船载终端系统软件设计包括数据采集模块组 态、通信程序的设计以及上位机可视化界面设计。 本监测系统的下位机采用倍福数据采集系统， 数据采集模块的组态在集成于 Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ 中的 ＴｗｉｎＣＡＴ３ 中完成。 ＴｗｉｎＣＡＴ３ 开发工具能够通过创 建和管理工程对 ＰＬＣ 进行编程，并进行工程测试和 故障处理。 完成创建新的工程文件后，首先进行控 制器的连接，然后扫描 Ｉ／ Ｏ 模块并连接其变量，见图 ５。

 

        完成控制器以及 Ｉ／ Ｏ 模块组态后编写 ＰＬＣ 采集 程序，对采集的模拟信号和数字信号进行数据处理 以及逻辑转换。 经过调试后，将 ＰＬＣ 程序设置为自 启动后下载至控制器中。 下位机与 ＰＣ 上位机的通信采用传输速率高、 易与因特网（ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）连接且低成本的基于传输控 制协议／ 网际协议（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ／ Ｉｎ⁃ ｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＴＣＰ ／ ＩＰ）的工业以太网总线，通信程 序是采用 Ｃ 语言开发，以用户数据报协议（Ｕｓｅｒ Ｄａｔ⁃ ａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＵＤＰ）通信方式将控制器采集的数据 发送至上位机。 每个 ＵＤＰ 报文分为 ＵＤＰ 报文头和 ＵＤＰ 数据区两部分。 报文头由 ４ 个 １６ 位字段组成， 分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度和校 验值，ＵＤＰ 的报文格式设计见图 ６。 源 端口占 ＵＤＰ 报文头的前 １６ 位，包含发送数据包的程序使用的 ＵＤＰ 端口。 接收端程序利用此 字段的值作为发送响应的目的地址。 目的端口字段 占 １６ 位，表示接收端计算机上 ＵＤＰ 软件使用的端 口。 长度字段占 １６ 位，表示 ＵＤＰ 数据包长度，包含ＵＤＰ 报文头和 ＵＤＰ 数据长度，其值最小为 ８。 校验 值字段占 １６ 位，通过反码运算可以检验数据在传输 过程中是否被损坏。 在上位机接收到由下位机通过 ＵＤＰ 程序发送的数据后将其暂时存入数据库。 为提高数据可视化， 使用 Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ 中的 ＷＰＦ 开发的人机界面可以在上位机实现监测数据 可视化显示，见图 ７。

          该界面系统具有状态信息、报 警信息以及历史记录查询三个单元。 状态信息单元 实时显示监测对象状态参数；报警信息单元实现对 当前报警项显示，当有报警时报警模块变为红色闪 烁，报警信息窗口有报警信息红蓝交替闪烁显示，确 认后变为黄色长亮，报警处理复位后消失；历史记录 查询单元实现对监测对象历史数据的查询。

船载终端与岸基终端通过 ４Ｇ 和卫星网络进行 数据传输。 当有网络覆盖且 ４Ｇ 模块连通时，优先 使用 ４Ｇ 数据传输模块传输数据。 同时，为提高数 据传输的稳定性，程序设定超时重连机制，当达到超 时重连次数上限后，再进行数据传输方式的切换，避 免因不稳定因素造成程序误判。 当无移动网络覆盖 或 ４Ｇ 模块故障时，上位机通过天通船载通信终端 将数据发送至云平台，同时产生相应的故障提示，提 醒管理人员检查，上位机通信方式切换程序的工作 流程见图 ８。

３. ３ 岸基监测系统设计 

       岸基监测系统的主要组成有云平台以及岸基监 测终端，其中岸基监测终端包括岸基 ＰＣ 端监测终 端以及移动端监测终端两部分。 

３. ３． １ 云平台设计 

        本排放监测系统中云平台的设计是基于仿真实 验室已有的船舶管理信息平台，在该平台中，服务器 通过通信模块接收来自船载终端系统的数据，通过 现有船舶自动识别系统（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓ⁃ ｔｅｍ，ＡＩＳ）终端获取监测区域内的船舶信息，包括船 名、识别号、位置、航速信息等。 当船载终端在线时， 将接收的数据解密后存入数据库。 云平台读取船载 终端数据库中的识别号获取对应船舶位置、航速数 据，通过计算并与新国标限值进行比对、分析并做出 逻辑判断，将结论存入数据库。 同时，平台根据判断 结果将违规信息通过通信模块分别发送至船载终端 和用户。 当船载终端离线时，通过读取最近一组数 据获取识别号，在当前已有监测数据中进行搜索，若 该识别号的船舶依然在监测区，则判定为故障离线， 通过该船的注册手机号以短信的形式将故障离线信 息发送至用户手机，反之则判定为不在监测区域。 云平台程序流程图见图 ９。

３. ３． ２ 监测系统设计 

          岸基 ＰＣ 端监测系统面向监管单位开发设计， 可对监管区域内所有船舶数据进行访问。 该系统需 运行于 Ｗｉｎｄｏｗｓ 系统，具有报警信息单元、实时跟踪 单元、航迹回放单元、历史记录查询单元，见图 １０。 其中，报警信息单元可以实现在线状态及违规行为 的实时显示，包括船名、识别号、报警项目以及排放 量；实时跟踪单元主要是对进入该航域内的船舶位 置进行实时的跟踪，违规的船舶图标会变红；航迹回放单元是对需要重点查询的船舶在过去一段时间内 的航迹进行回放显示；历史记录查询单元是对在过 去一段时间内的监测数据信息进行查询。

          移动端监测系统面向用户开发设计，在权限方 面具有一定的局限性，只能查看用户所拥有的船舶 数据信息。 移动端监测系统以应用程序（Ａｐｐｈｉｃａ⁃ ｔｉｏｎ，ＡＰＰ）的形式运行于移动终端。 该监测系统有 用户登录界面、主界面、状态显示单元、报警记录单 元、数据查询单元，架构见图 １１。 

用户登录界面为 用户提供登录通道，只有登录后用户才能使用该 ＡＰＰ 中的相关功能；主界面包含该 ＡＰＰ 的菜单按钮，用户通过主界面的菜单按钮进入各功能单元；信 息显示单元主要向用户提供监测状态参数，包括船 舶位置信息以及生活污水的相关参数；报警记录单 元为用户提供船舶在此前的报警记录；数据查询单 元为用户提供过去一段时间内船舶的相关数据。

４ 监测系统的实现 

为提高系统的开发效率，本套监测系统的测试 于武汉理工大学仿真中心实验室完成，被监测对象 为实验室模拟器中的生活污水处理装置模型。 经过 对生活污水的排放操作，使其在未经处理直接排放、 经过处理后未达标排放、禁排区排放、船载终端离线 四种常见的情况下对监测系统进行测试，结果如图 １２ 所示。

          岸基监测系统在传感器故障、生活污水经过处 理后未达标排放、生活污水禁排区排放三种常见的 事故情况下能够做出识别，船载终端能够收到报警 信息，同时注册手机号能够收到短信提示。 在关闭 ４Ｇ 数据传输设备（Ｄａｔａ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔ，ＤＴＵ）模块的 情况下，船载终端系统与岸基监测系统依然能够进 行数据传输。 在船载终端离线事故情况下，注册手 机号能够收到离线提示短信。 因此，本设计的内河 船舶生活污水排放监测系统经过试验测试后符合设 计需求。 

５ 结束语 

         本设计提出基于云平台的远程船舶生活污水处 理装置排放监测方案，设计移动网络与卫星双通信 方式，提供了船舶生活污水排放远程在线监测设计 方案。 本监测系统通过引入云平台对数据信息的综 合处理，在实现数据可视化监测的同时不仅减少船载端的设备安装费用，而且符合未来船联网发展趋 势。 系统采用倍福数据采集系统，具有较强的扩展 性，方便后续数据采集的扩展，降低升级费用。