一种船舶能效监测管理系统的制作方法

本发明涉及船舶节能技术领域，尤其是一种船舶能效监测管理系统。

背景技术：

为应对全球资源短缺以及降低全球温室效应，船舶能效的数据收集越发受到重视。船舶能效在船舶全生命周期中已由信息化逐步向智能化转变，其特征是对格式多样的数据进行采集、存储和关联分析，以大数据为基础、预测技术为核心，通过网络信息和实体的融合，构建船岸一体的智能信息服务体系，实现船岸信息共享。

目前相关能效监测系统主要是对船舶的轴功率、燃油消耗和航速等进行监测，而船舶姿态、船舶推力和环境参数也是重要的能效数据。并且相关能效监测系统基于3g通讯技术实现数据的远程传输，当船舶在远海航行时，监测数据就无法回传到岸端。

技术实现要素：

本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种船舶能效监测管理系统。

本发明的技术方案如下：

一种船舶能效监测管理系统，所述系统包括：感知功能模块、数据采集模块、远程传输模块、能效分析模块、辅助决策模块、船舶管理模块；所述感知功能模块、所述数据采集模块和所述远程传输模块布置在船端，所述能效分析模块、所述辅助决策模块和所述船舶管理模块布置在船端的主控制器和岸端的服务器；

所述感知功能模块将采集的各类能效相关的物理信号转换为电信号；

所述数据采集模块采集所述电信号并转换为数字信号；

所述远程传输模块将船端的监测数据远程传输至岸端，以及根据岸端的控制指令远程控制船端的主控制器，所述监测数据包括采集的所述数字信号和船舶的管理数据；

所述能效分析模块实时计算和存储船舶相关的监测数据，自动生成能效统计报表；

所述辅助决策模块实现基于大数据分析的航速优化和纵倾优化，以及进入控制排放区预警；

所述船舶管理模块在船端输入船舶营运信息，供岸端远程查询船舶动态。

其进一步的技术方案为：所述感知功能模块包括轴功率仪、推力仪、燃油流量计、定位仪、气象仪和船舶姿态测量仪；

所述轴功率仪用于监测轴扭矩、轴转速和轴功率；

所述推力仪用于监测推力；

所述燃油流量计用于监测主机、副机、锅炉的燃油消耗量；

所述定位仪用于监测船舶位置、航速、航向；

所述气象仪用于监测环境气象数据，所述环境气象数据至少包括风速、风向、浪高和浪向；

所述船舶姿态测量仪用于监测船舶姿态数据，所述船舶姿态数据至少包括船舶吃水、纵倾、横倾、纵摇、横摇、升沉。

其进一步的技术方案为：所述环境气象数据和所述船舶姿态数据用于分析环境气象因素和船舶姿态对所述航速和所述燃油消耗量的影响，以分析不同海况下的最优航程。

其进一步的技术方案为：所述数据采集模块将各个传感器采集的电流信号或频率信号转换为数字信号，采用485总线接口技术，基于modbustcp协议，实现主控制器与各个传感器之间的数据通信。

其进一步的技术方案为：所述远程传输模块基于海上宽带通讯技术，将船端的监测数据传回岸端的服务器，或者，将岸端的控制指令传输至船端的主控制器进行远程控制。

其进一步的技术方案为：所述能效分析模块实时计算和存储船舶的小时耗油量、日耗油量、航次耗油量、单位距离耗油量、单位运输耗油量、单位距离co2排放量以及能效指标eeoi值，生成预定形式的图表直观显示船舶能效的监测数据。

其进一步的技术方案为：所述辅助决策模块在设定剩余海里或剩余时间内进行控制排放区预警。

其进一步的技术方案为：所述船舶管理模块至少包括午报管理、月报管理、航次管理、船舶动态管理、加油管理、油品切换管理、油耗管理。

本发明的有益技术效果是：

通过感知功能模块、数据采集模块、远程传输模块、能效分析模块、辅助决策模块、船舶管理模块组成的系统实时获取船舶能效相关数据，自动分析和计算船舶能效指标，实现了全海域数据远程无线传输和远程控制，可基于大数据提供最优航速和最优纵倾角。系统具有可扩展性，可根据需求添加相应的功能模块，为船东提供定制化服务。船员可以实时获取能效参数，选择最优航行状态，输入相关船舶营运信息，船舶管理人员可以实时远程了解船舶能效数据和船舶动态，管理相关能效数据，有效减少船舶二氧化碳排放，提高能源利用效率，降低船舶运营成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的船舶能效监测管理系统的结构方框图。

图2是本发明一个实施例提供的船舶能效监测管理系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

图1是本发明一个实施例提供的船舶能效监测管理系统的结构方框图，如图1所示，该系统包括：感知功能模块1、数据采集模块2、远程传输模块3、能效分析模块4、辅助决策模块5、船舶管理模块6。

感知功能模块1、数据采集模块2和远程传输模块3布置在船端，能效分析模块4、辅助决策模块5和船舶管理模块6布置在船端的主控制器和岸端的服务器。

岸端还包括终端，终端通过网络可以访问服务器。

船端的主控制器即船端工控机。

结合参考图2，船端的主控制器、岸端的终端以及服务器两两之间均可以进行通信。

在实际应用中，服务器可以是云数据中心，服务器中的数据可以进行大数据分析。船端的数据可以通过海上宽带上传至岸端的服务器进行数据分析，岸端的终端可以通过网络访问服务器，获取数据分析结果，结合数据分析结果进行决策，远程控制船端的主控制器。

感知功能模块1将采集的各类能效相关的物理信号转换为电信号。

可选的，感知功能模块1由各类传感器组成，包括轴功率仪、推力仪、燃油流量计、定位仪、气象仪和船舶姿态测量仪。这些传感器均布置在船端。

轴功率仪轴功率仪安装在中间轴处，用于监测轴扭矩、轴转速和轴功率。轴功率可以根据轴扭矩和轴转速计算得到。

可选的，轴功率仪为应变片式。

推力仪安装在中间轴处，用于监测推力。

可选的，推力仪为光电式推力仪，实现了对船舶推力的长期监测。

燃油流量计安装在耗油设备的进出油管上，用于监测主机、副机、锅炉的燃油消耗量。

可选的，燃油流量计为椭圆齿轮流量计。

定位仪安装在罗经甲板，用于监测船舶位置、航速、航向。

可选的，定位仪为北斗定位仪。

气象仪安装在罗经甲板，用于监测环境气象数据，环境气象数据至少包括风速、风向、浪高和浪向。

可选的，气象仪包括风速风向仪和雷达测波仪。

船舶姿态测量仪安装在重心或近重心处，用于监测船舶姿态数据，船舶姿态数据至少包括船舶吃水、纵倾、横倾、纵摇、横摇、升沉。

其中，环境气象数据和船舶姿态数据用于分析环境气象因素和船舶姿态对航速和燃油消耗量的影响，以分析不同海况下的最优航程。

本发明实施例中的系统搭载雷达测波仪和船舶姿态测量仪，可以实时获取船舶附近浪高、浪向数据，以及船舶航行期间的运动姿态参数，为航速优化和纵倾优化提供必要的数据支撑。

数据采集模块2采集电信号并转换为数字信号。

可选的，数据采集模块2将各个传感器采集的电流信号或频率信号转换为数字信号，采用485总线接口技术，基于modbustcp协议，实现主控制器与各个传感器之间的数据通信。

在实际应用中，数据采集模块2用于各类传感器数据的采集，将各传感器采集的4～20ma电流信号或频率信号转换为数字信号，对电信号进行调理和传输，送入主控制器。

在采集过程中，可根据采集数据的不同特性，设置相应的采集频率，定时采集和存储各传感器输出数据。

数据采集模块2具有可扩展性，可根据需要添加其他传感器采集接口。

远程传输模块3将船端的监测数据远程传输至岸端，以及根据岸端的控制指令远程控制船端的主控制器。

监测数据包括采集的数字信号和船舶的管理数据。

船舶的管理数据为船员人工输入主控制器。

可选的，远程传输模块3基于海上宽带通讯技术，将船端的监测数据传回岸端的服务器，或者，将岸端的控制指令传输至船端的主控制器进行远程控制。

采用海上宽带数据远程传输技术，实现了全海域数据实时传输，解决了船舶在远海无信号的问题。远程传输模块3可以满足全海域全天候数据远程无线传输的需求，船舶运营商可以24小时了解船舶能效及运营状态。

能效分析模块4实时计算和存储船舶相关的监测数据，自动生成能效统计报表。

可选的，能效分析模块4实时计算和存储船舶的小时耗油量、日耗油量、航次耗油量、单位距离耗油量、单位运输耗油量、单位距离co2排放量以及能效指标eeoi值，生成预定形式的图表直观显示船舶能效的监测数据。

能效分析模块4可以自动生成能效统计报表，包括欧盟及imo要求的相关报表。

辅助决策模块5实现基于大数据分析的航速优化和纵倾优化，以及进入控制排放区预警。

能效分析模块4的分析结果发送至辅助决策模块5进行决策，在实际应用中，能效分析模块4的分析过程和辅助决策模块5的决策过程是在服务器中进行，船端的主控制器上也设置有相应的能效分析模块4和辅助决策模块5获取数据分析的结果。

可选的，辅助决策模块5在设定剩余海里或剩余时间内进行控制排放区预警，保证船舶排放满足控制排放区的要求。以能耗为最终目标，基于长期监测数据，通过科学合理的优化方法，得到不同载重、不同海况下的最优航速和最优纵倾角。

通过采集大量实船航行数据和海洋环境数据，经统计分析得到航速优化和纵倾优化模型，得到不同载重、不同海况下的最优航速和最优纵倾角。考虑船舶航速、航向、海洋环境等因素，估计进入控制排放区的时间，做到控制排放区预警，保证船舶排放满足控制排放区的相关要求。

本发明实施例中的系统提供可靠的基于大数据的航速优化和纵倾优化结果，可自主给出不同船舶状态和不同海况下的最优航速和最优纵倾角。

船舶管理模块6在船端输入船舶营运信息，供岸端远程查询船舶动态。

可选的，船舶管理模块6至少包括午报管理、月报管理、航次管理、船舶动态管理、加油管理、油品切换管理、油耗管理，供岸端根据船舶营运信息远程查询船舶动态。

船员在船端可以方便快接地输入上述相关的船舶营运信息，岸端的船舶运营商可以实时了解船舶动态，实现无纸化办公。

如图2所示，船舶上各个传感器将数据发送至数据采集器，数据采集器通过485总线将转换的数字信号发送至主控制器，船舶营运信息通过人工输入至主控制器，船端的主控制器通过内部的软件模块将数据进行整合，通过远程传输模块3与岸端的终端和服务器进行交互。

本发明实施例的船舶管理模块6为船员手动输入模块，船员可在船端终端输入午报、月报、航次、船舶动态、加油信息、油品切换等信息，运营商可在岸端实时远程了解和记录船舶相关动态，实现无纸化办公。

系统功能的实现方式为：感知功能模块1将轴扭矩、推力、转速、燃油消耗、船舶位置、船舶姿态、环境参数等物理量转换为不同形式的电信号(比如电流信号、脉冲信号等)；数据采集模块2将这些电信号统一转换为数字信号，采用485总线接口技术，基于modbustcp协议，实现主控制器对各传感器的数据采集；远程传输模块3将采集的船端能效数据远程发送至岸端服务器，布置在岸端服务器上的能效分析模块4对远程传输回来的船端监测数据进行分析及存储，分析结果可供运营商通过终端进行在线查看，同时回传给船端主控制器，供船员参考，通过辅助决策模块5起到辅助决策作用；船舶管理模块6需要船员在船端工控机(主控制器)上输入午报、月报、航次信息、船舶动态、加油信息、油品切换信息、油耗管理等相关信息，这些信息会通过远程传输模块传回岸端服务器，船舶运营商便可实时了解船舶动态，全面掌握船舶运营情况。

综上所述，本发明实施例提供的船舶能效监测管理系统，可以实时获取船舶能效的相关数据，自动分析和计算船舶能效指标，实现了全海域数据远程无线传输，可根据大数据提供最优航速和最优纵倾角，系统具有功能可扩展性，提供船舶定制化服务，可以根据需求添加相应的功能模块，从而达到减少油耗、减少二氧化碳排放、降低企业成本、保护环境的目的。

以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。