、D6、D4、D7和D5、D4、D7、D6、D9、D4，與實際輸入結(jié)果一致.而本文方法進行漁港漁船數(shù)據(jù)讀寫時序，其輸入輸出結(jié)果保持一致，其原因是本文在海洋環(huán)境變化下進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)設計時采用構(gòu)架協(xié)議進行漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的總線開發(fā)進行信息集成信息處理.

4 結(jié)論

結(jié)合海洋變化進行漁港漁船安全監(jiān)管和可追溯系統(tǒng)設計，提高漁港漁船安全監(jiān)管能力，采用收發(fā)轉(zhuǎn)換控制方法進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管和功率放大控制，建立海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的人機交互模塊，采用嵌入式的交叉編譯技術(shù)進行海洋環(huán)境變化下漁港漁船安全監(jiān)管可追溯系統(tǒng)的程序編譯，結(jié)合信息跟蹤識別方法，進行漁港漁船安全監(jiān)管信息融合處理，利用繼電保護控制方法進行漁港漁船安全監(jiān)管信息采集過程中的中斷保護控制，根據(jù)直流輸電性能參數(shù)進行遠程監(jiān)控模塊的輸出參數(shù)自適應調(diào)節(jié)和輸出控制.實驗結(jié)果表明，所設計的方法穩(wěn)定性能較好，所需時間開銷較少，時間響應能力較好，同時漁港漁船數(shù)據(jù)輸入輸出結(jié)果保持一致.