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龙图腾网恭喜中国船舶集团有限公司第七〇七研究所申请的专利一种基于国产平台的船用异构数据采集系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115766818B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-02-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211562231.2，技术领域涉及：H04L67/125；该发明授权一种基于国产平台的船用异构数据采集系统及方法是由房强设计研发完成，并于2022-12-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于国产平台的船用异构数据采集系统及方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种基于国产平台的船用异构数据采集系统及方法，通过采用国产芯片的数据采集层、数据传输层、数据处理层和数据存储层构成了采集系统，采用了DeltaOS系统作为软件的操作系统，将软件应用层分为主机系统软件、报警显示软件、内存储器软件、外存储器软件、以太网采集软件、声音采集软件、图像视频采集软件、串口数据采集软件和电源控制软件，本发明软硬件均实现了100％国产化，主机采用基于龙芯处理器和嵌入式道系统的平台，通过松散耦合式的配置管理和混合数据采集模型，实现了对异构数据的混合调度采集和数据处理，并对处理过的数据进行备份存储。系统还基于龙芯平台的QT图形开发框架开发了运行显示功能，能够对系统运行状态、采集状态和存储情况进行实时监控。

本发明授权一种基于国产平台的船用异构数据采集系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种基于国产平台的船用异构数据采集系统的数据采集方法，其特征在于：系统软硬件平台均实现了100％国产化，满足船用采集系统自主可控需求，系统包括数据采集层、数据传输层、数据处理层和数据存储层，其中数据采集层、数据传输层、数据处理层和数据存储层依次串行连接，数据采集层用于外部以太网数据、视频数据；图像数据、声音数据和串口数据，数据传输层用于传输数据，数据处理层用于对传输的数据进行处理，数据存储层用于对处理后的数据进行备份存储；所述数据采集层包括网络采集模块、CAN采集模块、声音采集模块、图像采集模块和视频采集模块，其中，网络采集模块采用FMQL45T900，用于完成2路相互独立通道的外部以太网向内部以太网的转换；CAN采集模块采用GD32F450，用于完成4路外部串口数据的采集，经过物理隔离，将其转换为相对应的符合内部通讯要求的CAN数据，并通过内部数据CAN总线发送到CAN通信模块，同时通过内部状态CAN总线将模块状态信息发送到CAN通信模块；声音采集模块采用JF072SZ，用于外部拾音器音频数据及VHF音频数据的采集和压缩；图像采集模块和视频采集模块采用视频编码器HI3531AV100和网络控制器YT8511H；所述数据传输层包括网络交换模块和CAN通信模块，其中网络交换模块采用国产交换芯片，为系统提供1000MS的网络交换环境，CAN通信模块采用国产PCI桥芯片将CPCI总线扩展为LocalBus，再通过LocalBus扩展四路CAN控制器，用于实现四路CAN接口；所述数据处理层包括主控模块和报警显示模块，其中主控模块采用3A3000，报警显示模块通过VGA与主控模块连接，用于显示系统运行状态；通过串口与主机单元通讯，配合定制键盘完成显示内容切换、亮度调节和蜂鸣器报警功能；系统软件平台由操作系统和模块驱动组成；操作系统使用的是一个嵌入式实时操作系统DeltaOS，模块驱动是国产化CAN模块驱动，驱动实现PCI总线到本地总线读写和访问，初始化CAN和读写每路SJAl000控制器；其中PCIe桥片的驱动依据FPGA逻辑地址偏移，完成PCI本地内存映射，挂接中断服务程序并使能中断；工作方式为阻塞模式；异构数据的采集和存储使用采集与处理相分离的设计模式，将数据采集任务集中在各个采集模块上，主控模块只负责数据的处理和转发，大大缓解主控模块的处理压力，保证设备的稳定性；各个采集模块上部署采集引擎，用以采集异构数据；主控模块上部署处理引擎，负责与各个采集引擎建立通信连接，实时监测传输通道的通断性，接收并解析处理各个采集引擎传输的异构数据；一种采集引擎只能采集一种数据，而处理引擎能够解析并处理各种异构数据，系统软件通过以太网和CAN总线与各个采集软件及存储软件进行数据传输，所述数据存储层包括内存储器和外存储器；采集方法，包括以下步骤：步骤1、开机；步骤2、初始化系统设备和报警单；步骤3、初始化外存储体对象，若初始化成功，则循环检测外存储体的状态，否则报警单元报警；步骤4、初始化内存储体对象，若初始化成功，则循环检测内存储体的状态，否则报警单元报警；步骤5、初始化网络服务，若初始化成功，则循环接收请求信号，并更改配置后重新启动，否则进行步骤6；步骤6、采集数据，报警故障诊断；步骤7、分析数据和状态，判断是否能够分析以及写入内存储器和外存储器，若能够分析以及写入内存储器和外存储器进行内存储器和外存储器的写入，否则报警单元报警；步骤8、关机判断是否满足关系条件，若满足则报警单元报警，否则返回步骤6；主机控制软件采用生产者-消费者模型的多线程模式，处理多源采集控制、状态监测和数据存储，每个线程独立处理一项任务，平衡消费者线程之间的处理能力，从而提高各消费者线程的处理速度，同时通过一个容器来解决生产者线程与消费者线程之间的强耦合关系，生产者线程产生的数据不需要直接抛给消费者线程，而是抛给该容器，当消费者线程需要数据时，到该容器中取数据，根据主机控制软件功能及软件工作流程，设计主机采集控制软件功能模块划分，将同类功能在一个功能模块中实现，方便进程调度机管理，按需分为7个功能模块，包括主进程、采集模块、外存储体模块、内存储器模块、网络模块、看门狗模块、故障诊断与报警指示模块和关机模块，主进程，主进程是主机控制软件的入口，负责为各个模块分配必要的资源，调用各个功能模块的初始化接口，保证系统正常启动，除初始化各个功能模块外，主进程承担了两个工作，一是为了降低系统的耦合性，提高数据采集的智能程度，使每个底层采集模块的进程都能够动态可配，加载系统配置实现松散耦合式的配置管理，解析配置内各个功能模块的数据通道编码、通道数量、采集参数及状态参数配置信息，提高了主机控制软件的可移植性、可复用性和可扩展性；二是根据异构数据的数据量初始化一个环形缓冲区，将采集的异构数据先缓存起来，从而解决数据采集和数据存储速率不一致的问题，网络模块，网络模块承担两个任务，一是负责配置调用底层采集模块的相关任务流程，下发各个采集模块的IP、端口、通信协议、状态上报时间及异常处理参数，使各采集模块开启采集进程，二是侦听采集模块上报的状态，通过以太网和CAN网络接收各个采集模块上报的状态，并按照内部通信协议处理后，转发给报警显示模块，采集模块，采集模块首先建立异构数据采集模型，混合数据采集通过异构数据采集模型映射技术实现采集模型的统一，它包含以下内容：1公共的模型信息；2公共对象信息和各异构数据源私有对象信息的映射关系，基于抽象容器的公共模型异构数据源模型映射技术通过抽象容器将组织和事物中“包含”的关系理解为各级容器的从属结构，建立各种不同应用的模型，从而具有灵活性和扩展性，在公共模型中，每种容器包含各自的“对象类型”及“容器描述属性”，当模型需要扩展时，只需在“对象类型定义”增加新的“对象类型”，在“容器描述定义”增加新的“容器描述属性”，公共对象信息和异构数据源私有对象信息的映射关系公共对象信息是抽取了各异构数据源的对象信息部分，通过公共命名方式对各系统的私有对象信息进行归纳，提取出公共对象信息，并将公共对象信息、私有对象信息以及它们的映射关系装载到已经建立好的具体的容器模型结构中，生成混合数据采集统一的数据结构，实体采集通道是通过数据通道编码与异构数据采集模型进行映射，根据配置文件的各个采集模块的路数，生成异构数据模型链表，系统维护这个模型链表来查询采集的数据，采集模块还要创建与底层采集板卡中服务的通讯连接，并将连接的句柄存储到对应模型的属性及公共句柄集中，采集模块通过侦听公共句柄集来判断是否有数据输入，如果有则对异构数据采集模型链表进行循环，判断数据中的通道编码与模型中的是否匹配，然后对采集到的数据进行协议处理，数据存储模块，系统采集的数据为异构数据，无法采用传统关系型数据库的存储方式，而是采用自定义的文件存储方式，将采集的数据以分钟为单位形成文件存储在内外存储器中，由于采集模块对应的数据源较多，每个源产生数据的频率也不一致，因此采集模块将采集处理后的数据先放入缓冲区中，然后数据存储模块将缓冲区中的数据发送给内外存储器，解决了由于采集数据速率大于存储数据造成数据丢失的问题，该部分使用数据访问中间件，即底层数据和上层传输之间建立一个中间层，上层应用和底层数据之间的操作，都要通过中间层进行，这一中间层屏蔽了数据源的异构性和分布性，对传输层提供统一标准接口，使系统对每个不同数据源的操作变为对单一的中间件的操作，而后再由中间件进行操作的分解和结果的合成，故障诊断与报警显示模块，报警显示模块用于状态指示和部分控制功能的操作，由图形显示模块和数据解析模块组成，接收并解析网络模块转发的各个模块的状态报文，诊断故障并进行显示，采用嵌入式QT4.8图形界面程序框架作为开发工具，采用信号槽机制实现对象间的通信，报警指示软件显示CAN信号采集的完整性、串口数据采集的完整性、内存储器和外存储体工作状态、声音采集的完整性、VGA图像数据采集的完整性、视频数据采集的完整性及电源的工作状态内容，显示方案采取根据配置灵活切换的方式，1个主屏幕和5个分屏幕的显示方式，主屏幕显示时间、故障总数信息，分屏幕分为设备组成、配置管理、设备实时运行状态、设备自检及设备故障列表页，主页为平时工作时的主界面，显示系统运行的时间和故障总数，设备组成页面根据配置文件显示设备的组成图和设备内部模块间的通信方式；配置页面显示系统中所配置的可采集外部数据数量，CAN总线数据、串口数据、声音数据、图像数据、视频数据，还包括声音屏蔽、亮度调节、背景切换和自动锁屏功能；运行界面采取图文方式显示目前信息流动的方向和实时的运行情况；自检页面用于设备内部模块自我检测功能的触发；故障界面显示故障的产生时间、内容及数据通道详细信息，看门狗模块，在主进程中进行喂狗操作，启用单独的线程监测喂狗情况，使得系统在出现故障后自动重启，从而提高系统长时间运行的稳定性和恢复能力，为了减少CPU运行负荷，将喂狗的时间间隔设置为5秒，如果5秒内没有喂狗，则监测线程会执行系统重启操作，关机模块，异构数据采集和存储系统采用统一的电源进行供电，当没有外部交流电源或直流电源输入时，电源会自动切换到蓄电池供电，各个数据源设备都有蓄电池供电，为保证无外部供电1小时内系统能继续采集存储多源数据，关机模块实时监测电池上报的工作状态报文，如果解析出电源当前工作状态为蓄电池供电，则启动计时，计时满一小时向电源发送关机指令，系统自动关机；计时一小时内，如果外部恢复供电，则取消计时，蓄电池自动充电。

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