一種大型艦船的信息綜合顯示系統研究

劉志宏 呂云飛 吳堅

（武漢第二艦船設計研究所，武漢 430064）

1 引言

隨著造船工業的發展，各種大型艦船被越來越多，如各種軍艦、遠洋漁船、集裝箱船、液化氣船、豪華游輪等。這些艦船包含的系統越來越多，功能日趨復雜。為了保證艦船的航行安全性、船上設備和人員安全以及執行任務的安全，這就需要船長能夠及時、全面掌握艦船各系統的運行狀況以及各種平臺的信息，提高指揮速度，保證及時高效的處理各種緊急情況，發出快速有效的任務指令[1,2]。因此，大型艦船需要一種能夠綜合顯示全船各系統設備運行狀態信息以及各自任務平臺信息的系統或設備。

目前艦船的各系統大都有相應的控制和顯示設備，可以顯示本系統的設備運行信息，重要設備還有專業人員操控，這些人員負責向船長匯報該系統設備的運行情況，或者船長直接到相關設備上觀看其所需信息，這種操作方式大大影響了船長的指揮效率：其一，船長無法快速了解各系統的信息，通過口報或直接前往觀看的方式速率較慢，特別是某些系統的顯示設備離船長較遠時，船長根本無法及時了解該系統的狀況；其二，船長全面了解各系統的信息十分困難，由各專業人員分別匯報的方式根本無法實現船長對各系統的及時全面掌握；其三，船長通過上述方式了解信息內容有限。這使船長很可能由于無法迅速掌握全船信息而不能及時處理緊急情況，或發出錯誤指令，造成其執行的任務失敗，甚至出現船毀人亡的慘劇[4,5]。

2 艦船綜合信息顯示系統總體技術方案

針對上面提出的問題，本文提供一種集網絡通信、數據接收處理、數字信息顯示和模擬信號顯示功能于一體的艦船綜合信息顯示系統，為船長提供全船各系統設備運行信息的綜合信息顯示以及艦船上各系統顯示設備屏幕信息的復顯，使船長可以及時、準確全面的掌握全船的各種信息以及外部傳來的各種信息。

如圖1所示，智能液晶顯示設備通過以太網接口連接到艦船局域網[3,6]上，接收艦船動力系統、操縱系統、裝置系統、導航系統等各系統的信息，通過其配套的綜合信息處理軟件對這些數據進行識別、分類和綜合處理后，在屏幕上清晰、綜合地顯示出來，并能實時對艦船上各系統、設備的故障、異常進行報警。另外，它還通過VGA接口直接與雷達系統、聲納系統、電子海圖系統及其它系統的顯示設備直接相連，復顯這些顯示設備的顯示內容，船長通過遙控器對顯示的內容進行隨意切換，及時全面掌握各系統的信息。

圖1 艦船信息綜合顯示系統技術方案示意圖

另外，該智能顯示器還具有VGA信號接口，可以直接將艦船其他系統的顯控臺的顯示信息接入到本設備中顯示，該設備可以同時接入多個顯控臺的顯示信號，其自帶的顯示切換電路模塊可以實現多個外部 VGA信號和本機設備顯示信號間的切換。

遙控器主要是為了方便用戶使用而提供的一種遙操裝置，用戶可以通過其上的按鈕對智能液晶顯示器的顯示內容進行切換，它可以實現多個VGA信號顯示的切換，并可對該設備的綜合信息處理軟件的顯示畫面進行控制。

3 系統硬件設計

艦船信息綜合顯示系統包括智能液晶顯示器和遙控器兩部分。如圖2所示，智能液晶顯示器包括LCD顯示屏、工業計算機、電源模塊、顯示切換模塊、紅外無線信號接收模塊、功能按鍵電路以及軌跡球組成。其對外接口包括 VGA信號接口、10 /100 M自適應以太網接口、電源接口和紅外接口。

圖2 智能信息顯示設備硬件組成示意圖

在本實施方案中，采用工業級的45寸的LCD顯示屏及配套的驅動電路完成信息的顯示，該顯示屏的工作溫度范圍在0～50℃，滿足船用環境的需求。工業加固計算機集成在智能液晶顯示器內，負責通過其自帶的以太網接口采集艦船局域網上的各種信息，并通過其配套的軟件對這些信息處理，完成艦船信息的綜合智能顯示和異常故障報警，從而實現對艦船各系統設備的綜合集中監控。計算機與顯示切換模塊間存在 VGA接口和RS232接口。加固計算機的顯卡模塊通過 VGA接口將顯示信息發送給顯示切換模塊作為 1路LCD顯示的VGA信號源。加固計算機通過RS232接口與顯示切換模塊通信，實現其配套顯示軟件信息顯示界面的切換控制。

顯示切換模塊負責根據指令從多路 VGA輸入信號中選擇1路信號輸出給LCD顯示屏顯示；紅外無線接收模塊和遙控器完成對智能液晶顯示器的顯示切換以及綜合信息處理軟件界面切換的遙控控制。

功能按鍵電路和軌跡球為簡化的計算機鍵盤電路和鼠標電路，它們與加固計算機采用 PS-2接口連接，實現對加固計算機的本地操控。

4 系統軟件設計

智能液晶顯示屏的工業計算機模塊上運行的綜合信息處理軟件完成艦船網絡上各系統設備的運行狀態信息的接收、分類處理、綜合顯示以及異常故障的監測報警。圖3為綜合信息處理軟件的功能框架示意圖，它由信息顯示模塊、視頻監控模塊、異常故障檢測模塊、集中操控模塊以及用戶管理模塊組成。信息處理采用消息觸發的方式，當數據收發模塊從以太網接口收到信息后，通過分析識別，判定是否為視頻數據，如果為視頻數據則交給視頻處理模塊解碼后發送給信息顯示模塊顯示，如果是系統設備運行狀態信息，則放入數據緩存區，等待信息顯示模塊以及故障異常監測模塊進行處理。

圖3 綜合信息處理軟件功能框架示意圖

（1）信息顯示模塊

信息顯示模塊負責將收到的各種信息數據，按不同的使用情況顯示于不同的界面中，并接收操作指示，動態切換屏幕顯示內容。

信息顯示模塊能對各種信息進行篩選和綜合顯示，例如在正常航行綜合顯示模式下，主要綜合顯示導航信息，航行操縱信息，以及動力、電力等系統的運行狀態信息，并及時顯示故障異常報警。

在各種顯示模式下，都可以根據需要進行各系統詳細信息顯示。如圖4所示，這些系統詳細信息包括導航信息、推進系統信息、電力系統信息、雷達探測信息、聲納探測信息、消防信息、艦船監控信息、航行操縱信息、動力系統信息、通信信息等。這些信息類別依艦船類型的不同而不同。

（2）視頻監控模塊

視頻監控模塊負責對艦船網絡上的視頻監控信息進行解碼播放，由于視頻的解碼播放占用資源很多，且視頻數據流占用較多的網絡帶寬，在本方案中采取按需進行視頻流接收、解碼播放。

圖4 信息顯示模塊示意圖

在需要顯示監控畫面時，顯示控制模塊發送視頻解碼命令，視頻監控模塊向被監控對象發送建立視頻數據傳輸連接請求，在建立連接后開始接收視頻數據并進行視頻數據的解碼播放，當監控畫面關閉時，則斷開與被監控對象的視頻數據傳輸連接，并停止視頻解碼播放；當改變監控對象時，則首先斷開與原監控對象的連接，并與新的監控對象建立連接，進行數據接收、解碼播放。

（3）異常故障檢測模塊

異常故障監測模塊負責實時監測各系統、設備的運行狀態并根據歷史狀態信息、參數改變趨勢以及各系統間的協作關系及時發現各種異常情況并智能判斷各種隱藏故障信息或故障隱患。

圖5 異常故障檢測模塊示意圖

當異常故障檢測模塊收到一個信息數據包時，首先判定信息包的各數據是否在正常范圍內，如果沒有，則向信息顯示模塊發送報警指示并向顯示控制模塊發送強制切換請求。如果在正常范圍內，則交由異常檢測專家系統子模塊處理，它根據歷史數據以及相關設備的數據利用專家系統等智能技術判定發送該信息的設備的工作狀態趨勢以及與其它相關設備的協同性，并給出判斷結果，如果判定有故障或異常則向信息顯示模塊發送報警指示并向顯示控制模塊發送強制切換請求，使信息顯示模塊及時顯示故障、異常報警信息。

（4）顯示控制模塊

顯示控制模塊負責接收各種操控指令，并根據這些指令切換顯示內容；另外顯示控制模塊接收故障異常監測模塊的強制切換請求，將軟件顯示內容切換為報警內容的界面，并通過RS232接口向圖2中的顯示切換模塊發送強制切換命令，從而使智能液晶顯示器顯示加固計算機的 VGA信號，從而及時顯示報警、故障信息。

（5）用戶管理模塊

用戶管理模塊負責管理用戶帳號，并根據帳號類型賦予使用者不同信息查看權限。綜合信息處理軟件對本軟件的用戶在使用本軟件時進行身份認證。具有合法身份的用戶才能使用本軟件，并且使用相應權限等級的操作。保證本軟件運行的安全性。該模塊具有用戶帳號申請、用戶帳號注銷、操作權限設置等功能。

綜合信息處理軟件的用戶分為超級用戶和普通用戶兩種。超級用戶主要負責普通用戶帳號的申請、注銷及其操作權限的設置。普通用戶主要針對用于綜合信息處理軟件的使用者，根據使用者的身份不同，超級用戶將分配不同權限的普通用戶帳號。例如，對于船長用戶帳號具有查看所有系統設備運行狀態信息，并能夠進行各種操作功能的權限；而對于動力長帳號則只具有查看綜合動力系統信息的權限。

5 結論

艦船信息綜合顯示系統將大型艦船上的各種信息綜合顯示出來，實現對艦船各系統運行的綜合監控，及時發現并排除艦船的異常故障和事故，減少故障危害；使船長可以全局掌握艦船的狀態和應對的各種狀況，從而能夠做出快速有效的決策，大大提高整個艦船的機動性、操縱性以及生存能力。

[1] 郝勇, 胡昌桂. 艦船信息綜合系統探討, 船海工程,2004, (2): 30～32.

[2] 船舶集成平臺管理系統研究.柴油機, 2005, (2):42～45.

[3] 艦船綜合平臺管理系統網絡通信與集成技術研究.艦船電子工程, 2005(5): 47～51.

[4] 船舶綜合管理控制一體化系統的研究. 工業控制計算機, 2005, (11): 34～35.

[5] 戰興群, 趙雋, 張炎華, 徐廷良. 機艙監測報警系統研制,船舶工程. 2001,(3): 42～46.

[6] 丁承衛, 曹征宇. 船舶網絡平臺系統.船舶, 2004,(6):52～54.