一种船舶能效和排放的监控系统的制作方法

本发明涉及船舶工程，具体是涉及一种船舶能效和排放的监控系统。

背景技术：

1、在船舶工程技术领域，船舶能效管理与排放控制是实现绿色航运的关键环节。随着全球环保法规的日益严格，如国际海事组织（imo）对硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳等排放物的限制不断收紧，以及航运业节能降本需求的持续提升，对船舶运行过程中的能效指标和排放数据进行实时监控、精准分析并优化调控的需求愈发迫切。现有的船舶监控系统虽能实现部分数据的采集与显示功能，但在数据整合、智能分析及动态优化等方面仍存在一定的提升空间，如何通过系统化的技术手段实现船舶能效与排放的全流程闭环管理，成为行业亟待解决的重要课题。

2、当前，船舶能效和排放监控领域的现有技术主要存在以下问题与不足：一方面，数据采集的全面性和融合处理能力有待增强，传统系统往往难以高效整合船舶运行数据与外部环境数据，且对异常数据的识别与处理机制不够完善，导致能效指标和排放指标的计算精度受到影响；另一方面，在能效优化与排放控制环节，现有系统多依赖固定规则或人工干预，缺乏基于实时数据和历史数据的动态优化能力，难以根据船舶不同航行工况和区域排放要求自适应调整运行策略，同时在排放合规性管理方面，对法规标准的动态响应和提前预警功能不足，可能导致船舶在进入排放控制区时面临合规风险。此外，系统的集成化与智能化水平仍有提升空间，各功能模块之间的数据传输效率和协同工作能力需进一步优化。对此，我们提出了一种船舶能效和排放的监控系统。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种船舶能效和排放的监控系统，本技术方案解决了上述的数据采集全面性与融合处理能力不足，异常数据处理机制不完善，影响指标计算精度；能效优化和排放控制多依赖固定规则或人工，缺乏动态调整，难适应不同工况与区域排放要求；排放合规性动态响应和预警不足，系统集成与智能化水平有待提升的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种船舶能效和排放的监控系统，包括：数据采集模块、数据处理模块、监控模块和优化模块；

4、所述数据采集模块用于采集船舶运行数据和外部环境数据；

5、所述数据处理模块与数据采集模块连接，用于对采集到的数据进行预处理，去除异常数据并进行归一化处理，基于预处理后的数据计算船舶能效指标和排放指标；

6、所述监控模块与数据处理模块连接，用于实时显示船舶能效指标和排放指标，设置能效和排放阈值，当监测到的指标超过阈值时发出预警信号，同时存储历史数据并提供查询和分析功能；

7、所述优化模块与数据处理模块和监控模块连接，基于预设的能效优化规则和排放控制策略，结合实时数据和历史数据，生成船舶主机功率调整方案、燃油喷射策略优化方案、辅机运行组合优化方案，并将优化方案发送至船舶控制系统。

8、优选地，所述船舶运行数据包括：主机转速、螺旋桨扭矩、船舶航速、燃油消耗率、主机排气温度、辅机运行状态、锅炉负荷数据，所述外部环境数据包括风速、风向、海水温度、海浪高度；

9、所述能效指标包括船舶能效营运指数、主机燃油效率、辅机能耗利用率，所述排放指标包括硫氧化物排放量、氮氧化物排放量、二氧化碳排放量；

10、所述数据采集模块包括若干个传感器和数据接口；

11、所述若干个传感器分别安装在船舶主机、螺旋桨、燃油系统、辅机、锅炉以及船舶外部的桅杆和船舷位置，其中转速传感器安装在主机输出轴上用于采集主机转速，扭矩传感器安装在螺旋桨传动轴上用于采集螺旋桨扭矩，燃油流量传感器安装在燃油供给管路上用于采集燃油消耗率，温度传感器安装在主机排气管上用于采集主机排气温度，风速传感器和风向传感器安装在桅杆顶端用于采集风速和风向，海水温度传感器安装在船底进水口处用于采集海水温度，海浪高度传感器安装在船舷外侧用于采集海浪高度；

12、所述数据接口用于接收船舶现有导航系统和轮机监控系统发送的船舶位置、航向、主机运行参数数据。

13、优选地，所述数据处理模块包括：数据清洗单元、数据融合单元、能效计算单元和排放计算单元；

14、所述数据清洗单元用于对采集到的数据进行去噪处理，识别并剔除异常数据；

15、所述数据融合单元用于对多传感器采集的同类数据进行融合；

16、所述能效计算单元用于计算船舶能效营运指数、主机燃油效率和辅机能耗利用率；

17、所述排放计算单元用于计算硫氧化物排放量、氮氧化物排放量和二氧化碳排放量。

18、优选地，所述监控模块包括显示单元、预警单元和数据存储单元；

19、所述显示单元用于实时显示船舶能效指标、排放指标、船舶实时位置、主机运行状态和外部环境数据；

20、所述预警单元用于预设能效和排放阈值，当监测到的指标超过阈值时发出预警信号；

21、所述数据存储单元用于存储历史数据，包括船舶运行数据、环境数据、能效指标、排放指标和预警记录，并支持查询和导出。

22、优选地，所述优化模块包括：规则库、优化算法单元和方案生成单元；

23、所述规则库中存储船舶在不同航行工况和航行区域下的能效优化规则和排放控制策略；

24、所述优化算法单元用于以船舶能效最大化和排放最小化为目标函数，结合船舶当前状态数据搜索最优运行参数；

25、所述方案生成单元用于根据所述最优运行参数生成主机功率调整方案、燃油喷射策略优化方案和辅机运行组合优化方案。

26、优选地，还包括通信模块，所述通信模块用于实现数据采集模块、数据处理模块、监控模块和优化模块之间的数据传输，以及与船舶控制系统和远程监控中心的通信；

27、所述通信模块在系统内部采用工业以太网进行数据传输；

28、所述通信模块与远程监控中心通信时，通过卫星通信模块或4g/5g通信模块建立连接，用于上传船舶实时能效和排放数据，并接收更新的能效优化规则和排放控制策略。

29、优选地，所述显示单元还具有人机交互功能，用于接收操作人员输入的船舶参数，并显示优化方案的详细内容；所述监控模块用于根据操作人员的指令将优化方案发送至船舶控制系统或记录操作选择。

30、优选地，所述数据处理模块还包括能耗预测单元，所述能耗预测单元用于基于历史能耗数据、当前船舶运行状态和外部环境数据，预测船舶在未来一段时间内的燃油消耗量和能量需求，为优化模块提供依据。

31、优选地，所述优化模块还包括排放合规性检查单元，所述排放合规性检查单元用于存储排放法规和标准，根据计算得到的排放指标和船舶当前位置检查排放合规性，并在船舶即将进入排放控制区时生成符合该区域排放要求的优化方案。

32、优选地，还包括系统管理模块，所述系统管理模块用于对监控系统进行配置和管理，包括用户权限管理、传感器校准管理、系统软件更新管理和日志管理。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

34、本发明提出的船舶能效和排放的监控系统，通过全面采集船舶运行数据和外部环境数据，并进行高效融合处理，显著提升了能效指标和排放指标的计算精度，能基于实时数据和历史数据，动态调整船舶运行参数，生成最优化的主机功率调整方案、燃油喷射策略等，有效降低了燃油消耗和排放，提高了船舶能效，具备排放合规性检查功能，能根据船舶当前位置和排放法规，提前预警并生成符合排放要求的优化方案，避免船舶进入排放控制区时面临合规风险。