一种大型舰船的信息综合显示系统研究

刘志宏 吕云飞 吴坚

（武汉第二舰船设计研究所，武汉 430064）

1 引言

随着造船工业的发展，各种大型舰船被越来越多，如各种军舰、远洋渔船、集装箱船、液化气船、豪华游轮等。这些舰船包含的系统越来越多，功能日趋复杂。为了保证舰船的航行安全性、船上设备和人员安全以及执行任务的安全，这就需要船长能够及时、全面掌握舰船各系统的运行状况以及各种平台的信息，提高指挥速度，保证及时高效的处理各种紧急情况，发出快速有效的任务指令[1,2]。因此，大型舰船需要一种能够综合显示全船各系统设备运行状态信息以及各自任务平台信息的系统或设备。

目前舰船的各系统大都有相应的控制和显示设备，可以显示本系统的设备运行信息，重要设备还有专业人员操控，这些人员负责向船长汇报该系统设备的运行情况，或者船长直接到相关设备上观看其所需信息，这种操作方式大大影响了船长的指挥效率：其一，船长无法快速了解各系统的信息，通过口报或直接前往观看的方式速率较慢，特别是某些系统的显示设备离船长较远时，船长根本无法及时了解该系统的状况；其二，船长全面了解各系统的信息十分困难，由各专业人员分别汇报的方式根本无法实现船长对各系统的及时全面掌握；其三，船长通过上述方式了解信息内容有限。这使船长很可能由于无法迅速掌握全船信息而不能及时处理紧急情况，或发出错误指令，造成其执行的任务失败，甚至出现船毁人亡的惨剧[4,5]。

2 舰船综合信息显示系统总体技术方案

针对上面提出的问题，本文提供一种集网络通信、数据接收处理、数字信息显示和模拟信号显示功能于一体的舰船综合信息显示系统，为船长提供全船各系统设备运行信息的综合信息显示以及舰船上各系统显示设备屏幕信息的复显，使船长可以及时、准确全面的掌握全船的各种信息以及外部传来的各种信息。

如图1所示，智能液晶显示设备通过以太网接口连接到舰船局域网[3,6]上，接收舰船动力系统、操纵系统、装置系统、导航系统等各系统的信息，通过其配套的综合信息处理软件对这些数据进行识别、分类和综合处理后，在屏幕上清晰、综合地显示出来，并能实时对舰船上各系统、设备的故障、异常进行报警。另外，它还通过VGA接口直接与雷达系统、声纳系统、电子海图系统及其它系统的显示设备直接相连，复显这些显示设备的显示内容，船长通过遥控器对显示的内容进行随意切换，及时全面掌握各系统的信息。

图1 舰船信息综合显示系统技术方案示意图

另外，该智能显示器还具有VGA信号接口，可以直接将舰船其他系统的显控台的显示信息接入到本设备中显示，该设备可以同时接入多个显控台的显示信号，其自带的显示切换电路模块可以实现多个外部 VGA信号和本机设备显示信号间的切换。

遥控器主要是为了方便用户使用而提供的一种遥操装置，用户可以通过其上的按钮对智能液晶显示器的显示内容进行切换，它可以实现多个VGA信号显示的切换，并可对该设备的综合信息处理软件的显示画面进行控制。

3 系统硬件设计

舰船信息综合显示系统包括智能液晶显示器和遥控器两部分。如图2所示，智能液晶显示器包括LCD显示屏、工业计算机、电源模块、显示切换模块、红外无线信号接收模块、功能按键电路以及轨迹球组成。其对外接口包括 VGA信号接口、10 /100 M自适应以太网接口、电源接口和红外接口。

图2 智能信息显示设备硬件组成示意图

在本实施方案中，采用工业级的45寸的LCD显示屏及配套的驱动电路完成信息的显示，该显示屏的工作温度范围在0～50℃，满足船用环境的需求。工业加固计算机集成在智能液晶显示器内，负责通过其自带的以太网接口采集舰船局域网上的各种信息，并通过其配套的软件对这些信息处理，完成舰船信息的综合智能显示和异常故障报警，从而实现对舰船各系统设备的综合集中监控。计算机与显示切换模块间存在 VGA接口和RS232接口。加固计算机的显卡模块通过 VGA接口将显示信息发送给显示切换模块作为 1路LCD显示的VGA信号源。加固计算机通过RS232接口与显示切换模块通信，实现其配套显示软件信息显示界面的切换控制。

显示切换模块负责根据指令从多路 VGA输入信号中选择1路信号输出给LCD显示屏显示；红外无线接收模块和遥控器完成对智能液晶显示器的显示切换以及综合信息处理软件界面切换的遥控控制。

功能按键电路和轨迹球为简化的计算机键盘电路和鼠标电路，它们与加固计算机采用 PS-2接口连接，实现对加固计算机的本地操控。

4 系统软件设计

智能液晶显示屏的工业计算机模块上运行的综合信息处理软件完成舰船网络上各系统设备的运行状态信息的接收、分类处理、综合显示以及异常故障的监测报警。图3为综合信息处理软件的功能框架示意图，它由信息显示模块、视频监控模块、异常故障检测模块、集中操控模块以及用户管理模块组成。信息处理采用消息触发的方式，当数据收发模块从以太网接口收到信息后，通过分析识别，判定是否为视频数据，如果为视频数据则交给视频处理模块解码后发送给信息显示模块显示，如果是系统设备运行状态信息，则放入数据缓存区，等待信息显示模块以及故障异常监测模块进行处理。

图3 综合信息处理软件功能框架示意图

（1）信息显示模块

信息显示模块负责将收到的各种信息数据，按不同的使用情况显示于不同的界面中，并接收操作指示，动态切换屏幕显示内容。

信息显示模块能对各种信息进行筛选和综合显示，例如在正常航行综合显示模式下，主要综合显示导航信息，航行操纵信息，以及动力、电力等系统的运行状态信息，并及时显示故障异常报警。

在各种显示模式下，都可以根据需要进行各系统详细信息显示。如图4所示，这些系统详细信息包括导航信息、推进系统信息、电力系统信息、雷达探测信息、声纳探测信息、消防信息、舰船监控信息、航行操纵信息、动力系统信息、通信信息等。这些信息类别依舰船类型的不同而不同。

（2）视频监控模块

视频监控模块负责对舰船网络上的视频监控信息进行解码播放，由于视频的解码播放占用资源很多，且视频数据流占用较多的网络带宽，在本方案中采取按需进行视频流接收、解码播放。

图4 信息显示模块示意图

在需要显示监控画面时，显示控制模块发送视频解码命令，视频监控模块向被监控对象发送建立视频数据传输连接请求，在建立连接后开始接收视频数据并进行视频数据的解码播放，当监控画面关闭时，则断开与被监控对象的视频数据传输连接，并停止视频解码播放；当改变监控对象时，则首先断开与原监控对象的连接，并与新的监控对象建立连接，进行数据接收、解码播放。

（3）异常故障检测模块

异常故障监测模块负责实时监测各系统、设备的运行状态并根据历史状态信息、参数改变趋势以及各系统间的协作关系及时发现各种异常情况并智能判断各种隐藏故障信息或故障隐患。

图5 异常故障检测模块示意图

当异常故障检测模块收到一个信息数据包时，首先判定信息包的各数据是否在正常范围内，如果没有，则向信息显示模块发送报警指示并向显示控制模块发送强制切换请求。如果在正常范围内，则交由异常检测专家系统子模块处理，它根据历史数据以及相关设备的数据利用专家系统等智能技术判定发送该信息的设备的工作状态趋势以及与其它相关设备的协同性，并给出判断结果，如果判定有故障或异常则向信息显示模块发送报警指示并向显示控制模块发送强制切换请求，使信息显示模块及时显示故障、异常报警信息。

（4）显示控制模块

显示控制模块负责接收各种操控指令，并根据这些指令切换显示内容；另外显示控制模块接收故障异常监测模块的强制切换请求，将软件显示内容切换为报警内容的界面，并通过RS232接口向图2中的显示切换模块发送强制切换命令，从而使智能液晶显示器显示加固计算机的 VGA信号，从而及时显示报警、故障信息。

（5）用户管理模块

用户管理模块负责管理用户帐号，并根据帐号类型赋予使用者不同信息查看权限。综合信息处理软件对本软件的用户在使用本软件时进行身份认证。具有合法身份的用户才能使用本软件，并且使用相应权限等级的操作。保证本软件运行的安全性。该模块具有用户帐号申请、用户帐号注销、操作权限设置等功能。

综合信息处理软件的用户分为超级用户和普通用户两种。超级用户主要负责普通用户帐号的申请、注销及其操作权限的设置。普通用户主要针对用于综合信息处理软件的使用者，根据使用者的身份不同，超级用户将分配不同权限的普通用户帐号。例如，对于船长用户帐号具有查看所有系统设备运行状态信息，并能够进行各种操作功能的权限；而对于动力长帐号则只具有查看综合动力系统信息的权限。

5 结论

舰船信息综合显示系统将大型舰船上的各种信息综合显示出来，实现对舰船各系统运行的综合监控，及时发现并排除舰船的异常故障和事故，减少故障危害；使船长可以全局掌握舰船的状态和应对的各种状况，从而能够做出快速有效的决策，大大提高整个舰船的机动性、操纵性以及生存能力。

[1] 郝勇, 胡昌桂. 舰船信息综合系统探讨, 船海工程,2004, (2): 30～32.

[2] 船舶集成平台管理系统研究.柴油机, 2005, (2):42～45.

[3] 舰船综合平台管理系统网络通信与集成技术研究.舰船电子工程, 2005(5): 47～51.

[4] 船舶综合管理控制一体化系统的研究. 工业控制计算机, 2005, (11): 34～35.

[5] 战兴群, 赵隽, 张炎华, 徐廷良. 机舱监测报警系统研制,船舶工程. 2001,(3): 42～46.

[6] 丁承卫, 曹征宇. 船舶网络平台系统.船舶, 2004,(6):52～54.