海巡船综合网络系统及模糊控制的研究

【摘要】：海洋是未来世界各国重点开发的领域，海洋资源包括海洋渔业，海底矿藏，附属岛屿及海上运输通道等多种形式。对海洋资源进行有效监管和开发事关我国海洋发展战略和领土安全的全局部署。尽管目前我国沿海各海事局都配备了相应的海事巡逻船，但是多数船舶吨位较小，装备落后，已经不能满足当前海事监管的需要。为此交通部在广东海事局建造了目前我国吨位最大、设备最先进的3000吨级海事巡逻船“海巡31”。该船采用两台四冲程直列柴油机作为主动力装置，最大航速可达22节以上，在18节航速下续航能力为6000海里，自持力达40天。除了必需的动力设备及生活辅助设施外，“海巡31”上还配备了舰载直升机、卫星通信设备及视频采集、传输等非常规设备用以提高其海事巡逻能力。为了保证船舶上所有设备的正常运转，就需要设计一套安全、快速的船舶综合网络系统作为设备监控与数据传输的可靠保障基础。 “海巡31”综合网络系统集成了船舶监控网络、视频监管系统与船舶办公自动化系统。考虑到船舶环境存在较强的电磁干扰及航行中的颠簸、振动、摇摆等情况，船舶网络必须满足抗干扰性、抗振动性的要求，以保证网络良好、可靠的运行行。该网络采用三层结构，上层通过海事通信卫星与海事局指挥中心相连，中层通信网络为目前广泛应用的千兆以太网，不仅利用光纤信道的高速物理层接口的优点，还可向后兼容传统的网络通信介质，同时保持了IEEE802.3以太网的帧格式，并支持通过CSMA／CD协议的全双工和半双工传输。根据现场设备不同的数据传输接口的不同，现场控制网络采用工业控制总线如CAN总线，Profibus，RS-232总线，RS-485总线等与现场控制设备连接，并以互为主备的现场工控机负责现场的各种形式的数据的采集。通过卫星实现船、岸与舰载直升机之间的无线通讯，采用F站的MPDS接口(RS-232串口)，并与一台拨号上网专用计算机的串口RS-232相连接，实现全船的共享上网。考虑到安全因素，整个网络系统共设计了三层冗余：交换机链路冗余，服务器双机热备份和线路链路冗余，从而保证了整个系统不会因为某台设备或线路出现故障而导致全船网络中断。 船舶综合监控网络系统软件开发采用C／S与B／S混合结构，主要由三部分组成：客户层子系统、中间层子系统和现场子系统。客户层由运行浏览器的客户端