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原文传递船舶污底监测评估方法和评估系统

专利名称：	船舶污底监测评估方法和评估系统
摘要：	一种船舶污底监测评估方法和评估系统，其首先采集船舶营运数据，包括船舶状态数据，然后对数据进行质量筛选，通过分析原始数据信号的平均值、最大最小值、标准差，去除数据波动较大低质量的数据，同时对航行风浪环境、船舶状态进行筛选，获取适合分析的数据；然后对筛选后的数据进行环境因素修正，修正风、浪、流和水温对船舶性能的影响，获得接近理想环境、但包含污底影响船舶性能数据；最后利用环境因素修正后的船舶性能数据，与船舶性能基准对比，对两者的差距进行分析拟合，得到评估结果，即污底造成的性能减低百分比值，当该值达到一定阈值，给出进坞清污建议。
专利类型：	发明专利
申请人：	上海船舶运输科学研究所
发明人：	黄珍平;李荣宗;文逸彦;乔继潘
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
申请号：	CN201911344796.1
公开号：	CN111017136A
代理机构：	上海远同律师事务所
代理人：	胡志鸿;张坚
分类号：	B63B71/10;G06F17/18;B;G;B63;G06;B63B;G06F;B63B71;G06F17;B63B71/10;G06F17/18
申请人地址：	200135 上海市浦东新区民生路600号
主权项：	1.一种船舶污底监测评估方法，其特征在于该方法包括如下步骤：一、采集船舶营运数据，包括如下船舶状态数据：船舶吃水、航速主机功率、航速主机转速、船舶对地航速、船舶对水航速、船舶舵角、船舶首向角、船舶运动、航行环境；二、对步骤一所采集的数据进行质量筛选；首先对该些数据进行时间分段处理以转化为若干具有一个设定时长的固定时间段数据，由此将较高频率信号转为时间平均信号；之后对该些固定时间段数据进行统计分析，获得该些固定时间段数据的绝对值、最大最小值和标准差的统计值；之后通过分析所获得的平均值、最大和最小值和标准差，去除跳动大和不稳定的低质量数据，同时对航行风浪环境、船舶状态进行筛选，获取适合分析的数据；三、对步骤二所筛选后的数据进行环境因素修正，修正风、浪、流和水温对船舶性能的影响，以获得无风、无浪、无流、标准水温的理想情况下，包含污底影响的船舶性能数据；四、利用环境因素修正后的船舶性能数据，与船舶性能基准对比，对两者的差距进行分析拟合，得到污底所造成的性能减低百分比值；当该性能减低百分比值达到设定阈值时，给出进坞清污建议。 2.根据权利要求1所述的船舶污底监测评估方法，其特征在于，所述步骤二中对步骤一所采集数据进行质量筛选的具体方式为： A、计算所述固定时间段数据的标准差，并筛除标准差大、稳定性差的数据，包括但不限于：转速方标准差大于1转/分钟、航速方标准差大于0.5节、首向角方标准差大于3度、舵角标准差大于3度、风向角标准差大于15度的数据；同时筛除船舶运动较大的数据，包括但不限于：船舶的横摇角标准差大于20度，纵摇角标准差大于3度； B、计算所述固定时间段数据的绝对值、最大最小值，筛除跳动大或失真的数据，包括但不限于：转速最大最小值之差大于3转/分钟，舵角的最大绝对值大于5度的数据； C、计算所述固定时间段数据的平均值，并对水深、风速、浪高、航速的平均值大小进行筛选，筛除浅水、风浪较大和航速较小的数据，包括但不限于：水深小于100米，航速小于8节，风速大于25节，浪高大于3米的数据。 3.根据权利要求2所述的船舶污底监测评估方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为：根据公式计算船舶风阻、根据公式计算波浪增阻，以及根据公式计算水温增阻，并将计算所得的总阻力增加换算为功率增加，将初始主机功率减去功率增加，即为修正后的主机功率，然后根据主机功率与转速的对应关系修正转速；使用计程仪测量的船舶遭遇的纵向流速进行船舶航速修正，船舶的初始航速加上该纵向流速即为修正后的船舶航速；以上公式中：ρa为空气密度，Axv为船舶迎风面积，Caa为风阻系数，可以通过经验公式获得，或者使用类似船型的风洞试验数据，Vg为船舶对地速度，Vw为风速；ρs为水密度，H1/3为有义波高，B为船宽，Lbwl为水线面上船首至95％船宽处的距离；ρs为水密度，S为船舶湿表面积，Vs为船舶对水速度，Cf和Cf0分别为实际水温和15度水温对应船舶摩擦阻力系数。 4.根据权利要求3所述的船舶污底监测评估方法，其特征在于：所述修正后的主机功率通过下式计算：Psc＝Ps-(Raa+Raw+Ras)·Vs/ηd；所述修正后的主机转速通过下式计算：其中Ps和Ns为修正前的初始主机功率和转速，Vs为船舶对水速度，ηd为船舶推进效率。 5.根据权利要求4所述的船舶污底监测评估方法，其特征在于，所述步骤四的具体步骤为： A、首先通过船舶多载况模型试验得到船舶性能基准，包含船舶不同吃水、纵倾下的船舶主机功率、转速和船舶航速； B、利用船舶性能基准，对与监测的船舶性能数据同工况下的船舶理想性能数据进行插值计算，即计算相同艏艉吃水和航速下船舶的理想主机功率Psi和转速Nsi； C、计算实际监测的修正后船舶功率与理想船舶功率的比值Cp，即Cp＝Psc/Psi；并利用该比值Cp进行船舶污底影响拟合计算； D、根据船舶的历史清污时间记录，对Cp值进行分组，两次清污之间为一组，对各组数据日期与Cp进行直线拟合，得到Cp随时间的变化情况，并给出评估结果。 6.一种船舶污底监测评估系统，其特征在于该系统包括：数据采集平台，用于采集包括船舶吃水、航速主机功率、航速主机转速、船舶对地航速、船舶对水航速、船舶舵角、船舶首向角、船舶运动、航行环境在内的船舶营运数据；数据筛选模块，用于对所述数据采集平台采集的船舶营运数据进行质量筛选，以去除跳动大和不稳定的低质量数据，以及对航行风浪环境、船舶状态进行筛选；环境因素修正模块，用于对数据筛选模块筛选后的数据进行处理，修正风、浪、流和水温对船舶性能的影响，以获得无风、无浪、无流、标准水温的理想情况下，包含污底影响的船舶性能数据；污底计算模块，用于基于环境因素修正模块修正后的船舶性能数据，与船舶性能基准对比，对两者的差距进行分析拟合，得到污底所造成的性能减低百分比值；当该值达到所述污底计算模块设定阈值，给出进坞清污建议。 7.根据权利要求6所述的船舶污底监测评估系统，其特征在于：所述数据筛选模块包括：时间分段处理单元，用于对该些船舶营运数据分别进行时间分段处理以转化为若干具有一个设定时长的固定时间段数据，由此将较高频率信号转为时间平均信号；标准差计算单元，用于计算所述固定时间段数据的标准差，并筛除标准差较大、稳定性较差的数据，包括但不限于：转速方标准差大于1转/分钟、航速方标准差大于0.5节、首向角方标准差大于3度、舵角标准差大于3度、风向角标准差大于15度的数据；同时筛除船舶运动较大的数据，包括但不限于：船舶的横摇角标准差大于20度，纵摇角标准差大于3度；绝对值和最大最小值计算单元，用于计算所述固定时间段数据的绝对值、最大最小值，筛除跳动大或失真的数据，包括但不限于：转速最大最小值之差大于3转/分钟，舵角的最大绝对值大于5度的数据；平均值计算单元，用于计算所述固定时间段数据的平均值；并对水深、风速、浪高、航速的平均值大小进行筛选，筛除浅水、风浪较大和航速较小的数据，包括但不限于：水深小于100米，航速小于8节，风速大于25节，浪高大于3米的数据。 8.根据权利要求7所述的船舶污底监测评估系统，其特征在于，所述环境因素修正模块包括：船舶风阻计算单元，用于根据公式计算船舶风阻；其中ρa为空气密度，Axv为船舶迎风面积，Caa为风阻系数，可以通过经验公式获得，或者使用类似船型的风洞试验数据，Vg为船舶对地速度，Vw为风速；波浪增阻计算单元，用于根据公式计算波浪增阻；其中ρs为水密度，H1/3为有义波高，B为船宽，Lbwl为水线面上船首至95％船宽处的距离；水温增阻计算单元，用于根据公式计算水温增阻，其中ρs为水密度，S为船舶湿表面积，Vs为船舶对水速度，Cf和Cf0分别为实际水温和15度水温对应船舶摩擦阻力系数；主机功率修正单元，用于通过公式Psc＝Ps-(Raa+Raw+Ras)·Vs/ηd计算修正后的主机功率；其中Ps和Ns为修正前的初始主机功率和转速，Vs为船舶对水速度，ηd为船舶推进效率；主机转速修正单元，用于通过公式计算修正后的主机转速。 9.根据权利要求8所述的船舶污底监测评估系统，其特征在于，所述污底计算模块包括：船舶性能基准插值单元，其内设置有基于船舶多载况模型试验所获得船舶性能基准数据，包含船舶不同吃水、纵倾下的船舶主机功率、转速和船舶航速；所述船舶性能基准插值单元用于基于所述船舶性能基准数据，对与监测的船舶性能数据同工况下的船舶理想性能数据进行插值计算，即计算相同艏艉吃水和航速下船舶的理想主机功率Psi和转速Nsi；无因次值Cp计算单元，用于计算实际监测的修正后船舶功率与理想船舶功率的比值Cp，即Cp＝Psc/Psi；并利用该无因次值Cp进行船舶污底影响拟合计算；拟合单元，用于根据船舶的历史清污时间记录，对Cp值进行分组，两次清污之间为一组，对各组数据日期与Cp进行直线拟合，得到Cp随时间的变化情况，并给出评估结果。 10.根据权利要求1-9任意一项所述的船舶污底监测评估方法或评估系统，其特征在于：所述固定时间段数据的设定时长为10分钟。
所属类别：	发明专利