一種基于智能手機(jī)的船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明所述船舶航行報警系統(tǒng)采用智能手機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，將智能手機(jī)作為服務(wù)器和測量單元，系統(tǒng)可以測量船舶的航向、航速及經(jīng)緯度等26項船舶信息參數(shù)；可以將測量的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫和寫入文件，可以將測量的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送給船上任意持有配備智能操作系統(tǒng)的設(shè)備的船員，針對船舶信息數(shù)據(jù)中的6項重要數(shù)據(jù)為每個船員提供個性化的報警設(shè)置服務(wù)。系統(tǒng)包括從服務(wù)器、主服務(wù)器和客戶端三部分，三個部分被同一無線局域網(wǎng)覆蓋。
【專利說明】一種基于智能手機(jī)的船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用智能手機(jī)和無線局域網(wǎng)絡(luò)為管理對象的船舶航海信息的處理方法和船舶的航行報警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能手機(jī)的生產(chǎn)和使用量有了大幅的提高，智能手機(jī)已基本得到普及。智能手機(jī)系統(tǒng)和硬件技術(shù)的發(fā)展日新月異，如何進(jìn)一步提升手機(jī)的應(yīng)用價值、開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域成為一個移動終端研究的熱點(diǎn)。如何將新興的智能手機(jī)技術(shù)服務(wù)于航海領(lǐng)域，已成為當(dāng)下航海信息自動化領(lǐng)域內(nèi)的一大熱門話題。
[0003]目前智能手機(jī)的操作系統(tǒng)能很好地支持基于全球定位系統(tǒng)定位、傳感器開發(fā)、地圖顯示的應(yīng)用程序開發(fā)。智能手機(jī)操作系統(tǒng)除了具備全球定位系統(tǒng)模塊外，還集成了多達(dá)13種傳感器接口，使各種與手機(jī)航海信息運(yùn)動狀況相關(guān)的娛樂應(yīng)用成為可能。也正因為手機(jī)傳感器對所處周邊環(huán)境如溫度、氣壓、方向甚至濕度的測量顯示功能而更加方便了人們的日常生活。如參考文獻(xiàn)I提出了一種利用無線網(wǎng)絡(luò)共享船舶航行信息的方法，本發(fā)明在此基礎(chǔ)上設(shè)計船舶航行警報系統(tǒng)。
[0004]基于智能手機(jī)的諸多優(yōu)良特性，本發(fā)明提出一套方案:基于智能手機(jī)的船舶信息采集與報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)用智能手機(jī)的全球定位系統(tǒng)模塊和傳感器設(shè)備，采集多項船舶航行信息，并將部分信息通過局域網(wǎng)發(fā)送給所有手持智能手機(jī)的船員。通過系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)范圍，當(dāng)信息超出警戒范圍時，船員手持的智能手機(jī)以警鈴或振動的方式進(jìn)行報警。該系統(tǒng)小巧便攜，成本低、反應(yīng)靈敏、測量精準(zhǔn)、功能多樣，系統(tǒng)設(shè)置的客戶端報警功能，相當(dāng)于船員隨身攜帶的報警器，可在船舶傾角較大等危急時刻及時向每個船員發(fā)出警告。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于目前主流且發(fā)展勢頭迅猛的智能手機(jī)，設(shè)計一個船舶信息實(shí)時采集與監(jiān)控報警系統(tǒng)，利用手機(jī)的全球定位系統(tǒng)模塊進(jìn)行船舶定位導(dǎo)航、借助多種手機(jī)傳感器測定船舶運(yùn)行航海信息、允許船員設(shè)定個性化的報警功能。該系統(tǒng)不但可以收集船舶信息供船員查看，還可在船舶傾角較大等危急時刻及時向每個船員發(fā)出警告，可以為船員留出更多的逃生時間。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]基于智能手機(jī)的全球定位系統(tǒng)、手機(jī)傳感器和電子海圖以及無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的船舶信息采集與報警系統(tǒng)，在船舶信息的數(shù)字化采集、運(yùn)算處理、網(wǎng)絡(luò)傳遞、集成顯示和多樣化存儲等環(huán)節(jié)都有所涵蓋，為船舶航海信息測定和航行安全開辟了新的途徑。該系統(tǒng)可以測量船舶的航向、航速及經(jīng)緯度，并將其顯示在手機(jī)電子海圖上；可以測量船舶的縱傾角、橫傾角等船舶航海信息；也可以測量甲板的氣溫、氣壓、船首方向等參數(shù)；可以將測量的信息通過網(wǎng)絡(luò)，不受時間空間的限制，發(fā)送給船上任意持有智能手機(jī)的船員，使其能夠?qū)Υ暗暮叫袪顩r進(jìn)行集中監(jiān)控；可以針對船舶信息數(shù)據(jù)中的6項重要數(shù)據(jù)為每個船員提供個性化的報警設(shè)置服務(wù)。
[0008]系統(tǒng)硬件分為三個部分:從服務(wù)器部分，主服務(wù)器部分和客戶端部分，三個部分必須能被同一無線局域網(wǎng)覆蓋。從服務(wù)器和主服務(wù)器分別安裝在船舶前后首尾中心線上同一水平面上，客戶端運(yùn)行在任何能連接局域網(wǎng)的船員隨身攜帶智能手機(jī)中。從服務(wù)器裝置必須具有全球定位系統(tǒng)模塊和氣壓傳感器，主服務(wù)器裝置必須具備全球定位系統(tǒng)模塊，重力、線性加速度、地磁、陀螺儀、氣溫和氣壓等6種傳感器。
[0009]系統(tǒng)軟件由從服務(wù)器、主服務(wù)器和客戶端三個程序構(gòu)成。軟件使用Java語言，在Eclipse環(huán)境中開發(fā)。3部分的程序都是基于電子海圖不同側(cè)重點(diǎn)的二次開發(fā)，都涉及到網(wǎng)絡(luò)操作，都是每隔I秒實(shí)時更新一次數(shù)據(jù)。從服務(wù)器和主服務(wù)器涉及到多個手機(jī)傳感器的使用；從服務(wù)器和客戶端程序都有完善的Π設(shè)計，能夠較為完整地呈現(xiàn)15個相對重要的船舶運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)獲取的參數(shù)客戶端程序為船舶信息中的6個參數(shù)提供了個性化的報警服務(wù)。
[0010]本發(fā)明提供了一種船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)，包括從服務(wù)器、主服務(wù)器、多個無線路由器和多個客戶端，從服務(wù)器為一個智能手機(jī)，包括氣溫傳感器、氣壓傳感器以及從服務(wù)器全球定位模塊、從服務(wù)器船舶位置服務(wù)程序模塊、從服務(wù)器傳感器信息采集模塊、從服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊；主服務(wù)器為一個智能手機(jī)，包括重力傳感器、線性加速度傳感器、地磁傳感器、陀螺儀傳感器、氣溫傳感器和氣壓傳感器等6種傳感器，以及主服務(wù)器全球定位模塊、主服務(wù)器傳感器信息采集模塊、主服務(wù)器船舶位置服務(wù)模塊、主服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊、UI顯示模塊和船舶信息數(shù)據(jù)庫模塊；從服務(wù)器、主服務(wù)器、所述多個無線路由器和所述多個客戶端位于同一個無線局域網(wǎng)內(nèi)，從服務(wù)器、主服務(wù)器、和多個客戶端通過所述無線局域網(wǎng)互相連接，從服務(wù)器和多個客戶端通過無線局域網(wǎng)登錄主服務(wù)器；多個客戶端分別為智能手機(jī)。
[0011]本發(fā)明船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)的特點(diǎn)在于:從服務(wù)器安裝于船首而主服務(wù)器安裝于船尾，或者從服務(wù)器安裝于船尾而主服務(wù)器安裝于船首，從服務(wù)器和主服務(wù)器設(shè)置為在船舶平穩(wěn)時，處于同一水平面上，并且從服務(wù)器和主服務(wù)器的連線與船首尾中心線處在同一縱剖面內(nèi)；從服務(wù)器通過從服務(wù)器氣溫傳感器和從服務(wù)器氣壓傳感器獲取船舶的氣溫值和氣壓值，通過從服務(wù)器全球定位模塊獲取系統(tǒng)時間、船舶緯度、船舶經(jīng)度、船舶海拔、誤差半徑、船舶運(yùn)動方向與船舶運(yùn)動速度，并把系統(tǒng)時間、船舶緯度、船舶經(jīng)度、誤差半徑和船舶海拔的數(shù)值傳送給主服務(wù)器；主服務(wù)器獲取重力的三個方向的分量gx、gy、gz，磁通量三個方向的分量，線性加速度的三個方向上的分量ax、ay、az，陀螺儀的三個方向上的分量ω χ、ω y、ω z，主服務(wù)器位置的環(huán)境溫度t和氣壓p，并且間接獲得船舶縱傾角、船舶橫傾角、船舶動蕩指數(shù)以及主服務(wù)器在地球空間的指向。
[0012]本發(fā)明船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)的進(jìn)一步特點(diǎn)在于:從服務(wù)器每隔I秒，不斷采集全球定位系統(tǒng)的經(jīng)緯度信息，及空氣壓強(qiáng)信息，并向主服務(wù)器發(fā)送經(jīng)緯度信息和空氣壓強(qiáng)信息；主服務(wù)器存儲與之建立連接的從服務(wù)器和所有客戶端的Socket，當(dāng)有全球定位系統(tǒng)位置更新時，將船舶航行信息以Json的數(shù)據(jù)格式傳輸給每一個從服務(wù)器和各個客戶端的Socket ;主服務(wù)器存儲并發(fā)送如下26個船舶信息參數(shù):更新時間、經(jīng)度、緯度、艏艉高度差、誤差半徑、航跡向、航行速度、船艏向、指南針指向、橫傾角、縱傾角、甲板氣溫、甲板氣壓、船舶晃動指數(shù)和搜索到的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)、主服務(wù)器X軸角速度、主服務(wù)器Y軸角速度、主服務(wù)器Z軸角速度、重力X軸分量、重力Y軸分量、重力Z軸分量、主服務(wù)器經(jīng)度、主服務(wù)器緯度、從服務(wù)器經(jīng)度、從服務(wù)器緯度、從服務(wù)器海拔和主服務(wù)器海拔，至從服務(wù)器和各個客戶端；主服務(wù)器、從服務(wù)器和各個客戶端的界面可以顯示所述26個船舶信息參數(shù)中的15個船舶信息參數(shù):更新時間、經(jīng)度、緯度、艏艉高度差、誤差半徑、航跡向、航行速度、船艏向、指南針指向、橫傾角、縱傾角、甲板氣溫、甲板氣壓、船舶晃動指數(shù)和搜索到的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)；主服務(wù)器將所述26個船舶信息參數(shù)更新的數(shù)據(jù)項保存到系統(tǒng)的Sqlite數(shù)據(jù)庫中。
[0013]本發(fā)明船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)的更進(jìn)一步特點(diǎn)在于:各個客戶端包括網(wǎng)絡(luò)模塊、UI模塊、和報警模塊；報警模塊提供聲音和振動報警功能并提供8項報警參數(shù)的設(shè)置:最大航速、最大縱傾角、最大橫傾角、最大動蕩指數(shù)、最小氣壓、最大氣壓、最低氣溫和最高氣溫，報警參數(shù)的變化范圍和報警值如下:
[0014]I)最大航速Okn?30kn，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是20kn，
[0015]2)最大縱傾角0°?15°，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是10°，
[0016]3)最大橫傾角0°?30°，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是15°，
[0017]4)最大晃動指數(shù)O?10，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是5，
[0018]5)最小氣壓950hPa?IOlOhPa,系統(tǒng)默認(rèn)報警值是IOOOhPa,
[0019]6)最大氣壓IOOOhPa?1060hPa，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是1020hPa，
[0020]7)最低氣溫_40°C?60°C，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是(TC，
[0021]8)最高氣溫_40°C?60°C，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是30°C ；
[0022]報警參數(shù)的變化范圍和報警值可以自行設(shè)置；當(dāng)上述8項報警參數(shù)之一觸及相應(yīng)報警值時，報警模塊發(fā)出聲音和振動報警。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0023]圖1系統(tǒng)ER圖
[0024]圖2系統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
[0025]圖3系統(tǒng)涉及的信息處理環(huán)節(jié)示意圖
[0026]圖4從服務(wù)器信息流向圖
[0027]圖5從服務(wù)器輸入IP連接主服務(wù)器示意圖
[0028]圖6從服務(wù)器的工作流程圖
[0029]圖7誤差半徑與高精度定位示意圖
[0030]圖8網(wǎng)絡(luò)模塊操作流程圖
[0031 ] 圖9服務(wù)器手機(jī)界面的兩種情況
[0032]圖10主服務(wù)器手機(jī)的數(shù)據(jù)信息流向圖
[0033]圖11船舶信息數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)及信息來源
[0034]圖12客戶端程序流程圖
[0035]圖13客戶端網(wǎng)絡(luò)模塊流程圖
[0036]圖14報警參數(shù)設(shè)置界面與報警界面【具體實(shí)施方式】
[0037]系統(tǒng)的研究方法如下:
[0038]I)根據(jù)系統(tǒng)的需求，確定使用C/S網(wǎng)絡(luò)模型，即客戶端與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)模型。利用甲板上固定智能手機(jī)作為服務(wù)器，各船員隨身攜帶智能手機(jī)作為客戶端?？蛻舳苏埱筮B接服務(wù)器，服務(wù)器向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0039]2)根據(jù)數(shù)據(jù)屬性，確定數(shù)據(jù)的采集手段。選用手機(jī)全球定位系統(tǒng)模塊和若干種類的手機(jī)傳感器采集數(shù)據(jù)。
[0040]3)根據(jù)各種信息的特點(diǎn)與重要性程度，選定需要設(shè)置報警的參數(shù)及取值范圍，并確定報警信號的發(fā)出方式。
[0041]類似參考文獻(xiàn)I所設(shè)計的系統(tǒng)，基于智能手機(jī)的船舶信息采集與報警系統(tǒng)總體上分為硬件和軟件兩個部分的設(shè)計。其中硬件設(shè)計相對簡單，軟件設(shè)計是核心重點(diǎn)。系統(tǒng)硬件由空間垂直分布可分為三部分。系統(tǒng)軟件分為三大獨(dú)立的程序，各程序部分又含有若干模塊。系統(tǒng)整體的模塊有:船舶位置服務(wù)模塊、傳感器信息采集模塊、網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊、UI顯示模塊和個性化報警模塊。
[0042]系統(tǒng)硬件設(shè)計簡單，由若干個無線路由器和3部或以上的智能手機(jī)(或設(shè)有智能手機(jī)操作系統(tǒng)的移動終端設(shè)備)組成。系統(tǒng)中的智能手機(jī)分三大類:第一類是一個從服務(wù)器手機(jī)，包含全球定位系統(tǒng)模塊、含有氣壓傳感器；第二類是一個主服務(wù)器手機(jī)，包含全球定位系統(tǒng)模塊，含有重力、陀螺儀、線性加速度、氣溫、氣壓、地磁6種傳感器；第三類為若干個普通客戶端手機(jī)。從服務(wù)器手機(jī)固定在船頭甲板上，主服務(wù)器手機(jī)固定在船尾甲板上，船舶處于平穩(wěn)狀態(tài)時，兩手機(jī)的連線與船首尾中心線處在同一縱剖面內(nèi)，且兩手機(jī)處于同一水平面上。主從服務(wù)器手機(jī)通過甲板上的無線路由器連接船舶局域網(wǎng)，其他手機(jī)為船員隨身攜帶的智能手機(jī)，同樣可以在任何艙室內(nèi)連接船舶無線局域網(wǎng)。
[0043]軟件是本系統(tǒng)的重點(diǎn)核心部分，由三大部分構(gòu)成，分別為從服務(wù)器部分、主服務(wù)器部分和普通客戶端部分。從服務(wù)器部分主要由3大模塊構(gòu)成，即船舶位置服務(wù)程序模塊、傳感器信息采集模塊、網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊。船舶位置服務(wù)程序模塊和傳感器信息采集模塊用來獲取信息，網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊則用來傳遞信息。
[0044]主服務(wù)器由5大模塊構(gòu)成，即主服務(wù)器的傳感器信息采集模塊、船舶位置服務(wù)模塊、網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊、UI顯示模塊和船舶信息數(shù)據(jù)庫模塊。船舶位置服務(wù)模塊和傳感器信息采集模塊用來采集信息與處理部分?jǐn)?shù)據(jù)，船舶信息數(shù)據(jù)庫模塊主要涉及到船舶信息的存儲，UI模塊則主要是信息的顯示，網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊為船舶信息的接收與傳遞。
[0045]客戶端模塊由網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊、UI顯示模塊和自定義報警模塊3大部分構(gòu)成。UI模塊顯示必要的15個船舶信息參數(shù)及船舶的地圖定位顯示。網(wǎng)絡(luò)模塊用來從主服務(wù)器中獲取船舶信息。報警模塊有8項設(shè)置，涉及到對6個重要船舶信息參數(shù)的報警，以及報警信息的保存。
[0046]系統(tǒng)軟件的三大部分都包含各自的網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊，都由該模塊來流通船舶信息。船舶信息數(shù)據(jù)庫存儲模塊和個性化報警模塊分別由主服務(wù)器和客戶端所特有。系統(tǒng)軟件三大部分各模塊的關(guān)系圖如圖1所示。
[0047]系統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):
[0048]系統(tǒng)的三大部分分別采用了 C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息交換。從服務(wù)器服務(wù)于主服務(wù)器，單方面直接向主服務(wù)器提供數(shù)據(jù)，并通過主服務(wù)器，間接向眾多客戶端提供少量數(shù)據(jù)。主服務(wù)器一方面接收從服務(wù)器信息，一方面本身采集處理大量信息，同時將處理之后的信息發(fā)送給客戶端。船員若想通過智能手機(jī)獲取船舶有關(guān)信息，必須先安裝客戶端程序，綁定服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型如下圖2所示。
[0049]船舶信息的處理環(huán)節(jié):
[0050]基于智能手機(jī)的全球定位系統(tǒng)、手機(jī)傳感器和電子海圖以及無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的船舶信息采集與報警系統(tǒng)，在船舶信息的數(shù)字化采集、計算處理、網(wǎng)絡(luò)傳遞、UI顯示和多方式存儲等環(huán)節(jié)全面覆蓋，如圖3所示。
[0051]I)數(shù)字化采集環(huán)節(jié)這一環(huán)節(jié)在從服務(wù)器和主服務(wù)器中的船舶位置服務(wù)模塊和傳感器信息采集模塊等都有體現(xiàn)。最終采集到的船舶信息有兩大來源，通過手機(jī)全球定位系統(tǒng)硬件采集的信息及通過手機(jī)傳感器得來的船舶航海信息和方向氣壓氣溫等信息。
[0052]2)計算處理環(huán)節(jié)這一環(huán)節(jié)與前一環(huán)節(jié)密切相關(guān)。在信息的采集時就有涉及到簡單的精度有效位數(shù)的處理。船舶信息的一些參數(shù)如船艏向、縱傾角等，并非原始測量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過全球定位系統(tǒng)或者傳感器測得的多個參數(shù)組合運(yùn)算所得。在經(jīng)緯度的Π顯示上為了理解的方便，通常把以度(° )為單位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以度分秒(° ,")為單位的顯示格式。
[0053]3)網(wǎng)絡(luò)傳遞環(huán)節(jié)這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)在三大程序部分各自的網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊上，分為從服務(wù)器向主服務(wù)器及主服務(wù)器向客戶端的船舶信息的網(wǎng)絡(luò)傳遞。
[0054]4) UI顯示這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)在主服務(wù)器與客戶端各自的UI顯示模塊上。各自的Π界面數(shù)字顯示多個船舶信息參數(shù)，以及顯示船舶所在的海圖位置。
[0055]5)多方式存儲這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)在主服務(wù)器的船舶信息數(shù)據(jù)庫模塊、Π模塊以及客戶端的報警模塊上。在主服務(wù)器端，系統(tǒng)每采集一組數(shù)據(jù)，就往Sqlite船舶信息數(shù)據(jù)庫中寫入一組數(shù)據(jù)。在主服務(wù)器Π界面上有按鈕可以觸動一起事件來將船舶信息數(shù)據(jù)庫中所有的歷史數(shù)據(jù)以Json數(shù)據(jù)格式存入SD卡文件中。在客戶端的個性化報警模塊能自動將報警數(shù)據(jù)以一定的方式存入客戶端的SD卡文本文件中。
[0056]信息處理的各環(huán)節(jié)并非完全被系統(tǒng)的模塊割裂，各環(huán)節(jié)相互之間又密切交叉，t匕如在船舶信息采集的同時，就有簡單的計算處理。信息傳遞過程涉及到主從服務(wù)器之間、主服務(wù)器客戶端之間三大程序之間的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞。主服務(wù)器和客戶端都有Π模塊對船舶信息的顯示，以及數(shù)據(jù)庫或文件對信息的存儲。
[0057]系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn):
[0058]基于智能手機(jī)的船舶信息采集與報警系統(tǒng)軟件上分為三個程序，依次為從服務(wù)器程序、主服務(wù)器程序和客戶端程序。從服務(wù)程序安裝在放置于船頭的手機(jī)上；主服務(wù)器程序則安裝在船尾主服務(wù)器手機(jī)中；客戶端程序安裝在每個船員的智能手機(jī)上(或者裝有智能手機(jī)操作系統(tǒng)的平板電腦等任意設(shè)備)。從服務(wù)器每隔I秒，不斷采集全球定位系統(tǒng)的經(jīng)緯度信息，及空氣壓強(qiáng)信息，并向主服務(wù)器發(fā)送這些信息。主服務(wù)器一方面接收從服務(wù)器信息，另一方面將采集到的各種船舶信息發(fā)送給每個與主服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)綁定的客戶端手機(jī)。
[0059]系統(tǒng)的三個程序?qū)嶋H上為電子海圖上的二次開發(fā)。系統(tǒng)的主從服務(wù)借用電子海圖上的部分功能，使能夠在全球定位系統(tǒng)信號充分的情況下，非常精確地獲取船舶的經(jīng)緯度信息。主服務(wù)器和客戶端程序則用到了電子海圖的顯示界面，能夠?qū)⒔?jīng)緯度信息，運(yùn)動方向及定位誤差半徑，船舶的各種航海信息，甲板的溫度氣壓等實(shí)時地顯示在界面上。[0060]從服務(wù)器程序部分:
[0061]從TCP協(xié)議的嚴(yán)格意義上講，從服務(wù)器端并不是服務(wù)器，但它的作用有別于船員手中的客戶端手機(jī)程序，它為系統(tǒng)生產(chǎn)信息，但只向主服務(wù)器提供少量數(shù)據(jù)，因而稱之為從服務(wù)器。
[0062]從服務(wù)器主要有四大功能:1.通過電子海圖的相關(guān)服務(wù)采集全球定位系統(tǒng)的經(jīng)緯度信息；2.通過手機(jī)傳感器實(shí)時采集空氣壓強(qiáng)和空氣溫度信息；3.將采集的信息以一定頻率發(fā)送給主服務(wù)器；4.將采集信息反映在手機(jī)界面上。四個功能中的前兩個功能是信息的采集途徑，后兩種為信息的流出途徑，前3個功能就對應(yīng)于地圖服務(wù)模塊、手機(jī)傳感器模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊。從服務(wù)器的信息流向如圖4所示。
[0063]從服務(wù)器正常工作時必須連接主服務(wù)器，因而從服務(wù)器必須知曉主服務(wù)器的IP地址和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端口號。在程序第一次啟動用戶必須按下菜單鍵，選擇設(shè)置選項，在文本框中正確輸入服務(wù)器的IP地址。程序?qū)ψ罱褂玫腎P地址具有記憶功能，因而下次啟動時，就會默認(rèn)上次設(shè)置的地址為服務(wù)器的IP地址。圖5為從服務(wù)器按下菜單鍵，選擇設(shè)置選項后，準(zhǔn)備連接主服務(wù)器時的界面。
[0064]從服務(wù)器除網(wǎng)絡(luò)操作(連接主服務(wù)器與向主服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù))外，大部分的任務(wù)都在主線程中完成。從服務(wù)器的大體工作流程如圖6所示。
[0065]從服務(wù)器的船舶位置服務(wù)模塊:
[0066]通過加載電子海圖的相關(guān)文件，調(diào)用專用電子海圖公開的接口服務(wù)，可獲取全球定位系統(tǒng)信息，返回當(dāng)前點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、誤差半徑、運(yùn)動方向與運(yùn)動速度等信息。從服務(wù)器選取傳遞給主服務(wù)器的信息只有經(jīng)度、緯度和誤差半徑。程序中地圖服務(wù)的全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新頻率人工設(shè)置為Is/次。
[0067]從服務(wù)器的傳感器信息采集模塊:
[0068]從服務(wù)使用了兩種手機(jī)傳感器，氣溫傳感器和氣壓傳感器。本設(shè)計中從服務(wù)器向主服務(wù)器傳遞的數(shù)據(jù)有氣壓轉(zhuǎn)換而得的船艏海拔高度值。系統(tǒng)中氣壓傳感器的采樣頻率設(shè)置為SENS0R_DELAY_N0RMAL (20ms/次)。為減少傳感器測量誤差，每更新一次全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(大約經(jīng)過1000ms)，就對采樣測得的若干氣壓值做一次平均運(yùn)算，再將全球定位系統(tǒng)測得的經(jīng)緯度與氣壓傳感器測得的氣壓值轉(zhuǎn)換為高度，并通過TCP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給主服務(wù)器。同時主服務(wù)器會將經(jīng)緯度信息，氣壓值對應(yīng)的海拔，以及氣溫簡單地展現(xiàn)在從服務(wù)器手機(jī)界面上。氣壓與海拔高度的轉(zhuǎn)換關(guān)系的具體公式如下:
[0069]
【權(quán)利要求】
1.一種船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)，包括從服務(wù)器、主服務(wù)器、多個無線路由器和多個客戶端，所述從服務(wù)器為一個智能手機(jī)，包括氣溫傳感器、氣壓傳感器以及從服務(wù)器全球定位模塊、從服務(wù)器船舶位置服務(wù)程序模塊、從服務(wù)器傳感器信息采集模塊、從服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊；所述主服務(wù)器為一個智能手機(jī)，包括重力傳感器、線性加速度傳感器、地磁傳感器、陀螺儀傳感器、氣溫傳感器和氣壓傳感器等6種傳感器，以及主服務(wù)器全球定位模塊、主服務(wù)器傳感器信息采集模塊、主服務(wù)器船舶位置服務(wù)模塊、主服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)信息交換模塊、UI顯示模塊和船舶信息數(shù)據(jù)庫模塊；所述從服務(wù)器、所述主服務(wù)器、所述多個無線路由器和所述多個客戶端位于同一個無線局域網(wǎng)內(nèi)，所述從服務(wù)器、所述主服務(wù)器、和所述多個客戶端通過所述無線局域網(wǎng)互相連接，所述從服務(wù)器和所述多個客戶端通過所述無線局域網(wǎng)登錄所述主服務(wù)器；所述多個客戶端分別為智能手機(jī)；其特征在于:所述從服務(wù)器安裝于船首所述主服務(wù)器安裝于船尾，或者所述從服務(wù)器安裝于船尾所述主服務(wù)器安裝于船首，所述從服務(wù)器和所述主服務(wù)器設(shè)置為在船舶平穩(wěn)時，處于同一水平面上，并且所述從服務(wù)器和所述主服務(wù)器的連線與船首尾中心線處在同一縱剖面內(nèi)；所述從服務(wù)器通過所述從服務(wù)器氣溫傳感器和所述從服務(wù)器氣壓傳感器獲取所述船舶的氣溫值和氣壓值，通過所述從服務(wù)器全球定位模塊獲取系統(tǒng)時間、船舶緯度、船舶經(jīng)度、船舶海拔、誤差半徑、船舶運(yùn)動 方向與船舶運(yùn)動速度，并把所述系統(tǒng)時間、所述船舶緯度、所述船舶經(jīng)度、所述誤差半徑和所述船舶海拔的數(shù)值傳送給所述主服務(wù)器；所述主服務(wù)器獲取重力的三個方向的分量gx、gy、gz，磁通量三個方向的分量，線性加速度的三個方向上的分量ax、ay、az，陀螺儀的三個方向上的分量ωχ、coy、ωζ，所述主服務(wù)器位置的環(huán)境溫度t和氣壓p，并且間接獲得船舶縱傾角、船舶橫傾角、船舶動蕩指數(shù)以及所述主服務(wù)器在地球空間的指向。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)，其特征在于: 所述從服務(wù)器每隔I秒，不斷采集全球定位系統(tǒng)的經(jīng)緯度信息，及空氣壓強(qiáng)信息，并向主服務(wù)器發(fā)送所述經(jīng)緯度信息和所述空氣壓強(qiáng)信息；所述主服務(wù)器存儲與之建立連接的所述從服務(wù)器和所述多個客戶端的Socket，當(dāng)有全球定位系統(tǒng)位置更新時，將船舶航行信息以Json的數(shù)據(jù)格式傳輸給每一個所述從服務(wù)器和所述多個客戶端的Socket ;所述主服務(wù)器存儲并發(fā)送如下26個船舶信息參數(shù):更新時間、經(jīng)度、緯度、艏艉高度差、誤差半徑、航跡向、航行速度、船艏向、指南針指向、橫傾角、縱傾角、甲板氣溫、甲板氣壓、船舶晃動指數(shù)和搜索到的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)、所述主服務(wù)器X軸角速度、所述主服務(wù)器Y軸角速度、所述主服務(wù)器Z軸角速度、重力X軸分量、重力Y軸分量、重力Z軸分量、所述主服務(wù)器經(jīng)度、所述主服務(wù)器緯度、從服務(wù)器經(jīng)度、從服務(wù)器緯度、從服務(wù)器海拔和主服務(wù)器海拔，至所述從服務(wù)器和所述多個客戶端；所述主服務(wù)器、所述從服務(wù)器和所述多個客戶端的界面可以顯示所述26個船舶信息參數(shù)中的15個船舶信息參數(shù):更新時間、經(jīng)度、緯度、艏艉高度差、誤差半徑、航跡向、航行速度、船艏向、指南針指向、橫傾角、縱傾角、甲板氣溫、甲板氣壓、船舶晃動指數(shù)和搜索到的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)；所述主服務(wù)器將所述26個船舶信息參數(shù)更新的數(shù)據(jù)項保存到系統(tǒng)的Sqlite數(shù)據(jù)庫中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)，其特征在于: 所述多個客戶端包括網(wǎng)絡(luò)模塊、UI模塊、和報警模塊；所述報警模塊提供聲音和振動報警功能并提供8項報警參數(shù)的設(shè)置:最大航速、最大縱傾角、最大橫傾角、最大動蕩指數(shù)、最小氣壓、最大氣壓、最低氣溫和最高氣溫，所述報警參數(shù)的變化范圍和報警值如下:1)最大航速Okn~30kn，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是20kn， 2)最大縱傾角0°~15°，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是10°， 3)最大橫傾角0°~30°，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是15°， 4)最大晃動指數(shù)O~10，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是5， 5)最小氣壓950hPa~IOlOhPa,系統(tǒng)默認(rèn)報警值是1000hPa, 6)最大氣壓1000hPa~1060hPa，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是1020hPa， 7)最低氣溫-40°C~60°C，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是(TC， 8)最高氣溫_40°C~60°C，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是30°C； 所述報警參數(shù)的所述變化范圍和所述報警值可以自行設(shè)置；當(dāng)所述8項報警參數(shù)之一觸及相應(yīng)所述報警值時，所述報警模塊發(fā)出聲音和振動報警。
4.如權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的船舶航行數(shù)據(jù)處理與報警系統(tǒng)的報警方法，其特征在于:報警模塊提供聲音和振動報警功能并提供8項報警參數(shù)的設(shè)置:最大航速、最大縱傾角、最大橫傾角、最大動蕩指數(shù)、最小氣壓、最大氣壓、最低氣溫和最高氣溫，所述報警參數(shù)的變化范圍和報警值如下: 8)最大航速Okn~30kn，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是20kn， 9)最大縱傾角0°~15°，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是10°， 10)最大橫傾角0°~30°，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是15°， 11)最大晃動指數(shù)O~10，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是5， 12)最小氣壓950hPa~IOlOhPa,系統(tǒng)默認(rèn)報警值是1000hPa, 13)最大氣壓1000hPa~1060hPa，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是1020hPa， 14)最低氣溫-40°C~60°C，系統(tǒng)默認(rèn)報警值 是(TC， 8)最高氣溫_40°C~60°C，系統(tǒng)默認(rèn)報警值是30°C ； 所述報警參數(shù)的所述變化范圍和所述報警值可以自行設(shè)置；當(dāng)所述8項報警參數(shù)之一觸及相應(yīng)所述報警值時，所述報警模塊發(fā)出聲音和振動報警。
【文檔編號】H04M11/04GK103763448SQ201410027290
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】郭云龍, 胡甚平, 劉合前, 席永濤, 軒少永, 陳杰, 許玲 申請人:上海海事大學(xué)