本发明专利技术公开了一种船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，它包括船舶环境温湿度传感器、船舶发动机状态传感器、船舶排放数据传感器、GPS模块、摄像头、数据采集模块、主控模块、数据加密模块、无线数据传输模块、加解码单元、密钥管理单元和客户端；在本发明专利技术中，船舶数据在主控模块结合数据加解密模块对数据进行实时加密并在岸基进行解密处理，保证了数据在传输过程中的安全性。在本发明专利技术中，客户端与应用服务器连接，船员通过客户端可以对船舶进行监控。通过这种实时的船舶信息监控系统可以让船员及远程工作人员及时掌握船舶运行状态，使信息的获取更加方便，提高了船员和岸基工作人员的工作效率。
On-Line Monitoring System and Method for Ship Engine Emission Data and Ship Equipment
【技术实现步骤摘要】
船机排放数据以及船舶设备在线监测系统及方法
本专利技术涉及船舶数据传输、数据处理
，具体地指一种船机排放数据以及船舶设备在线监测系统及方法。
技术介绍
目前海上船舶排放的废气造成大气的污染的问题占据整个大气污染源的10％，已经成为大气环境污染非常重要的来源之一。在港口、海峡和船舶流量大、航线密集的部分海区，船舶排放的污染物显著改变了局地和区域的空气质量，给大气环境和人们生活带来了严重的影响。船舶主机的尾气中主要包括CO、THC、SOX、NOX、颗粒物(PM)等有害污染物。但国内目前还没有对于船舶主机排气污染物的快速检测方法，不能对船舶排放进行有效评估。船舶柴油机排放废气严重影响了大气环境和气候变化，引起了国际社会的广泛关注。MARPOL公约附则VI——防止船舶造成空气污染规则对船舶排放废气中的硫氮氧化物含量进行限制并禁止损害臭氧物质的故意排放，中国也已生效该公约。2016年交通运输部印发的《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》(交海发〔2015〕177号)，对船舶尾气中的硫氧化物排放物进行了严格的控制，至此，中国也开启了在船舶排放区控制尾气排放的措施。但目前的船舶的监测技术水平还无法提供有效的实时监控手段，大部分船舶都是在船舶到港时，检查船舶的书面燃油转换程序包括《轮机日志》、《换油记录表》或《油类记录簿》，IAPP证书以及船舶燃油抽检等，不能有效地对船舶动态进行实时监测监测。船舶航行区域的船舶尾气排放检测系统在对船舶尾气的各项参数指标检测中信息不够全面，因此船舶尾气是否超标的判断存在一定的误差。而且当船舶在航行时使用清洁能源、尾气后处理方式的等其他效替措施也无法直接地检测其是否存在船舶尾气排放超标的嫌疑。因此，开发新型的能对船舶进行实时监测的装备，对协助港口船舶排放检察官高效地有目的性地检查船舶，维护国家的防污染政策具有十分重要的作用。因现在在船舶领域还没有完善的在线监测系统，安装在船舶上的传感器采集的数据不能实时的整理传输至岸基。除此之外，现在相关机构没有出台完善的船舶在线监测相关法律法规以及制定高效的数据传输协议。船舶在航行的时候，岸基人员无法实时对航行中船舶设备和排放进行检测，无法实时预测到船舶设备会出现问题的时间节点，只能做到出现问题解决问题，这样就让船员在船舶航行中对设备处理显处于被动地位。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种船机排放数据以及船舶设备在线监测系统及方法，本专利技术可以实时监测船舶数据、数据安全性高、稳定性强，数据加解密可满足大量数据传输的要求。为实现此目的，本专利技术所设计的一种船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，它包括船舶环境温湿度传感器、船舶发动机状态传感器、船舶排放数据传感器、GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)模块、摄像头、数据采集模块、主控模块、数据加密模块、无线数据传输模块、加解码单元、密钥管理单元和客户端；所述船舶环境温湿度传感器的船舶环境温湿度数据输出端连接数据采集模块的数据输入端，船舶发动机状态传感器的船舶发动机状态数据输出端连接数据采集模块的数据输入端，船舶排放数据传感器的船舶排放数据输出端连接数据采集模块的数据输入端，GPS模块的船舶GPS数据输出端连接数据采集模块的数据输入端，摄像头的船舶机舱实时视频数据输出端连接数据采集模块的数据输入端；所述数据采集模块用于将船舶环境温湿度数据、船舶排放数据，以及船舶发动机状态数据中的排气温度数据和发动机扭矩数据进行模数转换得到对应的数字量数据，数据采集模块还用于从CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线中解析船舶发动机状态数据中的发动机转速、冷却水温度、中冷后温度、机油温度、机油压力、中冷后压力、瞬时油耗率、累计油耗量、油门开度、当前故障码和历史故障码数据，数据采集模块还用于解析GPS数据得到船舶GPS定位信息；所述主控模块用于对数据采集模块采集到的所有数据进行打包处理，打包数据的物理层包括依次排列的前置码、开始标志、数据、校验帧、结束标志和缓冲码，打包数据的数据格式链路层包括目标地址、船舶MMSI码(MaritimeMobileServiceIdentify，水上移动通信业务标识码)、GPS数据时间、数据类型、船舶数据；打包数据的数据内容链路层包括船舶环境温湿度数据、船舶发动机状态数据、船舶排放数据、船舶GPS数据和船舶机舱实时视频数据；密钥管理单元用于生成加密密钥，然后将加密密钥通过无线数据传输模块和主控模块传输给数据加密模块，密钥管理单元还用于将加密密钥对应的解密密钥传输给加解码单元，数据加密模块通过加密密钥将主控模块输出的打包数据进行加密，并将加密好的打包数据通过主控模块和无线数据传输模块传输至加解码单元，加解码单元通过对应的解密密钥将打包数据解密，加解码单元还用以将解码后的打包数据按照用户的加密需求重新加密传至客户端供用户解密使用。所述它还包括拓展模块，拓展模块包括拓展控制板、声光报警模块、本地FLASH存储模块(闪存)和触摸显示屏，所述拓展控制板的拓展数据通信端连接主控模块的拓展数据通信端，拓展控制板的报警信号通信端连接声光报警模块的通信端，拓展控制板的数据存储端连接本地FLASH存储模块的存储端，拓展控制板的触控显示信号通信端连接触摸显示屏的通信端。一种利用上述系统的船机排放数据以及船舶设备在线监测方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：数据采集模块分别实时采集船舶环境温湿度传感器感应到的船舶环境温湿度数据、船舶发动机状态传感器感应到的船舶发动机状态数据、船舶排放数据传感器感应到的船舶排放数据、GPS模块感应到的船舶GPS数据，以及摄像头拍摄的船舶机舱实时视频数据；步骤2：数据采集模块将船舶环境温湿度数据、船舶排放数据，以及船舶发动机状态数据中的排气温度数据和发动机扭矩数据进行模数转换得到对应的数字量数据，数据采集模块从CAN总线中解析船舶发动机状态数据中的发动机转速、冷却水温度、中冷后温度、机油温度、机油压力、中冷后压力、瞬时油耗率、累计油耗量、油门开度、当前故障码和历史故障码数据，数据采集模块解析GPS数据得到船舶GPS定位信息；步骤3：主控模块对数据采集模块采集到的所有数据进行打包处理，打包数据的物理层包括依次排列的前置码、开始标志、数据、校验帧、结束标志和缓冲码，打包数据的数据格式链路层包括目标地址、船舶MMSI码、GPS数据时间、数据类型、船舶数据；打包数据的数据内容链路层包括船舶环境温湿度数据、船舶发动机状态数据、船舶排放数据、船舶GPS数据和船舶机舱实时视频数据；步骤4：密钥管理单元生成加密密钥，然后将加密密钥通过无线数据传输模块和主控模块传输给数据加密模块，密钥管理单元将加密密钥对应的解密密钥传输给加解码单元，数据加密模块通过加密密钥将主控模块输出的打包数据进行加密，并将加密好的打包数据通过主控模块和无线数据传输模块传输至加解码单元，加解码单元通过对应的解密密钥将打包数据解密，加解码单元还用以将解码后的打包数据按照用户的加密需求重新加密传至客户端供用户解密使用，用户通过得到的解密后的打包数据实现了对船舶排放数据及船舶设备的在线监测。所述密钥管理单元生成加密密钥的方式为：其中，t为G本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，其特征在于：它包括船舶环境温湿度传感器(11)、船舶发动机状态传感器(14)、船舶排放数据传感器(15)、GPS模块(12)、摄像头(13)、数据采集模块(20)、主控模块(30)、数据加密模块(40)、无线数据传输模块(50)、加解码单元(71)、密钥管理单元(72)和客户端(80)；所述船舶环境温湿度传感器(11)的船舶环境温湿度数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，船舶发动机状态传感器(14)的船舶发动机状态数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，船舶排放数据传感器(15)的船舶排放数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，GPS模块(12)的船舶GPS数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，摄像头(13)的船舶机舱实时视频数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端；所述数据采集模块(20)用于将船舶环境温湿度数据、船舶排放数据，以及船舶发动机状态数据中的排气温度数据和发动机扭矩数据进行模数转换得到对应的数字量数据，数据采集模块(20)还用于从CAN总线中解析船舶发动机状态数据中的发动机转速、冷却水温度、中冷后温度、机油温度、机油压力、中冷后压力、瞬时油耗率、累计油耗量、油门开度、当前故障码和历史故障码数据，数据采集模块(20)还用于解析GPS数据得到船舶GPS定位信息；所述主控模块(30)用于对数据采集模块(20)采集到的所有数据进行打包处理，打包数据的物理层包括依次排列的前置码、开始标志、数据、校验帧、结束标志和缓冲码，打包数据的数据格式链路层包括目标地址、船舶MMSI码、GPS数据时间、数据类型、船舶数据；打包数据的数据内容链路层包括船舶环境温湿度数据、船舶发动机状态数据、船舶排放数据、船舶GPS数据和船舶机舱实时视频数据；密钥管理单元(72)用于生成加密密钥，然后将加密密钥通过无线数据传输模块(50)和主控模块(30)传输给数据加密模块(40)，密钥管理单元(72)还用于将加密密钥对应的解密密钥传输给加解码单元(71)，数据加密模块(40)通过加密密钥将主控模块(30)输出的打包数据进行加密，并将加密好的打包数据通过主控模块(30)和无线数据传输模块(50)传输至加解码单元(71)，加解码单元(71)通过对应的解密密钥将打包数据解密，加解码单元(71)还用以将解码后的打包数据按照用户的加密需求重新加密传至客户端(80)供用户解密使用。...
【技术特征摘要】
1.一种船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，其特征在于：它包括船舶环境温湿度传感器(11)、船舶发动机状态传感器(14)、船舶排放数据传感器(15)、GPS模块(12)、摄像头(13)、数据采集模块(20)、主控模块(30)、数据加密模块(40)、无线数据传输模块(50)、加解码单元(71)、密钥管理单元(72)和客户端(80)；所述船舶环境温湿度传感器(11)的船舶环境温湿度数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，船舶发动机状态传感器(14)的船舶发动机状态数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，船舶排放数据传感器(15)的船舶排放数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，GPS模块(12)的船舶GPS数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端，摄像头(13)的船舶机舱实时视频数据输出端连接数据采集模块(20)的数据输入端；所述数据采集模块(20)用于将船舶环境温湿度数据、船舶排放数据，以及船舶发动机状态数据中的排气温度数据和发动机扭矩数据进行模数转换得到对应的数字量数据，数据采集模块(20)还用于从CAN总线中解析船舶发动机状态数据中的发动机转速、冷却水温度、中冷后温度、机油温度、机油压力、中冷后压力、瞬时油耗率、累计油耗量、油门开度、当前故障码和历史故障码数据，数据采集模块(20)还用于解析GPS数据得到船舶GPS定位信息；所述主控模块(30)用于对数据采集模块(20)采集到的所有数据进行打包处理，打包数据的物理层包括依次排列的前置码、开始标志、数据、校验帧、结束标志和缓冲码，打包数据的数据格式链路层包括目标地址、船舶MMSI码、GPS数据时间、数据类型、船舶数据；打包数据的数据内容链路层包括船舶环境温湿度数据、船舶发动机状态数据、船舶排放数据、船舶GPS数据和船舶机舱实时视频数据；密钥管理单元(72)用于生成加密密钥，然后将加密密钥通过无线数据传输模块(50)和主控模块(30)传输给数据加密模块(40)，密钥管理单元(72)还用于将加密密钥对应的解密密钥传输给加解码单元(71)，数据加密模块(40)通过加密密钥将主控模块(30)输出的打包数据进行加密，并将加密好的打包数据通过主控模块(30)和无线数据传输模块(50)传输至加解码单元(71)，加解码单元(71)通过对应的解密密钥将打包数据解密，加解码单元(71)还用以将解码后的打包数据按照用户的加密需求重新加密传至客户端(80)供用户解密使用。2.根据权利要求1所述的船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，其特征在于：所述密钥管理单元(72)生成加密密钥的方式为：其中，t为GPS数据中GPRMC的UTC时间，Vesseln为船舶对应的MMSI码，Rnd()为随机函数，产生(0,1)的随机小数，h()为哈希算法，为密钥管理单元(72)生成的加密密钥。3.根据权利要求2所述的船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，其特征在于：所述加解码单元(71)根据密钥通过公式2将打包后数据对称加密后传输至客户端(80)，L()为解密函数，客户端(80)对接收到的加密数据，根据公式(3)进行解密处理；其中，F()为加密函数，PV为打包数据，CV为加密后的打包数据，L()为与加密函数对应的解密函数，MV为解密后的打包数据。4.根据权利要求1所述的船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，其特征在于：所述船舶排放数据包括船舶排放的NOX浓度、SO2浓度、H2S浓度、O2浓度、CO2浓度、CO浓度和HC浓度。5.根据权利要求1所述的船机排放数据以及船舶设备在线监测系统，其特征在于：所述它还包括拓展模块(60)，拓展模块(60)包括拓展控制板(61)、声光报警模块(62)、本地FLASH存储模块(63)和触摸显示屏(64)，所述拓展控制板(61)的拓展数据通信端连接主控模块(30)的拓展数据通信端，拓...
【专利技术属性】
技术研发人员：金华标，荣致远，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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