[发明专利]一种船舶智能能效管理系统

权利要求书

1.一种船舶智能能效管理系统，其特征在于：船舶智能能效管理系统主要是由基本功能模块和高级功能模块组成；

基本功能模块用于对能耗、能效监测及评估，通过对船舶航行状态、能耗状况数据的自动采集和在线监测，依据船舶能效管理计划的相关规范要求，并应用数据关联分析、数据模型算法，对船舶能耗、能效及排放进行分析、评估与预测，为船舶运营管理者提供数据评估分析结果和辅助决策建议，实现船舶能效实时监控、智能评估及优化、综合报告生成的智能能效管理基本功能；

高级功能模块用于航速优化，在完成采集海量的实船能效、能耗及航行状态数据的基础上，建立船舶能效分析模型、航速优化分析模型，从而实现基于航次计划的航速优化和基于经济效益的航速优化功能；

船舶智能能效管理系统主要由五个功能模块组成，其中基本功能模块包括数据采集模块、系统管理模块、数据分析模块、能效及能耗评估模块，高级功能模块包括能效管理辅助决策模块；

(1)数据采集模块

通过在机舱安装温度、液位、压力、转速传感器及分布式控制单元，实现对船舶机舱主机、滑油、冷却水、发电系统的工作状态及主要参数的实时采集；

数据采集模块分为信息处理和数据通信ModbusTcp服务两个部分；信息处理分成数字量处理、模拟量处理两个功能；数据通信提供从机Modbus Tcp服务；主机作为Modbus主站通过以太网连接到数据采集模块获取硬件采集信息数据，能同时与多个Modbus从站建立通信链接；数据采集模块功能按照标准Modbus TCP协议进行设计；

(2)系统管理模块

系统管理模块包括用户管理、采集系统通信配置、分析评估参数设置、船舶基本信息设置；用户管理主要针对用户的基本信息进行管理，包括用户名、密码、权限，通过点击相应的按钮实现添加、修改、删除操作；采集系统通信配置主要包括IP地址、端口号、采集周期，

同时还支持对通信链路的检测、连接和断开功能；通信链路配置成功后，即可进行实现基于ModbusTCP协议的主从站数据通信功能，主站即监测主机按照设置的采集周期，定时接收到从站即信号采集系统发出的采集数据；分析评估参数设置通过对船舶能效设计参数包括能耗数据、能效及排放指标数据进行分析，在系统中设置船舶实时能耗、能效及排放评估衡准值及上限值，作为评估及报警提醒的参考依据数值；船舶的基本信息设置主要包括船舶的名称、编号、用途、重量，载货量、船舶尺度、船舶性质以及一些船舶主机、推动器功率参数；

(3)数据分析模块

包括能量及排放指标自动计算和主要耗能设备指标自动计算；数据分析模块通过采集的实时数据对船舶主要耗能设备的能耗指标燃料小时消耗量、燃料日消耗量、燃料航次或航段消耗量和能效指标EEOI、单位距离燃料消耗、单位运输功燃料消耗、单位距离CO₂排放、单位运输量CO2排放进行计算并且实时显示；

(4)能效及能耗评估模块

该模块主要实现对耗能设备能耗实时评估、船舶能效及排放指标评估、船舶能耗分布分析、指标的超限提醒功能；

A数据预处理

在评估的过程中，首先对大量的历史数据进行预处理，得到有效的有参考意义的数据；数据预处理主要包括数据清洗、数据集成、数据归约和数据变换四个过程；

B特征值提取

提取出有效的指标数据的特征值，这些特征值能够在某种程度上反映出船舶能效及能耗状况的好坏等级；采用均值mean与方差variance作为输入、输出的特征量辨识油耗模型；

C建立评估模型

运用神经网络算法进行建模；具体步骤如下：随机确定连接权重及阈值；对隐含层、输出层进行计算；重复训练输出层权重；根据设定要求完成训练；

在模型中，根据船舶能效状况的由好到坏的程度，分别将评估结果定级为一级、二级、三级、四级、五级；

D评估结果

将采集到的指标数据进行数据预处理、指标特征提取，并将提取出的特征值放入船舶能效及能耗状况评估模型中进行评估；最后根据模型中的等级划分程度，对船舶一个航次或时段的能效情况给出等级结果；

(5)能效管理辅助决策模块

根据前述船舶能效及能耗状况的综合评估得到的不同等级的结果，分别对应一级、二级、三级、四级、五级的不同结果，给出优化及改进的辅助决策建议。