CN107063701A - 无人船状态监测及故障预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人船状态监测及故障预警系统，该系统包括船端监测子系统及岸端诊断子系统，其中，船端监测子系统用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，对传感信号进行处理并存储，提取传感信号的特征值，若特征值大于预设值，则向无人船发出预警指令，并向岸端诊断子系统发送预警信号，且将处理后的传感信号及特征值发送给岸端诊断子系统；岸端诊断子系统用于接收预警信号以供用户查看，对接收的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，且根据运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将运行状态参数及来自船端监测子系统的特征值进行显示。
Description
技术领域
本发明涉及监测技术领域，更具体地涉及一种无人船状态监测及故障预警系统。
背景技术
在广袤的海洋，无人设备可以突破人的生理极限，在恶略环境下完成海洋勘探，环境调查，海洋监测，安防巡逻等各种复杂任务。随着人类对海洋的开发与利用，无人船变得越来越不可或缺，成为保护海洋环境，利用海洋资源，维护海洋秩序的利器。
随着无人船功能的不断完善和拓展，系统的复杂程度也在不断增加，同时面临着海量数据分析和融合问题，由于大量数据的分析和融合的算法复杂且运算量大，船端受限因素较多，因此在船端很难实现数据的分析与融合。并且由于无人船的运行方式区别于普通船舶的运行方式，在拥有操作员的船舶中操作员会根据仪表反馈的数据判断船舶运行状态，而无人船的状态因为缺乏人的参与而无法进行有效的运行状态评估，因此其安全性越来越受到广泛的高度重视。目前的无人船测量采集的只有一些常规的性能参数如：温湿度、进水、姿态等信号，通常不涉及无人船核心部分-动力装置的振动以及润滑系油液的信号采集。在这种情况下，无人船的运行状态更加无法有效的进行判断，且如果无人船在运行过程中突然发生异常导致动力部分无法正常运行，无人船将会面临非常危险的处境，严重时可能导致无人船遭受不可逆转的毁坏。而无人船远程遥控人员也因为缺乏核心部件原始故障监测采集的数据进行故障预警分析，无法避免这场悲剧的产生。
鉴于此，有必要提供一种既能实现海量数据进一步的复杂分析，同时也能智能监测并反馈核心部件的运行状态，以实现对无人船运行状态进行实时监测及故障预警功能的无人船状态监测及故障预警系统以解决上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既能实现海量数据进一步的复杂分析，同时也能智能监测并反馈核心部件的运行状态，以实现对无人船运行状态进行实时监测及故障预警功能的无人船状态监测及故障预警系统以解决上述缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种无人船状态监测及故障预警系统，该系统包括：一船端监测子系统以及一岸端诊断子系统，所述船端监测子系统与所述岸端诊断子系统进行通信。
其中，所述船端监测子系统用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集无人船动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，对所采集的传感信号进行处理并存储，提取动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，若所提取的特征值大于预设值，则向无人船发出相应的预警指令，并向所述岸端诊断子系统发送预警信号，且将所述处理后的传感信号及所提取的传感信号的特征值发送给所述岸端诊断子系统。所述岸端诊断子系统用于接收预警信号以供用户查看，对所接收的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，且根据运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将所述运行状态参数及来自船端监测子系统的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值进行显示。
其进一步技术方案为：所述船端监测子系统与所述岸端诊断子系统通过4G/卫星网络进行通信。
其进一步技术方案为：所述船端监测子系统包括：一信息采集模块、一信息存储及提取模块以及一信息处理及预警模块。其中，所述信息采集模块用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集无人船动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，且对所采集的传感信号进行处理，并将所述处理后的传感信号发送给所述信息存储及提取模块。所述信息存储及提取模块用于存储所接收的处理后的传感信号，并提取所述动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，并将所提取的特征值发送给所述信息处理及预警模块，且根据来自所述信息处理及预警模块的指令将处理后的传感信号及所提取的传感信号的特征值发送给所述岸端诊断子系统。所述信息处理及预警模块用于接收来自所述信息存储及提取模块的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，若所接收的特征值大于预设值，则向无人船发出相应的预警指令，且向所述信息存储及提取模块发送指令，并向所述岸端诊断子系统发送预警信号。
其进一步技术方案为：所述信息采集模块包括：振动传感器，用于测量无人船动力装置的振动。油液传感器，用于测量无人船润滑系油液的品质。嵌入式数据采集单元，与所述振动传感器连接，用于采集所述振动传感器发送的振动传感信号，并对所述振动传感信号进行处理。以及油液在线监测单元，与所述油液传感器连接，用于采集所述油液传感器发送的油液品质传感信号，并对所述油液品质传感信号进行处理。
其进一步技术方案为：所述振动传感器包括三轴加速度传感器及单轴加速度传感器。
其进一步技术方案为：所述油液传感器包括颗粒传感器。
其进一步技术方案为：所述油液传感器还包括油品品质传感器。
其进一步技术方案为：所述数据处理模块用于对来自船端监测子系统的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，并与所述控制模块进行通信以将所述运行状态参数及故障发展趋势发送给控制模块。所述控制模块用于接收来自船端监测子系统的预警信号，且根据所接收的运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将所接收的运行状态参数发送给所述显示模块。所述显示模块用于接收运行状态参数及来自所述船端监测子系统的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，且将所述特征值及所述运行状态参数进行显示。
与现有技术相比，本发明的船端监测子系统通过测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，并对其进行初步处理分析以获得其信号特征值，且对所获得的特征值进行预警阈值判断，当特征值大于预设阈值时将所述处理后的信号发送给岸端诊断子系统进行进一步的数据分析及故障发展趋势预测，既实现了数据的两级处理，解决船端海量数据分析和融合困难的问题，也实现了对无人船核心部件运行状态的实时监测，并可在出现问题时及时预警，使岸基指挥室能实时掌握无人船核心部位运行状态，及时处理故障隐患，提升无人船的运行正常率。
附图说明
图1是本发明无人船状态监测及故障预警系统一实施例的系统框图。
图2是本发明船端监测子系统中信息采集模块具体的框图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
参照图1，图1展示了本发明无人船状态监测及故障预警系统一具体实施例的系统框图。所述无人船状态监测及故障预警系统包括：一船端监测子系统11以及一岸端诊断子系统12，所述船端监测子系统11与所述岸端诊断子系统12通过4G/卫星网络进行通信。当无人船处于近岸4G网络覆盖水域时，船端监测子系统11与所述岸端诊断子系统12可通过4G网络进行通信；当无人船处于4G网络覆盖盲区水域时，船端监测子系统11与所述岸端诊断子系统12可通过卫星网络进行通信。
其中，所述船端监测子系统11用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集无人船动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，对所采集的传感信号进行处理并存储，提取动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，若所提取的特征值大于预设值，则向无人船发出相应的预警指令，并向所述岸端诊断子系统12发送预警信号，且将所述处理后的传感信号及所提取的传感信号的特征值发送给所述岸端诊断子系统12。所述岸端诊断子系统12用于接收预警信号以供用户查看，使得用户获知无人船是否出现故障，对所接收的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，且根据运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将所述运行状态参数及来自船端监测子系统11的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值进行显示。所述运行状态参数包括振动状态、油液状态、故障部位、故障原因以及控制建议等。其中，所述振动状态可用颜色指示灯表示，不同颜色的指示灯表示不同状态等级，即可用绿灯、黄灯、橙灯以及红灯分别表示无人船运行的良好、正常、预警以及危险这些等级，所述油液状态也可用与振动状态同样的方式表示。基于船端监测子系统及岸端诊断子系统的设计，本发明对数据的处理分为两级，既能满足实时的需求，又能实现数据的复杂深层次计算，即第一级为船端对实时数据进行常规分析，计算量较小，实时性高；第二级通过无线传输将船端数据发送至岸端进行进一步的复杂分析及故障发展趋势预报，二级数据处理虽然实时性稍差，但预测精度更高。
在附图所示的实施例中，所述船端监测子系统11包括：一信息采集模块111、一信息存储及提取模块112以及一信息处理及预警模块113。其中，所述信息采集模块111用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集无人船动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，且对所采集的传感信号进行处理，并将所述处理后的传感信号发送给所述信息存储及提取模块112。所述信息存储及提取模块112用于存储所接收的处理后的传感信号，并提取所述处理后的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，并将所提取的特征值发送给所述信息处理及预警模块113，且根据来自所述信息处理及预警模块113的指令将处理后的传感信号及所提取的传感信号的特征值发送给所述岸端诊断子系统12。所述信息处理及预警模块113用于接收来自所述信息存储及提取模块112的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，若所接收的特征值大于预设值，则向无人船发出相应的预警指令，同时向所述信息存储及提取模块112发送指令，并向所述岸端诊断子系统12发送预警信号，但若是严重故障，则所述信息处理及预警模块113将会直接对无人船发出减速或停机的指令。
参照图2，图2展示了本发明船端监测子系统11中信息采集模块111具体的框图。所述信息采集模块111包括：一振动传感器1111、一油液传感器1112、一嵌入式数据采集单元1113以及一油液在线监测单元1114。
本实施例中，所述振动传感器1111包括安装于发动机底座的固定部位及无人船舱底龙骨节点的三轴加速度传感器和安装于传动轴的轴承位置的单轴加速度传感器，其用于测量无人船动力装置的振动，并将所测得的振动参数以信号的形式输出。所述油液传感器1112包括位于润滑系统旁路的颗粒传感器，用于测量无人船润滑系油液的品质，并将所测得的品质参数以信号的形式输出，所述润滑系油液的品质包括润滑系油液中铁屑和其他金属颗粒的数量变化。在某些其他实施例中，所述油液传感器1112还包括油品品质传感器，所述油品品质传感器为四合一(粘度、密度、介电常数、水分)传感器。所述嵌入式数据采集单元1113与所述振动传感器1111连接，用于采集所述振动传感器1111发送的振动传感信号，并对所述振动传感信号进行处理，其中，所述嵌入式数据采集单元1113对所述振动传感信号进行放大、滤波和模数转换处理。所述油液在线监测单元1114与所述油液传感器1112连接，用于采集所述油液传感器1112发送的油液品质传感信号，并对所述油液品质传感信号进行处理，其中，所述油液在线监测单元1114对所述油液品质传感信号进行放大、滤波和整形处理。
可理解地，在本实施例中，所述船端监测子系统11还可测量无人船的温、湿度、水浸情况等常规的性能参数。则所述信息采集模块111还包括有温、湿度传感器1115，隔舱水浸传感器1116。其中所述温、湿度传感器1115以及隔舱水浸传感器1116均与所述嵌入式数据采集单元1113连接。而在某些其他实施例中，所述信息采集模块111还可利用导航、定位传感器测量获得导航、定位信号来确定无人船所处位置，实现实时监测导航、定位系统工作状态是否正常，辅助运动控制系统确保无人船的航行轨迹控制的目的。
继续参照图1，所述岸端诊断子系统12包括一数据处理模块121、一控制模块122以及一显示模块123。其中，所述数据处理模块121用于对来自船端监测子系统11的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，并与所述控制模块122进行通信以将所述运行状态参数及故障发展趋势发送给控制模块122。所述控制模块122用于接收来自船端监测子系统11的预警信号，且根据所接收的运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将所接收的运行状态参数发送给所述显示模块123，所述运行控制指令包括减速、停机指令。所述显示模块123用于接收运行状态参数及来自所述船端监测子系统11的传感信号的特征值，且将所述特征值及所述运行状态参数进行显示。
综上所述，本发明的船端监测子系统通过测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，并对其进行初步处理分析以获得其信号特征值，且对所获得的特征值进行预警阈值判断，当特征值大于预设阈值时将所述处理后的信号发送给岸端诊断子系统进行进一步的数据分析及故障发展趋势预测，既实现了数据的两级处理，解决船端海量数据分析和融合困难的问题，也实现了对无人船核心部件运行状态的实时监测，并可在出现问题时及时预警，使岸基指挥室能实时掌握无人船核心部位运行状态，及时处理故障隐患，提升无人船的运行正常率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于，所述无人船状态监测及故障预警系统包括：一船端监测子系统以及一岸端诊断子系统，所述船端监测子系统与所述岸端诊断子系统进行通信，其中，
所述船端监测子系统用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集无人船动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，对所采集的传感信号进行处理并存储，提取动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，若所提取的特征值大于预设值，则向无人船发出相应的预警指令，并向所述岸端诊断子系统发送预警信号，且将所述处理后的传感信号及所提取的传感信号的特征值发送给所述岸端诊断子系统；
所述岸端诊断子系统用于接收预警信号以供用户查看，对所接收的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，且根据运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将所述运行状态参数及来自船端监测子系统的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值进行显示。
2.如权利要求1所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于：所述船端监测子系统与所述岸端诊断子系统通过4G/卫星网络进行通信。
3.如权利要求1所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于：所述船端监测子系统包括一信息采集模块、一信息存储及提取模块以及一信息处理及预警模块；其中，
所述信息采集模块用于测量无人船动力装置的振动及润滑系油液的品质，采集无人船动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号，且对所采集的传感信号进行处理，并将所述处理后的传感信号发送给所述信息存储及提取模块；
所述信息存储及提取模块用于存储所接收的处理后的传感信号，并提取所述动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，并将所提取的特征值发送给所述信息处理及预警模块，且根据来自所述信息处理及预警模块的指令将处理后的传感信号及所提取的传感信号的特征值发送给所述岸端诊断子系统；
所述信息处理及预警模块用于接收来自所述信息存储及提取模块的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，若所接收的特征值大于预设值，则向无人船发出相应的预警指令，且向所述信息存储及提取模块发送指令，并向所述岸端诊断子系统发送预警信号。
4.如权利要求3所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：
振动传感器，用于测量无人船动力装置的振动；
油液传感器，用于测量无人船润滑系油液的品质；
嵌入式数据采集单元，与所述振动传感器连接，用于采集所述振动传感器发送的振动传感信号，并对所述振动传感信号进行处理；以及
油液在线监测单元，与所述油液传感器连接，用于采集所述油液传感器发送的油液品质传感信号，并对所述油液品质传感信号进行处理。
5.如权利要求4所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于：所述振动传感器包括三轴加速度传感器及单轴加速度传感器。
6.如权利要求4所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于：所述油液传感器包括颗粒传感器。
7.如权利要求6所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于：所述油液传感器还包括油品品质传感器。
8.如权利要求1所述的无人船状态监测及故障预警系统，其特征在于，所述岸端诊断子系统包括一数据处理模块、一控制模块以及一显示模块；其中，
所述数据处理模块用于对来自船端监测子系统的传感信号进行综合分析以获得无人船的运行状态参数及故障发展趋势，并与所述控制模块进行通信以将所述运行状态参数及故障发展趋势发送给控制模块；
所述控制模块用于接收来自船端监测子系统的预警信号，且根据所接收的运行状态参数及故障发展趋势向无人船发出运行控制指令，并将所接收的运行状态参数发送给所述显示模块；
所述显示模块用于接收运行状态参数及来自所述船端监测子系统的动力装置振动及润滑系油液品质的传感信号的特征值，且将所述特征值及所述运行状态参数进行显示。
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