船舶實時優化節能航速智能分析系統的製作方法
2023-05-29 10:12:46
船舶實時優化節能航速智能分析系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種船舶實時優化節能航速智能分析系統，它包括機艙數據採集系統、系統主機、GPRS/GPS組件和岸基伺服器，所述機艙數據採集系統通過RS485總線與系統主機相連，所述系統主機通過RS485總線與GPRS/GPS組件相連，所述GPRS/GPS組件通過GPRS與岸基伺服器相連。本發明結構簡單，具備可操作性，研製適用於江海直達船舶的航速、主機轉速和主機油耗等參數實時測量裝置，通過對實船實時和歷史的測試數據的分析計算，基於船、機、槳匹配理論，分析研究船舶節能航速、轉速與油耗間的變化，提示節能航速下的主機轉速，指導船舶運行，實現船舶節能管理由依靠經驗向數位化的轉型，將研究成果應用於江海直達船舶，獲得了不小於2%的節能效果。
【專利說明】船舶實時優化節能航速智能分析系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及船舶節能領域，具體為一種船舶實時優化節能航速智能分析系統。
【背景技術】
[0002]船用柴油機的燃油消耗率是船舶動力裝置的重要性能指標，由於船舶營運管理的需要，經常要對船舶各柴油機油耗進行測量。但是，現有的一些柴油機油耗實船監測方式，如用油尺測量船舶油料的方法，已不能滿足管理的要求，且測量存在人為因素影響、準確性不高等問題。另外，由於航行中船舶具有移動特性，船公司不便於對船舶燃油油耗進行實時監測、管理和調度；船舶節能優化管理方式也是依靠經驗的方式。由於這些原因的存在，導致當前船舶行業中能耗管理工作存在「不規範」、「不精確」、「不系統」的薄弱現狀。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足之處，而提供一種結構簡單、測試準確、適用於江海直達船舶的實時優化節能航速智能分析系統。
[0004]本發明的目的是通過如下措施來達到的:船舶實時優化節能航速智能分析系統，它包括用於採集船舶主機信號的機艙數據採集系統、用於接收所採集船舶主機信號的系統主機，用於接收監測船舶航行信息和傳遞信息數據GPRS/GPS組件和用於接收並分析船舶運行數據的岸基伺服器，所述機艙數據採集系統通過RS485總線與系統主機相連，所述系統主機通過RS485總線與GPRS/GPS組件相連，所述GPRS/GPS組件通過GPRS與岸基伺服器相連。
[0005]在上述技術方案中，所述機艙數據採集系統包括用於採集船舶主機信號的傳感器、用於處理所採集船舶主機信號的機艙數據採集器和用於顯示所採集處理船舶主機信號的集控室顯示器，所述傳感器的信號輸出端與機艙數據採集器相連，所述機艙數據採集器與集控室顯示器相連。
[0006]在上述技術方案中，所述GPRS/GPS組件包括用於傳輸經系統主機處理過的船舶運行GPRS無線通信裝置和用於監測船舶航行信息GPS接收機。
[0007]在上述技術方案中，所述岸基伺服器包括用於存儲經岸基伺服器分析得到的船舶運行數據的伺服器資料庫和對船舶航行狀態進行實時監控的客戶端，所述伺服器資料庫通過網際網路與客戶端相連。
[0008]在上述技術方案中，所述船舶主機信號包括主機燃油進油流量、主機燃油回油流量、主機轉速和艉軸轉速。
[0009]在上述技術方案中，所述船舶航行信息包括船舶航速、船舶航向和船舶所處地理坐標。
[0010]在上述方案中，所述系統主機運行配套的江海直達營運船舶節能航速分析智能軟體，提示優化主機轉速。
[0011]本發明結構簡單，具備可操作性，研製適用於江海直達船舶的航速、主機轉速和主機油耗等參數實時測量裝置，通過對實船實時和歷史的測試數據的分析計算，基於船、機、槳匹配理論，分析研究船舶節能航速、轉速與油耗間的變化，提示節能航速下的主機轉速，指導船舶運行，實現船舶節能管理由依靠經驗向數位化的轉型，將研究成果應用於江海直達船舶，獲得了不小於2%的節能效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明結構示意圖。
[0013]圖2為本發明實時優化計算流程示意圖。
[0014]圖中101.機艙數據採集系統，201.系統主機，301.GPRS/GPS組件，401.岸基伺服器，1.傳感器，2.機艙數據採集器，3.集控室顯示器，4.GPRS無線通信裝置，5.GPS接收機，
6.伺服器資料庫，7.客戶端。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們並不構成對本發明的限定，僅作舉例而已，同時通過說明本發明的優點將變得更加清楚和容易理解。
[0016]參閱附圖可知:本發明船舶實時優化節能航速智能分析系統，它包括用於採集船舶主機信號的機艙數據採集系統101、用於接收所採集船舶主機信號的系統主機201，用於接收監測船舶航行信息和傳遞信息數據的GPRS/GPS組件301和用於接收並分析船舶運行數據的岸基伺服器401，所述機艙數據採集系統101通過RS485總線與系統主機201相連，所述系統主機201通過RS485總線與GPRS/GPS組件301相連，所述GPRS/GPS組件301通過GPRS與岸基伺服器401相連。所述機艙數據採集系統101包括用於採集船舶主機信號的傳感器1、用於處理所採集船舶主機信號的機艙數據採集器2和用於顯示所採集處理船舶主機信號的集控室顯示器3，所述傳感器I的信號輸出端與機艙數據採集器2相連，所述機艙數據採集器2與集控室顯示器3相連。所述GPRS/GPS組件301包括用於傳輸經系統主機處理過的船舶運行信息的GPRS無線通信裝置4和用於監測船舶航行信息的GPS接收機5。所述岸基伺服器401包括用於存儲經岸基伺服器分析得到的船舶運行數據的伺服器資料庫6和對船舶航行狀態進行實時監控的客戶端7，所述伺服器資料庫6通過網際網路與客戶端7相連。所述船舶主機信號包括主機燃油進油流量、主機燃油回油流量、主機轉速和艉軸轉速。所述船舶航行信息包括船舶航速、船舶航向和船舶所處地理坐標。
[0017]本發明的工作過程是這樣的:傳感器I採集集船舶主機信號然後傳至機艙數據採集器2，GPS接收機5實時監測航速、航向和船舶的地理坐標(經緯度)，把船舶航行位置、航向、航速等船舶運行相關數據通過RS485接口傳送到系統主機201，系統主機201把傳感器I測量的船舶主機信號和GPS接收機5監測的船舶航行信息進行數據處理、存儲和顯示，同時經RS485總線傳輸到集控室顯示器3，為集控室人員顯示相關參數。經過系統主機201處理的資料庫數據由GPRS無線通信裝置4經網絡傳輸到岸基伺服器401 ;岸基伺服器401接收、顯示並分析船舶運行數據，將數據存儲到岸基資料庫6，岸基客戶端7通過網際網路與伺服器的資料庫6建立連接，完成對船舶航行狀態的實時監控。(如圖1所示)。
[0018]軟體部分的主要數學模型可歸結為:在固定航行裡程和航行時間的邊界條件下，優化提示船舶在航行過程中各區間的主機轉速，從而控制其在該區間的航速在不低於其整個航程預設平均航速^進行航行，進而保證其區間內的單位裡程油耗相對最低，從而使得
整個航程的總油耗量最少。
[0019]具體的實現過程如下:
[0020](I)據預先研究獲得的船舶在不同載量、不同主機工況下能耗變化規律，可插值獲得船舶在設定裝載量下的主機轉速~船舶航速(靜水)~船舶單位裡程油耗的對應關係表；
[0021](2)根據不同季節不同航段的水流數度分布情況，研究確定船舶航行過程中水流速度的分檔標準，即級差；
[0022]( 3)預先確定水流速度級差Vlim,每當V水1-v水H=Vlim時,就設立一個優化區間(V水i表示第i個區間的水流速度)。
[0023](4)根據(I)中已獲得船舶靜水航速與主機轉速的關係式和GPS測得的實時船舶對岸航速，可推算出當前水流速度，並近似假定為某區間的平均水流速度，再結合水流速度級差確立第一個水流速度變化區間，即第一個優化區間，當水流速度變化達到下一個級差後，就確定進入第二個水流速度變化區間，當水流速度變化再次達到級差後再確定第三個水流速度變化區間，…以此類推，確定第i個水流速度變化區間；
[0024](5)計算獲得船舶在每個區間內，按照不同主機轉速工況(在約束轉速/靜水航速範圍內)運行時的航行時間和耗油量；結合約束條件，尋求各個區間內的最佳主機轉速和最低耗油量。
[0025](6)生成提示車速，供指導船舶運行。(如圖2所示)。
[0026]上述實施例為本發 明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
[0027]其它未說明的部分均為現有技術。
【權利要求】
1.一種船舶實時優化節能航速智能分析系統，其特徵在於:包括用於採集船舶主機信號的機艙數據採集系統(101)、用於接收所採集船舶主機信號的系統主機(201)，用於接收監測船舶航行信息和傳遞信息數據的GPRS/GPS組件(301)和用於接收並分析船舶運行數據的岸基伺服器(401)，所述機艙數據採集系統(101)通過RS485總線與系統主機(201)相連，所述系統主機(201)通過RS485總線與GPRS/GPS組件(301)相連，所述GPRS/GPS組件(301)通過GPRS與岸基伺服器(401)相連。
2.根據權利要求1所述的船舶實時優化節能航速智能分析系統，其特徵在於所述機艙數據採集系統(101)包括用於採集船舶主機信號的傳感器(I)、用於處理所採集船舶主機信號的機艙數據採集器(2)和用於顯示所採集處理船舶主機信號的集控室顯示器(3)，所述傳感器(I)的信號輸出端與機艙數據採集器(2 )相連，所述機艙數據採集器(2 )與集控室顯示器(3)相連。
3.根據權利要求1或2所述的船舶實時優化節能航速智能分析系統，其特徵在於所述GPRS/GPS組件(301)包括用於傳輸經系統主機處理過的船舶運行信息的GPRS無線通信裝置(4)和用於監測船舶航行信息的GPS接收機(5)。
4.根據權利要求1或2所述的船舶實時優化節能航速智能分析系統，其特徵在於所述岸基伺服器(401)包括用於存儲經岸基伺服器分析得到的船舶運行數據的伺服器資料庫(6)和對船舶航行狀態進行實時監控的客戶端(7)，所述伺服器資料庫(6)通過網際網路與客戶端(7)相連。
5.根據權利要求1或2所述的船舶實時優化節能航速智能分析系統，其特徵在於所述船舶主機信號包括主機燃油進油流量、主機燃油回油流量、主機轉速和艉軸轉速。
【文檔編號】B63B9/00GK103466041SQ201310443267
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】汪靜, 張陽, 唐明, 王召, 曾勇, 劉大江, 孫兵, 李傳昌 申請人:長江航運科學研究所