云计算在现代舰船导航控制中的应用.docx

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云计算在现代舰船导航控制中的应用

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摘要:针对传统的舰船航向自抗扰技术中存在的控制航向调节时间长、超调现象频发的问题，提出基于云计算的舰船航向自抗扰技术研究。本文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；现代舰船；控制应用

引言

港口行业的快速发展，使得降低成本、减轻船员劳动强度逐步成为航运业的首要任务，舰船航向的自动化控制是必然的发展趋势。海上航行充满了风浪暗礁的未知风险，越来越多人开始重视舰船在海上航行的安全问题，提高了舰船航行控制的要求。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。进一步来说，就是导航控制系统的可靠性问题。

1舰船组合导航系统

随着舰船导航技术的发展，各导航设备的功能特点和性能优劣已基本稳定，单一传感器的导航系统已无法满足在数据精度和可靠性等多方面的要求。为此，基于多传感器信息融合技术的舰船组合导航系统应运而生。舰船组合导航系统主要分为传感器、数据处理中心和决策控制终端3个部分。传感器一般包括惯导、卫导和计程仪等设备，其作为导航系统的信息源，主要提供舰船位置、航向和航速等信息。数据处理中心以高速计算机为载体，应用卡尔曼滤波器和最优化统计理论，对各传感器导航信息进行融合处理，从而给出各导航参数的最优解。决策控制终端是导航参数的应用端，主要包括信息显示、操控指挥和武器作战等系统设备。基于多传感器信息融合的组合导航系统，不仅有效提高了导航数据精度和可靠性，同时为实现舰船的航海避碰、故障诊断和综合决策等智能化应用奠定了重要基础[1]。

2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]。

3现代舰船中云计算在导航控制中的运用

3.1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[3]。

3.2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[4]。

3.3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