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原文传递一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法

专利名称：	一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法
摘要：	本发明公开了一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，该方法分成监测设备安装、设备数据采集与参数设定、船舶异常状态分级与确定、船舶综合安全风险判定四部分完成。针对危险要素对象确定了监测设备重点监控场所的差异化设置要求，涵盖了船舶安全事故的所有全链条风险因素，形成了船舶安全水平计算方法，避免了船舶安全的不合理、不准确的评估结论，有效解决了当前检查风险识别不准、效率低下等问题，使船舶运营公司、通航管理部门和应急救援部门识别评估载运危险货物船舶安全风险水平的能力得到显著提高，通过实现快速、精准、科学的分级预警为船舶异常或事故后的差异化应急处置工作提供了先进的技术支撑。
专利类型：	发明专利
申请人：	应急管理部天津消防研究所;交通运输部长江航务管理局
发明人：	张晋;刘晅亚;高云生;邢瑞泽;张义军;邓中辉;程赣军;刘欣
专利状态：	有效
申请日期：	2021-10-22T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111233584.3
公开号：	CN114118692A
代理机构：	天津中环专利商标代理有限公司
代理人：	王凤英
分类号：	G06Q10/06;G06Q10/08;G06Q50/30;G06K9/00;G;G06;G06Q;G06K;G06Q10;G06Q50;G06K9;G06Q10/06;G06Q10/08;G06Q50/30;G06K9/00
申请人地址：	300381 天津市南开区卫津南路110号;
主权项：	1.一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，所述预警方法分成监测设备安装、设备数据采集与参数设定、船舶异常状态分级与确定、船舶综合安全风险判定四部分完成，四部分步骤分别如下：一、监测设备安装 a、至少在船舶的驾驶室、机舱、泵舱、甲板、灭火控制室、主机操作台、通道、楼梯、出口、储藏室、厨房以及航道两岸和周边建筑物、锚地、港口装卸货区位置设置可见光摄像机； b、至少在船舶的机舱、泵舱、甲板、储藏室、烟囱排烟口以及航道两岸和周边建筑物、锚地、港口装卸货区位置设置红外热像仪； c、至少在船舶的每个货舱舱室或可移动罐柜分别设置液位传感器、压力传感器、温度传感器和浓度传感器； d、至少在驾驶室、机舱、灭火控制室、通道、楼梯和生活区分别设置感温火灾探测器、感烟火灾探测器和手动报警按钮；至少在机舱和泵舱内设置可燃气体探测器；船舶电气系统中的每个重要电气回路分别设置电气火灾监控设备； e、至少在消防水池、泡沫液罐分别设置液位传感器，消防给水系统和压力水雾系统的管道设置压力传感器，二氧化碳瓶组和七氟丙烷瓶组设置承重传感器，水泵控制柜和气体灭火控制箱分别设置开关量监测器； f、在船舷或甲板上分别设置激光雷达、加速度传感器、姿态传感器；二、设备数据采集与参数设定首先设定参数代码及相应的代码定义，参数代码及相应的代码定义见下表： a、可见光摄像机对采集图像中的人员进行人脸身份识别，若发现非注册备案人员随船，则相应第i个可见光摄像机的随船人脸识别对比结果SFRLSBi＝1，否则随船人脸识别对比结果SFRLSBi＝0； b、将载运危险货物船舶途径的航道按照天气、水文、通航条件划分航段等级，针对每个航段等级制定船舶航行至此航段时驾驶舱、机舱、灭火控制室和主机操作台应值班的人员值班表；位于驾驶舱、机舱、灭火控制室和主机操作台的可见光摄像机对相应场所内的人员进行人脸识别，若当时人员身份与相应航段等级的值班表不一致时，则相应第i个可见光摄像机的值班人脸识别对比结果ZBRLSBi＝1，否则值班人脸识别对比结果ZBRLSBi＝0； c、可见光摄像机对采集图像进行火焰特征识别，若发现有火焰出现，则相应第i个可见光摄像机的火焰识别结果HYSBi＝1，否则火焰识别结果HYSBi＝0； d、可见光摄像机对采集图像进行烟雾特征识别，若发现有烟雾出现，则相应第i个可见光摄像机的烟雾识别结果YWSBi＝1，否则烟雾识别结果YWSBi＝0； e、为每台红外热像仪设定预警温度阈值YJWDYZi和报警温度阈值BJWDYZi，当相应第i个红外热像仪监测到图像内的最高温度值ZGWDi≥预警温度阈值YJWDYZi时，温度预警状态WDYJZTi＝1，否则温度预警状态WDYJZTi＝0，当图像内的最高温度值ZGWDi≥报警温度阈值BJWDYZi时，温度报警状态WDBJZTi＝1，否则温度报警状态WDBJZTi＝0； f、根据载运危险货物船舶货舱舱室或可移动罐柜的储存空间高度设定货物液面最高高度HWZGGDi，当相应位置的第i个液位传感器采集到的当前货物液面高度HWYMGDi＞货物液面最高高度HWZGGDi时，货物液位报警状态HWYWBJi＝1，否则货物液位报警状态HWYWBJi＝0；货物装载率HWZZLi按照下式计算： g、根据载运危险货物船舶货舱舱室或可移动罐柜的壳体承压能力设定承压极限值CYJXZi，当相应位置的第i个压力传感器采集到的当前货物压力DQHWYLi≥0.8CYJXZi时，压力预警状态HWYLYJZTi＝1，否则压力预警状态HWYLYJZTi＝0；若当前货物压力DQHWYLi≥承压极限值CYJXZi时，压力报警状态HWYLBJZTi＝1，否则压力报警状态HWYLBJZTi＝0； h、根据船舶所载危险货物的理化性能，确定货物异常状态临界温度值YCLJWDi，当相应位置的第i个温度传感器采集到的当前货物温度DQHWWDi≥0.8YCLJWDi时，温度预警状态HWDYJZTi＝1，否则温度预警状态HWDYJZTi＝0；若当前货物温度DQHWWDi≥货物异常状态临界温度值YCLJWDi时，温度报警状态HWDBJZTi＝1，否则，温度报警状态HWDBJZTi＝0； i、根据船舶所载危险货物的理化性能，确定货物爆炸极限值BZJXZi，当第i个浓度传感器采集到的当前危险货物浓度值DQHWNDi≥0.2*BZJXZi时，浓度预警状态NDYJZTi＝1，否则浓度预警状态NDYJZTi＝0；若当前危险货物浓度值DQHWNDi≥货物爆炸极限值BZJXZi时，浓度报警状态NDBJZTi＝1，否则浓度报警状态NDBJZTi＝0； j、当任意一个感温火灾探测器、感烟火灾探测器或手动报警按钮发出报警时，则相应第i个感温火灾探测器、感烟火灾探测器或手动报警按钮的火灾报警状态HZBJZTi＝1，否则火灾报警状态HZBJZTi＝0； k、当任意一个可燃气体探测器发出报警时，则相应第i个可燃气体探测器的燃气泄漏状态RQXLZTi＝1，否则燃气泄漏状态RQXLZTi＝0； l、当任意一个电气火灾监控设备发出报警时，则相应第i个电气火灾监控设备的电气火灾状态DQHZZTi＝1，否则电气火灾状态DQHZZTi＝0； m、根据消防水池和泡沫液罐的尺寸规格以及消防系统的灭火剂设计用量，确定灭火剂最低液位高度MHJZDYWi，当相应位置的第i个液位传感器采集到的当前灭火剂液位高度MHJYWGDi<灭火剂最低液位高度MHJZDYWi时，则灭火剂液位报警状态MHJYWBJi＝1，否则灭火剂液位报警状态MHJYWBJi＝0； n、根据消防系统设计压力，确定管网相应位置的最小工作压力GWZXYLi，当该位置的第i个压力传感器采集到的当前系统工作压力XTGZYLi＜最小工作压力GWZXYLi时，则系统工作压力报警状态XFYLBJZTi＝1，否则系统工作压力报警状态XFYLBJZTi＝0； o、根据气瓶的自重和灭火剂重量，确定每个气瓶的初始气瓶重量CSQPZLi，利用该位置的第i个承重传感器采集到的当前灭火剂气瓶重量MHJQPZLi，按照下式计算灭火剂损失率MHJSSLi：根据船舶航行工况条件，确定灭火剂损失率阈值MHJSSYZi，当灭火剂损失率MHJSSLi≥灭火剂损失率阈值MHJSSYZiMHJSSYZi时，灭火剂重量报警状态MHJZLBJi＝1，否则灭火剂重量报警状态MHJZLBJi＝0； p、当相应位置的第i个开关量监测器监测到水泵控制柜或气体灭火控制箱处于手动状态时，控制方式状态KZFSZTi＝1，否则控制方式状态KZFSZTi＝0； q、根据船舶性能、货物危险性和航道条件，确定碰撞预警距离阈值PZYJYZ和碰撞报警距离阈值PZBJYZ，当相应位置的第i个激光雷达采集到的船舶与周边物体的距离CBZBJLi<碰撞预警距离阈值PZYJYZ时，则防碰撞预警状态FPZYJZTi＝1，否则防碰撞预警状态FPZYJZTi＝0；当周边物体的距离CBZBJLi＜碰撞报警距离阈值PZBJYZPZBJYZ时，则防碰撞报警状态FPZBJZTi＝1，否则防碰撞报警状态FPZBJZTi＝0； r、根据船舶建造的结构防撞性能，确定壳体防撞加速度阈值JSDYZ，当相应位置的第i个加速度传感器采集到的船舶航行加速度HXJSDi＞JSDYZ，则船舶碰撞报警状态CPZBJZTi＝1，否则船舶碰撞报警状态CPZBJZTi＝0； s、根据货物安装形式和积载固定强度，确定船舶姿态倾斜阈值ZTQXYZ，当相应位置的第i个姿态传感器采集到的船舶俯仰或翻滚倾斜角度FYFGJDi＞船舶姿态倾斜阈值ZTQXYZ时，则船舶姿态报警状态CZTBJZTi＝1，否则船舶姿态报警状态CZTBJZTi＝0；三、船舶异常状态分级与确定 a、将船舶异常状态CBYCZT由严重至轻微分为四级，分别为一级：应急联动处置级，二级：通航应急组织级，三级：企业远程监管级，四级：船舶自身排查级； b、根据船舶日常管理现状，确定身份异常状态阈值SFYCYZ，当0＜SFYCZT≤SFYCYZ时，船舶异常状态CBYCZT为四级，当身份异常状态SFYCZT＞身份异常状态阈值SFYCYZ时，船舶异常状态CBYCZT为三级；船上人员身份异常状态SFYCZT按下式计算： c、当船员值班异常状态ZBYCZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；船员值班异常状态ZBYCZT按下式计算： d、当重点场所温度预警状态CSWDYJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；重点场所温度预警状态CSWDYJZT按下式计算：当重点场所温度报警状态CSWDBJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为二级；重点场所温度报警状态CSWDBJZT按下式计算：重点场所温度预警状态CSWDYJZT的重点场所温度异常预警权重值α1和重点场所温度报警状态CSWDBJZT的重点场所温度异常报警权重值β1根据重点场所重要性和日常工况环境温度综合确定；重点场所温度异常状态CSWDYCZT按下式计算： CSWDYCZT＝α1·CSWDYJZT+β1·CSWDBJZT； e、当危险货物液位异常状态HWYWYCZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；危险货物液位异常状态HWYWYCZT按下式计算： f、当危险货物压力预警状态HWYLYJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为四级；危险货物压力预警状态HWYLYJZT按下式计算：当危险货物压力报警状态HWYLBJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；危险货物压力报警状态HWYLBJZT按下式计算：危险货物压力预警状态HWYLYJZT的危险货物压力异常预警权重值α2和危险货物压力报警状态的危险货物压力异常报警权重值β2根据危险货物和危险性船舶实际运输情况综合确定；危险货物压力异常状态HWYLYCZT按下式计算： HWYLYCZT＝α2·HWYLYJZT+β2·HWYLBJZT； g、当危险货物温度预警状态HWWDYJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为四级；危险货物温度预警状态HWWDYJZT按下式计算：当危险货物温度报警状态HWWDBJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；危险货物温度报警状态HWWDBJZT按下式计算：危险货物温度预警状态HWWDYJZT的危险货物温度异常预警权重值α3和危险货物温度报警状态HWWDBJZT的危险货物温度异常报警权重值β3根据危险货物危险性和船舶实际运输情况综合确定；危险货物温度异常状态HWWDYCZT按下式计算： HWWDYCZT＝α3·HWWDYJZT+β3·HWWDBJZT； h、当危险货物爆炸预警状态HWBZYJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为四级；危险货物爆炸预警状态HWBZYJZT按下式计算：当危险货物爆炸报警状态HWBZBJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；危险货物爆炸报警状态HWBZBJZT按下式计算：危险货物爆炸预警状态HWBZYJZT的危险货物爆炸异常预警权重值α4和危险货物爆炸报警状态HWBZBJZT的危险货物爆炸异常报警权重值β4根据危险货物危险性和船舶实际运输情况综合确定；危险货物爆炸异常状态HWBZYCZT按下式计算： HWBZYCZT＝α4·HWBZYJZT+β4·HWBZBJZT； i、根据货物液位、温度、压力、爆炸条件对安全风险的影响严重性，分别确定货物综合异常液位权重值α5、货物综合异常温度权重值β5、货物综合异常压力权重值λ5和货物综合异常爆炸权重值δ5；货物综合异常状态HWZHYCZT按下式计算： HWZHYCZT＝α5·HWYWYCZT+β5·HWYLYCZT+λ5·HWWDYCZT+δ5·HWBZYCZT； j、当图像火灾报警状态TXHZBJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为三级；图像火灾报警状态TXHZBJZT按下式计算：当系统火灾报警状态XTHZBJZT＝1时，船舶异常状态CBYCZT为三级，当系统火灾报警状态XTHZBJZT＝2时，船舶异常状态CBYCZT为二级，当系统火灾报警状态XTHZBJZT≥3时，船舶异常状态CBYCZT为一级；系统火灾报警状态XTHZBJZT按下式计算：当泄漏及电气报警状态XLDQBJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为四级；泄漏及电气报警状态XLDQBJZT按下式计算：图像火灾报警状态TXHZBJZT的图像火灾报警权重值α6、系统火灾报警状态XTHZBJZT的系统火灾报警权重值β6和泄漏及电气报警状态XLDQBJZT的泄漏及电气报警权重值λ6根据危险货物危险性和船舶实际运输情况综合确定；火灾事故异常状态HZSGYCZT按下式计算： HZSGYCZT＝α6·TXHZBJZT+β6·XTHZBJZT+λ6·XLDQBJZT； k、根据船舶日常管理现状，确定消防系统健康状态阈值JKZTYZ，当1≤XFXTJKZT＜JKZTYZ时，船舶异常状态CBYCZT为四级，当XFXTJKZT≥JKZTYZ时，船舶异常状态CBYCZT为三级；消防系统健康状态XFXTJKZT按下式计算： l、当船舶航行防碰撞预警状态HXFPZYJZT≥1时，船舶异常状态CBYCZT为四级；船舶航行防碰撞预警状态HXFPZYJZT按下式计算：当船舶航行异常状态CBHXYCZT≥3时，船舶异常状态CBYCZT为三级；船舶航行异常状态CBHXYCZT按下式计算： m、当通过步骤三中的a～l步骤直接认定的方法得出的船舶异常状态级别不一致时，以最高的船舶异常状态级别为准；四、船舶综合安全风险判定 a、从随船人员识别、船员值班识别、重点场所温度报警、货物异常情况、火灾报警、消防系统健康、船舶航行七个方面构建船舶风险要素向量FXYS，并根据每个风险要素以及发生概率和后果构建风险要素权重值向量QZ： b、根据船舶每个货舱舱室或可移动罐柜货物装载率HWZZLi，按照下式计算船舶综合装载指数CZHZZ： c、船舶综合安全风险ZHAQFX按照下式计算： ZHAQFX＝CZHZZ×(FXYS·QZ)； d、根据载运危险货物船舶的安全风险和管理实际，为船舶综合安全风险分级设置三个安全阈值：YZ1、YZ2、YZ3，且YZ3＜YZ2＜YZ1，按照下列判定规则确定船舶异常状态CBYCZT；当0＜ZHAQFX≤YZ3时，船舶异常状态CBYCZT为四级；当YZ3＜ZHAQFX≤YZ2时，船舶异常状态CBYCZT为三级；当YZ2＜ZHAQFX≤YZ1时，船舶异常状态CBYCZT为二级；当YZ1＜ZHAQFX时，船舶异常状态CBYCZT为一级； e、当通过公式计算或直接认定的方法得出的船舶异常状态级别不一致时，以最高的船舶异常状态级别为准。 2.根据权利要求1所述的一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，所述监测设备包括计算机以及分别与计算机相连的视频监控装置、货物监测装置、火灾报警装置、消防系统状态监测装置和航行状态监测装置；其中，所述视频监控装置包括若干个分别与计算机相连接的可见光摄像机和红外热像仪；所述货物监测装置包括若干个第一液位传感器、第一压力传感器、温度传感器、浓度传感器和第一数据采集器，每个第一液位传感器、第一压力传感器、温度传感器、浓度传感器分别与第一数据采集器连接，第一数据采集器与所述计算机连接；所述火灾报警装置包括若干个火灾报警控制器、感温火灾探测器、感烟火灾探测器、可燃气体探测器、手动报警按钮、电气火灾监控设备和用户信息传输装置，每个感温火灾探测器、感烟火灾探测器、可燃气体探测器、手动报警按钮、电气火灾监控设备和用户信息传输装置分别与火灾报警控制器连接，用户信息传输装置与所述计算机连接；所述消防系统状态监测装置包括若干个第二液位传感器、第二压力传感器、承重传感器、开关量监测器和第二数据采集器，每个第二液位传感器、第二压力传感器、承重传感器、开关量监测器分别与第二数据采集器连接，第二数据采集器与所述计算机连接；所述航行状态监测装置包括若干个激光雷达、加速度传感器、姿态传感器和第三数据采集器，每个激光雷达、加速度传感器、姿态传感器分别与第三数据采集器连接，第三数据采集器与所述计算机连接。 3.根据权利要求2所述的一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，设置于船舶上的可见光摄像机，其图像采集范围不小于可见光摄像机设置所在位置全部空间的60％；设置于船舶以外的可见光摄像机，其图像采集范围应全部覆盖航道、靠近航道的危险场所、锚地或装卸货区；可见光摄像机选择4mm-100mm范围内的定焦、广角或自动变焦镜头。 4.根据权利要求3所述的一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，设置于船舶的机舱、泵舱、甲板、储藏室的红外热像仪，其图像采集范围不小于红外热像仪设置所在位置全部空间的70％；设置于船舶烟囱排烟口处的红外热像仪，其镜头正对烟囱排烟口，且与烟囱排烟口距离不大于5m；设置于船舶以外的红外热像仪，其图像采集范围全部覆盖航道、靠近航道的危险场所、锚地或装卸货区；红外热像仪选择4mm-100mm范围内的定焦、广角或自动变焦镜头；红外热像仪的测温范围为-30℃-350℃。 5.根据权利要求4所述的一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，设置在货舱舱室或可移动罐柜中的第一液位传感器、第一压力传感器、温度传感器和浓度传感器的精度不低于±5％FS。 6.根据权利要求5所述的一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，在驾驶室、机舱、灭火控制室、通道、楼梯和生活区设置感温火灾探测器、感烟火灾探测器和手动报警按钮，其中感温火灾探测器、感烟火灾探测器的设置间距不大于30m；手动报警按钮的设置间距不大于25m。 7.根据权利要求6所述的一种监测载运危险货物船舶航行安全风险的预警方法，其特征在于，在船舷或甲板上分别设置的激光雷达、加速度传感器、姿态传感器，其中，激光雷达的测量半径不大于10m；加速度传感器的测量范围不大于20m/s2，姿态传感器的测量俯仰和翻滚范围分别不大于40°。
所属类别：	发明专利