船舶机舱远程监测报警系统技术方案

本发明专利技术提供了一种船舶机舱远程监测报警系统，包括参数监测模块、机舱摄像机、红外热像仪、振动和噪声传感模块、岸基监测终端和三维显示工作站；参数监测模块用于获得机舱主要设备的运行和工况参数并传递给海事卫星；机舱摄像机和红外热像仪分别用于获取船舶机舱的静态图片和红外热像图，并传递给海事卫星；振动和噪声传感器用于采集船舶机舱内主要设备的振动和噪声信号传递给海事卫星；岸基监测终端用于工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号传输给三维显示工作站；三维显示工作站用于建立船舶机舱的三维场景，三维场景可互动并通过可视化界面显示。该系统用于对船舶机舱进行实时监控，满足未来自主航行船舶远程状态监测的需要。状态监测的需要。状态监测的需要。

【技术实现步骤摘要】
船舶机舱远程监测报警系统


[0001]本专利技术涉及船舶自动化
，特别涉及一种船舶机舱远程监测报警系统。

技术介绍

[0002]近几年随着人工智能、大数据、物联网、虚拟现实等前沿技术与传统船舶的深度融合，船舶技术由自动化向自主化方向发展，船舶自主化技术的应用将引发船舶行业的技术革命，出现了岸基远程操控和无人船的概念，为船舶技术的发展带来新的机遇与挑战。
[0003]对于在远洋上自主航行的船舶，及时地了解船舶内部系统和设备的运行情况非常重要。目前远洋船舶主要借助于海事卫星实现船岸通信，将船舶机舱监测报警系统中的主、副机的温度、压力、转速、流速、油雾浓度、各油水舱的液位等信号发送到岸基监视终端，从岸上监视整个机舱各种设备的工作情况。传统的监视报警系统主要由三大部分组成：(1)分布在机舱各监视点的传感器；(2)安装在集中控制室内的控制柜和监视仪表或监视屏；(3)安装在驾驶台、公共场所、轮机长和轮机员居室的延伸报警箱。其一般具备数据采集和转换、声光报警、参数与状态显示、打印报警记录、报警延时和延伸报警这几种功能，但监测参数仅仅限于热工参数的越限报警，形式单一，也没有机舱振动噪声、图像和视频信息，不能适应无人船舶的远程监测要求。
[0004]对于自主航行的远程操纵船舶，传统的监视报警系统显然不合适，特别是这种系统无法了解船舶设备的实际运行情景。如果依靠海事卫星不断地将船舶内部的图像或视频文件发到岸上，数据通信量非常巨大，通信费用也很高。而仅仅发送一些运行参数，既不直观，也不方便。由于自主航行的船舶无人在船上值班，而是采用岸基远程操控的管理方式，现有的监测报警系统已无法适应未来自主航行船舶状态监控的需要。
[0005]因此，有必要提供一种新型的船舶机舱监测系统，可以集成多源信息，利用三维虚拟现实显示技术，以达到身临其境的远程监测效果，满足实时监控的要求，以便岸上人员更直观地了解船舶机舱的运行状态。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种船舶机舱监测报警系统，用于对无人船舶机舱进行实时远程监控，满足自主航行船舶状态监控的需要。
[0007]为实现上述目的和其他相关目的，本专利技术提供了一种基于虚拟现实技术的船舶机舱监测报警系统，包括参数监测模块、机舱摄像机、红外热像仪、振动和噪声传感模块、岸基监测终端和三维显示工作站；
[0008]参数监测模块包括多种安装于船舶机舱内各处的传感器，传感器用于采集船舶机舱内主要设备的工况参数，参数监测模块用于将工况参数传递给海事卫星；
[0009]机舱摄像机和红外热像仪分别用于获取船舶机舱的静态图片和红外热像图，并将静态图片和红外热像图传递给海事卫星；
[0010]振动和噪声传感模块包括安装于船舶机舱各处的振动和噪声传感器，振动和噪声
传感器用于采集船舶机舱内主要设备的振动和噪声信号，振动和噪声传感模块用于将振动和噪声信号传递给海事卫星；
[0011]岸基监测终端用于接收海事卫星传递的工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号，并传输给三维显示工作站，比常规的船舶监测报警系统具有更多的监视功能；
[0012]三维显示工作站用于基于工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号，结合预先建立的船舶机舱的三维模型建立船舶机舱的三维场景，三维场景可互动并通过可视化界面显示机舱实景。三维模型用于实现三维动画效果，比常规的仅仅参数越限报警显示更加直观，特别是涉及到设备红外热像、机舱进水、机舱火警等。
[0013]优选地，所述三维模型采用如下方式建立：
[0014]将船舶机舱至少分成主机舱、舵机间、分油机间和发电机间四个部分；
[0015]利用3ds Max软件和Unity 3D的建模功能分区域建模，包括对应灯光、仪表和警报的效果展示。
[0016]优选地，所述三维显示工作站采用如下方式实现三维场景的互动以及可视化界面显示，以弥补无人船上无人值守的功能缺失：
[0017]建立数据库，数据库用于记录工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号；
[0018]进行三维模型与数据库之间的实时联动，实现机舱三维动画效果；
[0019]利用Unity3D内置的UGUI系统搭建UI界面模块，在三维显示工作站上形成可视化界面，可视化界面用于显示三维动画效果；
[0020]通过脚本文件与三维模型关联，使用C#编程实现三维模型的联动，以使三维模型根据不同的数据进行相应的动作，实现不同的三维动画效果。
[0021]优选地，岸基监测终端与三维显示工作站之间的通信方法包括：
[0022]基于Select多路复用处理网络消息，进行网络管理器的编写，网络管理器至少包括如下功能：解决粘包分包、完整发送数据、心跳机制和事件分发。
[0023]优选地，基于TCP网络协议的服务端与客户端的连接进行Socket通信，实现岸基监测终端与三维显示工作站之间网络通信。
[0024]优选地，所述数据库利用MySQL数据库基本的读写操作进行数据的存储。
[0025]优选地，所述三维显示工作站可用来识别热像仪采集的火焰图像，以用于船舶机舱的失火识别，包括：
[0026]将滑动时间窗内的若干帧红外火焰图像，叠加到一个投影平面上，采用投影矩来描述火焰的动态特征。
[0027]优选地，所述三维显示工作站可根据热像仪采集的图像区别火焰和烟雾，具体包括：
[0028]由若干火焰目标和伪目标的特征矢量组成训练集T＝{(D1,y1)...(Di，yi)...(DI，yI)}...∈(D
×
Y)I，其中Di∈D＝R6为6维特征矢量；yi∈Y＝{1,
‑
1}为已知的样本属性，“1”为火焰，
“‑
1”为非火焰；i＝1,
…
,I为样本序号；通过非线性映射将输入矢量映射到一个高维特征空间，在这个空间中构造最优分类超平面进行分类；支持向量机所有的非零得到后即构成一两类分类器；通过红外滤镜成像的疑似火焰目标，经上述处理后计算出φ2
～φ7六个特征矢量，带入训练好的支持向量机决策函数式从而得到火焰识别结果。
[0029]优选地，所述振动和噪声监测模块利用安装在船舶机舱内的结构的不同部位、机器底座、推进轴系的振动传感器和机舱噪声传感器定时获得船舶结构振动、机器振动、轴系瞬时转速和机舱噪声信号；
[0030]三维显示工作站用于应用瞬态冲击信号分析、瞬时转速分析、多尺度时域平均和模糊熵特征提取方法，提取多个周期下的信号波形，保留所有频率下的故障特征，去除冗余信息，以监测船舶碰撞、触礁、机器松动、螺旋桨脱落和设备运行异常事故。
[0031]优选地，所述三维显示工作站采用多尺度时域平均方法，以增强船舶旋转机械的振动信号的信噪比，具体包括：
[0032]设定船舶旋转机械的振动信号y(t)中含有多个周期信号x(t)，y(t)＝x(t)+e(t)，x(t)为r个不同周期信号组成的信号，e(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶机舱远程监测报警系统，其特征在于，包括参数监测模块、机舱摄像机、红外热像仪、振动和噪声传感模块、岸基监测终端和三维显示工作站；所述参数监测模块包括多种安装于船舶机舱内各处的传感器，传感器用于采集船舶机舱内主要设备的工况参数，参数监测模块用于将工况参数传递给海事卫星；所述机舱摄像机和所述红外热像仪分别用于获取船舶机舱的静态图片和红外热像图，并将静态图片和红外热像图传递给海事卫星；所述振动和噪声传感模块包括安装于船舶机舱各处的振动和噪声传感器，振动和噪声传感器用于采集船舶机舱内主要设备的振动和噪声信号，振动和噪声传感模块用于将振动和噪声信号传递给海事卫星；所述岸基监测终端用于接收海事卫星传递的工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号，并传输给三维显示工作站；所述三维显示工作站基于工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号，结合预先建立的船舶机舱的三维模型建立船舶机舱的三维场景，三维场景可互动并通过可视化界面显示。2.如权利要求1所述的船舶机舱远程监测报警系统，其特征在于建立多源信息的数据库，进行所述三维模型与所述数据库之间的联动；所述数据库用于记录工况参数、静态图片、红外热像图以及振动和噪声信号，所述三维模型采用如下方式建立：将船舶机舱至少分成主机舱、舵机间、分油机间和发电机间部分，利用3ds Max软件和Unity 3D的三维建模功能分别建模，包括对应灯光、仪表和警报的效果展示。利用Unity3D内置的UGUI系统搭建UI界面模块，在三维显示工作站上形成可视化界面，可视化界面用于显示三维动画效果；通过脚本文件与三维模型关联，使用C#编程实现三维模型的联动，以使三维模型根据不同的数据进行相应的动作，实现不同的三维动画效果。3.如权利要求1所述的船舶机舱远程监测报警系统，其特征在于，采用岸基监测终端与三维显示工作站之间的通信方法，包括：基于Select多路复用处理网络消息，进行网络管理器的编写，网络管理器至少包括如下功能：解决粘包分包、完整发送数据、心跳机制和事件分发。基于TCP网络协议的服务端与客户端的连接进行Socket通信，实现岸基监测终端与三维显示工作站之间网络通信。利用MySQL数据库多源信息读写操作进行不同类型数据的存储。4.如权利要求2所述的船舶机舱远程监测报警系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡以怀，郭磊，蒋佳炜，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：