一种船舶气体控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种船舶气体控制方法，该方法包括提供基于气体分析的船舶控制装置，所述船舶控制装置包括散射式能见度观测仪、船舶速度测量设备、船舶驱动设备和主控设备，所述主控设备分别与所述散射式能见度观测仪、所述船舶速度测量设备和所述船舶驱动设备连接，根据所述散射式能见度观测仪输出的能见度确定船舶最大允许行驶速度，基于船舶最大允许行驶速度和所述船舶速度测量设备输出的当前船舶行驶速度，通过所述船舶驱动设备进行船舶行驶速度的控制。本发明能够通过检查船舶周围空气的能见度自动限制船舶的行驶速度，还能够通过对比船舶控制室内外气体的PM2.5浓度，提示驾驶员开窗或关窗，从而保证了船舶的安全行驶和船上人员的人身健康。
【专利说明】一种船舶气体控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶控制领域，尤其涉及一种船舶气体控制方法。
【背景技术】
[0002]船舶，即boats and ships，是各种船只的总称。船舶是能航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式，是一种主要在地理水中运行的人造交通工具。另外，民用船一般称为船，军用船称为舰，小型船称为艇或舟，其总称为舰船或船艇。内部主要包括容纳空间、支撑结构和排水结构，具有利用外在或自带能源的推进系统。外型一般是利于克服流体阻力的流线性包络，材料随着科技进步不断更新，早期为木、竹、麻等自然材料，近代多是钢材以及铝、玻璃纤维、亚克力和各种复合材料。
[0003]自古以来，船舶的作用主要体现在运输和作战两方面。在运输方面，船舶分为客运和货运两种模式。无论用于哪个方面，船舶的造价都是一个不小的数目，如果发生碰撞或其他事故，由于水面交通的特殊性和水面维修作业的局限性，维修和维护费用同样不菲。因此，避免事故的发生是船舶行驶的主要任务之一，尤其在能见度较低的情况下，需要降低船舶的行驶速度，以提供更多反应时间去观察水面情况，实现水下水面目标的规避，同时一些船舶的控制室位置较低，需要根据控制室的空气情况及时通风或关闭窗户，为驾驶员提供一个良好的驾驶环境。现有技术中存在一些预警的船舶控制方案，但都不是基于气体检测来进行船舶控制的。
[0004]因此，需要一种基于气体分析的船舶控制装置，克服现有船舶控制系统的无法根据能见度情况及时调整航速以及无法根据控制室气体情况进行通风控制的技术问题，通过实时检测船舶附近空气的能见度，设置船舶最大允许行驶速度并进行航速的自动控制，另外通过控制室内外PM2.5浓度的分析确定通风策略，避免航运事故的发生，保证驾驶人员的身心健康不受损伤。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种船舶气体控制方法，该方法包括提供一种基于气体分析的船舶控制装置，通过引入散射式能见度观测仪对船舶行驶环境的能见度进行有效策略，进而自动控制船舶的行驶速度，通过同时引入室内PM2.5检测设备和室外PM2.5检测设备实现船舶控制室内外的空气环境的对比，为驾驶员的通风提供重要参考，提高了船舶行驶控制的自动化程度。
[0006]根据本发明的一方面，提供了一种船舶气体控制方法，该方法包括提供一种基于气体分析的船舶控制装置，所述船舶控制装置包括散射式能见度观测仪、船舶速度测量设备、船舶驱动设备和主控设备，所述主控设备分别与所述散射式能见度观测仪、所述船舶速度测量设备和所述船舶驱动设备连接，根据所述散射式能见度观测仪输出的能见度确定船舶最大允许行驶速度，基于船舶最大允许行驶速度和所述船舶速度测量设备输出的当前船舶行驶速度，通过所述船舶驱动设备进行船舶行驶速度的控制。
[0007]更具体地，在所述基于气体分析的船舶控制装置中，进一步包括:散射式能见度观测仪，包括支架、发射单元、接收单元和控制单元，所述支架固定在船舶船体顶部上，所述发射单元、所述接收单元和所述控制单元固定在所述支架上，所述控制单元包括微CPU和通信接口，所述发射单元和所述接收单元相对放置，所述发射单元采用GaAs红外LED作为光源发射散射光，所述接收单元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制单元分别连接所述发射单元和所述接收单元，所述微CPU根据发射散射光的光强和接收散射光的光强计算能见度，所述通信接口连接所述微CPU以输出能见度；船舶速度测量设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，实时测量并输出当前船舶行驶速度；船舶驱动设备，安装在船舶船体后端底舱内，包括可逆转内燃发动机、由可逆转内燃发动机所驱动的分级减速齿轮系、控制可逆转内燃发动机与分级减速齿轮系接触或脱离的摩擦式离合器、驱动带有固定桨叶的螺旋桨轴和使得螺旋桨轴减速并保持不动的摩擦式制动器，其中船舶的加速和减速是通过可逆转内燃发动机对螺旋桨的旋转的速度和方向进行作用而控制的，控制时需要离合器与制动器的组合或相继的操作；室内PM2.5检测设备，安装在控制室内，采用内置的滤膜在线采样器对控制室内颗粒物进行分析，检测出其中的PM2.5细颗粒物的浓度，并作为室内PM2.5浓度输出；室外PM2.5检测设备，安装在船舶船体上，采用内置的滤膜在线采样器对控制室外大气中颗粒物进行分析，检测出其中的PM2.5细颗粒物的浓度，并作为室外PM2.5浓度输出；主控设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，分别连接所述散射式能见度观测仪、所述船舶速度测量设备、所述船舶驱动设备、所述室内PM2.5检测设备和所述室外PM2.5检测设备，根据接收到的能见度确定船舶最大允许行驶速度，在当前船舶行驶速度超出船舶最大允许行驶速度时，发出船舶超速提示信号，并控制船舶驱动设备减速直到当前船舶行驶速度小于或等于船舶最大允许行驶速度，同时，在室内PM2.5浓度大于室外PM2.5浓度时，发出控制室开窗提不信号，在室内PM2.5浓度小于室外PM2.5浓度时,发出控制室关窗提不信号；导航设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备以将船舶当前位置发送给主控设备；显示设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备以实时显示船舶最大允许行驶速度、当前船舶行驶速度、室内PM2.5浓度和室外PM2.5浓度；语音播放设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备以实时播放与船舶超速提示信号、控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号对应的语音提示文件；无线通信设备，安装在船舶船体前端，连接主控设备，用于将船舶当前位置、能见度和室外PM2.5浓度无线发送到船舶管理中心；其中，主控设备根据接收到的能见度确定船舶最大允许行驶速度时，根据接收到的能见度所处于的能见度等级范围确定不同的船舶最大允许行驶速度，所述能见度等级范围包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
[0008]更具体地，在所述基于气体分析的船舶控制装置中，所述散射式能见度观测仪的发射单元以33度倾角发射散射光。
[0009]更具体地，在所述基于气体分析的船舶控制装置中，所述语音播放设备还包括内置的语音文件存储单元，用于存储与船舶超速提示信号、控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号对应的语音提示文件。
[0010]更具体地，在所述基于气体分析的船舶控制装置中，所述散射式能见度观测仪的控制单元的微CPU和通信接口被封装在一个控制箱内以固定在所述散射式能见度观测仪的支架上，所述支架垂直固定于船舶船体顶部上。
[0011]更具体地，在所述基于气体分析的船舶控制装置中，所述显示设备接收所述主控设备发出的控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号，并在所述显示设备上显示动态模拟开窗或关窗动作以对船舶驾驶员进行提醒。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0013]图1为根据本发明实施方案示出的基于气体分析的船舶控制装置的结构方框图。
[0014]图2为根据本发明实施方案示出的基于气体分析的船舶控制装置的散射式能见度观测仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面将参照附图对本发明的基于气体分析的船舶控制装置的实施方案进行详细说明。
[0016]在船舶的行驶过程中，水面能见度是一个决定船速的重要因素。能见度高的水面，驾驶员可以观察到很远的距离，能够放心地保持高速运行，而在能见度低的水面，驾驶员必须减低速度，以保留足够的反应时间处理危机。
[0017]能见度，指物体能被正常视力看到的最大距离，也指物体在一定距离时被正常目力看到的清晰程度。能见度在不同环境中大有不同。在空气特别干净的北极或是山区，能见度能够达到70?100km，然而能见度通常由于大气污染以及湿气而有所降低。烟雾可将能见度降低至零，这对于开车开船来说是非常危险的，同样在沙尘暴发生的沙漠地区以及有森林大火的地方驾车都是十分危险的。雷雨天气的暴雨不仅使能见度降低，同时由于地面湿滑而不能紧急制动。暴风雪天气也属于低能见度的范畴内。另外，烟雾、薄雾、霾的环境下，能见度有所不同。国际上对烟雾的能见度定义为不足1km，薄雾的能见度为Ikm?2km，霾的能见度为2km?5km。烟雾和薄雾通常被认作是水滴的重要组成部分，霾和烟的粒径相对要小一些。非常低的能见度，例如，能见度不足100米时，通常能见度被认为为零，在这种情况下道路、航路会被封锁。
[0018]能够测量能见度的仪器，被称为能见度观测仪。世界上普遍应用的能见度观测仪主要有透射式和散射式两种。其中，透射仪因需要基线，占地范围大，不适用于海岸台站、灯塔自动气象站及船舶上，但其具有自检能力，低能见度下性能好等优点而适用于民航系统；散射仪以其体积小和低廉的价格而广泛应用于码头、航空、高速公路等系统。
[0019]除了空气能见度对航速带来影响，气体中的PM2.5浓度也会给船上人员带来身体伤害，尤其对于控制室处于船体较低位置的情况。这时，需要根据控制室内外PM2.5浓度的对比决定控制室的通风策略。
[0020]本发明提出的基于气体分析的船舶控制装置，能够根据空气能见度自动控制航速，保证船舶的在各种不同能见度的情况下都能安全行驶，同时，能够为船舶控制室的空气状况的改善提供重要参考。
[0021]图1为根据本发明实施方案示出的基于气体分析的船舶控制装置的结构方框图，所述船舶控制装置包括散射式能见度观测仪1、船舶速度测量设备2、船舶驱动设备4、主控设备3和供电设备5，所述主控设备3分别与所述散射式能见度观测仪1、所述船舶速度测量设备2和所述船舶驱动设备4连接，根据所述散射式能见度观测仪I输出的能见度确定船舶最大允许行驶速度，基于船舶最大允许行驶速度和所述船舶速度测量设备2输出的当前船舶行驶速度，通过所述船舶驱动设备4进行船舶行驶速度的控制，所述供电设备5为所述船舶控制装置中的各个设备进行供电。
[0022]所述船舶控制装置的各个设备的具体结构如下。
[0023]参见图2，图2为根据本发明实施方案示出的基于气体分析的船舶控制装置的散射式能见度观测仪的结构示意图。所述散射式能见度观测仪I包括支架14、发射单元U、接收单元12和控制单元13，所述支架14固定在船舶船体顶部上，所述发射单元11、所述接收单元12和所述控制单元13固定在所述支架14上，所述控制单元13包括微CPU和通信接口，所述发射单元11和所述接收单元12相对放置，所述发射单元11采用GaAs红外LED作为光源发射散射光，所述接收单元12采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制单元13分别连接所述发射单元11和所述接收单元12，所述微CPU根据发射散射光的光强和接收散射光的光强计算能见度，所述通信接口连接所述微CPU以输出能见度。
[0024]船舶速度测量设备2，安装在船舶控制室的仪表盘内，实时测量并输出当前船舶行驶速度。
[0025]船舶驱动设备4，安装在船舶船体后端底舱内，包括可逆转内燃发动机、由可逆转内燃发动机所驱动的分级减速齿轮系、控制可逆转内燃发动机与分级减速齿轮系接触或脱离的摩擦式离合器、驱动带有固定桨叶的螺旋桨轴和使得螺旋桨轴减速并保持不动的摩擦式制动器，其中船舶的加速和减速是通过可逆转内燃发动机对螺旋桨的旋转的速度和方向进行作用而控制的，控制时需要离合器与制动器的组合或相继的操作。
[0026]室内PM2.5检测设备，安装在控制室内，采用内置的滤膜在线采样器对控制室内颗粒物进行分析，检测出其中的PM2.5细颗粒物的浓度，并作为室内PM2.5浓度输出。
[0027]室外PM2.5检测设备，安装在船舶船体上，采用内置的滤膜在线采样器对控制室外大气中颗粒物进行分析，检测出其中的PM2.5细颗粒物的浓度，并作为室外PM2.5浓度输出。
[0028]主控设备3，安装在船舶控制室的仪表盘内，分别连接所述散射式能见度观测仪
1、所述船舶速度测量设备2、所述船舶驱动设备4、所述室内PM2.5检测设备和所述室外PM2.5检测设备，根据接收到的能见度确定船舶最大允许行驶速度，在当前船舶行驶速度超出船舶最大允许行驶速度时，发出船舶超速提示信号，并控制船舶驱动设备4减速直到当前船舶行驶速度小于或等于船舶最大允许行驶速度，同时，在室内PM2.5浓度大于室外PM2.5浓度时，发出控制室开窗提示信号，在室内PM2.5浓度小于室外PM2.5浓度时，发出控制室关窗提示信号。
[0029]导航设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备3以将船舶当前位置发送给主控设备3。
[0030]显示设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备3以实时显示船舶最大允许行驶速度、当前船舶行驶速度、室内PM2.5浓度和室外PM2.5浓度。
[0031]语音播放设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备3以实时播放与船舶超速提示信号、控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号对应的语音提示文件。
[0032]无线通信设备，安装在船舶船体前端，连接主控设备3，用于将船舶当前位置、能见度和室外PM2.5浓度无线发送到船舶管理中心。
[0033]其中，主控设备3根据接收到的能见度确定船舶最大允许行驶速度时，根据接收到的能见度所处于的能见度等级范围确定不同的船舶最大允许行驶速度，所述能见度等级范围包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
[0034]其中，所述散射式能见度观测仪I的发射单元11以33度倾角发射散射光；所述语音播放设备还包括内置的语音文件存储单元，用于存储与船舶超速提示信号、控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号对应的语音提示文件；所述散射式能见度观测仪I的控制单元13的微CPU和通信接口被封装在一个控制箱内以固定在所述散射式能见度观测仪I的支架14上，所述支架14垂直固定于船舶船体顶部上；所述显示设备接收所述主控设备3发出的控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号，并在所述显示设备上显示动态模拟开窗或关窗动作以对船舶驾驶员进行提醒。
[0035]另外，PM2.5细颗粒物又称细粒、细颗粒。大气中粒径小于2 μ m(有时用小于
2.5 μ m，即PM2.5)的颗粒物(气溶胶)。虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2012年2月，中国国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了细颗粒物监测指标。2013年2月28日，中国全国科学技术名词审定委员会称PM2.5拟正式命名为细颗粒物，本发明所采用的PM2.5检测仪器，具有新世纪国际先进水平的新型内置滤膜在线采样器的微电脑激光粉尘仪，在连续监测粉尘浓度的同时，可收集到颗粒物，以便对其成份进行分析，并求出质量浓度转换系数K值。可直读粉尘质量浓度(mg/m)，具有PM10、PM5、PM2.5检测选项供选择。
[0036]本发明的基于气体分析的船舶控制装置，通过对船舶行驶环境中空气能见度的检测，自动确定船舶的安全行驶速度，保证船舶在不同的能见度环境下安全高效通过水面，同时，提供控制室内外PM2.5浓度数据，为驾驶员改善控制室内空气环境提供重要参考。
[0037]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种船舶气体控制方法，该方法包括提供基于气体分析的船舶控制装置，所述船舶控制装置包括散射式能见度观测仪、船舶速度测量设备、船舶驱动设备和主控设备，所述主控设备分别与所述散射式能见度观测仪、所述船舶速度测量设备和所述船舶驱动设备连接，根据所述散射式能见度观测仪输出的能见度确定船舶最大允许行驶速度，基于船舶最大允许行驶速度和所述船舶速度测量设备输出的当前船舶行驶速度，通过所述船舶驱动设备进行船舶行驶速度的控制。
2.如权利要求1所述的船舶气体控制方法，其特征在于，所述船舶报警装置还包括: 散射式能见度观测仪，包括支架、发射单元、接收单元和控制单元，所述支架固定在船舶船体顶部上，所述发射单元、所述接收单元和所述控制单元固定在所述支架上，所述控制单元包括微CPU和通信接口，所述发射单元和所述接收单元相对放置，所述发射单元采用GaAs红外LED作为光源发射散射光，所述接收单元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制单元分别连接所述发射单元和所述接收单元，所述微CPU根据发射散射光的光强和接收散射光的光强计算能见度，所述通信接口连接所述微CPU以输出能见度； 船舶速度测量设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，实时测量并输出当前船舶行驶速度； 船舶驱动设备，安装在船舶船体后端底舱内，包括可逆转内燃发动机、由可逆转内燃发动机所驱动的分级减速齿轮系、控制可逆转内燃发动机与分级减速齿轮系接触或脱离的摩擦式离合器、驱动带有固定桨叶的螺旋桨轴和使得螺旋桨轴减速并保持不动的摩擦式制动器，其中船舶的加速和减速是通过可逆转内燃发动机对螺旋桨的旋转的速度和方向进行作用而控制的，控制时需要离合器与制动器的组合或相继的操作； 室内PM2.5检测设备，安装在控制室内，采用内置的滤膜在线采样器对控制室内颗粒物进行分析，检测出其中的PM2.5细颗粒物的浓度，并作为室内PM2.5浓度输出； 室外PM2.5检测设备，安装在船舶船体上，采用内置的滤膜在线采样器对控制室外大气中颗粒物进行分析，检测出其中的PM2.5细颗粒物的浓度，并作为室外PM2.5浓度输出；主控设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，分别连接所述散射式能见度观测仪、所述船舶速度测量设备、所述船舶驱动设备、所述室内PM2.5检测设备和所述室外PM2.5检测设备，根据接收到的能见度确定船舶最大允许行驶速度，在当前船舶行驶速度超出船舶最大允许行驶速度时，发出船舶超速提示信号，并控制船舶驱动设备减速直到当前船舶行驶速度小于或等于船舶最大允许行驶速度，同时，在室内PM2.5浓度大于室外PM2.5浓度时，发出控制室开窗提示信号，在室内PM2.5浓度小于室外PM2.5浓度时，发出控制室关窗提示信号; 导航设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备以将船舶当前位置发送给主控设备； 显示设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备以实时显示船舶最大允许行驶速度、当前船舶行驶速度、室内PM2.5浓度和室外PM2.5浓度； 语音播放设备，安装在船舶控制室的仪表盘内，连接主控设备以实时播放与船舶超速提示信号、控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号对应的语音提示文件； 无线通信设备，安装在船舶船体前端，连接主控设备，用于将船舶当前位置、能见度和室外PM2.5浓度无线发送到船舶管理中心； 其中，主控设备根据接收到的能见度确定船舶最大允许行驶速度时，根据接收到的能见度所处于的能见度等级范围确定不同的船舶最大允许行驶速度，所述能见度等级范围包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
3.如权利要求2所述的船舶气体控制方法，其特征在于: 所述散射式能见度观测仪的发射单元以33度倾角发射散射光。
4.如权利要求2所述的船舶气体控制方法，其特征在于，所述语音播放设备还包括: 内置的语音文件存储单元，用于存储与船舶超速提示信号、控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号对应的语音提示文件。
5.如权利要求2所述的船舶气体控制方法，其特征在于: 所述散射式能见度观测仪的控制单元的微CPU和通信接口被封装在一个控制箱内以固定在所述散射式能见度观测仪的支架上，所述支架垂直固定于船舶船体顶部上。
6.如权利要求2所述的船舶气体控制方法，其特征在于: 所述显示设备接收所述主控设备发出的控制室开窗提示信号或控制室关窗提示信号，并在所述显示设备上显示动态模拟开窗或关窗动作以对船舶驾驶员进行提醒。
【文档编号】B63H21/22GK104132873SQ201410362403
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】不公告发明人 申请人:无锡北斗星通信息科技有限公司