CN108195439A - 一种船舶油耗监测系统和监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶油耗监测系统和监测方法，包括燃油机组和数据采集系统，运用物联网和大数据技术对影响油耗的信息进行大量的数据统计（包括船舶航行参数与船舶动力机械参数等信息）；不同形式的监测网络中信号采集精度和频率不同，监测点网络具有自组织功能，监测网络能以油耗均方值最小为原则进行权重调整，从而转换成不同形式；各监测节点根据对油耗值的影响权重来选择监测网络，直至选择出最佳的监测网络；建立船舶油耗的动态变化模型，得出在各种船舶运行工况下的油耗值，从而有效监管船舶用油和存油，促进船务公司对船舶的精细管理。

Description

一种船舶油耗监测系统和监测方法
技术领域
本发明涉及船舶油耗监测领域，尤其涉及一种船舶油耗监测系统和监测方法。
背景技术
船舶节能管理面向的是一个复杂的油-机-环境的综合系统，由于船舶营运过程中油耗模式复杂，船舶管理中，油耗管理又是长期困扰管理人员的难题，受海上环境变化莫测的影响，船舶的油耗具有“测不准”的现象。相应地，船舶决策油耗问题所用到的数据，通常数据量巨大、来源多样、类型多样。目前虽然国内很多的企业都开始实现了数据化管理，建立了自身的数据库进行油耗的精细管理，但是仍然存在着很多的缺陷。根据我国制定的燃油消耗国家标准，目前在船舶油耗数据处理方式一般考虑了船舶动力装置的经济性上，难以满足国际海事组织IMO，欧盟MRV法规对船舶油耗数据形式的要求，因此必须综合考虑船舶营运、装载和排放等因素处理油耗数据。另一方面，目前许多公司采开发了各种柴油机智能监控仪，实现了柴油机自动监控，但还不具备远程监测功能，或仅为单一参数的检测与报警显示，无法适应油耗精细管理的技术需求。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的船舶油耗监测系统不具备远程监测功能，或监测参数过少而难以准确测量油耗，以及油耗数据过于简单而无法适应油耗精细管理的技术需求的不足，提供了一种船舶油耗监测系统和监测方法，其具备远程监控功能且油耗管理精细。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种船舶油耗监测系统，包括燃油机组，所述燃油机组包括柴油机、燃油泵、油柜和质量流量计；数据采集系统，所述数据采集系统包括采集模块、微控制单元、中央服务器、终端显示器和无线传感网。
微控制单元处理采集模块采集到的多种信息，传输至中央服务器进行处理，处理完成的油耗数据信息在终端显示器上显示或通过无线传感网传送至岸基服务器。采集模块采集信息例如进油温度计实时测量柴油机的进油温度，回油温度计实时测量柴油机的回油温度，风速仪实时测量船舶所受风力的风速，船首液位计实时测量船舶船首的吃水量，船尾液位计实时测量船舶船船尾的吃水量，卫星定位接收仪接收船舶的方位，扭矩仪实时测量发动机的输出扭矩，转速仪实时测量发动机的转速等。
由于实际船舶精确测量油耗较为困难，但可测量的参数非常多，因此本发明大量采集船舶与油耗相关的参数值，同时采用大数据处理技术对船舶油耗值进行数据融合处理，从而得到较为精确的油耗值。
作为本发明的一种优选技术方案，考虑到产品安装方便，本装置采用管外夹持式超声流量计，无需对船舶燃油管系进行改建就可以直接安装。由于实际的油温和压力都处于频繁的波动状态，而超声流量传感器测量灵敏度高，能满足本项目要求的瞬时油耗的测量。同时，由于燃油的密度受温度和压力的影响较大，必须进行温度和压力补偿，本装置的监测数据网络也能满足对流量计的测量值进行修正要求。
本发明还提供一种船舶油耗监测方法，包括用于采集主推进动力装置参数和船舶航行性能参数的多个信号采集传感器，信号采集传感器采集的信号经微控制单元处理后经无线传感网传送至各自的传感器节点，各传感器节点自组织形成多个网络簇，每个簇包括一个簇首节点，各个网络簇的簇首节点将信号传输至一个汇聚节点以形成监测网络，选择一个监测网络，设置所述监测网络的信号采集精度和频率并传输给传感器节点，所述监测网络输出平均油耗值并计算油耗均方值，以油耗均方值最小为原则进行权重调整，并将信号传输给簇首节点，根据网络簇输出对油耗值的影响权重来选择监测网络，直至选择出最佳的监测网络，输出平均油耗值。
上述船舶油耗相关参数采集设备选用基于物联网的ZigBee片上采集系统，ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，可在众多微小的传感器之间相互协调通讯。该技术采用2.4-GHz 的IEEE 802.15.4 标准，是一种为低速率控制网络设计的标准无线网络协议。
根据采集的油耗参数信息可计算如下油耗值：瞬时油耗、位移油耗和平均油耗。通过瞬时油耗识别船舶动力装置的故障，比如漏油或燃烧恶化等状态，瞬时油耗通过监测主推进动力装置参数进行计算，具有较高的采集精度和采样频率要求；通过位移油耗值可计算出船舶动力装置的性能的最优工作点，位移油耗值通过监测船舶航行性能参数进行计算，具有较低的采集精度和采样频率要求；根据船舶平均油耗值可对船舶营运模式和航速进行优化管理，平均油耗值可利用瞬时油耗和位移油耗值进行数据融合得到。
为了适应上述不同的船舶油耗监测模式，本系统设计了具有自适应功能的多跳自组织监测网络，使网络可在网状、树状、星状等模型中转换以满足需要。
为了保证所有监测参数的时间同步，当信道空闲时，根节点给广播数据包加上当前的时间戳t0、起始字符和前导码，设发送的信息为n位和发送每位需要的时间t，即计算起始字符和前导码的发送时间为nt，接收节点在广播数据包到达时加上时间戳t1，记录此时时间t2，那么接收端的接收处理时延就是(t2-t1)，然后调整自己的时钟为t0+nt+(t2-t1)，从而将接收节点的时钟调整为全网的同步时间。
在所述的油耗采集建立的监测网络中，不同簇节点网络的数据采样精度与采样频率是不相同的，其网络簇输出值对油耗值的影响权重也是不相同的，因此本系统根据网络簇输出对油耗值的影响权重来选择监测网络。
与现有技术相比本发明所达到的有益效果是：
1、利用船舶参数监测网络的转换，可测取不同的油耗数据，其中包括瞬时油耗、位移油耗、平均油耗等信息；
2、运用大数据技术对影响油耗的信息进行大量的数据统计（包括船舶航行参数与船舶动力机械参数等信息），对船舶油耗值进行修正，从而准确得出在各种船舶运行工况下的油耗值。
3、运用物联网技术建立船舶与船舶之间，船舶与岸基之间有效通讯的能耗监测网络，既提高船舶油耗监测准确性，又实现了船岸远距离即时通信，可根据用户需要开发集中监控界面以及手机监控模式，从而有效监管船舶用油和存油，促进船务公司对船舶的精细管理。
附图说明
图1是采集模块采集的信息参数图。
图2是船舶油耗监测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种船舶油耗监测系统，包括燃油机组和数据采集系统，数据采集系统包括采集模块、微控制单元、中央服务器、终端显示器和无线传感网。
由于船舶可测量的参数非常多，因此，可采集大量与油耗相关的船舶参数值，采用大数据处理技术对船舶油耗值进行判断和数据处理，从而得到较为精确的油耗值。这些参数中，以供油系统为主采集相关流量参数，以动力系统性能参数以及环境系统参数为辅，相关参数类型如图1所示。
微控制单元处理采集模块采集到的信息，传输至中央服务器进行处理，处理完成的数据信息在终端显示器上显示或通过无线传感网传送至岸基服务器。
燃油机组包括柴油机、燃油泵和油柜，油柜通过进油管路与燃油泵相连，燃油泵通过回油管路连接到进油管路上，在进油管路上设有高灵敏度的管外夹持式超声流量传感器。
如图2所示，一种船舶油耗监测方法，包括用于采集主推进动力装置参数和船舶航行性能参数的多个信号采集传感器，信号采集传感器采集的信号经微控制单元处理后经无线传感网传送至各自的传感器节点，各传感器节点自组织形成各自的最优化网络簇，每个簇包括一个簇首节点，各网络簇的簇首节点将信号传输至一个汇聚节点以形成监测网络，选择一个监测网络，设置监测网络的信号采集精度和频率并传输给传感器节点，监测网络输出平均油耗值并计算油耗均方值，以油耗均方值最小为原则进行权重调整，并将信号传输给簇首节点，根据网络簇输出对油耗值的影响权重来选择监测网络，直至选择出最佳的监测网络，输出平均油耗值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船舶油耗监测系统，其特征在于，包括燃油机组和数据采集系统，所述数据采集系统包括采集模块、微控制单元、中央服务器、终端显示器和无线传感网，微控制单元处理采集模块采集到的多种信息，传输至中央服务器进行处理，处理完成的油耗数据信息在终端显示器上显示或通过无线传感网传送至岸基服务器。
2.根据权利要求1所述的一种船舶油耗监测系统，其特征在于，所述质量流量计为管外夹持式超声流量计。
3.一种船舶油耗监测方法，包括用于采集主推进动力装置参数和船舶航行性能参数的多个信号采集传感器，信号采集传感器采集的信号经微控制单元处理后经无线传感网传送至各自的传感器节点，各传感器节点自组织形成多个网络簇，每个簇包括一个簇首节点，各个网络簇的簇首节点将信号传输至一个汇聚节点以形成监测网络，选择一个监测网络，设置所述监测网络的信号采集精度和频率并传输给传感器节点，所述监测网络输出平均油耗值并计算油耗均方值，以油耗均方值最小为原则进行权重调整，并将信号传输给簇首节点，根据网络簇输出对油耗值的影响权重来选择监测网络，直至选择出最佳的监测网络，输出平均油耗值。
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