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云计算在现代舰船导航控制中的应用

2020-11-11 450 上传者：管理员

摘要：分析现代船舶集成了众多的导航和通信设备，每天都会产生大量的监测数据，现有的独立服务器已经不能满足数据处理的要求。阐述现代舰船中云计算在导航控制中的应用。

关键词：
云计算
信息技术
导航控制
现代舰船
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进入信息时代以来，我国的船舰事业有了很大的进步与发展，无论是军事还是民用船舰对导航系统的先进性、稳定可靠性等都提出了更高的要求与期望。与此同时，全世界范围内的海上航运的高速发展，也使得基于地理位置的信息系统在海上开发应用领域上，越来越广泛。船舰卫星导航最重要的技术之一就是导航的精度问题[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。进一步来说，就是导航控制系统的可靠性问题。

1、云计算与现代船舰

云计算应用的主要目标是商业应用，经过几代的发展优化与进化，云服务已是分布式计算、效用计算、负载均衡、并行计算、网络存储、热备份冗杂和虚拟化等计算机技术混合演进和跃升的结果，具有了更加强大的服务能力。近年，在船舰控制领域，对空间数据获取、信息处理予以充分利用，已成为船舶航行、定位、导航控制领域的重要需求。国产现代船舰的整体性能在不断发展进步中，逐渐成熟起来，在云计算、智能制造等技术的推动下，技术人员已通过开源分布式并行编程框架，构建并行编程模型并形成云计算软件平台来服务现代船舰，最终对导航控制起到重要作用。

2、现代舰船中云计算在导航控制中的运用

2.1基于云计算的导航误差补偿机制

现有的船舰导航系统大多基于卫星信号，导航过程中因卫星分布的角度、数量及信号传输中的损耗以及其他影响，最终定位结果难免会存在一定误差，要对定位结果进行误差补偿以满足系统的精度要求。在进行基于云计算的卫星导航补偿法时，几个重要步骤需要特别注意：（1）云计算平台存储了各种卫星接收器的原始观测数据，并按一定的逻辑及时间进行存储，补偿系统可按照自身需求提取历史观测数据。（2）云计算接收了各种卫星接收系统的数据，要进行有效的数据融合。（3）对误差算法的分布式处理。

与传统卫星导航定位补偿处理不同，通过云平台对舰船所需要的位置维度、时间维度等进行补偿，从而大幅提高导航控制的精度。由于基于云计算的误差补偿结构，接收了多种卫星信号，因此数据的处理量较传统方法快速增大，云平台可将算法进行并行分析、分配到各计算节点进行计算，会更加精确和快速，对优化导航精度大有裨益。

2.2基于虚拟云计算的船舶导航系统故障检测

在现代船舰导航过程中，对系统故障的检测、实时诊断非常重要。在船舶导航系统运转时，会产生很多动态的、大量的位置、视频等信息、数据，依靠传统的计算机系统进行数据处理，必然会耗费大量的时间与经济成本。因此，开发和应用新的虚拟云计算处理系统，能远程实现船舶导航系统的数据处理和故障检测等功能，对系统稳定性有着极大改善，也有利于数据的集中管理和信息优化。

在国内某课题设计的导航系统云架构中，基于虚拟云计算的船舶导航系统故障检测时，该系统的中心模块是一个基于虚拟云计算的船舶综合导航监控平台，在基于虚拟云计算的船舶导航系统故障检测时，通过互联网进行数据传输，并连接船载的故障处理系统、监控系统和导航功能，相关技术管理与维护人员，可以不用在船舶上进行设备的操作，仅需在陆地上通过Web服务，即可实时了解到船舶导航系统的工作状态、对系统故障进行预判、处理、分析和评估，这具有极大的便捷性、高效性。

2.3云计算在船舶GIS海图服务平台的应用

在船舰航海过程中，一度人们都依赖纸质海图作为航行定位指导工具，这在信息时代的当下，需要及时创新与升级。利用基于云计算的船舶GIS海图服务平台，可以实现实时显示船舶位置信息，同时还支持航行自动警报，可以说功能上更加全面，为船舰海上航行的稳定可靠性、安全性提供了有力的保障。

地理信息系统对船舶的海图服务应用已经越来越成熟，尤其是在云计算技术的推动下,逐渐突显出以WebGIS为其主要的应用方式。云计算在船舶GIS海图服务平台的应用时，关键内容如下所示。

云计算在船舶GIS海图服务平台的应用：（1）服务平台软件二次开发方式。(1)MapBasic（可快速编译的Basic语言）直接进行数据操作。MapBasic能实现用户自定义函数与循环等多种程序的控制，尤其是对地图图形对象的处理更快、更方便，为船舰用户计算、并分析特殊空间奠定了坚实的基础，也使得空间处理的过程与地理数据库输入和输出，形成了统一的整体，使得集约化更高。(2)能够实现集成二次开发。主要是对MapInfo软件进行合理地运用，确保GIS基本功能得以充分发挥。其中，常见的开发平台就是VisualC++与VB等，可以实现集成开发，通用性更强。（2)GIS平台串口通信优化。对串行口使用前应确保其实现初始化，只有有效完成设置，才能将辅助线程启动并完成读写操作。对于串口通信中的数据要进行预测校准，建立数据序列函数。

总之，在现代船舶信息系统中，把船舶GIS海图服务平台引进云计算的并行计算方式，可为平台的进一步完善与创新，提供有力保障，值得不断应用、研究。

3、结语

今后，舰船通信导航技术、海洋通信导航系统，都将会向着通信系统集中、网络集成、智能化方向发展。一方面，随着信息化技术的进步，通信效率会大幅提升，像云计算、智能星球等会在船舰导航中发挥更多的显著作用；另一方面，光纤通信向着高速率、远距离趋势发展，日后的技术应用会更加成熟与先进，自然会带动我国船舶事业实现跨越式发展。相信我国在自主研发的加持下，在推进纳米技术、高温超导技术、光路集成技术等领域，会迎来很多新的突破与进步，这对舰船导航运用生物计算机、量子信息来提高性能也会有进一步大的突破，也直接推动船舶导航的发展会更加快速。相信，随着舰船与信息化技术的结合，必将加速推进船舰导航在指挥、导航方面的可靠性、精准性。

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