Интегрированная судовая видеосистема Российский патент 2021 года по МПК G06F17/00 G06F16/70 

Изобретение относится к морским информационным системам, предназначено для решения задач обеспечения навигационной безопасности судовождения и может быть использовано для вывода изображения от различных судовых источников информации и управления судовыми системами с помощью программно-аппаратных средств.

Известны системы для вывода графического изображения от различных судовых источников информации, например, система TSS/NAV-MD (https://topwar.ru/161255-rossijskie-razrabotchiki-predstavili-videostenu-tss-nav-md-dlja-korablej-i-suclov.html) производства компании «Валком», именуемая как «видеостена», предназначенная для вывода видеосигналов от различных судовых источников информации на едином матричном дисплее, состоящем из широкоформатных мониторов МОС-М46 с диагональю дисплея LCD46". В состав системы TSS/NAV-MD «видеостена» входит:

- матричный дисплей (видеостена) на базе 46 дюймовых мониторов морского исполнения МОС-М46 (от двух до шести);

- панель управления видеостеной на базе морской операторской станции МОС-10;

- коммутатор видеосигналов;

- КМ-переключатель;

- клавиатура с трекболом;

- комплект кабелей и аксессуаров.

Предусмотрена сенсорная панель управления системой индикации, обеспечивающая:

- управление коммутацией видеосигналов;

- выбор в режиме онлайн требуемого источника видеосигнала для каждого из дисплеев матрицы;

- управление яркостью подсветки матричного дисплея;

- управление мышью и клавиатурой с возможностью подключения к любому из источников видеосигнала, отображаемых в данный момент на «видеостене»;

- возможность сохранения и загрузки предопределенных конфигураций видеосигналов для отображения на «видеостене».

Конструктивно система TSS/NAV-MD «видеостена» выглядит как блок дисплеев, конструктивно объединенный в единую конструкцию, и отдельно перечисленные выше элементы, входящие в ее состав.

Недостатки аналога заключаются в том, что система не предусматривает возможности отображения информации на различных устройствах отображения. То есть, в случае необходимости организации нескольких постов управления и нескольких дисплейных блоков необходима установка дублирующего оборудования и повторное заведение на него всех видеосигналов. Кроме того:

- система рассчитана на подключение судовых систем через HDMI, в случае других типов видеосигналов необходимо использовать конверторы;

- система предполагает использование дисплеев только как единого конструктива с дублированием на конкретные дисплеи видеоизображения, вывод одной системы сразу на все 4 дисплея невозможен, так же, как и вывод двух систем на один дисплей;

- переключение видеосигналов происходит с небольшой задержкой.

Известна также система от компании Furuno (http://www.furuno.ru/wp-content/uploads/2018/02/VideoWall_UK_ru.pdf), в состав которой входит видеостена, состоящая из нескольких дисплеев и коммутаторов видеосигнала; трекбол; сенсорная панель управления.

Указанная система может масштабировать любое изображение в пределах всей видеоматрицы из 6 мониторов. Количество отображаемых изображений не ограничено (определяется числом транскодеров). Положение каждого окна задается пользователем индивидуально. Отличие от традиционных систем с переключаемыми мониторами в гибкости настроек - масштабируемость окон и выбор их количества и положения.

Недостатки известной системы компании Furuno:

- система рассчитана в первую очередь на использование в виде единого конструктива, образующего из нескольких дисплеев один большой квазидисплей;

- вертикальное расположение дисплеев при компоновке матрицы из изображений делит некоторые видеосигналы границами дисплеев, что неудобно на системах со светлым фоном графического интерфейса;

- как следствие вертикального расположения дисплеев - необходимость добавления в состав системы отдельной рабочей станции для конфигурирования матрицы изображений из видеосигналов;

- использование системы в виде единого конструктива из 4 или 6 дисплеев возможно далеко не на всех судах; традиционная компоновка расположения оборудования и пультов управления судном при использовании данной системы невозможна.

Известно устройство для автоматизированной обработки судовой навигационной информации (патент RU2444782, МПК G06F 19/00, опубл. 10.03.2012). Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет программно-аппаратной унификации автоматических рабочих мест (АРМ), интеграции сопрягаемых систем в единый аппаратно-программный комплекс на уровне навигационного контура, контура управления техническими средствами корабля и организации самоорганизующейся архитектуры с автоматической управляемой реконфигурацией набора АРМ, для обеспечения навигационной безопасности судовождения. Устройство содержит АРМ, основной и резервный интеграторы корабельных данных, радиолокационные станции (РЛС), подсистему управления техническими средствами (УТС), общую шину данных, датчики сопрягаемых систем. В устройство дополнительно введены сетевые радар-процессоры, расширитель видеосигнала, автоматизированные рабочие места (АРМ) выполнены унифицированными, аналоговые выходы видеосистем подключены через расширитель видеосигнала к видеовходам АРМ, РЛС подключены к общей шине через сетевые радар-процессоры, датчики технических средств - через УТС, к интеграторам корабельных данных подключены дополнительные датчики сопрягаемых систем: устройство измерения крена и дифферента, регистратор рейса, автоматическая идентификационная система.

Недостатки известной системы:

- комплекс разработан для использования на военных кораблях и не может быть использован на гражданских, так как подобный подход к проектированию навигационного оборудования и оборудования автоматизации противоречит действующим правилам РМРС (Российский морской регистр судоходства) и международным конвенциям;

- комплекс включает в себя всю имеющуюся на судне навигационную аппаратуру и ставит средства автоматизации выше средств навигационной безопасности;

- комплекс построен по принципу реальной обработки информационных данных на серверах, что приводит к необходимости устанавливать лишние сервера, а также каждый раз настраивать данный комплекс под конкретное устанавливаемое с ним оборудование и выполнять длительную настройку и перепрограммирование, а в дальнейшем заново компоновать обрабатываемую информацию на ЭВМ.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание эффективной системы отображения информации от судовых систем и управления этими системами, а не обрабатываемой информацией, полученной от них, для всех типов судов и всех типов задач.

Технический результат - интеграция всех судовых систем на уровне дублирования видеоизображения и параллельного управления любой выбранной системой, без необходимости глубокого сопряжения на уровне цифровых, аналоговых и дискретных сигналов от судовых датчиков.

Задача решается, а технический результат достигается интегрированной судовой видеосистемой, содержащей общую шину данных, представляющую собой локальную вычислительную сеть, к которой через сетевой коммутатор, являющийся ядром шины данных, подключены видеопроцессор, коммутатор для управления судовыми системами, выполненный в виде устройства для управления экранными курсорами указанных систем - КМ-коммутатора, минимум одна панель управления с установленным программным обеспечением, подключенная также к видеостенам и/или дисплеям, при этом видеопроцессор имеет кратное четырем число видеовходов и кратное четырем число видеовыходов, на входы которого подключены видеосигналы с интегрируемых судовых систем, а к выходам - видеостены и/или дисплеи, объединенные в единый конструктив или расположенные как отдельные видеостены или дисплеи, причем на выходы КМ-коммутатора подключены интегрируемые судовые системы, а на вход - ручное указательное устройство ввода информации, например, трекбол, при этом КМ-коммутатор выполнен с возможностью переключения трекбола между судовыми системами и подключен к шине данных USB, представляющей собой слаботочную сеть, к которой также подключен трекбол для управления пользовательскими интерфейсами интегрируемых судовых систем.

Согласно изобретению, в частных случаях:

- при наличии нескольких независимых друг от друга панелей управления использована общая шина данных, подключение к которой осуществляется через сетевой коммутатор;

- система дополнительно содержит WiFi-роутер для обеспечения беспроводного подключения к панели управления, для удаленного подключения к которой к общей шине данных через WiFi-роутер подключен планшетный персональный компьютер (ПК);

- видеопроцессор построен на программируемой пользователем вертикальной матрице и не содержит операционной системы;

- использованы дисплеи морского исполнения;

- в качестве панели управления использована сенсорная панель морского исполнения МОХА серии 2070;

- в видеопроцессоре использовано программное обеспечение на базе операционной системы Debian (Linux).

Технический результат достигается следующим образом.

Видеосигналы со всех интегрируемых судовых систем (видеоисточников) подключены к видеопроцессору, к нему же подключены дисплеи (видеостены или панели), это приводит к тому, что с помощью видеопроцессора мы можем коммутировать видеосигналы интегрируемых систем. Видеосигналы с интегрируемых систем дублируются (средствами самой интегрируемой системы) - основной идет на «родную» систему отображения, дублированный на видеопроцессор, т.е. нет вмешательства в родную систему отображения интегрируемой системы.

Также все интегрируемые судовые системы подключены к одному КМ-коммутатору, к нему подключено ручное указательное устройство ввода информации для управления ими (например, трекбол), это приводит к тому, что можно управлять экранными курсорами интегрируемых систем. Управление курсорами с интегрируемых систем дублируются (средствами самой интегрируемой системы) - основной идет на «родной» трекболл, дублированный на КМ-коммутатор.

Видеопроцессор и КМ-коммутатор с помощью основной шины данных (представленной локальной вычислительной сетью) через сетевой коммутатор подключены к панели управления с установленным ПО, что дает пользователю возможность управления данными элементами системы: выбор интегрируемой системы для управления экранным курсором через КМ-коммутатор, выбор и настройка вариантов отображения видеосигналов интегрируемых систем на видеопанелях через видеопроцессор.

Также по интерфейсу (например, RS232/422) к панели управления подключены видеопанели, что дает пользователю возможность управления режимами работы (яркость, включение, выключение).

При этом нет необходимости глубокого сопряжения на уровне цифровых, аналоговых и дискретных сигналов, т.к. видео источники для судовой видеосистемы получены путем дублирования основных. Параллельное управление достигается также путем подключения параллельных инструментов управления.

Сущность поясняется схемой, где показано:

1 - видеопроцессор;

2 - дисплеи (и/или видеостены);

3 - коммутатор для управления судовыми системами, выполненный в виде КМ-коммутатора;

4 - ручное указательное устройство ввода информации (трекбол);

5 - панель управления;

6 - сетевой коммутатор;

7 - планшетный ПК;

8 - WiFi-роутер;

9 - интегрируемые судовые системы (видеоисточники), например, ЭКНИС (электронная картографическая навигационно-информационная система), РЛС Х-диапазона, РЛС S-диапазона, специализированные РЛС, ИСУ ТС (интегрированная система управления техническими средствами), КСУ ТС (комплексная система управления техническими средствами), СУ ТС (система управления техническими средствами) и другие различные типы систем автоматизации судна, система видеонаблюдения (технологического и/или охранного), метеостанция, CONNING дисплей, системы информационной поддержки;

рыбопоисковые эхолоты и гидролокаторы; специализированные картографические системы - Olex, Maxsea, Navi Fisher; ледовые приставки, системы поиска нефтяных пятен, системы поиска малых целей, охранные системы поиска; тепловизионные системы; прочие различные системы.

Заявляемая система работает следующим образом.

Видеосигналы непрерывно поступают от источников 9 на центральный блок обработки - видеопроцессор 1. Видеопроцессор 1 осуществляет обработку входных видеосигналов и формирование выходных видеосигналов для отображения на дисплеях (видеостенах) 2. Набор и компоновка выходных видеосигналов определяет программное обеспечение (ПО), установленное на панели управления 5. ПО использует набор встроенных функций и команд видеопроцессора 1 для работы с видеосигналами. Панель управления 5 передает набор команд по общей шине данных на видеопроцессор 1 для определения параметров выходных видеосигналов. Общая шина данных представляет собой локальную вычислительную сеть (ГОСТ 29099-91. Сети вычислительные локальные), подключение к которой осуществляется с помощью сетевого коммутатора 6.

ПО панели управления 5 формирует набор команд и отправляет их по общей шине данных на видеопроцессор 1. Видеопроцессор 1, получив набор инструкций, производит обработку входных видеосигналов с видеоисточников (судовых систем) 9 и формирует выходные видеосигналы на дисплеи 2.

Управление пользовательскими интерфейсами видеоисточников 9 осуществляется трекболом 4 по шине данных USB. Шина данных USB представляет собой слаботочную сеть, подключение к которой осуществляется с помощью КМ-коммутатора 3. Какой системой управляет трекбол 4 в данный момент времени, определяет ПО панели управления 5, для этого используется набор встроенных команд КМ-коммутатора 3. Для передачи набора команд на КМ-коммутатор 3 ПО панели управления 5 использует общую шину данных.

ПО панели управления 5 формирует набор команд и отправляет их по общей шине данных на КМ-коммутатор 3. КМ-коммутатор, получив набор инструкций, производит переключение на требуемый видеоисточник 9 для управления трекболом 4.

Для беспроводного управления (опционально) используется планшет 7, подключение к общей шине данных происходит через Wi-Fi роутер 8, добавляемый в систему. Беспроводное управление осуществляется с помощью стандартных инструментов операционной системы планшета 7 по принципу удаленного рабочего стола.

Управление яркостью, включение, выключение видеопанелей 2 осуществляется, например, по интерфейсу RS232/422 (https://ru.wikipedia.org/wiki/RS-232; https://ru.wikipedia.org/wiki/EIA-422). Видеопанели 2 подключены к панели управления 5 последовательно в цепь, каждая следующая панель синхронизирует свои параметры яркости с предыдущей. Может быть использовано следующее ПО панели управления: язык С++, компилятор gcc6, ОС Debian 9, Linux 4.9. Алгоритм программы - линейный: (начало программы)→[получение данных для обработки (данные для обработки представлены в виде данных введенных пользователем через устройство ввода (сенсорный экран панели управления))] → [обработка данных (преобразование в команды управления км-коммутатора/видеопроцессора)] → [отправка данных на внешний интерфейс] → (конец программы). Алгоритм работы системы.

Запуск ПО происходит автоматически при включении питания панели управления 5 после загрузки операционной системы. Во время запуска происходит чтение конфигурационного файла, в котором определены: ip адрес видеопроцессора 1, ip адрес КМ- коммутатора 3, протокол управления яркостью видеостен 2. Производится проверка доступности видеопроцессора 1, КМ-коммутатора 3 посредством отправки сетевых сообщений по основной шине данных. Далее происходит инициализация выходного видеосигнала видеопроцессора 1. Отправка команд управления на видеопроцессор 1 происходит по протоколу TCP/IP на заданный порт. Отправка команд управления на КМ-коммутатор происходит по протоколу TCP/IP на заданный порт.

Оператор системы выбирает на сенсорной панели управления 5 необходимую для отображения систему или предустановленный набор систем (конфигурируется в соответствии с конкретными техническими требования конкретного проекта). При наличии установленных на этапе пуско-наладочных работ предустановок отображения пользователь имеет возможность создавать свои схемы отображения. Пользовательская схема отображения создается в ПО панели управления, закладка «настройки». Алгоритм создания следующий: пользователь выбирает области видеопанелей и назначает на них видеоисточники, полученная схема сохраняется как пользовательская схема отображения и может быть активирована в закладке «пользовательские предустановки».

Все видеосигналы от судовых систем коммутируются и обрабатываются видеопроцессором 1 и далее выводятся на необходимое количество источников отображения (дисплеи 2) в различных вариациях - это может быть дисплей любой диагонали, это может быть видеостена любой необходимой конфигурации или несколько видеостен с максимальным числом дисплеев в системе до 16, это могут быть различные посты с различными независимыми дисплеями, трекболлами и панелями управления. Видеопроцессор (центр обработки видеосигналов) построен на FPGA - программируемой пользователем вертикальной матрице, и не содержит операционной системы (https://ru.wikipedia.org/wiki/Программируемая_пользователем_вентильная_матрица). В видеопроцессоре может быть использовано программное обеспечение на базе операционной системы Debian (Linux), что повышает надежность работы по отношению к ОС семейства MS Windows.

К подключенным судовым системам, при наличии в них USB-входа, также при помощи КМ-коммутатора 3 подключаются установленные на постах управления трекболы 4, и через КМ-коммутатор 3 происходит передача управления системой. При этом возможно одновременное управление как на основном посту управления судовой системой, так и с любого поста, подключенного в данный момент к данной системе. Каждый пост может работать независимо от других, то есть каждый может быть настроен индивидуально и работать как отдельная независимая система, находясь при этом в одной системе и одной сети. Это достигается за счет того, что все интегрируемые системы подключены к одному КМ-коммутатору, к нему же подключены трекболы.

Система выполняет следующие функции:

- отображение выбранной системы или матрицы из выбранных систем на дисплее или видеостене (в зависимости от конкретно выбранной топологии);

- подключение и передача параллельного управления при помощи находящегося в посте управления трекболом;

- настройки системы при помощи панели оператора;

- включение и выключение системы или отдельно дисплеев при помощи панели оператора.

Информационное сопряжение оборудования системы осуществляется посредством линий цифровой кодированной передачи данных. В качестве стандартов передачи данных могут быть применены RS-422/485 и LAN, а также WiFi-сеть в случае необходимости беспроводного управления при помощи планшетного ПК. Передача изображения на видеопроцессор происходит при помощи стандартных видеоинтерфейсов VGA, HDMI, DVI, RCA, LAN. Передача видеоинформации с видеопроцессора на дисплей (дисплеи) или видеостену (видеостены) происходит через видеоинтерфейс DVI. В случае, если кабельная трасса превышает предельные значения для передачи, применяются специальные видеоконверторы для конвертирования изображения в LAN и передачу его на любые необходимые расстояния по сети при помощи экранированного сетевого кабеля, и дальнейшее конвертирование видеоизображения обратно в сигнал HDMI.

Панель управления позволяет конфигурировать каждый конкретный пост управления в соответствии с техническим заданием. Помимо этого, присутствуют стандартные настройки яркости, установки «день» и «ночь» и стандартные настройки пользователя. Система имеет повышенную (фактически полную) защиту от вирусов и вредоносных программ благодаря использованию операционной системы Debian на ядре Linux.

Пример состава заявляемой системы на примере рыболовного траулера проекта ST-192:

1. Видеопроцессор: Vewell 5000 series 4U - 8DVI IN / 4DVI OUT (https://uitek.ru/rus/catalog/v100/proc 1 /proc580/).

2. Видеостены отображения: MCA ДС-4607 (https://unicont.com/marine_electronics/assets/components/devices/MV-xx(04-05)/MV-xx(04-05)_manual_ru.pdf).

3. КМ-коммутатор: Adder CSS-PR08 (https://www.adder.com/en/kvm-solutions/adder-ccs-pro8).

4. Трекбол: MCA МШ-1-50 В (https://unicont.com/marineelectronics/assets/components/files/msacatalog-systems_2019_ru.pdf/стр. 73).

5. Панель управления: Моха МРС-2070-Е2-Т (https://moxa.ru/shop/comp/sea/mpc-2070/mpc-2070-e2-t/).

6. Сетевой коммутатор: Моха EDS-205A (https://moxa.ru/shop/ethernet/unmanaged/eds-200a/eds-205a/eds-205a/).

7. Планшетный ПК: Samsung Galaxy TAB S6 (https://www.samsung.com/ru/tablets/galaxy-tabs6-t865).

8. Wi-Fi-роутер: MoxaNPort W2150A-EU (https://moxa.ru/shop/com_v_ethernet/wireless/nport-w2150a/).

9. Интегрируемые системы: Fishfinding sonar SX95, Fishfinding echosounder ES80, OLEX chart system, Fishfinding echosounder ES80, Scantrol, Trawl sonar FM90, CCTV, IAS system Kongsberg.

10. Шина данных - локально-вычислительная сеть на СКС категории Cat5E - ГОСТ 29099-91. Сети вычислительные локальные.

11. Программное обеспечение, устанавливаемое на панель управления. Система обеспечивает оперативное отображение и управление всеми подключенными к ней судовыми системами, что позволяет избежать необходимости глубокого программного интегрирования на уровне сигналов и необходимости отладки такого готового навигационно-информационного комплекса в течение длительного времени, а также дальнейшей его программной поддержки. На судах с классом ОМВО (One-Man Bridge Operation, «один человек на мостике») данная система позволит с одного рабочего места (поста) обеспечить и отображение (через видеопроцессор происходит аккумуляция видеосигналов на видеостене) и управление (через КМ-коммутатор происходит аккумуляция управления) всеми подключенными судовыми системами.

Изобретение относится к морским информационным системам и может быть использовано для вывода изображения от различных судовых источников информации и управления судовыми системами. Технический результат - интеграция всех судовых систем на уровне дублирования видеоизображения и параллельного управления любой выбранной системой без необходимости глубокого сопряжения на уровне цифровых, аналоговых и дискретных сигналов от судовых датчиков. Интегрированная судовая видеосистема содержит общую шину данных, представляющую собой локальную вычислительную сеть, к которой через сетевой коммутатор, являющийся ядром шины данных, подключены видеопроцессор, коммутатор для управления судовыми системами, минимум одна панель управления с установленным программным обеспечением, подключенная также к видеостенам и/или дисплеям, при этом видеопроцессор имеет кратное четырем число видеовходов и кратное четырем число видеовыходов, на входы которого подключены видеосигналы с интегрируемых судовых систем, а к выходам - видеостены и/или дисплеи, объединенные в единый конструктив или расположенные как отдельные независимые посты управления. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Интегрированная судовая видеосистема, содержащая общую шину данных, представляющую собой локальную вычислительную сеть, к которой через сетевой коммутатор, являющийся ядром шины данных, подключены видеопроцессор, коммутатор для управления судовыми системами, выполненный в виде устройства для управления экранными курсорами указанных систем - КМ-коммутатора, минимум одна панель управления с установленным программным обеспечением, подключенная также к видеостенам и/или дисплеям, при этом видеопроцессор имеет кратное четырем число видеовходов и кратное четырем число видеовыходов, на входы которого подключены видеосигналы с интегрируемых судовых систем, а к выходам - видеостены и/или дисплеи, объединенные в единый конструктив или расположенные как отдельные видеостены или дисплеи, причем на выходы КМ-коммутатора подключены интегрируемые судовые системы, а на вход - ручное указательное устройство ввода информации, например трекбол, при этом КМ-коммутатор выполнен с возможностью переключения трекбола между судовыми системами и подключен к шине данных USB, представляющей собой слаботочную сеть, к которой также подключен трекбол для управления пользовательскими интерфейсами интегрируемых судовых систем.

2. Интегрированная судовая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что при наличии нескольких независимых друг от друга панелей управления использована общая шина данных, подключение к которой осуществляется через сетевой коммутатор.

3. Интегрированная судовая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит WiFi-роутер для обеспечения беспроводного подключения к панели управления, для удаленного подключения к которой к общей шине данных через WiFi-роутер подключен планшетный персональный компьютер (ПК).

4. Интегрированная судовая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что видеопроцессор построен на программируемой пользователем вертикальной матрице и не содержит операционной системы.

5. Интегрированная судовая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что использованы дисплеи морского исполнения.

6. Интегрированная судовая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве панели управления использована сенсорная панель морского исполнения МОХА серии 2070.

7. Интегрированная судовая видеосистема по п. 1, отличающаяся тем, что в видеопроцессоре использовано программное обеспечение на базе операционной системы Debian (Linux).