基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统及监测方法，由数据采集系统分别采集船队中各船舶柴油机的运行参数，主要包括柴油机的水温、机油压力、转速、缸盖振动信号、启动蓄电池电压、电流和温度、发电机三相输出电压和电流等参数，将这些参数传送给北斗通信终端，进而通过北斗1代卫星将船队柴油机运行数据传送给岸上的远程监测平台，由远程监测平台对数据进行分析处理并判断柴油机运行状态，最终根据柴油机运行状态对进港船队进行优化调度，以减少由于柴油机故障而导致的进港延误。

Remote monitoring system and monitoring method for fleet diesel engine based on Beidou satellite communication

The invention discloses a fleet of diesel engine remote monitoring system and monitoring method of Beidou satellite communication based on the operating parameters from the data acquisition system were collected in the fleet marine diesel engine, including water temperature, oil pressure, engine speed, cylinder head vibration signal, the startup parameters battery voltage, current and temperature, generator the three-phase output voltage and current, these parameters will be transmitted to the Beidou communication terminal, and then through the 1 generation compass will transfer fleet of diesel engine operation data to the remote monitoring platform on the platform, analyzes and processes the data and determine the operating condition of diesel engine by remote monitoring, according to the operating condition of diesel engine to optimize the scheduling of arrival the fleet, in order to reduce the diesel engine failure caused the arrival delay.

【技术实现步骤摘要】
基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统及监测方法
本专利技术涉及多路传感器信息融合
，具体是一种基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统及监测方法。
技术介绍
柴油机作为出海船舶的动力来源，其性能好坏将直接影响船舶的正常航行，特别是在船队进港时，一旦有某只船的柴油机发生故障，将影响后续船队的进港，导致航道拥堵。因此，如果岸上工作人员能够实时掌握进港船队的柴油机运行状态，并根据其状态进行船舶调度，将会大大减少由于柴油机故障而导致的进港延误。然而，目前船用柴油机配备的机旁仪表，只能由船上的工作人员监控其运行数据，不具备远程上传状态数据的功能；另一方面，传统的GPS定位系统只具备发送船舶位置信息的功能，不具备发送其它信息的功能；此外，采用3G等移动通信由于在海上无法架设基站而存在通信盲区，导致不能保证船舶柴油机运行参数的有效传输。
技术实现思路
鉴于以上现有技术，本专利技术综合运用传感检测、北斗1代卫星通信和数据挖掘等技术，建立船舶柴油机运行状态的远程监测与故障诊断系统，即通过北斗系统将采集的柴油机运行参数实时传输到岸上的远程监测平台，并对数据进行分析处理，实现船舶柴油机运行状态的实时评估，对掌握船舶和船队的总体运行情况，确保船队进港安全，具有十分重要的意义。本专利技术采用的技术方案是：基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统包括北斗通信系统、状态判别与调度系统和数据采集系统，其中所述数据采集系统采集柴油机的机油压力、转速、冷却水温、缸盖振动信号、发电机三相输出电压和输出电流、启动蓄电池的电压、电流和温度，并对这些信号进行编码处理，然后通过北斗通信系统发送给状态判别与调度系统，状态判别与调度系统判断柴油机的运行状态，并根据运行状态对进港船队进行调度。进一步，上述数据采集系统包括电源模块Ⅰ、微处理器、信号调理电路、压力传感器、磁电式转速传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器和加速度传感器，压力传感器采集柴油机的机油压力信号，磁电式转速传感器采集柴油机的转速信号，温度传感器采集冷却水温和蓄电池温度信号，电压传感器采集发电机输出电压和蓄电池电压信号，电流传感器采集发电机输出电流和蓄电池电流信号，加速度传感器采集柴油机缸盖振动信号，以上信号经信号调理电路处理后输入微处理器中，微处理器处理后通过串口传输到北斗通信终端，电源模块Ⅰ给各模块供电。北斗通信系统括电源模块Ⅱ和北斗通信终端，电源模块Ⅱ给北斗通信终端供电，北斗通信终端实现与北斗1代卫星通讯。本专利技术的具体实施例中，北斗通信系统和数据采集系统安装在船上。基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测方法，包括以下步骤：第一步：数据采集系统中的各传感器分别采集柴油机的运行状态参数，包括柴油机的机油压力信号、柴油机的转速信号、冷却水温和蓄电池温度信号、发电机输出电压和蓄电池电压信号、发电机输出电流和蓄电池电流信号、以及柴油机缸盖振动信号。第二步：数据采集系统中的信号调理电路对第一步采集到的参数进行预处理。第三步：数据采集系统中的微处理器对预处理后的数据进行编码，编码后数据包内容为船舶编号、柴油机编号、冷却水温、机油压力、转速、缸盖振动信号、发电机的A相输出电压和电流、B相输出电压和电流、C相输出电压和电流、蓄电池电压、电流和温度。第四步：利用北斗卫星短报文通讯系统将编码后的数据包通过北斗1代卫星发送给状态判别与调度系统。第五步：状态判别与调度系统建立柴油机运行状态监测和故障诊断模型，实现柴油机的状态监测与故障诊断，从而为船队进港调度提供决策参考。本专利技术具有以下优点：1、综合应用现代信息处理和多路传感器信息融合等技术，通过基于智能算法的特征级融合和基于D-S证据理论的决策级融合的集成，实现了柴油机的状态监测和故障诊断，柴油机运行状态判断准确；2、通过北斗卫星短报文通讯系统实现船队柴油机运行参数的实时传输，解决了海上无法利用3G等移动通信进行信息传输的难题；也解决了无法利用GPS传输柴油机运行参数的问题；3、可以有效避免因船舶柴油机故障影响后续船队进港，导致航道拥堵等问题。附图说明图1为本专利技术的系统框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步详细描述。参见图1，基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统，其特征在于：包括北斗通信系统1、状态判别与调度系统2和数据采集系统3，其中所述数据采集系统3采集柴油机的机油压力、转速、冷却水温、缸盖振动信号、发电机三相输出电压和输出电流、启动蓄电池的电压、电流和温度，并对这些信号进行编码处理，然后通过北斗通信系统1发送给状态判别与调度系统2，状态判别与调度系统2判断柴油机的运行状态，并根据运行状态对进港船队进行调度。数据采集系统3包括电源模块Ⅰ3-1、微处理器3-2、信号调理电路3-3、压力传感器3-4、磁电式转速传感器3-5、温度传感器3-6、电压传感器3-7、电流传感器3-8和加速度传感器3-9，压力传感器3-4采集柴油机的机油压力信号，磁电式转速传感器3-5采集柴油机的转速信号，温度传感器3-6采集柴油机冷却水温和蓄电池温度信号，电压传感器3-7采集发电机输出电压和蓄电池电压信号，电流传感器3-8采集发电机输出电流和蓄电池电流信号，加速度传感器3-9采集柴油机缸盖振动信号，以上信号经信号调理电路3-3处理(包括对信号进行整形、放大和滤波)后输入微处理器3-2中，微处理器3-2处理后通过串口传输到北斗通信终端1-2，电源模块Ⅰ3-1给各模块供电。压力传感器3-4采用VDO10bar，磁电式转速传感器3-5采用CG-10，温度传感器3-6采用VDO120℃，电压传感器3-7采用CHV-20L，电流传感器3-8采用CHB-200P，加速度传感器3-9采用KD1300。在上述实施例中，微处理器选用英飞凌XC886，主要负责信号的模数转换、中断触发和数据编码等功能；电源模块Ⅰ采用LM2576。北斗通信系统1包括电源模块Ⅱ1-1和北斗通信终端1-2，电源模块Ⅱ1-1给北斗通信终端1-2供电，北斗通信终端1-2实现与北斗1代卫星通讯。北斗通信终端包括发射器和接收器，选用北斗RDSS5W全功能模块，通过RS-232C串口和数据采集系统交换信息，主要负责将进港船队的柴油机运行参数实时传送至岸上的远程监测平台；电源模块Ⅱ采用LTC3633。状态判别和调度系统由岸上的远程监测系统执行，主要负责接收柴油机的实时运行参数、判断柴油机的运行状态，并根据状态对进港船队进行调度。本专利技术的工作流程如下：第一步：采集柴油机的运行状态参数主要包括柴油机的温度、水温、机油压力、转速、缸盖振动信号、启动蓄电池电压、电流、发电机的三相输出电压和电流等参数。第二步：对采集到的参数进行预处理包括数字滤波、标度变换、参数计算等。第三步：对预处理后的数据进行编码，数据包内容为船舶编号、柴油机编号、水温、油压、转速、缸盖振动信号、启动蓄电池温度、电压和电流、发电机的A相输出电压和电流、B相输出电压和电流、C相输出电压和电流，该数据包即为后续北斗短报文的通讯内容。第四步：采用北斗RDSS5W全功能模块，北斗RDSS5W全功能模块采用北斗RDSS射频收发芯片、基带处理芯片、功放芯片设计而成。该模块集成了北斗RDSS射频收发芯片、基带电路、功放芯片等，可完整实本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统，其特征在于：包括北斗通信系统(1)、状态判别与调度系统(2)和数据采集系统(3)，其中所述数据采集系统(3)采集柴油机的机油压力、转速、冷却水温、缸盖振动信号、发电机的三相输出电压和输出电流、启动蓄电池的电压、电流和温度，并对这些信号进行编码处理，然后通过北斗通信系统(1)发送给状态判别与调度系统(2)，状态判别与调度系统(2)判断柴油机的运行状态，并根据运行状态对进港船队进行调度。

【技术特征摘要】
1.基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统，其特征在于：包括北斗通信系统(1)、状态判别与调度系统(2)和数据采集系统(3)，其中所述数据采集系统(3)采集柴油机的机油压力、转速、冷却水温、缸盖振动信号、发电机的三相输出电压和输出电流、启动蓄电池的电压、电流和温度，并对这些信号进行编码处理，然后通过北斗通信系统(1)发送给状态判别与调度系统(2)，状态判别与调度系统(2)判断柴油机的运行状态，并根据运行状态对进港船队进行调度。2.根据权利要求1所述基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统，其特征在于：所述数据采集系统(3)包括电源模块Ⅰ(3-1)、微处理器(3-2)、信号调理电路(3-3)、压力传感器(3-4)、磁电式转速传感器(3-5)、温度传感器(3-6)、电压传感器(3-7)、电流传感器(3-8)和加速度传感器(3-9)，压力传感器(3-4)采集柴油机的机油压力信号，磁电式转速传感器(3-5)采集柴油机的转速信号，温度传感器(3-6)采集柴油机冷却水温和蓄电池温度信号，电压传感器(3-7)采集发电机输出电压和蓄电池电压信号，电流传感器(3-8)采集发电机输出电流和蓄电池电流信号，加速度传感器(3-9)采集柴油机缸盖振动信号，以上信号经信号调理电路(3-3)处理后输入微处理器(3-2)中，微处理器(3-2)处理后通过串口传输到北斗通信终端(1-2)，电源模块Ⅰ(3-1)给各模块供电。3.根据权利要求2所述基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统，其特征在于：所述北斗通信系统(1)包括电源模块Ⅱ(1-1)和北斗通信终端(1-2)，电源模块Ⅱ(1-1)给北斗通信终端(1-2)供电，北斗通信终端(1-2)实现与北斗1代卫星通讯。4.根据权利要求1-3任一项所述基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测系统，其特征在于：所述北斗通信系统(1)和数据采集系统(3)安装在船上。5.利用权利要求1到4所述监测系统的基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测方法，包括以下步骤：第一步：数据采集系统(3)中的各传感器分别采集柴油机的运行状态参数，包括柴油机的机油压力信号、柴油机的转速信号、冷却水温和蓄电池温度信号、柴油机缸盖振动信号、发电机输出电压和蓄电池电压信号、发电机输出电流和蓄电池电流信号；第二步：数据采集系统(3)中的信号调理电路(3-3)对第一步采集到的参数进行预处理；第三步：数据采集系统(3)中的微处理器(3-2)对预处理后的数据进行编码，编码后数据包内容为船舶编号、柴油机编号、冷却水温、机油压力、转速、缸盖振动信号、发电机A相输出电压和电流、B相输出电压和电流、C相输出电压和电流、蓄电池电压、电流和温度；第四步：利用北斗卫星短报文通讯系统将编码后的数据包通过北斗1代卫星发送给状态判别与调度系统(2)；第五步：状态判别与调度系统(2)建立柴油机运行状态监测和故障诊断模型，实现柴油机的状态监测与故障诊断，从而为船队进港调度提供决策参考。6.根据权利要求5所述基于北斗卫星通信的船队柴油机远程状态监测方法，其特征在于：所述运行状态监测和故障诊断模型包括以下处理：①针对柴油机冷却水温、机油压力、转速、发电机输出电压和电流以及蓄电池电压、电流和温度，通过判断其值是否超过规定的阈值，分别建立其与柴油机状态正常与否的对应关系；②针对柴油机缸盖振动信号，将其进行小波包分解，得到其在第三层上8个能量谱特征参数，采用基于PSO优化的RBF方法对其进行特征级融合，得到缸盖振动信号与柴油机正常与否的映射关系；③针步骤①和步骤②的诊断结果，采用证据理论方法对这些诊断结果进行决策级融合，最终得到柴油机运行状态是否正常的结论。7.根据权利要求6所述基于北斗卫星通信的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹龙汉，刘小丽，李建勇，杨波，李锐，
申请(专利权)人：中国人民解放军重庆通信学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50