CN107942860A

CN107942860A - 开敞式码头系泊缆力预警方法及系统

Info

Publication number: CN107942860A
Application number: CN201711206746.8A
Authority: CN
Inventors: 邱占芝; 宋旭东
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-04-20

Abstract

本申请包括一种开敞式码头系泊缆力预警方法，具有如下步骤：采集当前/历史在港船舶的系泊缆力数据、船舶所处的环境动力数据以及船舶属性数据，处理后形成环境缆力船舶规则；根据当前进港船舶的缆绳数据以及船舶属性数据，在所述的环境缆力船舶规则中选择与当前进港船舶属性数据以及缆绳数据欧式距离最短的规则，提取距离最短规则中的系泊缆力数据，作为所述当前进港船舶的预测系泊缆力数据。本发明能够及时的完成缆力预测趋势曲线的绘制以及预警指令发布，为系泊缆力自动调节给出了调节条件和范围，为监控中心确定船舶进出港及在泊位作业最优时间窗口提供了有效依据，进而实现港口及航道资源的合理调度和高效利用。

Description

开敞式码头系泊缆力预警方法及系统

技术领域

本发明涉及一种应用于开敞式码头船舶的系泊缆绳缆力的预测和预警方法以及相应的预警系统。涉及专利分类号G06计算；推算；计数G06F电数字数据处理G06F19/00专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法。

背景技术

迄今为止，国内外现有的开敞式码头系泊作业尚未建立完备的自动化控制系统，多依靠天气预报和目测海况(少部分港口附近设立了海域波浪监测装置)决定船舶离靠泊时间。系泊作业期间通常依靠缆绳载荷监测系统监测缆绳张力，缆绳张力超过设定级别后通过快速脱缆系统解缆，无法实现缆绳张力自动调节，一旦20多根缆绳有个别缆绳超过设定级别，就需要全部解缆，否则失去效能的缆绳张力会快速分解到相邻缆绳，造成断缆事故。

开敞式码头系泊作业依靠系泊缆力载荷监测系统作为技术支持，作业效率低，由于其缺乏缆力预警功能，在极端海况条件下常有断缆事故发生，并且不能进行分布式协同操作与信息共享，无法保证实时性和快速性。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种开敞式码头系泊缆力预警方法，具有如下步骤：

—采集当前/历史在港船舶的系泊缆力数据、船舶所处的环境动力数据以及船舶属性数据，处理后形成环境缆力船舶规则；

—根据当前进港船舶的缆绳数据以及船舶属性数据，在所述的环境缆力船舶规则中选择与当前进港船舶属性数据以及缆绳数据欧式距离最短的规则，提取距离最短规则中的系泊缆力数据，作为所述当前进港船舶的预测系泊缆力数据。

作为优选的实施方式，所述的环境动力数据至少包括：包含风级和风速的风力数据；包含浪高和周期的海浪数据以及包含潮位、流速和流向的潮流数据。

更进一步的，所述的欧式距离为经过环境动力数据权重调整后的欧式距离，计算公式如下：

式中，w₁、w₂、w₃、w₄、w₅和w₆分别表示风速、风向、浪高、潮位、流速、流向的权重系数；x_i1……x_i6分别表示进港船舶对应的环境缆力船舶规则中风速、风向、浪高、潮位、流速、流向的实测值；x_j1……x_j6分别表示风速、风向、浪高、潮位、流速、流向在所述的环境缆力船舶规则中的记录值。

更进一步的，还具有权重确定步骤。

作为优选的实施方式，所述的处理后形成环境缆力船舶规则具体为：

—对所述的实时系泊缆力数据进行清洗：对脏数据、遗失数据和异常数据进行处理，确保数据分布在各要素的合理范围内，即MIN≤DATA≤MAX；

—按时间关键字关联清洗后的实时系泊缆力数据、环境动力预报数据以及船舶属性数据，形成所述的环境缆力船舶规则。

更进一步的，得到预测系泊缆力数据之后还具有步骤：

—根据未来时间段内的环境动力预报参数和所述的预测系泊缆力数据，生成预测缆力区间曲线；

—根据所述的曲线给出预测缆力区间的预测曲线，同时根据监控得到的实时数据给出实时监测曲线。

一种基于开敞式码头系泊缆力预警方法的系统，包括：

数据采集单元，该单元获取当前船舶的实时缆力监测数据、环境动力预报数据以及船舶属性数据；

预测规则库，该库中存储缆力数据的环境缆力船舶规则；

处理单元，该单元根据所述数据采集单元采集的数据，根据基于权重调整的欧式距离算法选择与当前船舶欧式距离最短的环境缆力船舶规则，选取当前规则中的缆力数据，作为未来时间内的预测缆力数据。

更进一步的，还具有权重知识库，该库中存储风速、风向、浪高、潮位、流速、流向参与最短欧式距离运算时的权重系数。

由于采用了而上述技术方案，本发明公开的一种开敞式码头系泊缆力预警方法，能够及时的完成缆力预测趋势曲线的绘制以及预警指令发布，为系泊缆力自动调节给出了调节条件和范围，为监控中心确定船舶进出港及在泊位作业最优时间窗口提供了有效依据，进而实现港口及航道资源的合理调度和高效利用。预警信息和预警指令的同步发布，使监控中心和远程操作者能及时调节和控制缆力，避免断缆事故的发生。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的预警方法的流程图

图2为本发明的预警系统的模块图

图3为本发明实施例1的系统模块图

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-3所示：

在本实施例中将方法和系统进行结合说明。

首先具有数据采集单元，主要采集三方面数据，即当前在港船舶(或者采集在港船舶的历史数据)的系泊缆力数据、采集港口的环境动力数据，主要包括水文和气象数据，比如在本实施例中提出的风速、风向、浪高、潮位、流速、流向数据；以及船舶属性数据，比如：船舶总长，型宽，型深，吨级，排水量，载量，吃水等数据。

对于采集到的初始数据进行清洗和集成，主要完成对所述的风浪流6要素(风速、风向、浪高、潮位、流速、流向)、缆力等实时数据的清洗，包括脏数据、遗失数据、异常数据的处理，确保数据分布在各要素的合理范围内，即MIN<＝DATA<＝MAX。在本实施方式中，数据清洗过程中，依次扫描数据，对脏数据、遗失数据和异常数据进行处理。若发现脏数据，可按照数据规范化形式进行转换处理。如船舶载量属性输入不规范值错误，可按满载、半载或空载进行取值规范转换处理。遗失数据就是数据缺失，采用回归填充的方法处理。对无法填充的数据，采用Delete删除记录方式处理。对有悖于度量标准的异常数据，采用忽略元组，删除Delete方式处理。检索数据发现异常或空值等，可将元组直接删除。

环境缆力船舶集成数据库中的各预测环境要素需进行规范化处理04，采用最小-最大规范化方法，即

将x从区间[min,max]映射到区间[new_min,new_max]，即new_x。

清洗完后，同时按时间关键字进行数据关联，形成多条环境缆力船舶规则，将结果分别存放于环境缆力船舶集成数据库中，该数据库提供定期和手工两种数据更新方式。

获得一定数量的环境缆力船舶规则后，即可开始根据进港(非在港已锚定船舶)的缆力信息进行预测。

作为优选的实施方式，从进港数据库15中提取码头进港船舶和缆绳信息，从环境缆力船舶规则库中提取对应规则，根据进港船舶及缆绳信息、环境动力信息，利用基于距离权重大数据缆力预测算法进行数据搜索和比对，确定距离最小的数据为相似数据并提取对应的规则，得到预测缆力。

在得到预测缆力之后，可设置缆力的报警阈值，当到达报警阈值之后，可以由系统内的预警信息和预警指令发布单元，向指定的相关人员的终端和移动终端发送报警信息。

权重系数从权重知识库中读取，距离计算方法从预测方法库中获得。例如：基于距离的6要素(风速、风向、浪高、潮位、流速、流向)权重计算公式——欧几里得距离：

最为优选的实施方式，欧式距离的计算采用基于MapReduce分布式并行计算框架。根据预测数据，绘出预测缆力区间曲线，同时读取监控实时数据，同步显示预测曲线和实时监测曲线。

实施例1：如图3所示的系统模块图，系统首先读取实时数据01，接着对实时数据进行清洗和集成02，完成对风浪流6要素、缆力等实时数据的清洗，包括脏数据、遗失数据、异常数据的处理，确保数据分布在各要素的合理范围内，即MIN<＝DATA<＝MAX。同时按时间关键字进行数据关联，将结果存放于环境缆力船舶集成数据库03中，该数据库提供定期和手工两种数据更新方式。环境缆力船舶集成数据库中的各预测环境要素需进行规范化处理04，采用最小-最大规范化方法，并将x从区间[min,max]映射到区间[new_min,new_max]，即new_x。将处理后的数据形成规则存放于环境缆力船舶规则库05。要预测未来缆力，要先从环境动力预报模型读取环境动力数据06，存于环境动力预测数据库07中。根据用户确定的预测时间，从环境动力预测数据库中读取对应区间的环境动力数据并做数据规范化处理08，结果存于环境动力临时库09。从进港数据库15中提取码头进港船舶和缆绳信息，从环境缆力船舶规则库中提取对应规则11，根据进港船舶及缆绳信息、环境动力信息，利用基于距离权重大数据缆力预测算法进行数据搜索和比对，确定距离最小的数据为相似数据并提取对应的规则，得到预测缆力。权重系数从权重知识库中读取，距离计算方法从预测方法库中获得。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征在于具有如下步骤：

2.根据权利要求1所述的开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征还在于所述的环境动力数据至少包括：包含风级和风速的风力数据；包含浪高和周期的海浪数据以及包含潮位、流速和流向的潮流数据。

3.根据权利要求2所述的开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征还在于所述的欧式距离为经过环境动力数据权重调整后的欧式距离，计算公式如下：

式中，w₁、w₂、w₃、w₄、w₅和w₆分别表示风速、风向、浪高、浪周期、流速、流向的权重系数；x_i1……x_i6分别表示进港船舶对应的环境缆力船舶规则中风速、风向、浪高、浪周期、流速、流向的实测值；x_j1……x_j6分别表示风速、风向、浪高、浪周期、流速、流向在所述的环境缆力船舶规则中的记录值。

4.根据权利要求3所述的开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征还在于还具有权重确定步骤，构建权重知识库。

5.根据权利要求1所述的开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征还在于所述的处理后形成环境缆力船舶规则具体为：

6.根据权利要求1所述的开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征还在于各预测环境要素需进行规范化处理，采用最小-最大规范化方法，即

将x从区间[min,max]映射到区间[new_min,new_max]，即new_x。

7.根据上述任一权利要求所述的开敞式码头系泊缆力预警方法，其特征还在于得到预测系泊缆力数据之后还具有步骤：

8.一种基于权利要求7所述的开敞式码头系泊缆力预警方法的系统，其特征在于包括：

预测规则库，该库中存储缆力数据的环境缆力船舶规则；

9.根据权利要求8所述的开敞式码头系泊缆力预警系统，其特征还在于具有权重知识库，该库中存储风速、风向、浪高、浪周期、流速、流向参与最短欧式距离运算时的权重系数。