CN115848558B - 一种船舶压载水智能调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种船舶压载水智能调控系统。该系统包括：吃水指标获取模块，获取船舶的吃水指标；平稳阈值获取模块，根据吃水指标获取差异系数，进而获取差异序列，根据差异序列获取平稳阈值；船舶整体稳定系数获取模块，根据差异序列获取序列相似度差异距离，根据序列相似度差异距离、差异系数、平稳阈值获取船舶整体稳定系数；船舶状态特征值获取模块，根据差异系数获得船舶二元组，进而获得船舶散点特征图，对船舶散点特征图中的数据点进行分析，获取主方向向量，根据主方向向量与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值；压载水调控模块，根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控，使得船舶保持平稳航行。

Description

一种船舶压载水智能调控系统

技术领域

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种船舶压载水智能调控系统。

背景技术

大型船舶、货轮在进行远距离航行时需要将一定量的海水抽入到船舶的压载舱中，以确保船舶在空载时具有一定程度的抗风浪能力，保证船舶航行过程中的适航性，避免船舶在航行过程中出现航行事故。根据不同的实际运输场景如进出码头、装卸货物时的不同状态，通过抽入或者排出压载舱中的压载水使得船舶保持较好的稳定性。根据相关数据表明，远洋船舶在航行时压载舱中必须加装的压载水，当天气恶劣等特殊情况时，压载舱中的压载水会增加到，以确保船舶航行过程中的安全性。

船舶压载水的调控是一个十分复杂的非线性模型，在计算过程中需要同时兼顾准确性和实时性的效果。在船舶航行过程中对压载舱中压载水的动态调控非常依赖船员的操作经验，根据船员的主观经验对压载水进行调控容易产生误差，使得船舶航行的安全性受到影响。

现有技术中是通过事先确定好的船舶的正常姿态与正常吃水条件，将采集获取的船舶姿态信息与吃水状态信息与事先确定好的船舶的正常姿态与正常吃水条件进行比较，根据比较结果对船舶压载水进行调控，事先确定好的船舶的正常姿态与正常吃水条件根据船舶在航行的实际情况中是会发生变化的，一直根据事先确定好的船舶的正常姿态与正常吃水条件进行压载水调控，会发生压载水调控不准确，从而导致船舶无法正常航行。

发明内容

为了解决压载水调控不准确，导致船舶航行受到影响的技术问题，本发明的目的在于提供一种船舶压载水智能调控系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明实施例中提供了一种船舶压载水智能调控系统，该系统包括以下：

吃水指标获取模块，获取预设时间间隔的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标；

平稳阈值获取模块，根据船艏吃水指标与船艉吃水指标获取每个时刻下的艏艉差异系数；根据左船舯吃水指标与右船舯吃水指标获取每个时刻下的左右差异系数；获取每个时刻之前的预设时间段内的艏艉差异系数与左右差异系数并进行排序，获得每个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列；根据艏艉差异序列与左右差异序列分别获取每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值；

船舶整体稳定系数获取模块，根据艏艉差异序列与左右差异序列获取序列相似度差异距离；根据艏艉差异系数、左右差异系数、艏艉平稳阈值、左右平稳阈值、序列相似度差异距离，获取每个时刻下的船舶整体稳定系数；

船舶状态特征值获取模块，根据艏艉差异系数与左右差异系数获取每个时刻下对应的船舶二元组，根据船舶二元组获得船舶散点特征图，去除船舶散点特征图中的离散点后获得待分析散点图；获得待分析散点图中每个数据点预设邻域范围内的主方向向量，根据主方向向量的分布与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值；

压载水调控模块，根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控。

进一步地，所述艏艉差异系数与左右差异系数的获取方法，包括：

计算每个时刻下的船艏吃水指标与船艉吃水指标的差值绝对值作为每个时刻下的艏艉差异系数；

计算每个时刻下的左船舯吃水指标与右船舯吃水指标的差值绝对值作为每个时刻下的左右差异系数。

进一步地，所述艏艉平稳阈值的获取方法，包括：

根据艏艉平稳阈值获取公式获得艏艉平稳阈值，艏艉平稳阈值获取公式包括：

其中，为艏艉平稳阈值；为艏艉差异序列中的艏艉差异系数的方差；为艏艉差异序列中的第个艏艉差异系数；为艏艉差异序列长度；为自然常数。

进一步地，所述船舶整体稳定系数的获取方法，包括：

当任一时刻下的艏艉差异系数大于艏艉平稳阈值或左右差异系数大于左右平稳阈值时，将艏艉差异系数减去艏艉平稳阈值的差值作为第三结果；将左右差异系数减去左右平稳阈值的差值作为第四结果；其中，第三结果与第四结果均大于0；

将每个时刻下的序列相似度差异距离、第三结果、第四结果的乘积作为每个时刻下的船舶整体稳定系数。

进一步地，所述去除船舶散点特征图中的离散点后获得待分析散点图的方法，包括：

若数据点的预设邻域范围内不包含其他数据点，则对应数据点为离散点；去除船舶散点特征图中的离散点后，选取船舶散点特征图中的纵轴上的最大值作为待分析散点图的行数；选取船舶散点特征图中的横轴上的最大值作为待分析散点图的列数；根据船舶散点特征图中的数据点的位置分布顺序，确实数据点在待分析散点图中的位置，从而获得每个时刻对应的待分析散点图。

进一步地，所述获得待分析散点图中每个数据点预设邻域范围内的主方向向量的方法，包括：

将每个数据点预设邻域范围内的左上角位置作为起始特征点坐标，获得每个数据点预设邻域范围内的质心；将质心坐标对应的横坐标与纵坐标分别与质心所在预设邻域范围内的初始特征点坐标对应的横坐标与纵坐标相减，将横坐标差值与纵坐标差值组成的向量作为对应数据点预设邻域范围内的主方向向量。

进一步地，所述根据主方向向量的分布与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值的方法，包括：

获取相邻的两个数据点预设邻域范围内的主方向向量的相似度，将每个待分析散点图中所有的主方向向量的相似度进行累加，所得结果作为对应时刻下的船舶稳定指标；

计算船舶整体稳定系数与船舶稳定指标的比值作为每个时刻下的船舶状态特征值。

进一步地，所述根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控的方法，包括：

设置船舶状态特征值阈值，当船舶状态特征值大于船舶状态特征值阈值时，说明船舶为非稳定航行状态，根据吃水指标获取压载水的调控方向标志，根据调控方向标志对压载水进行调控；当船舶状态特征值小于或等于船舶状态特征值阈值时，说明船舶为稳定航行状态。

本发明具有如下有益效果：

获取预设时间间隔的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标，便于对每个时刻下船舶航行的状态进行分析，及时对船舶航行的状态进行调控，使得船舶保持稳定行驶；根据船艏吃水指标与船艉吃水指标获取每个时刻下的艏艉差异系数，初步判断每个时刻下船舶的前后是否发生了倾斜；根据左船舯吃水指标与右船舯吃水指标获取每个时刻下的左右差异系数，初步判断每个时刻下船舶的左右是否发生了倾斜；获取每个时刻之前的预设时间段内的艏艉差异系数与左右差异系数并进行排序，获得每个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列，使得对船舶状态的分析更准确，降低了外在的干扰因素以及数据采集误差带来的不利影响；根据艏艉差异序列与左右差异序列分别获取每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值，使得每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值更贴合实际情况，更能准确的判断出每个时刻下船舶航行的平稳状态；根据艏艉差异序列与左右差异序列获取序列相似度差异距离，间接可以反映出船舶的不同位置的吃水指标是否一致，也可以反映船舶航行的状态；根据艏艉差异系数、左右差异系数、艏艉平稳阈值、左右平稳阈值、序列相似度差异距离，获取每个时刻下的船舶整体稳定系数，对整个船舶进行分析，避免了船舶在航行时，因船身的移动导致局部数据发生偏差使得对压载水的调控产生了误差；根据艏艉差异系数与左右差异系数获取每个时刻下对应的船舶二元组，根据船舶二元组获得船舶散点特征图，更有利于分析船舶航行的状态；去除船舶散点特征图中的离散点后获得待分析散点图，使得待分析散点图中的每个数据点都有分析的意义，每个数据点均对判断船舶航行的状态有影响；获得待分析散点图中每个数据点预设邻域范围内的主方向向量，可以反映出每个数据点预设邻域范围内数据点的分布状况；根据主方向向量的分布与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值，确定每个时刻下船舶航行的状态；根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控，使得船舶一直平稳行驶，提高了船舶航行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种船舶压载水智能调控系统的结构框图；

图2为本发明一个实施例所提供的第个时刻对应的船舶散点特征图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种船舶压载水智能调控系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种船舶压载水智能调控系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种船舶压载水智能调控系统的结构框图，该系统包括：吃水指标获取模块10、平稳阈值获取模块20、船舶整体稳定系数获取模块30、船舶状态特征值获取模块40、压载水调控模块50。

吃水指标获取模块10，获取预设时间间隔的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标。

具体的，船舶处于不同状态时其稳定性也有所不同，例如在航行过程中，随着燃料、淡水、食物的不断消耗，船舶的吃水状态也会发生改变，此时，船舶整体稳定性会发生下降，若不及时对船舶压载舱中的压载水进行动态调控，船舶极有可能发生安全事故。

当对船舶压载水进行动态调控时，需要获取不同时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标。以第个时刻下获取的船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标为例，分别记为。为了对船舶航行中出现的各种异常状态进行及时的响应和反馈，本发明实施例每间隔50ms对船舶的吃水指标进行一次采集，获得每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标。

获得的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标很容易受到采集工作环境中随机噪声的影响，为了避免这些随机噪声对后续船舶压载水进行调控的准确性造成的干扰，需要使用相应的计算进行处理，尽可能减弱甚至消除随机噪声带来的影响。本发明实施例考虑到吃水指标获取的时间间隔为50ms，对获得的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标分别进行平滑处理，其中，设置平滑窗口的大小为，即每0.5s获取一个数据帧，取每个平滑窗口中的所有吃水指标的平均值代替原始平滑窗口中的每个吃水指标，以达到削弱或去除随机噪声点的干扰。从而获取处理后的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标。

平稳阈值获取模块20，根据船艏吃水指标与船艉吃水指标获取每个时刻下的艏艉差异系数；根据左船舯吃水指标与右船舯吃水指标获取每个时刻下的左右差异系数；获取每个时刻之前的预设时间段内的艏艉差异系数与左右差异系数并进行排序，获得每个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列；根据艏艉差异序列与左右差异序列分别获取每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值。

具体的，根据船舶不同位置处的吃水指标可以对船舶当前状态下的平稳程度进行初步计算评估，理想状态下，处于平稳航行时的船舶在不同位置处的吃水指标应保持一致水平，但当船舶受到航行环境或船舶中货物堆放情况的影响，船舶不同位置处的吃水指标可能有所差异。根据获得的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标，分析每个时刻下船舶的航行状态。

本发明实施例根据船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标获取每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数的方法如下：

计算每个时刻下的船艏吃水指标与船艉吃水指标的差值绝对值作为每个时刻下的艏艉差异系数；计算每个时刻下的左船舯吃水指标与右船舯吃水指标的差值绝对值作为每个时刻下的左右差异系数。

作为一个示例，以第个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标获取第个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数，第个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数的公式为：

其中，为第个时刻下的艏艉差异系数；为第个时刻下的船艏吃水指标；为第个时刻下的船艉吃水指标；为第个时刻下的左右差异系数；为第个时刻下的左船舯吃水指标；为第个时刻下的右船舯吃水指标；为绝对值函数。

需要说明的是，表示第个时刻下的船舶前后方向上的倾斜程度，表示第个时刻下的船舶左右方向上的倾斜程度。越大，说明第个时刻下的船舶前后越不平稳，船舶的前后越发生了倾斜；越大，说明第个时刻下的船舶左右越不平稳，船舶的左右越发生了倾斜。与同时越大，说明第个时刻下的船舶在前后方向和左右方向均发生了倾斜，第个时刻下的船舶航行的状态越不稳定。

根据获取第个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数的方法，获取每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数。

船舶在航行的过程中是运动的状态，每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数可能会发生变化，但并不能代表此时船舶的航行状态不平稳，为了进一步准确地判定每个时刻下船舶航行的状态，本发明实施例获取每个时刻前2s内的每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数，结合每个时刻前2s内的每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数对每个时刻下的船舶航行的状态进行分析，可以避免偶然状况或数据采集误差直接导致每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数计算错误的情况。

作为一个示例，以第个时刻为例，获取第个时刻前2s内的每个时刻下的艏艉差异系数与左右差异系数，由吃水指标获取模块10可知，每间隔50ms取一个时刻下船舶的吃水指标，2s内共有40个时刻，因此，第个时刻前2s内有40个艏艉差异系数与40个左右差异系数，分别将第个时刻前2s内的艏艉差异系数与左右差异系数按照时刻的顺序进行排列，分别获得第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列，其中，为第个时刻对应的艏艉差异序列中的第一个艏艉差异系数，为第个时刻对应的艏艉差异序列中的第二个艏艉差异系数，为第个时刻对应的艏艉差异序列中的第个艏艉差异系数，为第个时刻对应的左右差异序列中的第一个左右差异系数，为第个时刻对应的左右差异序列中的第二个左右差异系数，为第个时刻对应的左右差异序列中的第个左右差异系数，。

根据获取第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列的方法，获取每个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列。

一般情况会设置经验阈值来判断每个时刻下船舶航行的状态，但经验阈值的设置带有主观因素，不同的航行环境对应的经验阈值也应该会有差异，因此，经验阈值的设置会存在不准确的情况，从而对船舶压载水的调控产生不利影响，本发明实施例根据每个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列获取每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值，获得的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值更符合实际情况，对实际情况中每个时刻下船舶航行的状态判定的更准确。根据艏艉差异序列与左右差异序列获取每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值的过程如下：

根据艏艉平稳阈值获取公式获得艏艉平稳阈值，艏艉平稳阈值获取公式包括：

其中，为艏艉平稳阈值；为艏艉差异序列中的艏艉差异系数的方差；为艏艉差异序列中的第个艏艉差异系数；为艏艉差异序列长度；为自然常数。

需要说明的是，越大，越大；越大，越大。

根据左右平稳阈值获取公式获得左右平稳阈值，左右平稳阈值获取公式包括：

其中，为左右平稳阈值；为左右差异序列中的左右差异系数的方差；为左右差异序列中的第个左右差异系数；为左右差异序列长度；为自然常数。

需要说明的是，越大，越大；越大，越大。

船舶整体稳定系数获取模块30，根据艏艉差异序列与左右差异序列获取序列相似度差异距离；根据艏艉差异系数、左右差异系数、艏艉平稳阈值、左右平稳阈值、序列相似度差异距离，获取每个时刻下的船舶整体稳定系数。

具体的，获取每个时刻下船舶的艏艉差异系数与左右差异系数分别与对应时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值进行比较，判断每个时刻下船舶航行的平稳状态。当艏艉差异系数大于艏艉平稳阈值或左右差异系数大于左右平稳阈值时，说明在对应时刻下船舶处于不平稳状态，需要对船舶压载舱中的压载水进行调控。

本发明实施例通过获取每个时刻下的船舶整体稳定系数，对船舶航行的平稳状态进行进一步判断，获取船舶整体稳定系数的方法如下：

当任一时刻下的艏艉差异系数大于艏艉平稳阈值或左右差异系数大于左右平稳阈值时，将艏艉差异系数减去艏艉平稳阈值的差值作为第三结果；将左右差异系数减去左右平稳阈值的差值作为第四结果；其中，第三结果与第四结果均大于0；将每个时刻下的序列相似度差异距离、第三结果、第四结果的乘积作为每个时刻下的船舶整体稳定系数。

作为一个示例，以平稳阈值获取模块20中的第个时刻为例。

（1）获取第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列，根据DTW获取第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列之间的距离作为第个时刻下的序列相似度差异距离。序列相似度差异距离越大，说明第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列之间的差异越大，相似度越低，间接反映出船舶不同位置的吃水指标越不一致，第个时刻下船舶航行的状态越为不稳定的状态；序列相似度差异距离越小，说明第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列之间的差异越小，相似度越高，间接反映出船舶不同位置的吃水指标越一致，第个时刻下船舶航行的状态越为稳定的状态。

其中，DTW为公知技术，这里不再进行过多赘述。

（2）获取第个时刻下的艏艉差异系数、左右差异系数、艏艉平稳阈值与左右平稳阈值；

将第个时刻下的艏艉差异系数与第个时刻下的艏艉平稳阈值进行比较，将第个时刻下的左右差异系数与第个时刻下的左右平稳阈值进行比较，当第个时刻下的艏艉差异系数大于第个时刻下的艏艉平稳阈值或第个时刻下的左右差异系数大于第个时刻下的左右平稳阈值时，说明第个时刻下船舶航行的状态不平稳，发生了倾斜。

（3）计算第个时刻下的船舶整体稳定系数，对第个时刻下的船舶航行的状态进行判定；将获得的第个时刻下的序列相似度差异距离、第三结果与第四结果相乘，获得第个时刻下的船舶整体稳定系数，第个时刻下的船舶整体稳定系数的公式为：

其中，为第个时刻下的船舶整体稳定系数；为第个时刻下的序列相似度差异距离；为第个时刻下的艏艉差异系数；为第个时刻下的艏艉平稳阈值；为第个时刻下的左右差异系数；为第个时刻下的左右平稳阈值。

需要说明的是，越大，说明第个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列之间的差异越大，相似度越低，船舶不同位置的吃水指标越不一致，船舶航行的状态越不稳定，越大；第三结果越大，说明船舶的艏艉越倾斜，越大；第四结果越大，说明船舶的左右越倾斜，越大；因此，越大，船舶航行的状态越不稳定。

根据获取第个时刻下的船舶整体稳定系数的方法，获取每个时刻下的船舶整体稳定系数。

船舶状态特征值获取模块40，根据艏艉差异系数与左右差异系数获取每个时刻下对应的船舶二元组，根据船舶二元组获得船舶散点特征图，去除船舶散点特征图中的离散点后获得待分析散点图；获得待分析散点图中每个数据点预设邻域范围内的主方向向量，根据主方向向量的分布与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值。

具体的，为了更好的获取每个时刻下船舶航行的状态，本发明实施例将每个时刻对应的艏艉差异序列中的艏艉差异系数与左右差异序列中的左右差异系数按照一对一的方式进行组合，获得每个时刻对应的船舶二元组，其中，为艏艉差异序列中的第一个艏艉差异系数；为左右差异序列中的第一个左右差异系数；为艏艉差异序列中的第二个艏艉差异系数；为左右差异序列中的第二个左右差异系数；为艏艉差异序列中的第个艏艉差异系数；为左右差异序列中的第个左右差异系数；为艏艉差异序列中的第个艏艉差异系数；为左右差异序列中的第个左右差异系数；由此可以看出，船舶二元组中的每个二元组的第一个元素为艏艉差异序列中的艏艉差异系数，第二个元素为左右差异序列中的左右差异系数。根据船舶二元组中的每个二元组获得船舶散点特征图，根据船舶散点特征图更利于分析船舶航行的状态。

以平稳阈值获取模块20中的第个时刻为例，获取第个时刻对应的船舶二元组，根据第个时刻对应的船舶二元组中的每个二元组获得第个时刻对应的船舶散点特征图，如图2，其中，图2中的纵轴为艏艉差异系数，横轴为左右差异系数，根据每个二元组对应的艏艉差异系数与左右差异系数确定每个二元组在第个时刻对应的船舶散点特征图即图2中的位置，图2中的黑点即数据点表示对应的二元组，数据点的纵坐标表示对应二元组的第一个元素，数据点的横坐标表示对应二元组的第二个元素。

根据获取第个时刻对应的船舶散点特征图的方法，获取每个时刻对应的船舶散点特征图。

船舶航行的过程中可能会碰到小暗礁等情况，导致船舶在某一时刻下的艏艉差异系数或左右差异系数发生了突变，但整体来说船舶航行的状态依然是稳定的，不用对船舶的压载水进行调控，这种情况获得的二元组对船舶航行状态的分析没有意义，因此，本发明实施例对船舶二元组对应的船舶散点特征图中的数据点进行分析，对船舶散点特征图中的数据点进行分析可以更加直观与方便的确定出没有意义的数据点。将没有意义的数据点进行去除，将剩余的数据点构建为待分析散点图，获得每个时刻对应的待分析散点图的方法如下：

若数据点的预设邻域范围内不包含其他数据点，则对应数据点为离散点；去除船舶散点特征图中的离散点后，选取船舶散点特征图中的纵轴上的最大值作为待分析散点图的行数；选取船舶散点特征图中的横轴上的最大值作为待分析散点图的列数；根据船舶散点特征图中的数据点的位置分布顺序，确实数据点在待分析散点图中的位置，从而获得每个时刻对应的待分析散点图。

作为一个示例，以平稳阈值获取模块20中的第个时刻为例，获取第个时刻对应的船舶散点特征图，对船舶散点特征图中的每个数据点进行分析：以每个数据点为中心，本发明实施例设置3*3的邻域范围，实施者可根据实际情况设置邻域范围，获取每个数据点的邻域范围内的其他数据点数量，当邻域范围内的其他数据点数量为0时，说明对应数据点很分散，是没有分析意义的数据点，将对应的数据点作为离散点，并从第个时刻对应的船舶散点特征图中进行去除；将第个时刻对应的船舶散点特征图中的所有离散点进行去除后，选取第个时刻对应的船舶散点特征图中的纵轴上的最大值作为第个时刻对应的待分析散点图的行数；选取第个时刻对应的船舶散点特征图中的横轴上的最大值作为第个时刻对应的待分析散点图的列数；根据第个时刻对应的船舶散点特征图中的数据点的位置分布顺序，确实数据点在待分析散点图中的位置，从而获得第个时刻对应的待分析散点图。

根据获取第个时刻对应的待分析散点图的方法，获取每个时刻对应的待分析散点图。

对每个时刻对应的待分析散点图中的每个数据点进行分析，获取每个数据点预设邻域范围内的主方向向量，根据主方向向量分析船舶航行的状态更简单明了，本发明实施例通过对每个数据点预设邻域范围内的状况进行分析获得每个数据点预设邻域范围内的主方向向量的方法如下：

将每个数据点预设邻域范围内的左上角位置作为起始特征点坐标，获得每个数据点预设邻域范围内的质心；将质心坐标对应的横坐标与纵坐标分别与质心所在预设邻域范围内的初始特征点坐标对应的横坐标与纵坐标相减，将横坐标差值与纵坐标差值组成的向量作为对应数据点预设邻域范围内的主方向向量。

作为一个示例，任意选取一个数据点作为目标数据点，获取目标数据点的3*3邻域范围内的左上角位置作为目标数据点对应的起始特征点坐标；通过OpenCV对目标数据点的3*3邻域范围内的数据点进行计算，获得目标数据点的3*3邻域范围内的质心，确定质心坐标；将质心坐标的横坐标减去起始特征点坐标的横坐标获得横坐标差值，将质心坐标的纵坐标减去起始特征点坐标的纵坐标获得纵坐标差值，将横坐标差值与纵坐标差值组成的向量作为目标数据点的3*3邻域范围内的主方向向量。主方向向量可以将目标数据点对应时刻下船舶前后左右的平稳程度进行融合提取出来，也将目标数据点的3*3邻域范围内的数据点联系起来，更准确的分析船舶航行的状态。

其中，OpenCV是公知的技术，不再进行过多赘述。

根据获取目标数据点的3*3邻域范围内的主方向向量的方法，获取每个数据点的3*3邻域范围内的主方向向量。

为了确定船舶航行状态，本发明实施例将获取的每个时刻下的船舶整体稳定系数与每个时刻下的船舶稳定指标进行综合分析，避免了对船舶整体稳定系数与船舶稳定指标分别计算过程中出现的重复计算的繁琐性，根据船舶整体稳定系数与船舶稳定指标获取每个时刻下的船舶状态特征值，船舶状态特征值的获取方法如下：

获取相邻的两个数据点预设邻域范围内的主方向向量的相似度，将每个待分析散点图中所有的主方向向量的相似度进行累加，所得结果作为对应时刻下的船舶稳定指标；计算船舶整体稳定系数与船舶稳定指标的比值作为每个时刻下的船舶状态特征值。

作为一个示例，以平稳阈值获取模块20中的第个时刻为例，获取第个时刻对应的待分析散点图，获取待分析散点图中的每个数据点的3*3邻域范围内的主方向向量，获取第个时刻下的船舶整体稳定系数，根据主方向向量与船舶整体稳定系数获取第个时刻下的船舶状态特征值，第个时刻下的船舶状态特征值的公式为：

其中，为第个时刻下的船舶状态特征值；为第个时刻下的船舶整体稳定系数；为第个时刻对应的待分析散点图中第个数据点的3*3邻域范围内的主方向向量；为第个时刻对应的待分析散点图中第个数据点的3*3邻域范围内的主方向向量；为计算相似度的函数，本发明实施例使用余弦相似性来获取相邻的主方向向量的相似度；为第个时刻对应的待分析散点图中主方向向量的相似度的总数量。

需要说明的是，越大，说明第个时刻下船舶航行的状态越不稳定，越大；越大，说明相邻的两个主方向向量的相似度越大，船舶整体的航行状态越稳定，越小；因此，越大，第个时刻下船舶航行的状态越不稳定。

根据获取第个时刻下的船舶状态特征值的方法，获取每个时刻下的船舶状态特征值。

压载水调控模块50，根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控。

具体的，为了便于根据每个时刻下的船舶状态特征值，对每个时刻下的船舶航行的状态进行确定，本发明实施例通过极差归一化算法，将每个时刻下的船舶状态特征值映射到区间[0,1]上，其中，极差归一化算法是公知技术，这里不再进行过多赘述，获得归一化后的船舶状态特征值，根据归一化后的船舶状态特征值对船舶压载水进行调控的方法如下：

设置船舶状态特征值阈值，当船舶状态特征值大于船舶状态特征值阈值时，说明船舶为非稳定航行状态，根据吃水指标获取压载水的调控方向标志，根据调控方向标志对压载水进行调控；当船舶状态特征值小于或等于船舶状态特征值阈值时，说明船舶为稳定航行状态。

本发明实施例设置船舶状态特征值阈值为0.6，当归一化后的船舶状态特征值大于船舶状态特征值阈值时，说明船舶航行的状态为非稳定航行状态，需要对船舶压载水进行调控，对船舶压载水进行调控的具体过程如下：

根据船艏吃水指标与船艉吃水指标获取前后调控方向标志，前后调控方向标志的公式为：

其中，为前后调控方向标志；为船艏吃水指标；为船艉吃水指标；为取最大值函数。

需要说明的是，表示船舶艏艏中的最大的吃水指标对应的方向，当大于时，说明船艏向上翘起来了，需要对船艏位置处的压载舱中的压载水进行抽入调控；当小于时，说明船艉向上翘起来了，需要对船艉位置处的压载舱中的压载水进行抽入调控。

根据左船舯吃水指标与右船舯吃水指标获取左右调控方向标志，左右调控方向标志的公式为：

其中，为左右调控方向标志；为左船舯吃水指标；为右船舯吃水指标；为取最大值函数。

需要说明的是，表示船舶左右最大的吃水指标对应的方向，当大于时，说明左船舯向上翘起来了，需要对左船舯位置处的压载舱中的压载水进行抽入调控；当小于时，说明右船舯向上翘起来了，需要对右船舯位置处的压载舱中的压载水进行抽入调控。

当归一化后的船舶状态特征值小于或等于船舶状态特征值阈值时，说明船舶航行的状态为稳定航行状态。

至此，本发明完成。

综上所述，本发明实施例包括：吃水指标获取模块，获取船舶的吃水指标；平稳阈值获取模块，根据吃水指标获取差异系数，进而获取差异序列，根据差异序列获取平稳阈值；船舶整体稳定系数获取模块，根据差异序列获取序列相似度差异距离，根据序列相似度差异距离、差异系数、平稳阈值获取船舶整体稳定系数；船舶状态特征值获取模块，根据差异系数获得船舶二元组，进而获得船舶散点特征图，对船舶散点特征图中的数据点进行分析，获取主方向向量，根据主方向向量与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值；压载水调控模块，根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控，使得船舶保持平稳航行。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

Claims (8)

1.一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述系统包括：

吃水指标获取模块，获取预设时间间隔的每个时刻下船舶的船艏吃水指标、船艉吃水指标、左船舯吃水指标、右船舯吃水指标；

平稳阈值获取模块，根据船艏吃水指标与船艉吃水指标获取每个时刻下的艏艉差异系数；根据左船舯吃水指标与右船舯吃水指标获取每个时刻下的左右差异系数；获取每个时刻之前的预设时间段内的艏艉差异系数与左右差异系数并进行排序，获得每个时刻对应的艏艉差异序列与左右差异序列；根据艏艉差异序列与左右差异序列分别获取每个时刻下的艏艉平稳阈值与左右平稳阈值；

船舶整体稳定系数获取模块，根据艏艉差异序列与左右差异序列获取序列相似度差异距离；根据艏艉差异系数、左右差异系数、艏艉平稳阈值、左右平稳阈值、序列相似度差异距离，获取每个时刻下的船舶整体稳定系数；

船舶状态特征值获取模块，根据艏艉差异系数与左右差异系数获取每个时刻下对应的船舶二元组，根据船舶二元组获得船舶散点特征图，去除船舶散点特征图中的离散点后获得待分析散点图；获得待分析散点图中每个数据点预设邻域范围内的主方向向量，根据主方向向量的分布与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值；

压载水调控模块，根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控。

2.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述艏艉差异系数与左右差异系数的获取方法，包括：

计算每个时刻下的船艏吃水指标与船艉吃水指标的差值绝对值作为每个时刻下的艏艉差异系数；

计算每个时刻下的左船舯吃水指标与右船舯吃水指标的差值绝对值作为每个时刻下的左右差异系数。

3.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述艏艉平稳阈值的获取方法，包括：

根据艏艉平稳阈值获取公式获得艏艉平稳阈值，艏艉平稳阈值获取公式包括：

其中，为艏艉平稳阈值；为艏艉差异序列中的艏艉差异系数的方差；为艏艉差异序列中的第个艏艉差异系数；为艏艉差异序列长度；为自然常数。

4.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述船舶整体稳定系数的获取方法，包括：

当任一时刻下的艏艉差异系数大于艏艉平稳阈值或左右差异系数大于左右平稳阈值时，将艏艉差异系数减去艏艉平稳阈值的差值作为第三结果；将左右差异系数减去左右平稳阈值的差值作为第四结果；其中，第三结果与第四结果均大于0；

将每个时刻下的序列相似度差异距离、第三结果、第四结果的乘积作为每个时刻下的船舶整体稳定系数。

5.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述去除船舶散点特征图中的离散点后获得待分析散点图的方法，包括：

若数据点的预设邻域范围内不包含其他数据点，则对应数据点为离散点；去除船舶散点特征图中的离散点后，选取船舶散点特征图中的纵轴上的最大值作为待分析散点图的行数；选取船舶散点特征图中的横轴上的最大值作为待分析散点图的列数；根据船舶散点特征图中的数据点的位置分布顺序，确定数据点在待分析散点图中的位置，从而获得每个时刻对应的待分析散点图。

6.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述获得待分析散点图中每个数据点预设邻域范围内的主方向向量的方法，包括：

将每个数据点预设邻域范围内的左上角位置作为起始特征点坐标，获得每个数据点预设邻域范围内的质心；将质心坐标对应的横坐标与纵坐标分别与质心所在预设邻域范围内的初始特征点坐标对应的横坐标与纵坐标相减，将横坐标差值与纵坐标差值组成的向量作为对应数据点预设邻域范围内的主方向向量。

7.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述根据主方向向量的分布与船舶整体稳定系数获取船舶状态特征值的方法，包括：

获取相邻的两个数据点预设邻域范围内的主方向向量的相似度，将每个待分析散点图中所有的主方向向量的相似度进行累加，所得结果作为对应时刻下的船舶稳定指标；

计算船舶整体稳定系数与船舶稳定指标的比值作为每个时刻下的船舶状态特征值。

8.如权利要求1所述的一种船舶压载水智能调控系统，其特征在于，所述根据船舶状态特征值对船舶压载水进行调控的方法，包括：

设置船舶状态特征值阈值，当船舶状态特征值大于船舶状态特征值阈值时，说明船舶为非稳定航行状态，根据吃水指标获取压载水的调控方向标志，根据调控方向标志对压载水进行调控；当船舶状态特征值小于或等于船舶状态特征值阈值时，说明船舶为稳定航行状态。

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