CN116812108A - 集装箱船舶气场矩阵节能的系统 - Google Patents

Abstract

集装箱船舶气场矩阵节能的系统，是依据气场矩阵从货舱风机最优节能和冷藏箱节能这两个方向进行在控制论上的最优控制，包括控制子系统、通风子系统、传感子系统、冷藏箱子系统，采用传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能、混合风机节能和冷藏箱自身节能的方法步骤，节省货舱风机和冷藏箱的电力消耗。气场矩阵是依据冷藏箱坐标、传感器坐标、风口坐标位置上形成的温度场、气体含量场及湿度场的矢量数据，进行逐点传感、计算与控制，数据来源包括货舱传感器和冷藏箱通信子系统，控制点包括风机启停调速、风门开度控制，在算法上，采用单输入单输出最优控制、多输入多输出状态空间最优控制，实现最优节能控制。

Description

集装箱船舶气场矩阵节能的系统

技术领域

本发明涉及互联网和新能源领域，尤其涉及智慧海洋、冷链物流、节能子领域，特别是集装箱船舶中关于货舱风机和冷藏箱节能的方法设计和系统应用。

背景技术

集装箱船舶能耗问题

在集装箱船舶运输中，冷藏集装箱能耗、货舱风机能耗是船舶电力消耗的最主要方面。其中，冷藏集装箱需要采用船舶发电机提供电力，以维持冷藏集装箱内部制冷机的制冷；货舱风机能耗是存放冷藏集装箱的船舶货舱中，大功率风机工作所消耗的船舶发电机提供的电能。之所以需要风机，是因为货舱中堆放的冷藏集装箱，其制冷机的散热器会产生大量的热量，使得货舱中空气温度急剧增加，风机的作用是通过“排风”把热空气排出货舱，和通过“送风”将货舱外部船舶所处的环境空气送入货舱，通常，环境空气的温度远低于货舱内部的空气温度。

TEU（Twenty-feet Equivalent Unit，20英尺集装箱）、FEU（Forty-footEquivalent Unit，40英尺集装箱），通常，冷藏集装箱采用40英尺尺寸，即FEU。以货舱风机最优节能为例，一艘舱内存储400个40尺箱位的箱船计算，仅仅风机耗电，每年大约500万至600万KWH电能。

冷藏箱通信技术及知识产权现状

对于冷藏集装箱的船舶用的监测技术，虽然起源很早，但是发展缓慢。目前仍在执行的国际标准主要有ISO 10368（Freight thermal containers — Remote conditionmonitoring），它是基于三十年前的窄带电力线载波通信PLC（Power Line Communication，英文简称PLC）技术，在船舶领域中，又称为PCT（Power cable transmission，英文简称PCT）技术。我们经过详细地专利检索，发现相关技术不仅停滞不前，并且相关专利几乎全部过保护期。

涉及本发明申请的几项技术

CAN总线网络，控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）双绞线，信号传输距离达到10km时，CAN仍可提供高达50kbit/s的数据传输速率。CAN通讯距离最大是10公里（设速率为5Kbps），或最大通信速率为1Mbps（设通信距离为40米），CAN总线上的节点数可达110个。通信介质可在双绞线，同轴电缆，光纤中选择。

RS485串行总线，RS-485总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于2个逻辑状态的定义：正电平在+2V～+6V之间，表示一个逻辑状态。负电平在-2V～-6V之间，则表示另一个逻辑状态。数字信号采用差分传输方式，能够有效减少噪声信号的干扰。RS485总线采用屏蔽双绞线，两端120欧姆电阻。

货舱风机最优节能技术现状

（1）固定模式：现有的船舶入籍规范中，涉及船舶货舱风机的一些规范条目，例如RCP（Refrigerated Container Stowage Positions）船级附加标记中，对于20尺和40尺的冷藏箱，推荐通风要求是3100m³/h和4500m³/h，依据这些固定的排风数据，设计风机对于货舱内满载情况下的饱和通风，在此条件下风机的通风量、功率、安装坐标（船舶上的行、列、层，记为b，r，t）；

（2）依据冷藏箱实装量计算风机节能模式：近些年发表在一些研究报告上指出，由于货舱的通风设计是依据满负载的通风量设计的，而在实际船舶运营中，各个货舱中的冷藏集装箱的数量不一定达到满负载，据此，风机的开机量也就可以相应地打折，于是就能够实现节能的功效；

（3）依据货舱内空气温度计算风机节能模式：有研究显示，依据货舱内部的空气温度和货舱外环境空气的温度差进行温度控制，设定货舱内部的最高气温不超过45℃，实现温度自动控制，以避免风机始终处于运行状态，以此实现风机节能功效；

（4）冷藏集装箱节能技术：冷藏集装箱自身的节能已经发展出多种技术，主要涉及箱内的制冷机节能控制，例如开关控制、变频控制，还涉及冷藏集装箱结构和材料的保温处理。

现有技术的不足

（1）货舱风机的节能不足：无论是现有技术中的固定模式、依据冷藏箱实装量计算风机节能模式、依据货舱内空气温度计算风机节能模式，都远远没有做到最优节能控制；

（2）冷藏集装箱节能不足：由于冷藏集装箱内部的温度控制系统是独立的，外界对于它的控制，除了设定温度之外，没有研究出控制方法；

（3）没有发现风机和冷藏集装箱关联节能的方法。

发明的目的、意图和贡献

本发明的主要目的包括：

（1）研究提出基于货舱风机的最优节能方法与系统；

（2）研究提出基于冷藏集装箱的最优节能方法与系统；

（3）研究提出基于货舱风机和冷藏集装箱的混合最优节能的方法与系统。

本发明的主要意图和主要贡献包括：

在尺寸较大的货舱中，鉴于空气的流动性和热传导性，为了控制温度、湿度和气体含量，无法笼统地测量全货舱整体的物理量指标，需要针对小范围或者关键点位进行测量和扩展。因此，发明人团队创新性地采用气场矩阵来计量和标注相关点位的气流，以形成测量精度较高的带有位置坐标的气场矩阵，其中包括温度场、气体含量场和湿度场，还可以包括流速场，具体如下：

（1）引入气场矩阵概念，以进一步精确控制空气温度、含量和湿度；

（2）设计了符合气场矩阵的测量和扩展系统；

（3）建立了传感器致风机节能步骤、冷藏箱致风机节能步骤、混合风机节能步骤和冷藏箱自身节能步骤；

（4）在实际集装箱船舶上试验证明本发明达到节能效果。

发明内容

1、本发明的核心思路

（1）建立货舱内部气场矩阵，依据气场矩阵中的坐标点，引入控制论中的多输入多输出的最优控制原理，设计最优控制理论和人工智能技术的计算方法，对风机和冷藏箱进行逐点控制；

（2）依据货舱中气场矩阵中各个坐标点之间相互影响，设计关联函数，进行最优控制；

（3）气场包括温度值、气体含量、湿度值，本方法和系统对于这些均能够进行节能控制。

2、本发明的实现步骤

本发明的目的、意图和贡献是采用如下技术方案的工作步骤实现的，其中包括4种独立的方案，分别是传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能、混合风机节能和冷藏箱自身节能。这4种方案简介如下：

传感器致风机节能，依据货舱内设置的传感器的传感信号形成的气场矩阵，控制货舱风机的启停和调速，以此改变风机常开，从而产生风机节能电能的结果。

冷藏箱致风机节能，依据货舱内堆放的冷藏集装箱中的传感器，采用安装在货舱内的冷藏箱通信主机和位于冷藏箱内部的冷藏箱通信从机之间通信，采集的传感器的传感信号形成的气场矩阵，控制货舱风机的启停和调速，以此改变风机常开，从而产生风机节能电能的结果。

混合风机节能，对于货舱内既具有传感器，又具有冷藏箱通信主机的情况下，采用传感器致风机节能和冷藏箱致风机节能的混合节能的方法使得风机节能。

冷藏箱自身节能，通过依据对冷藏箱自身的控制，节省冷藏箱自身的电力消耗，从而产生节能的结果。

2.1、传感器致风机节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于包括控制子系统、通风子系统和传感子系统，通过S1000传感器致风机节能步骤实现节能，具体包括：

S1100传感子系统包括一个以上安装在货舱内的传感器和一个以上安装在货舱外的传感器，传感器标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S1200传感器致风机节能：控制子系统经由传感子系统获得货舱内形成的货舱气场矩阵，依据货舱气差的传感器致风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得节能的效果。

进一步地，S1300货舱气场矩阵包括带有传感器坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由传感器子系统产生。

2.2、冷藏箱致风机节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于：控制子系统、通风子系统和冷藏箱子系统，通过S2000冷藏箱致风机节能步骤实现节能，具体包括：

S2100冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S2200冷藏箱致风机节能：控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据冷藏箱气差的冷藏箱致风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得节能的效果。

进一步地，S2300冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由冷藏箱子系统产生。

2.3、混合风机节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于：控制子系统、通风子系统、传感子系统和冷藏箱子系统，通过S3000混合风机节能步骤实现节能，具体包括：

S3100传感子系统包括一个以上安装在货舱内的传感器和一个以上安装在货舱外的传感器，传感器标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S3200冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标。

S3300混合风机节能：控制子系统经由传感子系统获得货舱内形成的货舱气场矩阵，同时，控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据货舱气差和冷藏箱气差的混合风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得节能的效果。

进一步地，S3400货舱气场矩阵包括带有传感器坐标和风口坐标的气场信息，冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由传感器子系统产生。

2.4、冷藏箱自身节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于：控制子系统、通风子系统和冷藏箱子系统，通过S4000冷藏箱自身节能步骤实现节能，具体包括：

S4100冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S4200，冷藏箱自身节能计算：控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据冷藏箱温差的冷藏箱自身节能计算，通过冷藏箱子系统控制冷藏箱运行，获得节能的效果。

进一步地，S4300冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由冷藏箱子系统产生。

2.5、基本结构

在前述4种方案的基础上，本发明根据以上传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能、混合风机节能和冷藏箱自身节能的4种方案的一种或者其任意组合，包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

包括S5000步骤，具体包括：

S5100：基于设定，在船舶的物理空间设置坐标，坐标具体包括与甲板平行的行坐标、列坐标和与甲板垂直的层坐标。

S5200：通风子系统包括连接货舱内气场和货舱外的船舶环境大气，由包括空气连接的风机、通风管、风口，风机包括送风方式和排风方式工作，以分别将货舱外部的环境大气送入货舱和将货舱内的空气排向货舱外部，以降低冷藏箱包括的散热器的温度，风口包括风口坐标，通风子系统还包括与风机驱动器的电连接，接受风机驱动器对于风机的开关驱动、调速驱动。

进一步地，S5300：气场信息包括温度信息、气体含量信息、湿度信息，气差包括温差、气体含量差、湿度差。

进一步地，S5400：气场矩阵是包括一个以上带有坐标的气场信息构成的空间矩阵。

优选地，S5500：控制子系统包括相互连接的智能模块和通信接口，通信接口包括连接并控制风机运行的输出接口，和连接并控制传感器子系统的输入接口，智能模块包括微处理器小系统或计算机小系统，包括运算、存储、接口的通用电路和控制流程。

优选地，S5600：货舱为一艘集装箱船舶上包括存放冷藏箱的全部船舱。

2.6、控制子系统

在前述方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

控制子系统包括S6000步骤，具体包括：

S6100：智能模块通过通信接口对下包括风机端和传感器端，以分别连接风机驱动器和传感器，通信接口对上连接智能模块，传送风机端和传感器端的信号。

S6200：风机驱动器包括对于风机的开关驱动和调速驱动，其中，开关驱动时通信接口对于风机端输出控制信号为接通和断开的开关信号，调速驱动时通信接口对于风机端输出控制信号为风机的调速信号，包括变频调速信号、变压调速信号和变流调速信号，以分别执行对于风机的变频调速器驱动器或变压调速器驱动器或变流调速器驱动器的控制。

优选地，S6300：控制子系统还包括安全切换模块，安全切换模块是不依赖于智能模块并且具备故障诊断功能的独立模块，当包括系统出现故障、智能模块死机、通信接口故障时，无条件启动全部风机运转。

优选地，S6400：安全切换模块安装在风机驱动器端，独立供电，故障诊断功能至少包括通信接口超时无信号、通信接口信号长时间紊乱，还包括优先级最高的人工手动切换开关，以切换为无条件启动全部风机运转。

优选地，S6500：控制子系统还包括数据通信卫星连接子系统，将本系统通过数据通信卫星，接入到地面的云系统，以实现包括船东公司、运营公司、集装箱客户对于船舶运营的可视化即时通信和管理。

优选地，S6600：控制子系统还包括连接导航定位卫星，以获得船舶实时的经纬度信息。

2.7、货舱气场矩阵

在前述方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

还包括S7000步骤，具体包括：

S7100：货舱气场矩阵的产生包括由安装在货舱内的一个以上传感器产生或一个以上冷藏箱内部包括的传感器产生。

进一步地，S7200：基于设定，每个传感器以其安装坐标或冷藏箱坐标为中心，形成传感器场，具体包括温场、气场、湿场，传感器包括温度传感器、气体传感器、湿度传感器。

进一步地，S7300：温度传感器获取传感器坐标处的温场，温场包括空气温度，温度传感器安装的坐标位置，其中层坐标处于上下冷藏箱的交接处，以避开冷藏箱的散热器散热风扇，设定每个货舱中温度传感器的个数为货舱温场区域的个数，一个温度传感器定义一个温场的中心点。

优选地，S7400：气体传感器获取传感器坐标处的气场，气场包括气体含量，气体传感器具体包括二氧化碳传感器、氧气传感器、氮气传感器，设定每个货舱中气体传感器的个数为货舱气场区域的个数，一个气体传感器定义一个气场的中心点。

优选地，S7500：湿度传感器获取传感器坐标处的湿场，湿场包括气体湿度，设定每个货舱中湿度传感器的个数为货舱湿场区域的个数，一个湿度传感器定义一个湿场的中心点。

优选地，S7600：传感器子系统的输出信号包括模拟量、数字量和开关量。

优选地，S7700：温度传感器还包括位于货舱外部的船舶周边环境大气的温度传感器。

2.8、传感器致风机节能计算

在前述方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合实现，具体是：

S1000传感器致风机节能步骤，具体还包括：

S1510：以一个货舱气场矩阵的中心点坐标为自动控制的一个控制点，采用以下S1520、S1530或S1540的步骤，由智能模块完成全部货舱气场矩阵的自动控制，实现货舱节能。

进一步地，S1520：人工设定货舱温差计算步骤，具体包括S1521～S1524：

S1521：依据货舱外传感器获得的环境大气温度，基于船舶航行季节由人工设定，获得货舱温差，其中，环境大气温度+货舱温差小于船舶允许的最高温度，最高温度包括50℃、45℃、40℃、35℃和30℃。

S1522：当控制点温度大于最高温度时，启动距离控制点最近的风口所连接的风机。

S1523：当控制点温度小于环境大气温度+货舱设定温差时，关闭距离控制点最近的风口所连接的风机。

S1524：以环境大气温度作为输入变量，控制点温度作为输出变量，货舱温差作为控制误差，采用自动控制方法，控制距离控制点最近的风口所连接的风机运行，自动控制方法包括单输入单输出的比例积分微分的PID方法或多输入多输出的状态空间方法或人工智能方法。

优选地，S1530：最优货舱温差计算步骤，具体包括S1531～S1535：

S1531：设定控制点温度﹣环境大气温度作为一个起始货舱温差，同时设定货舱温差递减温差。

S1532：设定循环周期，循环执行S1524步骤，在循环结束时计算在循环周期内被控制的风机的风机能耗和风机累计能耗，并将货舱温差﹣递减温差赋值为货舱温差，并进行判断，当递减后的温差小于等于0时，结束循环，当递减后的温差大于0时，继续循环。

S1533：结束循环后，依据风机能耗和风机累计能耗，求取函数极值，以极值点所在的货舱温差作为最优货舱温差。

S1534：依据最优货舱温差，持续执行S1524步骤。

S1535：设定复查周期，循环执行S1532至S1534步骤，其中复查周期大于循环周期的倍数在20～1000之间。

优选地，S1540：气体含量和湿度计算步骤，具体包括S1541～S1544：

S1541：采用气体传感器获取环境大气的气体含量和货舱气场矩阵中气体含量，取代S1521～S1524中的温度，采用人工设定的货舱气体含量差，控制风机的气体调节。

S1542：采用气体传感器获取环境大气的气体含量和货舱气场矩阵中气体含量，取代S1531～S1525中的温度，采用最优货舱气体含量差，控制风机的气体调节。

S1543：采用湿度传感器获取环境大气的湿度和货舱气场矩阵中湿度，取代S1521～S1524中的湿度，采用人工设定的货舱湿度差，控制风机的气体调节。

S1544：采用气体传感器获取环境大气的湿度和货舱气场矩阵中湿度，取代S1531～S1525中的湿度，采用最优货舱湿度差，控制风机的气体调节。

所述距离控制点最近的风口所连接的风机，是依据矩阵中两点直线距离的计算方法，计算距离控制点最近的风口。

2.9、冷藏箱致风机节能计算

在前述方案的基础上，本发明具体还包括以下的一种或者多种组合实现：

S2000冷藏箱致风机节能步骤，具体还包括：

S2510：控制子系统还包括通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵。

S2511：冷藏箱子系统包括冷藏箱、冷藏箱坐标、冷藏箱通信从模块，冷藏箱由货舱内的集装箱支架固定在冷藏箱坐标处，其中冷藏箱的散热器和风扇朝向风口。

S2512：冷藏箱通信从机系统包括一个以上位于冷藏箱外部的冷藏箱通信主模块和一个以上位于冷藏箱内部的冷藏箱通信子模块，冷藏箱通信主模块和冷藏箱通信子模块之间通过有线方式、无线方式进行一对多或多对多的通信，最终上连到控制子系统，向控制子系统提供冷藏箱内部的传感器提供的气场信息矩阵，包括冷藏箱坐标、冷藏箱编号、设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度的温场信息、气体含量信息、湿度信息和附加信息，附加信息包括冷藏箱品牌、冷藏箱型号、货物名称、装载码头、卸载码头。

进一步地，S2513：冷藏箱通信主模块还包括发射模块和接收模块，

其中，发射模块还包括发射功率可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调大发射功率，

其中，接收模块还包括接收灵敏度可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调高接收灵敏度。

优选地，S2520：控制子系统还包括通过监测冷藏箱的电能消耗，获取冷藏箱的实时能耗，包括电流消耗值、功率消耗值。

优选地，S2530：冷藏箱致风机节能计算步骤，具体包括S2533，由智能模块完成全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现冷藏箱致风机节能：

优选地，S2533：计算箱内外温差=箱外温度﹣回风温度，当箱内外温差小于一个风机动作设定值2时，由控制子系统向冷藏箱坐标的列坐标所在的风机发出关闭指令或减速指令，其中，风机动作设定值2依据大于5℃和小于45℃。

2.10、混合风机节能计算

在前述方案的基础上，本发明还包括混合平衡最优控制方法，包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

S3000混合风机节能步骤，具体还包括：

S3500：传感子系统同时包括通过安装在货舱内的一个以上传感器获得货舱气场矩阵和通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵。

进一步地，S3600：由智能模块依据货舱气场矩阵和冷藏箱气场矩阵，采用混合风机节能计算，完成全部货舱气场矩阵的自动控制和全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现混合风机节能，其中，货舱气场矩阵包括通过安装在货舱内的传感器获得或通过冷藏箱气场矩阵获得，具体还划分为安装在货舱内的温度传感器获得的坐标点的空气温度或冷藏箱气场矩阵中包含的坐标点的箱外温度。

优选地，S3610：计算坐标点气差，包括：

计算坐标点温差=空气温度或箱外温度﹣环境大气温度，

计算坐标点气体含量差=空气气体含量﹣环境大气气体含量，

计算坐标点湿度差=空气湿度﹣环境大气湿度。

优选地，S3620：针对坐标点，依据总能耗=风机能耗+冷藏箱能耗，其中，风机能耗和冷藏箱能耗均以坐标点气差为函数变量，求解总能耗在极小值时的坐标点气差为最优坐标点气差，进一步求解出此时的风机控制函数和冷藏箱控制函数。

优选地，S3630：循环计算全部货舱中全部货舱气场矩阵中的坐标点，获得风机控制函数和冷藏箱控制函数，控制风机和冷藏箱，获得混合风机节能效果。

S3640：循环计算全部货舱中全部冷藏箱气场矩阵中的坐标点，获得风机控制函数和冷藏箱控制函数，控制风机和冷藏箱，获得混合风机节能效果。

优选地，S3650：统计输出实时能耗数据。

2.11、冷藏箱自身节能计算

在前述方案的基础上，本发明还包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

S4000冷藏箱自身节能步骤，具体还包括：

S4510：控制子系统还包括通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵。

优选地，S4511：冷藏箱子系统包括冷藏箱、冷藏箱坐标、冷藏箱通信从模块，冷藏箱由货舱内的集装箱支架固定在冷藏箱坐标处，其中冷藏箱的散热器和风扇朝向风口。

优选地，S4512：冷藏箱通信从机系统包括一个以上位于冷藏箱外部的冷藏箱通信主模块和一个以上位于冷藏箱内部的冷藏箱通信子模块，冷藏箱通信主模块和冷藏箱通信子模块之间通过有线方式、无线方式进行一对多或多对多的通信，最终上连到控制子系统，向控制子系统提供冷藏箱内部的传感器提供的气场信息矩阵，包括冷藏箱坐标、冷藏箱编号、设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度的温场信息、气体含量信息、湿度信息和附加信息，附加信息包括冷藏箱品牌、冷藏箱型号、货物名称、装载码头、卸载码头。

进一步地，S4513：冷藏箱通信主模块还包括发射模块和接收模块，

优选地，其中，发射模块还包括发射功率可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调大发射功率，

优选地，其中，接收模块还包括接收灵敏度可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调高接收灵敏度。

进一步地，S4520：控制子系统还包括通过监测冷藏箱的电能消耗，获取冷藏箱的实时能耗，包括电流消耗值、功率消耗值。

优选地，S4530：冷藏箱自身节能计算步骤，具体包括S4531～S4532，由智能模块完成全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现冷藏箱自身节能：

优选地，S4531：计算箱内温差=设定温度﹣回风温度，当箱内温差大于一个除霜设定值时，由控制子系统向冷藏箱子系统发出一个除霜指令，使得冷藏箱开始除霜，直到除霜过程结束后，恢复冷藏箱的制冷工作，其中，除霜设定值依据冷藏箱内部货物确定。

优选地，S4532：计算箱内温差=设定温度﹣回风温度，当箱内温差小于一个风机动作设定值1时，由控制子系统向冷藏箱坐标的列坐标所在的风机发出关闭指令或减速指令，其中，风机动作设定值1依据大于1℃和小于5℃。

优选地，S4533：冷藏箱自身节能计算步骤，还包括关联风机节能计算节能的步骤，具体是依据箱外温度的变化对于货舱气场矩阵的影响，从而为传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能带来的关联的节能效果，包括减小箱外温度和设定温度的差值、求取箱外温度和设定温度的关联函数的极值，从而改变传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能的参数矩阵，使得风机能耗减小。

优选地，S4534：设定复查周期，计算冷藏箱在复查周期中，计算含有除霜的总能耗，和无除霜的总能耗，由控制子系统输出计算结果，其中，复查周期大于除霜时间的倍数在10～20倍。

2.12、风门及风门控制装置

在前述方案的基础上，本发明还包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

S8000：风口包括风门和风门控制装置，其中，风门用于通过改变风口的通风面积大小，以调节通风速度的大小，风门控制装置用于控制风门开度的大小，包括全开、全关和大小控制。

优选地，S8010：风门在风管之外，安装有防护网罩，以避免异物进入风门。

优选地，S8020：风门、防护网罩与风管密封连接。

优选地，S8030：风门控制装置通过与智能模块的通信接口连接，最终与控制子系统连接，接受控制子系统的控制，以便调节风门的开度大小，最终调节风口的气场信息。

优选地，S8040：S1000传感器致风机节能步骤、S2000冷藏箱致风机节能步骤以及S3000混合风机节能步骤还包括对于风门开度大小的连续的模拟量计算和调节步骤。

优选地，S8050：风门控制装置包括开度传感器，开度传感器与控制子系统连接，并向控制子系统提供风门的开度大小信息的步骤。

2.13、组合及人工智能

在前述方案的基础上，本发明还包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

依据S1000传感器致风机节能、S2000冷藏箱致风机节能、S3000混合风机节能和S4000冷藏箱自身节能的步骤，采用其任意组合，将全部数据集中到云数据库，针对云数据库，实施人工智能监督学习，获取经验数据，再根据无监督学习，为风机节能和冷藏箱节能，提供人工智能方案。

2.14、发明的有效果

本发明的主要目的包括：

在尺寸较大的货舱中，鉴于空气的流动性和热传导性，为了控制温度、湿度和气体含量，无法笼统地测量全货舱整体的物理量指标，需要针对小范围或者关键点位进行测量和扩展。因此，发明人团队创新性地采用气场矩阵来计量和标注相关点位的气流，以形成测量精度较高的带有位置坐标的气场矩阵，其中包括温度场、气体含量场和湿度场，还可以包括流速场。

（1）创造性地引入气场矩阵概念，以进一步精确控制空气温度、含量和湿度。

（2）设计了符合气场矩阵的测量和扩展系统。

（3）建立了传感器致风机节能步骤、冷藏箱致风机节能步骤、混合风机节能步骤和冷藏箱自身节能步骤。

（4）在实际集装箱船舶上试验证明本发明达到节能效果。

附图说明

图1：控制原理图

由控制子系统按照f（气差）、p（气差）、g（气差）三条函数路径分别实现传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和冷藏箱自身节能，其中，f（气差）、p（气差）还同步执行混合风机节能。传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能是通过控制风机阵列的启停、调速实现，g（气差）冷藏箱自身节能是由控制冷藏箱阵列的制冷机运行实现。

图2：货舱布置图

图中，2001是集装箱船舶的甲板，甲板以上，为船舶的上层建筑和集装箱甲板堆放处，甲板以下是货舱。2002是货舱示意图，2003风机，2004是风管，2005是风口，其中，由风管连接风机和若干个风口，形成通风组件。2006至2009是传感器，包括温度传感器、湿度传感器、大气含量传感器（例如二氧化碳传感器、氮气传感器）。另外，对于堆放冷藏箱时，2005也用于标注冷藏箱的坐标，记为，其中b为行值，r为列值，t为层值。

图3：系统连接图

图中，3001是控制子系统，3002是传感器子系统，例如位于船舶货舱外部的大气温度传感器，包括一次传感器和二次传感器，获取船舶舱外的环境大气的温度。3003是位于货舱内部顶端的气场传感器，包括温度传感器、湿度传感器、气体含量传感器。3004是货舱内部的舱底气场传感器。3005是货舱内部设置的冷藏箱通信主机，通过它获取冷藏箱内部的数据，例如冷藏箱内部传感器的气场数据。

图4：冷藏箱通信从机结构图

4001是从机下行接口，对下连接接插件。4002是从机MCU电路。4003是存储。4004是显示器。4005是从机上行接口，包括无线网络WN、电力线载波网络PLC、串口总线RS485。

图5：冷藏箱通信主机结构图

5001是主机下行接口，包括无线网络WN、电力线载波网络PLC、串口总线RS485。5002是主机MCU电路。5003是存储。5004是主机上行接口，包括以太网RJ45接口、CAN总线接口、串口总线RS485接口。

图6：冷藏箱主机从机通信图

图中，6001是冷藏箱通信主机，包括图6中的MS1、MS2、MS3、MS4和MS5。6002是控制子系统，包括RJ45双绞线、RS485总线以及CAN总线的系统自适应网络接口。6003是以太网网络交换机，包括RJ45接口、光纤接口等。6004是RS485的网络电阻端子，标准值为120欧姆。6005是CAN总线的网络电阻端子。6006是RS485通信电缆，双绞线标准。6007是CAN总线的通信电缆。6008是基于RJ45的以太网网络电缆，6009和6010分别是网络断点或系统网络的系统通信质量欠佳的点。

图7：控制系统连接图

图中，7001是1号货舱，7002是2号货舱，7003是3号货舱（在实施例5中，7003也代表船舶甲板上的冷藏箱堆放区），7004是控制子系统，7005是通信总线，7006是本系统增设的与控制子系统联合使用1移动终端，7007是堆放的冷藏集装箱，7008是冷藏集装箱通信主机。7009、7010和7011是风机阵列，通常是一个货舱内部的全部风机。7012是风机控制屏，控制风机的运行。

图8：系统原理图

本图是结合实施例一的总图，图中，8001是控制子系统。8002是f（气差）函数的路径，实现传感器致风机节能。8003是p（气差）函数的路径，实现冷藏箱致风机节能。8004是g（气差）函数的路径，实现冷藏箱自身节能。8005是f（气差）函数的路径的最优控制环节，8006是货舱气场矩阵。8007是函数合成环节。8008是p（气差）函数的路径的最优控制环节，8009是冷藏箱气场矩阵，8010是风机阵列，8011是冷藏箱阵列。

图9：货舱风机控制原理图

图9是基于控制理论的多输入多输出的一种控制流程的表述图。其中，

9001是控制的输入信号运算器。9002是控制的目标，这里是货舱。9003是具体的冷藏集装箱的控制原理，通常包括PID调节器。9004是冷藏集装箱的箱内空间。9005是风管，是图8的控制系统的控制目标。9006是具体的风机，其与风管构成一个通风的组件。9007是货舱内的温度矩阵反馈组件。9008是温度矩阵反馈组件的输出，参与输入信号运算器的减法运算。9009是外界操作者对于货舱的温度设定输入。9010是本系统所包括的基于人工智能的矩阵运算参数，参与输入信号运算器的运算。

图10：传感器致风机节能图

本图是结合实施例二的总图，图中，1001是控制子系统，1002、1003和1004是各个货舱传感器形成的控制子系统。1005是对于风机控制信号的合成，1006是风机。

图11：冷藏箱致风机节能图

本图是结合实施例三的总图，图中，1101是控制子系统，1102是多个冷藏箱，1103是安装在货舱中的冷藏箱通信主机。1104是最优控制，1105是货舱气场矩阵，1107是反馈部分，1106是控制信号合成，1108是风机。

图12：混合风机节能图

本图是结合实施例四的总图，图中，1201是控制子系统，1202和1205是最优控制，1203和1206是货舱气场矩阵，1204和1207是反馈，1208是对于风机控制信号的合成，1209是风机。

图13：冷藏箱自身节能图

本图是结合实施例五的总图，图中，1301是控制子系统，1302是多个冷藏箱，1303是冷藏箱通信主机，1304是货舱气场矩阵。

图14：通风子系统

1401是风机及防护网罩，1402是风管，1403至1406是风门。

图15：风门

1502是风门结构的侧视图，包括1501是开度可控的风门，1502是风门支架，1503是防护网罩，1504、1505是风门的正视图，1506、1507防护网罩正视图，1508是轴向线，1509是开度传感器。

实施方式

本发明的目的、意图和贡献是采用如下5个实施例的技术方案实现的。这里需要特别说明的是，由于每个具体的实施例都有具体的用途和工业实用性，并且，在本发明权利要求书条款之外，需要本行业的基础知识支撑。所以，以下实施例中的任何一个，并不能包括本发明的所有特征和步骤，也不是对本发明的限制，本发明权利要求书的描述，是对于发明的核心总结。

实施例一、全功能集装箱船舶节能系统

1、简介及示图说明

依据本发明的总体思路，本实施例是包含本发明的全部方案的集装箱船舶节能系统，即包括S1000传感器致风机节能、S2000冷藏箱致风机节能、S3000混合风机节能和S4000冷藏箱自身节能方案，同时还能够对于上述4中节能方案在控制软件步骤上进行优化，成为最优化的节能控制方案。

本实施例是本发明的一种较为全面的应用举例。本实施例在本申请提交之前，已经经过实船应用检验，其中，主从自适应网络、系统自适应网络都得到了验证，在货舱风机最优节能上和冷藏箱节能上，实现总体节能接近50%，达到了本发明申请的效果。

图7是本实施例的控制系统连接示意图，在图7中，其中，RFC1、RFC2和RFC3是冷藏集装箱，MS是主机。其中，RFG是制冷机组，作为举例，RFC1和RFC2的制冷机组分别包括电力线载波PLC的从机和无线网WN1的从机。RFC3中不包括从机，只有对外的检修口，为了获得RFC3的集装箱信息，采用安装在集装箱外部的从机WN2。主机MS包括下行网络WN无线网和上行网络SN1、SN2、SN3。在这里，主机MS和冷藏集装箱RFC1、RFC2和RFC3的从机构成主从自适应网络以建立通信。Power是电源线路，也是电力线载波通信的线路。

图8是本实施例的系统原理示意图，与本实施例相关的，还包括图1到图6。

在冷藏箱通信主机和从机之间的通信，存在着“一个主机”搜索“一个以上的从机”，是在集装箱船舶上的集装箱堆放完成以后执行的步骤。其中每个主机均执行这个步骤，以确定该主机所能够搜索到的全部从机。由于从机存在两种及以上的主从通信种类，对于这种情况，就需要选择和确定一种主从通信种类来建立该从机与主机的具体主从通信种类，选择和确定可以由主从自适应网络来自动完成。在“依据设定建立主机与从之间机的网络通信”步骤中，还可以由人工判断来选择确定主从通信种类来建立该从机与主机的具体主从通信种类。

另外，这里的主机和从机之间的通信，是采用“一对多”的方式，一个主机通过选择确定的主从通信网络，与一个以上的从机建立通信。

一种特殊情况是：多个主机同时搜到一个从机，对此还需要进一步选择确定多个主机中的一个，与该从机建立通信。选择方式可以由系统依据主从通信质量自行选择，或者由人工选择确定。最终需要服从主机和从机之间的“一对多”的对应关系。

这里的集装箱包括冷藏集装箱、特种气体的冷藏集装箱、气调集装箱等。

进一步地，如图7所示，主机MS和多个冷藏集装箱RFC1、RFC2、RFC3的从机之间建立主从自适应网络。其中，由于对于集装箱船舶而言，很多情况下冷藏集装箱是由货主租赁的，其中冷藏集装箱的内部设备的细节（例如从机的上行网络究竟是采用何种通信协议），货主未必都清楚。进一步说，即便货主知道了冷藏集装箱的内部通信协议，集装箱船舶的运营者也未必去一个集装箱一个集装箱地去核实。因此，本发明的创新点之一是，集装箱船舶运营方无需了解冷藏集装箱的内部通信协议，而采用技术手段来兼容可能的通信协议。所以，设定RFC1、RFC2、RFC3均可能包括PLC（例如符合ISO 10368标准的PLC通信协议），并且特别的，还有可能包括其他无线网通信协议，例如蓝牙、WIFI等。这里的主从自适应网络，就是作为通信主机的MS，能够自动识别从机的通信协议，最终确定主机和从机之间采用的通信协议。需要注意的是，由于主从通信种类是采用搜索的办法完成，如果某一个从机具备多种通信协议，那就出现多种通信种类，例如，RFC1、RFC2、RFC3均包括PLC，即具备PLC通信种类，亦即RFC2、RFC3的通信连接均包括电力线载波通信PLC和无线网络WN的2中通信连接。

此外图7中的Power是电源线路，PLC的信号就是通过这个电源线路传输的。需要申明的是，数据中心包括前述的服务器，以及在服务器之外，还包括其他的部件及功能，例如CAN总线接口、RS485接口等。

在图7中，7001、7002和9003是集装箱船舶上的货舱，通常集装箱尤其是冷藏集装箱都会堆放到货舱里，这种货舱中含有通风管道，这个通风管道中都安装有大功率风机，用于将货舱内部的较高温度的空气排出到货舱外部，或者将货舱外部的空气吹进货舱内部，以便于货舱中保持与外部温差较小。之所以货舱中的空气的温度会比较高，是因为货舱中堆放的冷藏集装箱会发热，就像冰箱、空调外机一样产生热量。

关于货舱节能的基本原理是：现有的集装箱船舶上，在货舱里的风机都是一直工作的（如前述的风机工作的“固定模式”），其通风设计规范是安装集装箱船舶在较热的海面上航行时，依据其货舱内满负荷堆放冷藏集装箱时，产生的热量，风机的功率计算依据是最极端情况下的货舱内部空气的热平衡。在现有的风机功率计算规范上，尚未发现考虑温度控制和节能设计。这样就为本发明提供了一个节能控制的机会。

2、方案及步骤

本实施例是融合了本发明申请的4种独立方案的综合方案，同时包括S1000传感器致风机节能、S2000冷藏箱致风机节能、S3000混合风机节能和S4000冷藏箱自身节能的具体实施方案。

本实施例是本发明用于集装箱船舶上的一类案例，系统连接如图7示意，系统控制原理如图8所示。具体步骤描述如下。

2.1、传感器致风机节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于包括控制子系统、通风子系统和传感子系统，包括S1000传感器致风机节能步骤，具体包括：

S1100传感子系统包括一个以上安装在货舱内的传感器和一个以上安装在货舱外的传感器，传感器标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S1200传感器致风机节能：控制子系统经由传感子系统获得货舱内形成的货舱气场矩阵，依据货舱气差的传感器致风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得S1000传感器致风机节能的效果。

进一步地，S1300货舱气场矩阵包括带有传感器坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由传感器子系统产生。

关于S1000传感器致风机节能，是指基于货舱中安装的传感器带来的对于传感器坐标处的气场信息的传感，进行对于风机的控制，带来的风机节能效果。

关于坐标，在集装箱船舶上，设有集装箱的堆放具有位置坐标，包括行、列、层的编号，分别用b，r，t代表坐标代号，记为（b，r，t）。在本发明申请中，传感器、集装箱和风口的坐标，以及气场矩阵中的元素坐标，均以（b，r，t）标记。

限于集装箱船舶的结构，通常，通风子系统中，一个风机连接一个风管，而在风管上，设有若干个风口，风口通常是对准冷藏箱的蒸发器箱头端，蒸发器装有散热风扇。采用RC代表冷藏箱，WD代表风口，FAN代表风机，MS代表冷藏箱通信主机，SL代表冷藏箱内部的冷藏箱通信从机。在风管上，列坐标是相同的，所以，风机只有行和列的坐标，没有层的坐标。坐标表示如下：冷藏箱RC（b，r，t）、冷藏箱通信从机SL（b，r，t），风口WD（b，r，t）、风机FAN（b，r）、传感器SS（b，r，t）。

作为S1000传感器致风机节能的独立方案，如图10所示，其中，1001是控制子系统，1002、1003和1004是各个货舱传感器形成的控制子系统。1005是对于风机控制信号的合成，1006是风机。

作为本实施例的综合方案，包括：

如图2，这是集装箱船舶中货舱的一种剖视图。图中，由风机、风管和风口形成通风子系统，由2006、2007、2008、2009示意的温度传感器1、温度传感器2、湿度传感器1和二氧化碳传感器1构成传感子系统。各个传感器和风口均按照船舶上的行、列、层标注坐标。风口通过送风、排风，对于风口坐标处的气场施加影响。

需要特别说明的是，由于本实施例是本发明的4中独立方案的综合方案，因此，这里的叙述，包括这4中独立方案。

图8是本实施例的控制原理图。其中，8001、8002、8005、8006、8007是S1000传感器致风机节能步骤的部分。8001、8003、8008、8009、8007是S2000冷藏箱致风机节能步骤的部分。8001、8002、8005、8006、8003、8008、8009、8007组合的步骤，是S3000混合风机节能步骤的部分。8001、8004、8011是S4000冷藏箱自身节能步骤的部分。

关于传感器，这个方案是在货舱里安装若干个传感器形成的传感子系统，例如温度传感器、湿度传感器和气体含量传感器，例如二氧化碳传感器、氮气传感器等。其原理是通过测量货舱里各个点位坐标上的气体的物理量，构成气场矩阵。通过对于这些点位坐标处，用风机通过风管连接的风口，进行送风以将该坐标处的气体吹散，改变其温度、湿度、气体含量，或者排风以将，该坐标处的气体通过风口吸入风管，进而排除到货舱外部的大气中，改变其温度、湿度、气体含量。

需要注意的是，由于货舱体积较大，而货舱中堆放了很多冷藏集装箱，为了使得货舱维持整体的气场指标，因此需要对于气场矩阵中的各个位点进行控制，而不能笼统地控制。这就是本发明的主要创新点之一。

这个S1000传感器致风机节能步骤，既可以是一个独立的应用方案，也能够跟后续的S2000冷藏箱致风机节能步骤方案、S3000混合风机节能步骤方案以及S4000冷藏箱自身节能步骤进行自由组合。在本实施例中，是组合的全功能方案。

2.2、冷藏箱致风机节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于：控制子系统、通风子系统和冷藏箱子系统，包括S2000冷藏箱致风机节能步骤，具体包括：

S2100冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S2200冷藏箱致风机节能：控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据冷藏箱气差的冷藏箱致风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得S2000冷藏箱致风机节能的效果。

进一步地，S2300冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由冷藏箱子系统产生。

关于S2000冷藏箱致风机节能，是指基于货舱中堆放的冷藏箱带来的对于冷藏箱坐标处的气场信息的传感，进行对于风机的控制，带来的风机节能效果。

作为S2000冷藏箱致风机节能的独立方案，如图11所示，其中，1101是控制子系统，1102是多个冷藏箱，1103是安装在货舱中的冷藏箱通信主机。1104是最优控制，1105是货舱气场矩阵，1107是反馈部分，1106是控制信号合成，1108是风机。

这里需要说明的是，通常在冷藏箱中，包括冷藏箱通信从机，它采用PLC电力线载波通信或者无线通信等方式，可以在冷藏箱外部，采用冷藏箱通信主机，使得从机和主机之间完成通信。其中通信信息包括设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度，对于有些冷藏箱，还包括冷藏箱内部的二氧化碳气体含量、氮气含量、空气湿度等信息。对于这类冷藏箱，采用在船舶或者货舱内部安装冷藏箱通信主机，即可获取这些气场信息。

在S2000冷藏箱致风机节能的独立方案中，冷藏箱通信主机是必须安装的。

2.3、混合风机节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于：控制子系统、通风子系统、传感子系统和冷藏箱子系统，包括S3000混合风机节能步骤，具体包括：

S3100传感子系统包括一个以上安装在货舱内的传感器和一个以上安装在货舱外的传感器，传感器标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S3200冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标。

S3300混合风机节能：控制子系统经由传感子系统获得货舱内形成的货舱气场矩阵，同时，控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据货舱气差和冷藏箱气差的混合风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得S3000混合风机节能的效果。

进一步地，S3400货舱气场矩阵包括带有传感器坐标和风口坐标的气场信息，冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由传感器子系统产生。

关于S3000混合风机节能，是指基于货舱中安装的传感器和堆放的冷藏箱带来的对于传感器坐标处和冷藏箱坐标处的气场信息的传感，进行对于风机的控制，带来的风机节能效果。

作为S3000混合风机节能的独立方案，如图12所示，1201是控制子系统，1202和1205是最优控制，1203和1206是货舱气场矩阵，1204和1207是反馈，1208是对于风机控制信号的合成，1209是风机。

需要强调的是，在S3000混合风机节能的方案中，还包括“只采用冷藏箱气场信息”，而“不需要货舱传感器”的方法实施，这里由于在货舱中，冷藏箱堆放的物理空间密度大于货舱传感器安装的密度，所以，完全可以采用冷藏箱气场信息替代货舱传感器气场信息。

2.4、冷藏箱自身节能步骤

本发明作为一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括但不限于：控制子系统、通风子系统和冷藏箱子系统，包括S4000冷藏箱自身节能步骤，具体包括：

S4100冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标。

S4200，冷藏箱自身节能计算：控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据冷藏箱温差的冷藏箱自身节能计算，通过冷藏箱子系统控制冷藏箱运行，获得S4000冷藏箱自身节能的效果。

进一步地，S4300冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由冷藏箱子系统产生。

关于S4000冷藏箱自身节能，是指基于对于冷藏箱自身的控制，从而产生的冷藏箱自身电力消耗的节能效果。

作为S4000冷藏箱自身节能的独立方案，如图13所示，1301是控制子系统，1302是多个冷藏箱，1303是冷藏箱通信主机，1304是货舱气场矩阵。

在冷藏箱自身节能的技术中，包括除霜节能、除冰节能、温差节能，变频节能等多种节能措施，业内中级技术人员应该了解，现有的冷藏箱节能技术中的常规方案，都可以用于本发明中。这些均属于常规技术，本发明不做特别限定，也不做另外的举例和说明，都属于本发明在应用时所容易想到的保护范围。

2.5、基础结构

在前述方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

包括S5000步骤，具体包括：

S5100：基于设定，在船舶的物理空间设置坐标，坐标具体包括与甲板平行的行坐标、列坐标和与甲板垂直的层坐标。

S5200：通风子系统包括连接货舱内气场和货舱外的船舶环境大气，由包括空气连接的风机、通风管、风口，风机包括送风方式和排风方式工作，以分别将货舱外部的环境大气送入货舱和将货舱内的空气排向货舱外部，以降低冷藏箱包括的散热器的温度，风口包括风口坐标，通风子系统还包括与风机驱动器的电连接，接受风机驱动器对于风机的开关驱动、调速驱动。

进一步地，S5300：气场信息包括温度信息、气体含量信息、湿度信息，气差包括温差、气体含量差、湿度差。

进一步地，S5400：气场矩阵是包括一个以上带有坐标的气场信息构成的空间矩阵。

优选地，S5500：控制子系统包括相互连接的智能模块和通信接口，通信接口包括连接并控制风机运行的输出接口，和连接并控制传感器子系统的输入接口，智能模块包括微处理器小系统或计算机小系统，包括运算、存储、接口的通用电路和控制流程。

优选地，S5600：货舱为一艘集装箱船舶上包括存放冷藏箱的全部船舱。

关于集装箱信息的建模，业内技术人员应该参照现代控制理论和线性代数予以了解。本实施例给出一种建模的例子如下：

（1）

（2）

其中，是针对一个冷藏集装箱的一次采集的一组信息，可以是以数组的形式表达，是一组信息即一个条集装箱信息中的n个元素，b，r，t是冷藏集装箱所堆放的行、列、层的位置坐标，是一个货舱内或者一个堆放区的全部集装箱信息的矩阵，m是最大行的编号，n是最大列的编号，p是最大层的编号，注意这是一个三维的矩阵。

2.6、控制子系统

在前述方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

控制子系统包括S6000步骤，具体包括：

S6100：智能模块通过通信接口对下包括风机端和传感器端，以分别连接风机驱动器和传感器，通信接口对上连接智能模块，传送风机端和传感器端的信号。

S6200：风机驱动器包括对于风机的开关驱动和调速驱动，其中，开关驱动时通信接口对于风机端输出控制信号为接通和断开的开关信号，调速驱动时通信接口对于风机端输出控制信号为风机的调速信号，包括变频调速信号、变压调速信号和变流调速信号，以分别执行对于风机的变频调速器驱动器或变压调速器驱动器或变流调速器驱动器的控制。

优选地，S6300：控制子系统还包括安全切换模块，安全切换模块是不依赖于智能模块并且具备故障诊断功能的独立模块，当包括系统出现故障、智能模块死机、通信接口故障时，无条件启动全部风机运转。

优选地，S6400：安全切换模块安装在风机驱动器端，独立供电，故障诊断功能至少包括通信接口超时无信号、通信接口信号长时间紊乱，还包括优先级最高的人工手动切换开关，以切换为无条件启动全部风机运转。

优选地，S6500：控制子系统还包括数据通信卫星连接子系统，将本系统通过数据通信卫星，接入到地面的云系统，以实现包括船东公司、运营公司、集装箱客户对于船舶运营的可视化即时通信和管理。

优选地，S6600：控制子系统还包括连接导航定位卫星，以获得船舶实时的经纬度信息。

关于卫星网络的连接，是本发明申请的优选项。其中：

对于卫星导航网络，由于导航主要是单向通信（北斗短报文除外），不会给黑客的攻击提供机会，所以安全性受到保障。卫星授时可用于和服务器时间同步，还可用于和集装箱内部设备的时间同步。

对于卫星通信方式，是双向通信，这里需要设立网络安全机制，例如架设网络防火墙、接入审计等安全措施。

2.7、货舱气场矩阵

本发明作为一种冷藏集装箱船舶的节能方法，包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

还包括S7000步骤，具体包括：

S7100：货舱气场矩阵的产生包括由安装在货舱内的一个以上传感器产生或一个以上冷藏箱内部包括的传感器产生。

进一步地，S7200：基于设定，每个传感器以其安装坐标或冷藏箱坐标为中心，形成传感器场，具体包括温场、气场、湿场，传感器包括温度传感器、气体传感器、湿度传感器。

进一步地，S7300：温度传感器获取传感器坐标处的温场，温场包括空气温度，温度传感器安装的坐标位置，其中层坐标处于上下冷藏箱的交接处，以避开冷藏箱的散热器散热风扇，设定每个货舱中温度传感器的个数为货舱温场区域的个数，一个温度传感器定义一个温场的中心点。

优选地，S7400：气体传感器获取传感器坐标处的气场，气场包括气体含量，气体传感器具体包括二氧化碳传感器、氧气传感器、氮气传感器，设定每个货舱中气体传感器的个数为货舱气场区域的个数，一个气体传感器定义一个气场的中心点。

优选地，S7500：湿度传感器获取传感器坐标处的湿场，湿场包括气体湿度，设定每个货舱中湿度传感器的个数为货舱湿场区域的个数，一个湿度传感器定义一个湿场的中心点。

优选地，S7600：传感器子系统的输出信号包括模拟量、数字量和开关量。

优选地，S7700：温度传感器还包括位于货舱外部的船舶周边环境大气的温度传感器。

2.8、传感器致风机节能计算

在前述方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合实现，具体是：

S1000传感器致风机节能步骤，具体还包括：

S1510：以一个货舱气场矩阵的中心点坐标为自动控制的一个控制点，采用以下S1520、S1530或S1540的步骤，由智能模块完成全部货舱气场矩阵的自动控制，实现货舱节能。

进一步地，S1520：人工设定货舱温差计算步骤，具体包括S1521～S1524：

S1521：依据货舱外传感器获得的环境大气温度，基于船舶航行季节由人工设定，获得货舱温差，其中，环境大气温度+货舱温差小于船舶允许的最高温度，最高温度包括50℃、45℃、40℃、35℃和30℃。

S1522：当控制点温度大于最高温度时，启动距离控制点最近的风口所连接的风机。

S1523：当控制点温度小于环境大气温度+货舱设定温差时，关闭距离控制点最近的风口所连接的风机。

S1524：以环境大气温度作为输入变量，控制点温度作为输出变量，货舱温差作为控制误差，采用自动控制方法，控制距离控制点最近的风口所连接的风机运行，自动控制方法包括单输入单输出的比例积分微分的PID方法或多输入多输出的状态空间方法或人工智能方法。

优选地，S1530：最优货舱温差计算步骤，具体包括S1531～S1535：

S1531：设定控制点温度﹣环境大气温度作为一个起始货舱温差，同时设定货舱温差递减温差。

S1532：设定循环周期，循环执行S1524步骤，在循环结束时计算在循环周期内被控制的风机的风机能耗和风机累计能耗，并将货舱温差﹣递减温差赋值为货舱温差，并进行判断，当递减后的温差小于等于0时，结束循环，当递减后的温差大于0时，继续循环。

S1533：结束循环后，依据风机能耗和风机累计能耗，求取函数极值，以极值点所在的货舱温差作为最优货舱温差。

S1534：依据最优货舱温差，持续执行S1524步骤。

S1535：设定复查周期，循环执行S1532至S1534步骤，其中复查周期大于循环周期的倍数在20～1000之间。

优选地，S1540：气体含量和湿度计算步骤，具体包括S1541～S1544：

S1541：采用气体传感器获取环境大气的气体含量和货舱气场矩阵中气体含量，取代S1521～S1524中的温度，采用人工设定的货舱气体含量差，控制风机的气体调节。

S1542：采用气体传感器获取环境大气的气体含量和货舱气场矩阵中气体含量，取代S1531～S1525中的温度，采用最优货舱气体含量差，控制风机的气体调节。

S1543：采用湿度传感器获取环境大气的湿度和货舱气场矩阵中湿度，取代S1521～S1524中的湿度，采用人工设定的货舱湿度差，控制风机的气体调节。

S1544：采用气体传感器获取环境大气的湿度和货舱气场矩阵中湿度，取代S1531～S1525中的湿度，采用最优货舱湿度差，控制风机的气体调节。

所述距离控制点最近的风口所连接的风机，是依据矩阵中两点直线距离的计算方法，计算距离控制点最近的风口。

关于算法，本实施例给出现代控制理论中，关于PID方法、输入状态、状态向量、状态空间的计算方法的举例公式及简介如下。

PID方法，是指比例积分微分（PID：Proportional-Integral-Derivativecontrol）控制的方法，是单输入单输出（SISO：Single Input Single Output）系统自动控制的最基本的经典控制算法。

状态空间方法，是指状态、状态向量、状态空间的基本控制方法，它是针对多输入多输出（MIMO：Multiple Input Multiple Output）系统自动控制的基本方法，由于是多输入多输出，每个输入变量和输出变量均有可能带有与时间相关联的函数，称之为“状态”，还有可能带有坐标方向，所以可称之为“状态向量”，这些的组合就称之为“状态空间”：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

其中，，m维的输入状态，，n为状态向量，，p维输出状态，t为时刻。公式（1）为状态向量，其中T为矩阵的转置，公式（2）为输入状态向量，公式（3）为输出状态向量，公式（4）为系统的一阶向量微分方程，公式（5）为系统的代数方程，是n为向量函数，是p为向量函数。

其中，公式（4）和公式（5）采用以下热力学公式计算：

（6）

（7）

（8）

（9）

其中，，空气流速；，流动时间；，重力加速度；，流体动力粘度；，流体密度；，体积膨胀系数。

2.9、冷藏箱致风机节能计算

在前述方案的基础上，本发明具体还包括以下的一种或者多种组合实现：

S2000冷藏箱致风机节能步骤，具体还包括：

S2510：控制子系统还包括通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵。

S2511：冷藏箱子系统包括冷藏箱、冷藏箱坐标、冷藏箱通信从模块，冷藏箱由货舱内的集装箱支架固定在冷藏箱坐标处，其中冷藏箱的散热器和风扇朝向风口。

S2512：冷藏箱通信从机系统包括一个以上位于冷藏箱外部的冷藏箱通信主模块和一个以上位于冷藏箱内部的冷藏箱通信子模块，冷藏箱通信主模块和冷藏箱通信子模块之间通过有线方式、无线方式进行一对多或多对多的通信，最终上连到控制子系统，向控制子系统提供冷藏箱内部的传感器提供的气场信息矩阵，包括冷藏箱坐标、冷藏箱编号、设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度的温场信息、气体含量信息、湿度信息和附加信息，附加信息包括冷藏箱品牌、冷藏箱型号、货物名称、装载码头、卸载码头。

进一步地，S2513：冷藏箱通信主模块还包括发射模块和接收模块，

其中，发射模块还包括发射功率可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调大发射功率，

其中，接收模块还包括接收灵敏度可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调高接收灵敏度。

优选地，S2520：控制子系统还包括通过监测冷藏箱的电能消耗，获取冷藏箱的实时能耗，包括电流消耗值、功率消耗值。

优选地，S2530：冷藏箱致风机节能计算步骤，具体包括S2533，由智能模块完成全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现冷藏箱致风机节能：

优选地，S2533：计算箱内外温差=箱外温度﹣回风温度，当箱内外温差小于一个风机动作设定值2时，由控制子系统向冷藏箱坐标的列坐标所在的风机发出关闭指令或减速指令，其中，风机动作设定值2依据大于5℃和小于45℃。

2.10、混合风机节能计算

在前述方案的基础上，本发明还包括混合平衡最优控制方法，包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

S3000混合风机节能步骤，具体还包括：

S3500：传感子系统同时包括通过安装在货舱内的一个以上传感器获得货舱气场矩阵和通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵。

进一步地，S3600：由智能模块依据货舱气场矩阵和冷藏箱气场矩阵，采用混合风机节能计算，完成全部货舱气场矩阵的自动控制和全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现混合风机节能，其中，货舱气场矩阵包括通过安装在货舱内的传感器获得或通过冷藏箱气场矩阵获得，具体还划分为安装在货舱内的温度传感器获得的坐标点的空气温度或冷藏箱气场矩阵中包含的坐标点的箱外温度。

优选地，S3610：计算坐标点气差，包括：

计算坐标点温差=空气温度或箱外温度﹣环境大气温度，

计算坐标点气体含量差=空气气体含量﹣环境大气气体含量，

计算坐标点湿度差=空气湿度﹣环境大气湿度。

优选地，S3620：针对坐标点，依据总能耗=风机能耗+冷藏箱能耗，其中，风机能耗和冷藏箱能耗均以坐标点气差为函数变量，求解总能耗在极小值时的坐标点气差为最优坐标点气差，进一步求解出此时的风机控制函数和冷藏箱控制函数。

优选地，S3630：循环计算全部货舱中全部货舱气场矩阵中的坐标点，获得风机控制函数和冷藏箱控制函数，控制风机和冷藏箱，获得混合风机节能效果。

S3640：循环计算全部货舱中全部冷藏箱气场矩阵中的坐标点，获得风机控制函数和冷藏箱控制函数，控制风机和冷藏箱，获得混合风机节能效果。

优选地，S3650：统计输出实时能耗数据。

2.11、冷藏箱自身节能计算

在前述方案的基础上，本发明还包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

S4000冷藏箱自身节能步骤，具体还包括：

S4510：控制子系统还包括通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵。

优选地，S4511：冷藏箱子系统包括冷藏箱、冷藏箱坐标、冷藏箱通信从模块，冷藏箱由货舱内的集装箱支架固定在冷藏箱坐标处，其中冷藏箱的散热器和风扇朝向风口。

优选地，S4512：冷藏箱通信从机系统包括一个以上位于冷藏箱外部的冷藏箱通信主模块和一个以上位于冷藏箱内部的冷藏箱通信子模块，冷藏箱通信主模块和冷藏箱通信子模块之间通过有线方式、无线方式进行一对多或多对多的通信，最终上连到控制子系统，向控制子系统提供冷藏箱内部的传感器提供的气场信息矩阵，包括冷藏箱坐标、冷藏箱编号、设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度的温场信息、气体含量信息、湿度信息和附加信息，附加信息包括冷藏箱品牌、冷藏箱型号、货物名称、装载码头、卸载码头。

进一步地，S4513：冷藏箱通信主模块还包括发射模块和接收模块，

优选地，其中，发射模块还包括发射功率可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调大发射功率，

优选地，其中，接收模块还包括接收灵敏度可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调高接收灵敏度。

进一步地，S4520：控制子系统还包括通过监测冷藏箱的电能消耗，获取冷藏箱的实时能耗，包括电流消耗值、功率消耗值。

优选地，S4530：冷藏箱自身节能计算步骤，具体包括S4531～S4532，由智能模块完成全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现冷藏箱自身节能：

优选地，S4531：计算箱内温差=设定温度﹣回风温度，当箱内温差大于一个除霜设定值时，由控制子系统向冷藏箱子系统发出一个除霜指令，使得冷藏箱开始除霜，直到除霜过程结束后，恢复冷藏箱的制冷工作，其中，除霜设定值依据冷藏箱内部货物确定。

优选地，S4532：计算箱内温差=设定温度﹣回风温度，当箱内温差小于一个风机动作设定值1时，由控制子系统向冷藏箱坐标的列坐标所在的风机发出关闭指令或减速指令，其中，风机动作设定值1依据大于1℃和小于5℃。

优选地，S4533：冷藏箱自身节能计算步骤，还包括关联风机节能计算节能的步骤，具体是依据箱外温度的变化对于货舱气场矩阵的影响，从而为传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能带来的关联的节能效果，包括减小箱外温度和设定温度的差值、求取箱外温度和设定温度的关联函数的极值，从而改变传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能的参数矩阵，使得风机能耗减小。

这里需要注意的是，由于冷藏箱自身节能的函数计算中，箱外温度是一个关键的自变量，而对于风机节能来说，箱外温度也是一个风机节能函数的关键自变量，通过箱外温度对于这两个函数的影响，求取函数的极值，就可以得到冷藏箱自身节能和风机节能的最优解。

优选地，S4534：设定复查周期，计算冷藏箱在复查周期中，计算含有除霜的总能耗，和无除霜的总能耗，由控制子系统输出计算结果，其中，复查周期大于除霜时间的倍数在10～20倍。

2.12、风门及风门控制装置

在前述方案的基础上，本发明还包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

S8000：风口包括风门和风门控制装置，其中，风门用于通过改变风口的通风面积大小，以调节通风速度的大小，风门控制装置用于控制风门开度的大小，包括全开、全关和大小控制。

优选地，S8010：风门在风管之外，安装有防护网罩，以避免异物进入风门。

优选地，S8020：风门、防护网罩与风管密封连接。

优选地，S8030：风门控制装置通过与智能模块的通信接口连接，最终与控制子系统连接，接受控制子系统的控制，以便调节风门的开度大小，最终调节风口的气场信息。

优选地，S8040：S1000传感器致风机节能步骤、S2000冷藏箱致风机节能步骤以及S3000混合风机节能步骤还包括对于风门开度大小的连续的模拟量计算和调节步骤。

优选地，S8050：风门控制装置包括开度传感器，开度传感器与控制子系统连接，并向控制子系统提供风门的开度大小信息的步骤。

2.13、组合及人工智能

在前述方案的基础上，本发明还包括但不限于以下的一种或者多种组合实现：

依据S1000传感器致风机节能、S2000冷藏箱致风机节能、S3000混合风机节能和S4000冷藏箱自身节能的步骤，采用其任意组合，将全部数据集中到云数据库，针对云数据库，实施人工智能监督学习，获取经验数据，再根据无监督学习，为风机节能和冷藏箱节能，提供人工智能方案。

实施例二、传感器致风机节能系统

1、简介

本实施例是本发明的传感器致风机节能方案的独立应用，它不需要船舶安装有冷藏箱通信主机，对于一些没有这一设备的集装箱船舶而言，这是一种容易实现的风机节能方案。

2、示图说明

本实施例的总体结构示意图如图10，其他示图如实施例一所述。需要提醒业内技术人员的是，这些图只是结构示意的一种，并不是对于本实施例的限定。

3、差异化说明

与实施例一相同之处这里不予复述，如前述示图说明，不同之处在于：

（1）无需采集货舱内冷藏箱的信息，无需冷藏箱通信主机，或者无需冷藏箱通信主机提供支持，这对于一些由于冷藏箱通信系统对于本系统支持的困难而无法获得冷藏箱的气场信息，如设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度、二氧化碳气体含量、谈起气体含量等信息，在这种情况下，进行的风机节能方案；

（2）无需实施例一中的2.2、2.3、2.4、2.9、2.10、2.11、2.12、2.13步骤，只需要实施例一中的2.1、2.5、2.6、2.7和2.8；

（3）本方案适合一些老的集装箱船舶改造。

实施例三、冷藏箱致风机节能系统

1、简介

本实施例是本发明的冷藏箱致风机节能方案的独立应用，它不需要在货舱中安装传感器，但是需要在船舶上安装有冷藏箱通信主机，采取冷藏箱通信主机获得的冷藏箱内部传感器的上数据，完成对于风机的节能控制。这些冷藏箱中的数据最重要的是箱外温度，用箱外温度取代实施例一中的货舱内温度传感器数据，对于一些没有货舱传感器的集装箱船舶而言，这是一种容易实现的风机节能方案。

2、示图说明

本实施例的总体结构示意图如图11，其他示图如实施例一所述。需要提醒业内技术人员的是，这些图只是结构示意的一种，并不是对于本实施例的限定。

3、差异化说明

与实施例一相同之处这里不予复述，如前述示图说明，不同之处在于：

（1）无需货舱内安装传感器，采用冷藏箱内部的传感器获取气场信息；

（2）无需实施例一中的2.1、2.3、2.4、2.8、2.10、2.11、2.12、2.13步骤，只需要实施例一中的2.1、2.5、2.6、2.7和2.9；

（3）本方案适合不在货舱内部安装传感器的集装箱船舶改造。

实施例四、混合风机节能系统

1、简介

本实施例是本发明的混合风机节能方案的应用，它需要船舶安装有冷藏箱通信主机和货舱传感器，是一种综合的对于风机的节能方案。

2、示图说明

本实施例的总体结构示意图如图12，其他示图如实施例一所述。需要提醒业内技术人员的是，这些图只是结构示意的一种，并不是对于本实施例的限定。

3、差异化说明

与实施例一相同之处这里不予复述，如前述示图说明，不同之处在于：

（1）没有冷藏箱自身节能的功能，无需计算冷藏箱自身的节能及控制；

（2）无需实施例一中的2.1、2.2、2.4、2.8、2.9、2.11、2.12步骤，只需要实施例一中的2.3、2.5、2.6、2.7、2.10；

（3）本实施例适合那些对于冷藏箱货损以及货损保险合同条款要求极值的应用。

实施例五、冷藏箱自身节能系统

1、简介

本实施例是本发明的冷藏箱自身节能方案的独立应用，它不需要船舶安装有冷藏箱通信主机，也无需对于货舱风机的节能控制，只对冷藏箱本身进行节能控制。

2、示图说明

本实施例的总体结构示意图如13，其他示图如实施例一所述。需要提醒业内技术人员的是，这些图只是结构示意的一种，并不是对于本实施例的限定。

3、差异化说明

与实施例一相同之处这里不予复述，如前述示图说明，不同之处在于：

（1）无需对于货舱风机进行节能控制，只对冷藏箱自身进行节能控制；

（2）无需实施例一中的2.1、2.2、2.3、2.8、2.9、2.10步骤，只需要实施例一中的2.4、2.5、2.6、2.7和2.11、2.12；

（3）本实施例适合那些对于冷藏箱节能敏感的应用，不仅仅对于货舱内部的冷藏箱实施节能控制，对于堆放在船舶甲板上的冷藏箱，也能够进行节能控制。

Claims (13)

1.一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括控制子系统、通风子系统和传感子系统，通过S1000传感器致风机节能步骤实现节能，具体包括：

S1100传感子系统包括一个以上安装在货舱内的传感器和一个以上安装在货舱外的传感器，传感器标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标；

S1200传感器致风机节能：控制子系统经由传感子系统获得货舱内形成的货舱气场矩阵，依据货舱气差的传感器致风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得节能的效果；

S1300货舱气场矩阵包括带有传感器坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由传感器子系统产生。

2.一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括控制子系统、通风子系统和冷藏箱子系统，通过S2000冷藏箱致风机节能步骤实现节能，具体包括：

S2100冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标；

S2200冷藏箱致风机节能：控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据冷藏箱气差的冷藏箱致风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得节能的效果；

S2300冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由冷藏箱子系统产生。

3.一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括控制子系统、通风子系统、传感子系统和冷藏箱子系统，通过S3000混合风机节能步骤实现节能，具体包括：

S3100传感子系统包括一个以上安装在货舱内的传感器和一个以上安装在货舱外的传感器，传感器标注坐标，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标；

S3200冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，冷藏箱标注坐标；

S3300混合风机节能：控制子系统经由传感子系统获得货舱内形成的货舱气场矩阵，同时，控制子系统还连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据货舱气差和冷藏箱气差的混合风机节能计算，通过通风子系统控制风机运行，获得节能的效果；

S3400货舱气场矩阵包括带有传感器坐标和风口坐标的气场信息，冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由传感器子系统产生。

4.一种集装箱船舶气场矩阵节能的系统，包括控制子系统、通风子系统和冷藏箱子系统，通过S4000冷藏箱自身节能步骤实现节能，具体包括：

S4100冷藏箱子系统包括一个以上安装在货舱内的冷藏箱和冷藏箱通信主机，其中冷藏箱内部包括冷藏箱通信从机，通风子系统包括一个以上通风组件，通风组件包括相互连接的风机、风管和一个以上的风口，风口标注坐标；

S4200，冷藏箱自身节能计算：控制子系统连接冷藏箱通信主机，与一个以上冷藏箱通信从机通信，获取冷藏箱在货舱内形成的冷藏箱气场矩阵，依据冷藏箱温差的冷藏箱自身节能计算，通过冷藏箱子系统控制冷藏箱运行，获得节能的效果；

S4300冷藏箱气场矩阵包括带有冷藏箱坐标和风口坐标的气场信息，气场信息由冷藏箱子系统产生。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的系统，其特征在于，包括S5000步骤，具体包括：

S5100：基于设定，在船舶的物理空间设置坐标，坐标具体包括与甲板平行的行坐标、列坐标和与甲板垂直的层坐标；

S5200：通风子系统包括连接货舱内气场和货舱外的船舶环境大气，由包括空气连接的风机、风管、风口，风机包括送风方式和排风方式工作，以分别将货舱外部的环境大气送入货舱和将货舱内的空气排向货舱外部，以降低冷藏箱包括的散热器的温度，风口包括风口坐标，通风子系统还包括与风机驱动器的电连接，接受风机驱动器对于风机的开关驱动和／或调速驱动；

S5300：气场信息包括温度信息和／或气体含量信息和／或湿度信息，气差包括温差和／或气体含量差和／或湿度差；

S5400：气场矩阵是包括一个以上带有坐标的气场信息构成的空间矩阵；

S5500：控制子系统包括相互连接的智能模块和通信接口，通信接口包括连接并控制风机运行的输出接口，和连接并控制传感器子系统的输入接口，智能模块包括微处理器小系统或计算机小系统，包括运算、存储、接口的通用电路和控制流程；

S5600：货舱为一艘集装箱船舶上包括存放冷藏箱的全部船舱。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，控制子系统包括S6000步骤，具体包括：

S6100：智能模块通过通信接口对下包括风机端和传感器端，以分别连接风机驱动器和传感器，通信接口对上连接智能模块，传送风机端和传感器端的信号；

S6200：风机驱动器包括对于风机的开关驱动和调速驱动，其中，开关驱动时通信接口对于风机端输出控制信号为接通和断开的开关信号，调速驱动时通信接口对于风机端输出控制信号为风机的调速信号，包括变频调速信号、变压调速信号和变流调速信号，以分别执行对于风机的变频调速器驱动器或变压调速器驱动器或变流调速器驱动器的控制；

S6300：控制子系统还包括安全切换模块，安全切换模块是不依赖于智能模块并且具备故障诊断功能的独立模块，当包括系统出现故障、智能模块死机、通信接口故障时，无条件启动全部风机运转；

S6400：安全切换模块安装在风机驱动器端，独立供电，故障诊断功能至少包括通信接口超时无信号、通信接口信号长时间紊乱，还包括优先级最高的人工手动切换开关，以切换为无条件启动全部风机运转；和／或，

S6500：控制子系统还包括数据通信卫星连接子系统，将本系统通过数据通信卫星，接入到地面的云系统，以实现包括船东公司、运营公司、集装箱客户对于船舶运营的可视化即时通信和管理；和／或，

S6600：控制子系统还包括连接导航定位卫星，以获得船舶实时的经纬度信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括S7000步骤，具体包括：

S7100：货舱气场矩阵的产生包括由安装在货舱内的一个以上传感器产生或一个以上冷藏箱内部包括的传感器产生；

S7200：基于设定，每个传感器以其安装坐标或冷藏箱坐标为中心，形成传感器场，具体包括温场和／或气场和／或湿场，传感器包括温度传感器和／或气体传感器和／或湿度传感器；

S7300：温度传感器获取传感器坐标处的温场，温场包括空气温度，温度传感器安装的坐标位置，其中层坐标处于上下冷藏箱的交接处，以避开冷藏箱的散热器散热风扇，设定每个货舱中温度传感器的个数为货舱温场区域的个数，一个温度传感器定义一个温场的中心点；

S7400：气体传感器获取传感器坐标处的气场，气场包括气体含量，气体传感器具体包括二氧化碳传感器和／或氧气传感器和／或氮气传感器，设定每个货舱中气体传感器的个数为货舱气场区域的个数，一个气体传感器定义一个气场的中心点；

S7500：湿度传感器获取传感器坐标处的湿场，湿场包括气体湿度，设定每个货舱中湿度传感器的个数为货舱湿场区域的个数，一个湿度传感器定义一个湿场的中心点；

S7600：传感器子系统的输出信号包括模拟量、数字量和开关量；

S7700：温度传感器还包括位于货舱外部的船舶周边环境大气的温度传感器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，S1000传感器致风机节能步骤，具体还包括：

S1510：以一个货舱气场矩阵的中心点坐标为自动控制的一个控制点，采用以下S1520、S1530或S1540的步骤，由智能模块完成全部货舱气场矩阵的自动控制，实现货舱节能；

S1520：人工设定货舱温差计算步骤，具体包括S1521～S1524：

S1521：依据货舱外传感器获得的环境大气温度，基于船舶航行季节由人工设定，获得货舱温差，其中，环境大气温度+货舱温差小于船舶允许的最高温度，最高温度包括50℃、45℃、40℃、35℃和30℃；

S1522：当控制点温度大于最高温度时，启动距离控制点最近的风口所连接的风机；

S1523：当控制点温度小于环境大气温度+货舱设定温差时，关闭距离控制点最近的风口所连接的风机；

S1524：以环境大气温度作为输入变量，控制点温度作为输出变量，货舱温差作为控制误差，采用自动控制方法，控制距离控制点最近的风口所连接的风机运行，自动控制方法包括单输入单输出的比例积分微分的PID方法或多输入多输出的状态空间方法或包括监督学习及无监督学习的人工智能方法；

S1530：最优货舱温差计算步骤，具体包括S1531～S1535：

S1531：设定控制点温度﹣环境大气温度作为一个起始货舱温差，同时设定货舱温差递减温差；

S1532：设定循环周期，循环执行S1524步骤，在循环结束时计算在循环周期内被控制的风机的风机能耗和风机累计能耗，并将货舱温差﹣递减温差赋值为货舱温差，并进行判断，当递减后的温差小于等于0时，结束循环，当递减后的温差大于0时，继续循环；

S1533：结束循环后，依据风机能耗和风机累计能耗，求取函数极值，以极值点所在的货舱温差作为最优货舱温差；

S1534：依据最优货舱温差，持续执行S1524步骤；

S1535：设定复查周期，循环执行S1532至S1534步骤，其中复查周期大于循环周期的倍数在20～1000之间；

S1540：气体含量和湿度计算步骤，具体包括S1541～S1544：

S1541：采用气体传感器获取环境大气的气体含量和货舱气场矩阵中气体含量，基于船舶航行季节由人工设定，获得货舱气体含量差，其中，环境大气气体含量差+货舱气体含量差小于船舶允许的最高气体含量差；

S1542：设定控制点气体含量﹣环境大气气体含量作为一个起始货舱气体含量，同时设定货舱气体含量递减差；

S1543：设定循环周期，以环境大气气体含量作为输入变量，控制点气体含量作为输出变量，货舱气体含量差作为控制误差，采用自动控制方法，控制距离控制点最近的风口所连接的风机运行，自动控制方法包括单输入单输出的比例积分微分的PID方法或多输入多输出的状态空间方法或包括监督学习及无监督学习的人工智能方法，在循环结束时计算在循环周期内被控制的风机的风机能耗和风机累计能耗，并将货舱气体含量差﹣货舱气体含量递减差赋值为货舱气体含量差，并进行判断，当递减后的气体含量差小于等于0时，结束循环，当递减后的气体含量差大于0时，继续循环；

S1544：结束循环后，依据风机能耗和风机累计能耗，求取函数极值，以极值点所在的货舱温差作为最优货舱气体含量差；

S1545：设定复查周期，循环执行S1542至S1544步骤，其中复查周期大于循环周期的倍数在10～1000之间；

S1550：气体湿度计算步骤，具体包括S1551～S1555：

S1551：采用气体传感器获取环境大气的湿度和货舱气场矩阵中湿度，基于船舶航行季节由人工设定，获得货舱湿度差，其中，环境大气湿度+货舱气体湿度小于船舶允许的最高气体湿度；

S1552：设定控制点气体湿度﹣环境大气湿度作为一个起始货舱气体湿度，同时设定货舱气体湿度递减差；

S1553：设定循环周期，以环境大气湿度作为输入变量，控制点气体湿度作为输出变量，货舱气体湿度差作为控制误差，采用自动控制方法，控制距离控制点最近的风口所连接的风机运行，自动控制方法包括单输入单输出的比例积分微分的PID方法或多输入多输出的状态空间方法或包括监督学习及无监督学习的人工智能方法，在循环结束时计算在循环周期内被控制的风机的风机能耗和风机累计能耗，并将货舱气体湿度差﹣货舱气体湿度递减差赋值为货舱气体湿度差，并进行判断，当递减后的气体湿度差小于等于0时，结束循环，当递减后的气体湿度差大于0时，继续循环；

S1554：结束循环后，依据风机能耗和风机累计能耗，求取函数极值，以极值点所在的货舱温差作为最优货舱气体湿度差；

S1555：设定复查周期，循环执行S1552至S1554步骤，其中复查周期大于循环周期的倍数在10～1000之间；

所述距离控制点最近的风口所连接的风机，是依据矩阵中两点直线距离的计算方法，计算距离控制点最近的风口。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，S2000冷藏箱致风机节能步骤，具体还包括：

S2510：控制子系统还包括通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵；

S2511：冷藏箱子系统包括冷藏箱、冷藏箱坐标、冷藏箱通信从模块，冷藏箱由货舱内的集装箱支架固定在冷藏箱坐标处，其中冷藏箱的散热器和风扇朝向风口；

S2512：冷藏箱通信从机系统包括一个以上位于冷藏箱外部的冷藏箱通信主模块和一个以上位于冷藏箱内部的冷藏箱通信子模块，冷藏箱通信主模块和冷藏箱通信子模块之间通过有线方式、无线方式进行一对多或多对多的通信，最终上连到控制子系统，向控制子系统提供冷藏箱内部的传感器提供的气场信息矩阵，包括冷藏箱坐标、冷藏箱编号、设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度的温场信息，和／或，气体含量信息、湿度信息和附加信息，附加信息包括冷藏箱品牌、冷藏箱型号、货物名称、装载码头、卸载码头；

S2513：冷藏箱通信主模块还包括发射模块和接收模块，

其中，发射模块还包括发射功率可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调大发射功率，

其中，接收模块还包括接收灵敏度可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调高接收灵敏度；

S2520：控制子系统还包括通过监测冷藏箱的电能消耗，获取冷藏箱的实时能耗，包括电流消耗值、功率消耗值；

S2530：冷藏箱致风机节能计算步骤，具体包括S2533，由智能模块完成全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现冷藏箱致风机节能：

S2533：计算箱内外温差=箱外温度﹣回风温度，当箱内外温差小于一个风机动作设定值2时，由控制子系统向冷藏箱坐标的列坐标所在的风机发出关闭指令或减速指令，其中，风机动作设定值2依据大于5℃和小于45℃。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，S3000混合风机节能步骤，具体还包括：

S3500：传感子系统同时包括通过安装在货舱内的一个以上传感器获得货舱气场矩阵和通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵；

S3600：由智能模块依据货舱气场矩阵和冷藏箱气场矩阵，采用混合风机节能计算，完成全部货舱气场矩阵的自动控制和全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现混合风机节能，其中，货舱气场矩阵包括通过安装在货舱内的传感器获得，或，通过冷藏箱气场矩阵获得，具体还划分为安装在货舱内的温度传感器获得的坐标点的空气温度，或，冷藏箱气场矩阵中包含的坐标点的箱外温度；

S3610：计算坐标点气差，包括：

计算坐标点温差=空气温度或箱外温度﹣环境大气温度，和／或，

计算坐标点气体含量差=空气气体含量﹣环境大气气体含量，和／或，

计算坐标点湿度差=空气湿度﹣环境大气湿度；

S3620：针对坐标点，依据总能耗=风机能耗+冷藏箱能耗，其中，风机能耗和冷藏箱能耗均以坐标点气差为函数变量，求解总能耗在极小值时的坐标点气差为最优坐标点气差，进一步求解出此时的风机控制函数和冷藏箱控制函数；

S3630：循环计算全部货仓中全部货仓气场矩阵中的坐标点，获得风机控制函数和冷藏箱控制函数，控制风机和冷藏箱，获得混合风机节能效果；或，

S3640：循环计算全部货舱中全部冷藏箱气场矩阵中的坐标点，获得风机控制函数和冷藏箱控制函数，控制风机和冷藏箱，获得混合风机节能效果；

S3650：统计输出实时能耗数据。

11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，S4000冷藏箱自身节能步骤，具体还包括：

S4510：控制子系统还包括通过冷藏箱子系统获取冷藏箱气场矩阵；

S4511：冷藏箱子系统包括冷藏箱、冷藏箱坐标、冷藏箱通信从模块，冷藏箱由货舱内的集装箱支架固定在冷藏箱坐标处，其中冷藏箱的散热器和风扇朝向风口；

S4512：冷藏箱通信从机系统包括一个以上位于冷藏箱外部的冷藏箱通信主模块和一个以上位于冷藏箱内部的冷藏箱通信子模块，冷藏箱通信主模块和冷藏箱通信子模块之间通过有线方式、无线方式进行一对多或多对多的通信，最终上连到控制子系统，向控制子系统提供冷藏箱内部的传感器提供的气场信息矩阵，包括冷藏箱坐标、冷藏箱编号、设定温度、送风温度、回风温度、箱外温度的温场信息，和／或，气体含量信息、湿度信息和附加信息，附加信息包括冷藏箱品牌、冷藏箱型号、货物名称、装载码头、卸载码头；

S4513：冷藏箱通信主模块还包括发射模块和接收模块，

其中，发射模块还包括发射功率可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调大发射功率，

其中，接收模块还包括接收灵敏度可调，以便适应在主模块和从模块的网络上信号衰减过大时，调高接收灵敏度；

S4520：控制子系统还包括通过监测冷藏箱的电能消耗，获取冷藏箱的实时能耗，包括电流消耗值、功率消耗值；

S4530：冷藏箱自身节能计算步骤，具体包括S4531～S4532，由智能模块完成全部冷藏箱气场矩阵的自动控制，实现冷藏箱自身节能：

S4531：计算箱内温差=设定温度﹣回风温度，当箱内温差大于一个除霜设定值时，由控制子系统向冷藏箱子系统发出一个除霜指令，使得冷藏箱开始除霜，直到除霜过程结束后，恢复冷藏箱的制冷工作，其中，除霜设定值依据冷藏箱内部货物确定；和／或，

S4532：计算箱内温差=设定温度﹣回风温度，当箱内温差小于一个风机动作设定值1时，由控制子系统向冷藏箱坐标的列坐标所在的风机发出关闭指令或减速指令，其中，风机动作设定值1依据大于1℃和小于5℃；

S4533：冷藏箱自身节能计算步骤，还包括关联风机节能计算节能的步骤，具体是依据箱外温度的变化对于货舱气场矩阵的影响，从而为传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能带来的关联的节能效果，包括减小箱外温度和设定温度的差值、求取箱外温度和设定温度的关联函数的极值，从而改变传感器致风机节能、冷藏箱致风机节能和混合风机节能的参数矩阵，使得风机能耗减小；

S4534：设定复查周期，计算冷藏箱在复查周期中，计算含有除霜的总能耗，和无除霜的总能耗，由控制子系统输出计算结果，其中，复查周期大于除霜时间的倍数在10～20倍。

12.根据权利要求8或9或10所述的系统，其特征在于，具体还包括：

S8000：风口包括风门和风门控制装置，其中，风门用于通过改变风口的通风面积大小，以调节通风速度和通风量的大小，风门控制装置用于控制风门开度的大小，包括全开、全关和大小控制；

S8010：风门在风管之外，安装有防护网罩，以避免异物进入风门；

S8020：风门、防护网罩与风管密封连接；

S8030：风门控制装置通过与智能模块的通信接口连接，最终与控制子系统连接，接受控制子系统的控制，以便调节风门的开度大小，最终调节风口的气场信息；

S8040：S1000传感器致风机节能步骤、S2000冷藏箱致风机节能步骤以及S3000混合风机节能步骤还包括对于风门开度大小的连续的模拟量计算和调节步骤；

S8050：风门控制装置包括开度传感器，开度传感器与控制子系统连接，并向控制子系统提供风门的开度大小信息的步骤。

13.根据权利要求8或9或10或11所述的系统，其特征在于，还包括：

依据S1000传感器致风机节能、S2000冷藏箱致风机节能、S3000混合风机节能和S4000冷藏箱自身节能的步骤，采用其任意组合，将全部数据集中到云数据库，针对云数据库，实施人工智能监督学习，获取经验数据，再根据无监督学习，为风机节能和冷藏箱节能，提供人工智能方案。