一种数据驱动的船舶总体状态评估方法技术

本发明专利技术涉及一种数据驱动的船舶总体状态评估方法，包括，建立评估模型步骤和在线状态评估步骤，使用建立的评估模型对船舶关键性指标进行评估，输出关键指标识别结果，确定船舶总体状态。本发明专利技术通过选取典型的三个船舶总体关键性指标，对实船航段实际航行数据进行分析处理，在船舶总体状态评估的精确量化程度上有所提高，将各项指标的评估基准对应了不同载重航行工况和主机转速，为船员管理船舶安全运行与经济运行提供了辅助的基础。

A Data-driven Method for Ship Overall State Assessment

【技术实现步骤摘要】
一种数据驱动的船舶总体状态评估方法
本专利技术涉及船舶
，尤其涉及一种数据驱动的船舶总体状态评估方法。
技术介绍
为辅助船舶安全与经济运行，需要根据船舶总体关键性指标对船舶航行时的总体状态进行评估，对其实时状态与变化趋势进行监控和分析。对于船舶总体状态的关键性指标监测与评估，常见方法包括：1)在出厂前的系泊试验中，由主机制造厂商通过台架试验中施加一定扭矩方式进行离线测量、标定的离线标示形式，确定低速柴油机出厂燃油消耗率指标与设计曲线；2)同样在系泊试验中，发电机制造厂商通过台架试验施加一定负载方式进行离线测量、标定，确定发电机出厂输出功率与各项电气相关设计曲线；这种方式的缺陷在于，台架试验测量值和主机、发电机设计曲线能够表明的只是设备出厂前的理想经济性能状态，无法客观、实时反映出船舶实际运行时的真实性能状态。3)近几年，部分营运船舶安装了船舶能效监测系统，但大多数监测系统只依靠人工抄录进行离线测量、记录燃油消耗率统计量、主机功率、发电机功率数据，且仅能实现数据的采集与存储，并未对采集到的海量数据进行充分分析和利用。这种方式的缺陷在于，缺少实时数据分析工具，不能时刻通过定量的方式来判断柴油机、发电机是否处于正常运行状态，较难为船员对于船舶实时的设备状态与性能做出准确评价。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种数据驱动的船舶总体状态关键性指标评估方法，解决船舶实时的设备状态与性能准确评价问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种数据驱动的船舶总体状态评估方法，包括，建立评估模型步骤：获取船舶航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的历史数据，进行数据预处理和数据清洗，得到总体状态关键性指标数据样本集；对数据样本集中数据进行统计分析，建立评估模型，用于对包括船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率在内的关键性指标进行评估；在线状态评估步骤：在线获取当前次航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的数据，进行数据预处理和数据清洗，得到当前次航行的总体状态关键性指标数据；使用建立的评估模型进行评估，输出关键指标识别结果，确定船舶总体状态。进一步地，所述建立评估模型步骤包括以下子步骤：步骤S1-1、设定采样间隔，获取船舶航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的历史数据；步骤S1-2、对所述历史数据进行处理，得到包括船舶平均吃水，主机转速下的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率在内的船舶总体关键性指标样本数据；步骤S1-3、从所述预处理后的数据中消除船舶非稳定航行状态下的船舶总体关键性指标样本数据和奇异值数据；步骤S1-4、对清洗后的船舶总体关键性指标样本数据进行统计分析，得到关键指标识别的评估矩阵，训练评估模型。进一步地，所述训练好的评估模型为满足稳定转速运行条件下，空载、压载和满载工况下，对应不同转速下，主机转速-船舶燃油效率分布矩阵、主机转速-主机燃油效率分布矩阵、主机转速-总体船舶功率分布矩阵；在所述分布矩阵中，对在不同载货工况、不同主机转速工况之下，船舶的异常状态、提醒关注和正常状态对应的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率参数范围进行划分。进一步地，所述运行相关数据包括主机转速、主机每小时的燃油消耗量、主机有效功率数据；所述燃油消耗量包含主机燃油进口流量和主机燃油出口流量；所述船舶状态数据包括船速数据，船舶左舯吃水、右舯吃水数据；所述船舶设备数据为发电机组有效功率。进一步地，所述数据涵盖所有吃水工况及关键指标相关的航行数据，且各吃水工况条件下稳定运行时间大于1个月，覆盖所有条件工况。进一步地，所述数据预处理后得到船舶平均吃水，主机转速下的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率；所述船舶平均吃水D(i)＝(dL(i)+dR(i))/2；dL(i)为船舶左舯吃水，dR(i)为右舯吃水；所述主机转速下的船舶燃油效率Gt(i)为船舶每小时燃油消耗量，Vs(i)为船舶航速；所述主机转速下的主机燃油效率Ge(i)为柴油机每小时燃油消耗量；Pe(i)为主机有效功率；所述主机转速下的总体船舶功率P(i)＝Pe(i)+PDe(i)；Pe(i)为主机有效功率；PDe(i)为发电机组有效功率。进一步地，所述数据清洗中，非稳定航行状态包括工况切换过程中的航行状态；所述奇异值数据通过阈值排除方法进行剔除。进一步地，所述评估模型训练，具体包括：1)依据船舶载货状态情况划分工况，在不同吃水情况下，对船舶燃油效率、主机燃油效率、总体船舶功率进行分布分析，按照主机转速分别统计船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率的分布情况；得到固定转速间隔下的各工况下重心点状态矩阵；所述重心点状态矩阵包括主机转速-船舶燃油效率分布矩阵、主机转速-主机燃油效率分布矩阵和主机转速-总体船舶功率分布矩阵；2)根据不同载货工况、不同主机转速工况之下，将船舶的总体状态划分为异常状态、提醒关注和正常状态；3)根据划分的总体状态确定重心点状态矩阵中与异常状态、提醒关注和正常状态对应的数值区间，即数值的范围阈值。4)以所述重心点状态矩阵作为评估模型的评估矩阵，以所述数值的范围阈值为确定船舶总体状态的评估基准建立评估模型。进一步地，使用建立的评估模型进行评估方法包括：步骤S2-1、设定采样间隔，获取当次航行过程中给定时刻的，包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的采集数据；步骤S2-2、给定时刻的采集数据进行预处理，得到包括船舶平均吃水，主机转速下的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率在内的船舶总体关键性指标数据；步骤S2-3、判断给定时刻的关键性指标数据是否为主机稳定运行数据，若是，进行下一步，否则保持前一个采样时刻状态不更新；步骤S2-4、判断给定时刻数据是否为奇异值，若不是奇异值，进行下一个采样时刻数据的评估，否则保持前一个采样时刻状态不更新；步骤S2-5、通过分析给定时刻的关键性指标数据在所述评估模型的评估矩阵中所处的范围阈值，判断当前时刻船舶总体状态。进一步地，还包括，通过分析当前给定时刻转速下的键性指标数据与上一时刻参数相比的变化趋势判断，判断船舶总体状态变化趋势。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过选取典型的三个船舶总体关键性指标，对实船航段实际航行数据进行分析处理，在船舶总体状态评估的精确量化程度上有所提高，将各项指标的评估基准对应了不同载重航行工况和主机转速。并且，通过丰富的表现形式，清晰易懂地呈现出当前时刻的船舶燃油效率、主机燃油效率、总体船舶功率所处状态的评估结果，以及他们与上一时刻状态相比的变化趋势。为船员管理船舶安全运行与经济运行提供了辅助的基础。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中的数据驱动的船舶总体状态评估方法流程图；图2为本专利技术实施例中的空载条件下船舶燃油效率评估矩阵；图3为本专利技术实施例中的空载条件下主机燃油效率评估矩阵；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据驱动的船舶总体状态评估方法，其特征在于，包括，建立评估模型步骤：获取船舶航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的历史数据，进行数据预处理和数据清洗，得到总体状态关键性指标数据样本集；对数据样本集中数据进行统计分析，建立评估模型，用于对包括船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率在内的关键性指标进行评估；在线状态评估步骤：在线获取当前次航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的数据，进行数据预处理和数据清洗，得到当前次航行的总体状态关键性指标数据；使用建立的评估模型进行评估，输出关键指标识别结果，确定船舶总体状态。

【技术特征摘要】
1.一种数据驱动的船舶总体状态评估方法，其特征在于，包括，建立评估模型步骤：获取船舶航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的历史数据，进行数据预处理和数据清洗，得到总体状态关键性指标数据样本集；对数据样本集中数据进行统计分析，建立评估模型，用于对包括船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率在内的关键性指标进行评估；在线状态评估步骤：在线获取当前次航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的数据，进行数据预处理和数据清洗，得到当前次航行的总体状态关键性指标数据；使用建立的评估模型进行评估，输出关键指标识别结果，确定船舶总体状态。2.根据权利要求1所述的船舶总体状态评估方法，其特征在于，所述建立评估模型步骤包括以下子步骤：步骤S1-1、设定采样间隔，获取船舶航行过程中包括主机运行相关数据、船舶状态数据和船舶设备数据在内的历史数据；步骤S1-2、对所述历史数据进行处理，得到包括船舶平均吃水，主机转速下的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率在内的船舶总体关键性指标样本数据；步骤S1-3、从所述预处理后的数据中消除船舶非稳定航行状态下的船舶总体关键性指标样本数据和奇异值数据；步骤S1-4、对清洗后的船舶总体关键性指标样本数据进行统计分析，得到关键指标识别的评估矩阵，训练评估模型。3.根据权利要求2所述的船舶总体状态评估方法，其特征在于，所述训练好的评估模型为满足稳定转速运行条件下，空载、压载和满载工况下，对应不同转速下，主机转速-船舶燃油效率分布矩阵、主机转速-主机燃油效率分布矩阵、主机转速-总体船舶功率分布矩阵；在所述分布矩阵中，对在不同载货工况、不同主机转速工况之下，船舶的异常状态、提醒关注和正常状态对应的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率参数范围进行划分。4.根据权利要求2所述的船舶总体状态评估方法，其特征在于，所述运行相关数据包括主机转速、主机每小时的燃油消耗量、主机有效功率数据；所述燃油消耗量包含主机燃油进口流量和主机燃油出口流量；所述船舶状态数据包括船速数据，船舶左舯吃水、右舯吃水数据；所述船舶设备数据为发电机组有效功率。5.根据权利要求4所述的船舶总体状态评估方法，其特征在于，所述数据涵盖所有吃水工况及关键指标相关的航行数据，且各吃水工况条件下稳定运行时间大于1个月，覆盖所有条件工况。6.根据权利要求4所述的船舶总体状态评估方法，其特征在于，所述数据预处理后得到船舶平均吃水，主机转速下的船舶燃油效率、主机燃油效率和总体船舶功率；所述船舶平均吃水D(i)＝(dL...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏慕恒，谭笑，邱伯华，何晓，李永杰，杨颜公，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11