CN110516972B - 一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，用户端包括用户输入模块、用户输出模块，系统计算平台包括船型数据库模块、海洋气象信息预报模块、船舶摇荡运动计算模块、评估衡准值计算模块、专家知识库建议模块。用户输入出航或作业的时间、出航航线、海上作业地点，以及船舶船型特征参数，系统根据海洋气象信息以及作业船舶特征参数，计算出出航或作业时的船舶摇荡运动情况，并匹配专家知识库，给出辅助决策建议，同时给出气象信息。借助该系统，出航作业人员可提前预知出航和海上作业时船舶的摇荡运动情况，并得到系统的辅助性专家建议，提前规划作业计划，保障海上作业的人员、设备和财产的安全，提高作业人员或乘客的舒适程度。
Description
技术领域
本发明涉及船舶出航作业的安全性、舒适性评估，尤其涉及一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，属于船舶与海洋工程领域。
背景技术
海洋经济是我国经济的重要组成部分，是我国21世纪重点关注和发展的领域。海洋渔业、海洋矿产资源开发、海上运输等活动日益频繁。船舶是人们探索海洋、进行海洋油气与矿产资源开发、海上运输的重要工具，广泛应用于海洋工程中的各个领域。
对于船舶，从设计到全生命周期营运，海洋风浪及其引起的横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等六个自由度运动是影响出航安全及其海上作业效率的主要因素。对于渔船而言，吨位一般较小，过大的摇荡会导致船舶无法进行作业，甚至发生倾覆，造船人员伤亡和财产损失；对于运输船如油轮、散货船而言，在恶劣海况下，过大的横摇运动会导致船舶稳性损失，对航运安全造成极大威胁；对于海洋工程船或者科考船而言，过大的船体摇荡运动会对船载起重作业、母船上潜器的布放回收、海上吊装、采油、钻井、动力定位、船载直升机起飞降落等作业带来严重的威胁；对于游轮而言，船舶的摇荡运动是影响乘客舒适程度的关键因素，过于剧烈的摇荡甚至会影响乘客的健康状况。
因此，在船舶出航作业前进行一次综合预报评估，提前了解出航作业的可行性、安全性和舒适性就显得十分必要。目前，出航前评估的依据大多是天气预报信息本身，船舶驾驶员、海上作业人员以及普通乘客结合天气预报，根据自身的出航经验对出航作业的可行性、安全性、舒适性进行评估，在整个评估的过程中对船舶本身的运动状态并不了解。这样的方式依赖于各类人员自身经验，有极大的不确定性，存在较大的隐患。
对此，本发明提出一种船舶海上作业综合预报评估系统，能够通过计算提前预报船舶的出航、作业的摇荡运动情况并给出评估建议，提高出航的安全性、舒适性及海上作业的效率。该系统整合了互联网技术、海洋环境预报技术、船舶耐波性计算、耐波性衡准值计算等专业技术，基于对船舶摇荡运动状态的精确计算和对耐波性衡准值的定量分析，能够给出较为准确的预报评估，并提供专业建议。
目前，国内外均未有具有相同功能的船舶出航与海上作业综合预报评估系统。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统。
本发明的目的是这样实现的：包括用户端、系统计算平台，用户端与系统计算平台之间通过互联网通信，用户端包括用户输入模块、用户输出模块，系统计算平台包括船型数据库模块、海洋气象信息预报模块、船舶摇荡运动计算模块、评估衡准值计算模块、专家知识库建议模块。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.(1)用户端输入模块：用于用户输入出航与作业时间、出航航线、海上作业地点和出航作业船只的特征参数，完成系统与用户的初步交互；
(2)船型数据库模块：用于存储常用船舶数据模型，完成用户输入船型参数与系统计算所用船型数据的匹配和转换；
(3)海洋气象信息预报模块：用于预报用户出航路线及作业地点在出航时间的雨、雪、雾、风、浪气象信息；
(4)船舶摇荡运动计算模块：用于计算出航船只在航行和作业时的摇荡运动情况；
(5)评估衡准值计算模块：用于根据船舶摇荡运动的计算结果计算各评估衡准值；
(6)专家知识库建议模块：用于根据评估衡准值的计算结果向各类人员提供专业建议；
(7)用户端输出模块：用于向用户呈现最终建议结果及气象预报信息。
2.用户端输入模块获得用户输入的出航船只的特征参数，包括船只型号、主尺度参数、船型系数、螺旋桨参数、舵参数、客舱或人员所在舱室在船上的位置，输出至船型数据库模块；获得用户输入的出航与作业时间、出航路线、作业地点信息，输出至海洋气象信息预报模块。
3.船型数据库模块，存储目前常用船型的数据模型，并根据用户端输入模块输入的船舶参数进行数据模型匹配，将船型数据输出至船舶摇荡运动计算模块。
4.海洋气象信息预报模块根据用户端输入模块输入的出航作业时间预测航线和作业地点的雨雪雾天气信息、风级风向信息、浪级浪向信息输出至用户端输出模块向用户展示；浪向、风向、波浪特征周期、波浪有义波高输出至船舶摇荡运动计算模块。
5.船舶摇荡运动计算模块根据海洋气象信息预报模块输入的风浪特征参数信息和船型数据库模块输入的船型数据参数，通过计算机计算程序计算出船舶的摇荡运动特征值和船上特定点的垂向加速度，输出至评估衡准值计算模块。
6.评估衡准值计算模块根据船舶摇荡运动计算模块输入的船舶摇荡运动特征值和船上特定点的垂向加速度，通过计算程序，计算出评估衡准值，包括单位时间内的船艏底部砰击次数、甲板上浪次数、螺旋桨出水次数、晕船率、运动诱使干扰、适居性指数、作业时间百分数，并输出至专家知识库建议模块。
7.专家知识库建议模块存储各评估衡准值的分级信息、直观描述和专家建议，根据评估衡准值计算模块计算出的各评估衡准值，给出船只的耐波性表现和各衡准值下船上各类人员可能会出现的直观感受和身体状态描述，并给出出航和作业的专业性意见，输出至用户端输出模块。
8.用户端输出模块用于向用户展示系统的评估结果，包括海洋气象信息预报模块输出的雨雪雾天气信息、风级风向信息、浪级浪向信息，以及专家知识库建议模块输出的各类人员的出航作业建议。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为工程船、科考船、渔船、游轮等船舶提供出航作业的预报评估和专业性建议，使船上人员在出航作业前就可以了解到出航作业时船舶的运动状态和船上人员舒适度，预知出航作业的安全性、可行性和舒适性，提前做出作业规划。该系统包含用户端输入模块、船型数据库模块、海洋气象信息预报模块、船舶摇荡运动计算模块、评估衡准值计算模块、专家知识库建议模块和用户端输出模块七个主要模块。
附图说明
图1所示为本发明一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统的总体结构示意图。
图2所示为本发明一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1和图2，本发明的系统基于移动终端，包括手机、平板电脑、计算机以及专门的船载可移动电子设备，所述系统通过以上设备实现用户端功能，借助互联网连接完成系统与用户的交互。用户端输入模块，用于用户输入出航与作业时间、出航航线、海上作业地点和出航作业船只的特征参数，完成系统与用户的初步交互；船型数据库模块，用于存储常用船舶数据模型，完成用户输入船型参数与系统计算所用船型数据的匹配和转换；海洋气象信息预报模块，用于预报用户出航路线及作业地点在出航时间的雨、雪、雾、风、浪气象信息；船舶摇荡运动计算模块，用于计算出航船只在航行和作业时的摇荡运动情况；评估衡准值计算模块，用于根据船舶摇荡运动的计算结果计算各评估衡准值；专家知识库建议模块，用于根据评估衡准值的计算结果向各类人员提供专业建议；用户端输出模块，用于向用户呈现最终建议结果及气象预报信息。
用户在用户端输入模块1输入船舶参数，包括船只型号、主尺度参数、船型系数、螺旋桨参数、舵参数、客舱或人员所在舱室在船上的位置参数的有关信息，这些信息将输入船型数据库模块2存储。一个用户可输入多条船只的船型参数。用户出航作业前，通过用户端输入模块1输入出航与作业时间、出航路线、作业地点，其中游船、运输船等不在海上停留作业的船舶无需输入作业地点一项。用户端输入模块1将用户输入信息分类提取后输出，作为其它工作模块的输入信息。
用户通过用户端输入模块1输入的简单船舶参数无法直接用于船舶摇荡运动计算。船型数据库模块2中存有大量目前各类常用船舶的数据模型，这些模型数据可以用于船舶摇荡运动计算。船型数据库模块2读取用户输入的船舶参数后进行模型数据匹配，将用户输入的船型信息转换为可用于船舶摇荡运动计算模块4的船型数据模型，并进行输出。
海洋气象信息预报模块3，输入量为用户端输入模块1输出的出航与作业时间、出航路线、作业地点信息。海洋气象信息预报模块3可根据出航作业时间进行航线和作业地点的气象信息预测，包括雨、雪、雾天气信息，以及风浪特征参数信息，包括风级、风向、浪级、浪向、波浪特征周期、波浪有义波高。输出雨、雪、雾天气信息、风信息和海浪信息”至用户端输出模块7向用户展示。风浪特征参数信息输出至船舶摇荡运动计算模块4。
船舶摇荡运动计算模块4，输入为海洋气象信息预报模块3输出的风浪特征参数以及船型数据库模块2输出的船型数据。根据以上信息，通过专业计算机计算程序可以计算出船舶的摇荡运动特征值(包括纵摇、横摇、垂荡运动的幅值和有义值)以及船上特定点的垂向加速度，输出至评估衡准值计算模块5。
评估衡准值计算模块5，输入为船舶摇荡运动计算模块4输出的“船舶摇荡运动特征值”和“船上特定点垂向加速度”。评估衡准值计算模块4可根据以上两项信息，通过相应的专业计算程序，计算评估衡准值，包括单位时间内的船艏底部砰击次数、甲板上浪次数、螺旋桨出水次数，晕船率(MSI)，运动诱使干扰(MIIs)，适居性指数，作业时间百分数。以上指标用于评估船舶出航、作业安全性和舒适性的指标参数，输出至专家知识库建议模块6。
专家知识库建议模块6，其中存储评估衡准值计算模块6所计算的各评估衡准值的分级信息、状态描述和对应的专家建议，输入为“评估衡准值计算结果”。此模块根据计算出的各评估衡准值，给出船只的摇荡运动情况和各衡准值下船上各类人员(驾驶员、专业作业人员、普通乘客)可能会出现的直观感受和身体状态描述，给出出航和作业的专业性意见。
用户端输出模块7，用于向用户展示整个系统的输出结果，包括海洋气象信息预报模块3 输出的雨、雪、雾天气信息和风浪信息，以及专家知识库建议模块6输出的出航作业建议。用户可根据自身情况选择以上信息的部分或全部进行查看
综上，为了使出海作业人员或乘客提前预知出航和海上作业时的船舶的适航性，提高出航和海上作业的安全性、经济性、舒适性，本发明提供了一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统。本系统主要包括用户端输入模块、船型数据库模块、海洋气象信息预报模块、船舶摇荡运动计算模块、评估衡准值计算模块、专家知识库建议模块和用户端输出模块七个主要模块。本系统通过互联网建立起用户端与系统计算平台的连接。用户输入出航或作业的时间、出航航线、海上作业地点，以及船舶船型特征参数，系统根据海洋气象信息以及作业船舶特征参数，计算出出航或作业时的船舶摇荡运动情况，并匹配专家知识库，给出辅助决策建议，同时给出气象信息。借助该系统，出航作业人员可提前预知出航和海上作业时船舶的摇荡运动情况，并得到系统的辅助性专家建议，提前规划作业计划，保障海上作业的人员、设备和财产的安全，提高作业人员或乘客的舒适程度。
Claims (6)
1.一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，其特征在于：包括用户端、系统计算平台，用户端与系统计算平台之间通过互联网通信，用户端包括用户输入模块、用户输出模块，系统计算平台包括船型数据库模块、海洋气象信息预报模块、船舶摇荡运动计算模块、评估衡准值计算模块、专家知识库建议模块；
(1)用户端输入模块：用于用户输入出航与作业时间、出航航线、海上作业地点和出航作业船只的特征参数，完成系统与用户的初步交互；
(2)船型数据库模块：用于存储船舶数据模型，完成用户输入船型参数与系统计算所用船型数据的匹配和转换；
(3)海洋气象信息预报模块：用于预报用户出航路线及作业地点在出航时间的雨、雪、雾、风、浪气象信息；
(4)船舶摇荡运动计算模块：用于计算出航船只在航行和作业时的摇荡运动情况；
(5)评估衡准值计算模块：用于根据船舶摇荡运动的计算结果计算各评估衡准值；
(6)专家知识库建议模块：用于根据评估衡准值的计算结果向各类人员提供专业建议；
(7)用户端输出模块：用于向用户呈现最终建议结果及气象预报信息；
用户输入出航或作业的时间、出航航线、海上作业地点，以及船舶船型特征参数，系统根据海洋气象信息以及作业船舶特征参数，计算出出航或作业时的船舶摇荡运动情况，并匹配专家知识库，给出辅助决策建议，同时给出气象信息；出航作业人员可提前预知出航和海上作业时船舶的摇荡运动情况，并得到系统的辅助性专家建议，提前规划作业计划，保障海上作业的人员、设备和财产的安全，提高作业人员或乘客的舒适程度；
船舶摇荡运动计算模块根据海洋气象信息预报模块输入的风浪特征参数信息和船型数据库模块输入的船型数据参数，通过计算机计算程序计算出船舶的摇荡运动特征值和船上特定点的垂向加速度，输出至评估衡准值计算模块；
评估衡准值计算模块根据船舶摇荡运动计算模块输入的船舶摇荡运动特征值和船上特定点的垂向加速度，通过计算程序，计算出评估衡准值，包括单位时间内的船艏底部砰击次数、甲板上浪次数、螺旋桨出水次数、晕船率、运动诱使干扰、适居性指数、作业时间百分数，并输出至专家知识库建议模块。
2.根据权利要求1所述的一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，其特征在于：用户端输入模块获得用户输入的出航船只的特征参数，包括船只型号、主尺度参数、船型系数、螺旋桨参数、舵参数、客舱或人员所在舱室在船上的位置，输出至船型数据库模块；获得用户输入的出航与作业时间、出航路线、作业地点信息，输出至海洋气象信息预报模块。
3.根据权利要求2所述的一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，其特征在于：船型数据库模块，存储船型的数据模型，并根据用户端输入模块输入的船舶参数进行数据模型匹配，将船型数据输出至船舶摇荡运动计算模块。
4.根据权利要求1所述的一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，其特征在于：海洋气象信息预报模块根据用户端输入模块输入的出航作业时间预测航线和作业地点的雨雪雾天气信息、风级风向信息、浪级浪向信息输出至用户端输出模块向用户展示；浪向、风向、波浪特征周期、波浪有义波高输出至船舶摇荡运动计算模块。
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6.根据权利要求1所述的一种船舶出航与海上作业综合预报评估系统，其特征在于：用户端输出模块用于向用户展示系统的评估结果，包括海洋气象信息预报模块输出的雨雪雾天气信息、风级风向信息、浪级浪向信息，以及专家知识库建议模块输出的各类人员的出航作业建议。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110516972A (zh) | 2019-11-29 |
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