用于預(yù)測(cè)船只的性能的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用以產(chǎn)生預(yù)測(cè)船只的性能的模型的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。該方法包括步驟：借助于操作期間的與船只有關(guān)的因素與呈現(xiàn)依賴(lài)所述因素所取決于的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只性能的初始模型。在船只的操作期間從傳感器獲得測(cè)量以便產(chǎn)生將在模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。通過(guò)在所述模型中使用所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)而不是初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果。然后將該模擬結(jié)果與實(shí)際船只操作相比較。如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差超過(guò)定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)，則通過(guò)借助于新的測(cè)量反復(fù)地產(chǎn)生要在模型中使用的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的新集合來(lái)改進(jìn)此模型直至滿(mǎn)足定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行此類(lèi)方法和計(jì)算機(jī)程序的系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于預(yù)測(cè)船只的性能的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于預(yù)測(cè)船只的性能的方法和系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序。

【背景技術(shù)】
[0002]在遠(yuǎn)洋船中，使用例如油或有時(shí)天然氣之類(lèi)的燃料作為能源并使用柴油引擎作為主引擎。在大型海船中，可存在使船的發(fā)電機(jī)或主推機(jī)器旋轉(zhuǎn)的若干柴油引擎。燃料在港中或在航行期間通過(guò)燃料車(chē)(fuel tanker)輸送給海船。還可能存在可用的不同種類(lèi)的燃料和并行地且同時(shí)地驅(qū)動(dòng)的若干柴油引擎。
[0003]功率產(chǎn)生和推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)是用于連續(xù)調(diào)整、控制和監(jiān)視以便實(shí)現(xiàn)最佳效率的目標(biāo)。功率控制是船只的控制系統(tǒng)的基本部分。同樣地，控制推進(jìn)系統(tǒng)以通過(guò)使用可用電和/或初級(jí)能量(primary energy)來(lái)產(chǎn)生所需功率。然而，在實(shí)踐中，能量的充足性不如設(shè)備及其控制系統(tǒng)的效率那么關(guān)鍵。
[0004]通過(guò)控制船上的單獨(dú)設(shè)備的功率，可以高效地且經(jīng)濟(jì)地消耗能量。這例如適用于單獨(dú)推進(jìn)單元、泵送設(shè)備、照明和加熱設(shè)備及其他輔助設(shè)備。
[0005]與不同的燃料和設(shè)備有關(guān)的所有這些因素，包括燃料的價(jià)格、質(zhì)量和可用性，都影響海船的總能量效率，并且應(yīng)在船只的動(dòng)力設(shè)備(power plant)的優(yōu)化和配置中考慮在內(nèi)。
[0006]用于船上的調(diào)平(trim)和動(dòng)力設(shè)備配置的動(dòng)態(tài)優(yōu)化的當(dāng)前技術(shù)方案通常是基于在各種階段處要求人類(lèi)監(jiān)督的模型，或者依賴(lài)于基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或其他此類(lèi)設(shè)計(jì)相關(guān)靜態(tài)信息的模型。另外，此類(lèi)優(yōu)化模型當(dāng)前要求初始建模(流體動(dòng)力或數(shù)值)以及船體/推進(jìn)器老化或其阻力改變時(shí)的校準(zhǔn)或重新建模。模型的可靠性因此在一段時(shí)間內(nèi)退化，然后，它們對(duì)其節(jié)省成本的目的而言不再有用。
[0007]在WO公開(kāi)2011/161211中提出了用于基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的高效能量控制的技術(shù)方案的示例，其公開(kāi)了用于基于不同的輸入數(shù)據(jù)來(lái)控制海船中的能量消耗的方法和布置的示例，所述輸入數(shù)據(jù)諸如操作數(shù)據(jù)、路線數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)和不同的環(huán)境因素。還將與燃料本身有關(guān)的數(shù)據(jù)考慮在內(nèi)，例如燃料類(lèi)型、燃料成本等?；谝鸦谒鲚斎霐?shù)據(jù)而計(jì)算的預(yù)測(cè)來(lái)管理能量消耗設(shè)備的能量平衡。
[0008]WO公開(kāi)2007/017908提出了一種通過(guò)使得設(shè)計(jì)者可能采用幫助船的設(shè)計(jì)的工具來(lái)增加船只設(shè)計(jì)效率的設(shè)計(jì)工具。該設(shè)計(jì)工具還用來(lái)通過(guò)從傳感器接收信號(hào)并根據(jù)傳感器信息模擬操作來(lái)優(yōu)化操作中的船只的操作成本且相應(yīng)地調(diào)整能量系統(tǒng)。該公開(kāi)是鑒于僅依賴(lài)于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的技術(shù)方案的改進(jìn)，因?yàn)槠湟部紤]到傳感器信息以便在操作期間控制能量平衡。
[0009]本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)用于創(chuàng)建模擬模型本身并用于使用所創(chuàng)建的模型來(lái)改進(jìn)船只性能以便最小化燃料消耗的改進(jìn)方法和系統(tǒng)。
[0010]在本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)在申請(qǐng)正文中使用以下術(shù)語(yǔ)調(diào)平(TRM):縱向(俯仰)方向上的船只的浮動(dòng)傾度，即船只的船頭和船尾的下沉之間的差。
[0011]橫傾(LIST):橫向(滾轉(zhuǎn))方向上的船只的浮動(dòng)傾度。
[0012]吃水深度(DRAFT):船只的船身中部下沉。
[0013]浮動(dòng)位置(FLOATING POSIT1N):調(diào)平、吃水深度或橫傾或調(diào)平、吃水深度和橫傾的任何組合。浮動(dòng)位置影響船只的排量(di spIacement )、濕表面和水阻力。
[0014]動(dòng)力設(shè)備配置(POWER PLANT CONFI⑶RAT1N):不同功率發(fā)生和消耗設(shè)備(例如柴油發(fā)電機(jī)、軸發(fā)電機(jī)、廢熱回收系統(tǒng)等)之間的負(fù)載的共享/分配。
[0015]最優(yōu)動(dòng)力設(shè)備配置(OPTIMAL POWER PLANT CONFI⑶RAT1N):履行諸如燃料消耗、排放等優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的不同功率發(fā)生和消耗設(shè)備之間的負(fù)載的分配。
[0016]船只行為/船只性能(SHIP BEHAV1UR/SHIP PERFORMANCE):描述船只的實(shí)際功能，包括例如船只的移動(dòng)、能量消耗、燃料消耗以及排放。
[0017]船只操作(SHIP OPERAT1N):描述了船只的機(jī)動(dòng)和操舵及控制動(dòng)作以便驅(qū)動(dòng)引擎和電氣設(shè)備并使船只移動(dòng)。
[0018]船(VESSEL)與船只(SHIP)以同義詞方式使用
海洋狀況(SEA STATE):由浪高、波浪周期、波浪方向、涌浪、風(fēng)致波浪(wind-1nducedwave)等確定的海洋狀況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]借助于用以產(chǎn)生預(yù)測(cè)船只性能的模型的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。該方法包括步驟:借助于操作期間的與船只有關(guān)的因素與呈現(xiàn)依賴(lài)所述因素所取決于的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只性能的初始模型。在船只的操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果以便產(chǎn)生將在模型中使用的新的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。通過(guò)在所述模型中使用所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)而不是初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果。然后將該模擬結(jié)果與實(shí)際船只操作相比較。如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差超過(guò)定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)，則通過(guò)借助于新的測(cè)量結(jié)果反復(fù)地產(chǎn)生要在模型中使用的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的新集合來(lái)改進(jìn)此模型直至滿(mǎn)足定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。
[0020]用于預(yù)測(cè)船只性能的船只中的本發(fā)明的系統(tǒng)具有用以執(zhí)行上述方法的裝置。因此，該系統(tǒng)包括具有模擬船只性能的計(jì)算機(jī)模型的處理器單元。該模型定義關(guān)于船只操作的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的參數(shù)之間的關(guān)系。該模型具有用于學(xué)習(xí)所述因素與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的相關(guān)性的裝置、用于在船只的操作期間連續(xù)地獲得測(cè)量結(jié)果并用于將該測(cè)量結(jié)果用于產(chǎn)生將在模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)集合而不是早先在初始模型中使用的輸入?yún)?shù)的裝置、用于通過(guò)使用所述模型中的所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的新模擬結(jié)果的裝置、用于將優(yōu)化模擬結(jié)果與實(shí)際船只操作相比較的裝置以及用于更新初始模型以用作另一操作中的模型并進(jìn)一步更新該模型直至該模型滿(mǎn)足預(yù)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止的裝置。該系統(tǒng)還包括向處理器給出船只操作期間的測(cè)量結(jié)果的信號(hào)的傳感器。
[0021]本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在船只中的處理器單元中運(yùn)行并組成模擬船只的性能的模型。該模型定義關(guān)于船只性能的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的參數(shù)之間的關(guān)系。該程序執(zhí)行步驟:自動(dòng)地學(xué)習(xí)所述因素與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的相關(guān)性、在模擬中連續(xù)地使用新的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合而不是早先所使用的輸入?yún)?shù)，該新的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是在船只操作期間從來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的，并對(duì)其本身進(jìn)行更新直至其滿(mǎn)足預(yù)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具有從屬權(quán)利要求的特性。
[0023]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以例如用于船上能量產(chǎn)生的優(yōu)化或用于船只位置，諸如調(diào)平、吃水深度或橫傾的優(yōu)化。在前述情況下，用于模擬船只性能的模型模擬燃料消耗、能量消耗和能量產(chǎn)生，并且在后一種情況下，其根據(jù)浮動(dòng)位置來(lái)模擬船只推進(jìn)能量消耗。船只的調(diào)平被定義為船首和船尾的下沉之間的差，吃水深度被定義為船的下沉(在船身中部)，并且橫傾被定義為在船只的橫向方向上的永久傾角。
[0024]當(dāng)將本發(fā)明用于能量產(chǎn)生的優(yōu)化時(shí)，獲得告知船上的當(dāng)前狀況的測(cè)量，并且通過(guò)用能量?jī)?yōu)化模擬模型的模擬來(lái)找到具有最低能量需要的動(dòng)力設(shè)備配置。該動(dòng)力設(shè)備配置可以包括柴油引擎、柴油發(fā)電機(jī)、軸發(fā)電機(jī))、軸電動(dòng)機(jī)、廢熱回收系統(tǒng)以及用不同的燃料工作的機(jī)器和發(fā)電機(jī)等。本文中的動(dòng)力設(shè)備配置指的是不同功率發(fā)生設(shè)備之間的負(fù)載分配。
[0025]因此，該模型繼續(xù)改進(jìn)其本身直至其滿(mǎn)足預(yù)定義完成和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。停止標(biāo)準(zhǔn)可以包括例如針對(duì)信號(hào)的預(yù)期變化范圍相比較的輸入信號(hào)的變化范圍、與先前看到的數(shù)據(jù)相比較的新輸入數(shù)據(jù)的附加信息內(nèi)容、模型的預(yù)測(cè)性能、模型參數(shù)的統(tǒng)計(jì)顯著性、數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)顯著性等。該模型還監(jiān)視輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，諸如其基于預(yù)測(cè)和測(cè)量值之間的差的動(dòng)態(tài)來(lái)評(píng)估測(cè)量信號(hào)的可靠性以及輸入信號(hào)的行為。另外，可以由模型來(lái)監(jiān)視輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的相互相關(guān)性，并且如果測(cè)量輸入信號(hào)之間的相關(guān)性改變，則模型能夠基于測(cè)量歷史、當(dāng)前值來(lái)估計(jì)量。除估計(jì)之外，一旦已訓(xùn)練了模型，可能通過(guò)使用該模型來(lái)識(shí)別傳感器的故障。
[0026]在質(zhì)量控制中，監(jiān)視測(cè)量之間的關(guān)系、測(cè)量的特有動(dòng)態(tài)和測(cè)量的物理變化。這可以借助于例如船只的速度來(lái)舉例說(shuō)明。船只是非常大的整體，并且其速度不能非常快速地改變。該模型可通過(guò)將速度測(cè)量與船只的先前狀態(tài)和其他測(cè)量相比較來(lái)將不可能的變化和無(wú)意義的變化或被定義成過(guò)大的差異考慮在內(nèi)并且決定該測(cè)量是否能夠信任。如果該測(cè)量不能信任，則模型可以決定例如將其忽略。
[0027]另一示例與測(cè)量誤差有關(guān)。船只的最大速度是已知的，并且如果測(cè)量值例如超過(guò)它，則其可能是物理上不可能的值并可以從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中刪除。通過(guò)使用該模型，可以忽略這些測(cè)量，或者可以基于來(lái)自其他測(cè)量、先前值、描述測(cè)量的關(guān)系的信息和動(dòng)態(tài)而將其估計(jì)為是某個(gè)其他值。
[0028]將被用于動(dòng)力設(shè)備的實(shí)際配置的模擬船只性能的模型是非常復(fù)雜的，因?yàn)槠淙Q于很多的因素。某些因素可能受到影響，因?yàn)樗鼈兩婕坝糜诓僮鞔坏脑O(shè)備，并且在本文中稱(chēng)為動(dòng)態(tài)因素。
[0029]在創(chuàng)建模型中要考慮的靜態(tài)因素可例如與船只的構(gòu)造和設(shè)計(jì)有關(guān)，并且在操作期間不再是可改變的。
[0030]例如，能量消耗、燃料消耗和能量產(chǎn)生以及由于船只的諸如調(diào)平、吃水深度或橫傾之類(lèi)的船浮動(dòng)位置而引起的附加能量消耗由靜態(tài)因素和可變動(dòng)態(tài)因素兩者確定。某些變量對(duì)于給定旅行而言可以是固定的，諸如路線及燃料的類(lèi)型和成本，在這種情況下其對(duì)于該特定旅行而言是靜態(tài)的。有時(shí)，這些變量可從用于給定旅行的初始計(jì)劃改變。
[0031]相對(duì)于動(dòng)態(tài)因素，它們并不是簡(jiǎn)單地由船只的設(shè)計(jì)確定，而是還受到船只操作期間的外部條件的影響，諸如天氣和海流、海洋深度、速度、排放目標(biāo)以及操作因素，例如橫傾和例如港口操作模式之類(lèi)的操作模式及開(kāi)放性操作模式驅(qū)動(dòng)或機(jī)動(dòng)操作模式的使用，其具有不同種類(lèi)的需求。其他因素包括例如路線、船只的速度、燃料成本和/或排放值。
[0032]在現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)方案中，基于估計(jì)消耗并借助于用于例如高效燃料消耗的模擬模型來(lái)管理和優(yōu)化不同設(shè)備的能量負(fù)載平衡，用于例如高效燃料消耗的模擬模型可以預(yù)測(cè)能量的需要并用來(lái)分配單獨(dú)能量消耗設(shè)備的負(fù)載。
[0033]本發(fā)明提供了一種自動(dòng)學(xué)習(xí)模擬模型，其通過(guò)利用傳感器信息在船只的操作期間在沒(méi)有人類(lèi)交互的情況下自動(dòng)地改進(jìn)其本身。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，該模型相對(duì)于單獨(dú)設(shè)備的能量消耗與外部條件之間的關(guān)系而連續(xù)地更新其本身并學(xué)習(xí)給定情況和不同設(shè)備的能量負(fù)載如何影響總?cè)剂虾湍芰肯摹?br> [0035]在另一實(shí)施例中，該模型相對(duì)于船只浮動(dòng)位置與外部和操作條件之間的關(guān)系而連續(xù)地更新其本身并學(xué)習(xí)給定情況如何影響船只位置以及由于浮動(dòng)位置的變化而引起的增加的阻力和能量消耗。該模型繼續(xù)改進(jìn)其本身直至其滿(mǎn)足預(yù)定義完成和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。停止標(biāo)準(zhǔn)可以包括例如針對(duì)信號(hào)的預(yù)期變化范圍相比較的輸入信號(hào)的變化范圍、與先前看到的數(shù)據(jù)相比較的新輸入數(shù)據(jù)的附加信息內(nèi)容、模型的預(yù)測(cè)性能、模型參數(shù)的統(tǒng)計(jì)顯著性、數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)顯著性等。
[0036]該模型被用于在模型已變得足夠好時(shí)改進(jìn)船只的操作，即當(dāng)其能夠比現(xiàn)有模型更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)總能量和燃料消耗或可變動(dòng)態(tài)因素之間的相互關(guān)系時(shí)。其在其滿(mǎn)足針對(duì)例如預(yù)測(cè)燃料和能量消耗(亦即通過(guò)使用測(cè)量作為輸入數(shù)據(jù)借助于模型而計(jì)算的)與船只的控制單元在整個(gè)旅行期間知道的實(shí)際燃料和能量消耗之間的允許差而設(shè)定的某些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)被取用。
[0037]該模型然后可以用來(lái)呈現(xiàn)用于應(yīng)如何相對(duì)于能量負(fù)載的分配或不同能量消耗設(shè)備的使用持續(xù)時(shí)間而改變動(dòng)力設(shè)備配置的建議和設(shè)定點(diǎn)。替代地，可以給出用于改變船只浮動(dòng)位置、諸如船只的調(diào)平的建議。
[0038]因此，本發(fā)明提供了一種用于創(chuàng)建模型的方法，該模型基于各種動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)例如能量消耗和燃料消耗，并通過(guò)利用供模型用于進(jìn)行決定的閾值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)連續(xù)地改進(jìn)其本身直至在給定公差內(nèi)滿(mǎn)足預(yù)置閾值質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。這樣，周期性地重新檢查模型性能。
[0039]與依賴(lài)于設(shè)計(jì)或理論數(shù)據(jù)或迷你級(jí)數(shù)據(jù)的現(xiàn)有技術(shù)方法相反，本發(fā)明的模型的自由參數(shù)是使用實(shí)際操作數(shù)據(jù)而估計(jì)的，或者模型可完全基于該實(shí)際操作數(shù)據(jù)。由于模型是自學(xué)習(xí)的，所以不需要人類(lèi)交互以估計(jì)模型以用于例如動(dòng)力設(shè)備配置和調(diào)平的優(yōu)化。
[0040]模型的自動(dòng)改進(jìn)是通過(guò)針對(duì)上述完成標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查而進(jìn)行的。并且，長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的質(zhì)量檢查是在沒(méi)有人類(lèi)交互的情況下進(jìn)行的。
[0041]本發(fā)明由于實(shí)際操作數(shù)據(jù)和更簡(jiǎn)單的燃料節(jié)省技術(shù)方案的使用而提供了更準(zhǔn)確的燃料節(jié)省優(yōu)化技術(shù)方案，由于模型的自我學(xué)習(xí)性質(zhì)，其并不是如此工作密集的。時(shí)域中的模型的變化等于系統(tǒng)的退化、改進(jìn)或保持。
[0042]接下來(lái)，借助于某些說(shuō)明性方案和實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，本發(fā)明不限于此。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1以框圖形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的第一示例實(shí)施例。
[0044]圖2呈現(xiàn)了本發(fā)明的第一示例實(shí)施例的流程圖。
[0045]圖3以框圖形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的第二示例實(shí)施例。
[0046]圖4呈現(xiàn)了本發(fā)明的第二示例實(shí)施例的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0047]圖1以框圖形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的第一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，將本發(fā)明用于預(yù)測(cè)船只上的能量消耗設(shè)備的能量平衡和燃料消耗，由此，模型根據(jù)動(dòng)力設(shè)備配置來(lái)模擬動(dòng)力設(shè)備的性能。
[0048]圖1圖示出船只的控制系統(tǒng)、船上條件以及能量產(chǎn)生和消耗及燃料消耗之間的交互性。控制系統(tǒng)包括用于模擬船只的性能的模型和能量?jī)?yōu)化功能，其在本發(fā)明中用來(lái)改進(jìn)模型并確定最燃料高效的動(dòng)力設(shè)備配置以產(chǎn)生當(dāng)前所需能量。
[0049]船只中的能量消耗設(shè)備是與推進(jìn)能量有關(guān)的那些，其職責(zé)是將船只從出發(fā)港移動(dòng)并引導(dǎo)至目的港。其他能量消耗設(shè)備部分地獨(dú)立于船只的移動(dòng)，諸如用于照明、泵送、加熱、冷卻、蒸汽產(chǎn)生以及用于船只操作的其他內(nèi)部過(guò)程的輔助設(shè)備。
[0050]與船只的能量消耗有關(guān)的若干因素和參數(shù)在船只的實(shí)際操作中以及船上的不同引擎和輔助設(shè)備上的能量負(fù)載的分配中被考慮在內(nèi)。
[0051]能量和燃料消耗由靜態(tài)因素和可變動(dòng)態(tài)參數(shù)兩者確定。靜態(tài)參數(shù)可與船只的設(shè)計(jì)或例如給定路線有關(guān)。
[0052]相對(duì)于動(dòng)態(tài)參數(shù)，能量和燃料消耗不僅由不同設(shè)備的相互作用確定，而且還受到船只操作期間的外部條件和操作參數(shù)的影響，外部條件諸如天氣、風(fēng)、海洋狀況、海流、海洋深度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、大氣壓、海水溫度，操作參數(shù)諸如推進(jìn)力和輔助設(shè)備的使用、約束、速度、排放目標(biāo)、操作小時(shí)以及操作模式，例如港中的驅(qū)動(dòng)、公海驅(qū)動(dòng)或機(jī)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，其具有不同種類(lèi)的需要。
[0053]在本發(fā)明中，創(chuàng)建用于模擬船只的性能的初始模擬模型。該模型定義在操作期間與船只有關(guān)的因素(諸如能量負(fù)載、燃料消耗和能量分配)與呈現(xiàn)所述因素所取決于的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系。用自學(xué)習(xí)機(jī)制來(lái)改進(jìn)初始模型，以便定義將在船只的操作期間使用的模擬模型。初始模型可以基于早先的知識(shí)，并且然后直接地基于船上收集的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建初始模型。
[0054]然后實(shí)現(xiàn)該初始模型以實(shí)時(shí)地模擬動(dòng)力設(shè)備的性能并改進(jìn)其本身直至其變得足夠好為止。一旦該模型滿(mǎn)足預(yù)定義質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則其開(kāi)始為用戶(hù)提供如何改變動(dòng)力設(shè)備配置以便節(jié)省燃料的指令。
[0055]圖1的框圖由表示機(jī)器、傳感器、控制和管理單元以及數(shù)據(jù)處理單元的方框組成。來(lái)自方框的箭頭描述方框的輸出且到方框的箭頭描述方框的輸入。
[0056]動(dòng)力設(shè)備I被安裝在船上以充當(dāng)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率的具有發(fā)電機(jī)的功率發(fā)生資源，以及其他可能的發(fā)電引擎，例如燃?xì)鉁u輪機(jī)、往復(fù)式柴油機(jī)和燃?xì)庖?、鍋爐或核反應(yīng)堆。作為副產(chǎn)物，動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生熱能，其能夠部分地從排氣和冷卻回路回收。
[0057]由功率管理系統(tǒng)2來(lái)平衡操作船只所需的分別地用附圖標(biāo)記7和8表示的功率/能量的需求和產(chǎn)生。
[0058]動(dòng)力設(shè)備I針對(duì)船只的需要產(chǎn)生所需功率，并產(chǎn)生用于推進(jìn)器的推進(jìn)功率。因此，動(dòng)力設(shè)備I向推進(jìn)系統(tǒng)和在圖1中表示為單元5的所有電功率消耗和輔助設(shè)備供應(yīng)7能量。
[0059]來(lái)自動(dòng)力設(shè)備I的信息將經(jīng)由信號(hào)和數(shù)據(jù)收集功能單元6被傳送至控制單元以獲得從負(fù)載點(diǎn)到可用功率的所有基本數(shù)據(jù)以便找到系統(tǒng)上的正確能量平衡。例如，判定能量產(chǎn)生設(shè)備的數(shù)目和負(fù)載共享以便在動(dòng)力設(shè)備配置中盡可能高效地產(chǎn)生所需功率。
[0060]控制單元包括用于基于從傳感器、能量?jī)?yōu)化單元3和功率管理系統(tǒng)2接收到的信號(hào)來(lái)模擬船只的能量和燃料消耗的模型4。
[0061]控制單元的功率管理系統(tǒng)2借助于動(dòng)力設(shè)備配置來(lái)控制船只的總功率產(chǎn)生和輸送，根據(jù)該配置，還確定不同設(shè)備上的能量負(fù)載的分配。
[0062]控制單元的功率管理系統(tǒng)2還可以覆蓋附加功能，諸如消耗設(shè)備在引擎和設(shè)備的啟動(dòng)和停止的做出決定總的功率泄處(shedding)(由于超過(guò)能量的可用量而將一部分分配斷開(kāi)連接)。
[0063]存在被連接到功率管理系統(tǒng)2的用戶(hù)接口，借助于該用戶(hù)接口，示出最佳動(dòng)力設(shè)備配置，如果在總能量平衡管理方面可能的話。如果期望的話，該優(yōu)化可以將安全限制和邏輯因素考慮在內(nèi)。功率管理系統(tǒng)2必須注意存在足夠的可用能量。優(yōu)化系統(tǒng)3建議用戶(hù)在當(dāng)前情況中應(yīng)如何操作動(dòng)力設(shè)備，并且用戶(hù)然后在現(xiàn)有功率管理系統(tǒng)中進(jìn)行改變。替代地，優(yōu)化系統(tǒng)3可以直接地向功率管理系統(tǒng)2給出最佳配置，其然后自動(dòng)地采取所需的動(dòng)作。
[0064]該控制單元還可以控制實(shí)際負(fù)載泄出分布(profile)和系統(tǒng)的負(fù)載泄出?？刂茊卧€將基于從動(dòng)力設(shè)備配置接收到的過(guò)程參考而高效地控制被連接到系統(tǒng)的輔助消耗設(shè)備。
[0065]能量?jī)?yōu)化3的功能由模擬模型4執(zhí)行。該模擬模型是基于燃料和能量消耗及動(dòng)力設(shè)備中的設(shè)備的使用而創(chuàng)建的，并且因此描述以不同的配置和設(shè)置產(chǎn)生所需功率/能量所需要的燃料量。
[0066]本發(fā)明目的在于借助于最佳動(dòng)力設(shè)備配置來(lái)操作船只，其力圖借助于從傳感器和系統(tǒng)接收到的信號(hào)和也被連續(xù)地改進(jìn)的模擬模型而被連續(xù)地改進(jìn)。
[0067]由優(yōu)化給出的最佳動(dòng)力設(shè)備配置基于例如關(guān)于路線、天氣、海洋和/或調(diào)度預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)9以及實(shí)際環(huán)境條件10，例如天氣、風(fēng)、海洋狀況、海流、海洋深度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、大氣壓和/或海水溫度。另外，考慮操作的約束，諸如不同操作模式下的所需自旋功率儲(chǔ)量以及機(jī)器的維護(hù)、故障或其他意外停機(jī)。
[0068]路線信息包括港口數(shù)據(jù)并給出關(guān)于從出發(fā)點(diǎn)至目的地的港口和這些點(diǎn)之間的任何中間點(diǎn)的可用信息。該控制單元在考慮輸入數(shù)據(jù)的情況下創(chuàng)建路線規(guī)劃，并計(jì)算海船在從出發(fā)點(diǎn)到終點(diǎn)的航行期間將面對(duì)的外力，并且借助于船只性能模型和船只的當(dāng)前操作來(lái)計(jì)算用于能量和燃料消耗的估計(jì)。
[0069]在模型中，還作為表示動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)而將操作條件11考慮在內(nèi)。這些在用于推進(jìn)和輔助系統(tǒng)以及排放目標(biāo)的第一手動(dòng)操作設(shè)置和基本負(fù)載中。其他可能操作條件包括例如速度數(shù)據(jù)、由定義海船或船只根據(jù)其進(jìn)行操作的特定細(xì)節(jié)的數(shù)據(jù)和指令組成的操作模式，比如例如公海模式或港口模式，如果這些能夠預(yù)先預(yù)測(cè)的話。此外，操作小時(shí)定義不同操作模式的持續(xù)時(shí)間及其序列，并且也可以在模型中使用。燃料成本給出要使用的燃料類(lèi)型和過(guò)程。
[0070]燃料/燃料質(zhì)量測(cè)量單元13具有可用燃料及其特性的信息以便找到最高效的操作方式。由該單元提供的信息使得引擎能夠以高效的方式進(jìn)行操作并將排放目標(biāo)考慮在內(nèi)。由燃料/燃料質(zhì)量單元13來(lái)監(jiān)視和顯示燃料消耗12以及將其記錄為信號(hào)以用于優(yōu)化
關(guān)于預(yù)報(bào)9、環(huán)境條件10、操作條件11的信息和燃料信息以及各種設(shè)備5的能量消耗和總能量消耗7是用傳感器或儀表經(jīng)由信號(hào)和數(shù)據(jù)收集功能單元6而收集到控制單元的。并且收集動(dòng)力設(shè)備I的操作和配置的信號(hào)。
[0071]描述船只的當(dāng)前行為的信號(hào)被用作將在嘗試找到用于動(dòng)力設(shè)備I的更好配置的連續(xù)能量?jī)?yōu)化3中使用的用于模擬模型4的部分輸入。
[0072]通過(guò)利用在船只的操作期間連續(xù)地收集的新鮮信息來(lái)連續(xù)地改進(jìn)模擬模型4。因此收集新鮮的預(yù)報(bào)信息9、關(guān)于環(huán)境條件的信息10、操作條件11、燃料13以及能量產(chǎn)生8，其由單元6指示并被饋送為輸入用于模型學(xué)習(xí)以及用于通過(guò)使用能量?jī)?yōu)化模擬模型4來(lái)執(zhí)行優(yōu)化3。
[0073]模型4可能還具有來(lái)自引擎的輸入(在圖中未示出)。來(lái)自引擎的輸入還由排放信息組成，由此，引擎的排放被輸入到模型，以便將排放與由規(guī)則或管理機(jī)構(gòu)設(shè)定的排放目標(biāo)相比較，并將排放的量限制在目標(biāo)值以下。該優(yōu)化還可以將排放目標(biāo)和約束考慮在內(nèi)。
[0074]用于被用于連續(xù)能量?jī)?yōu)化的模擬模型4的輸入由用于船只操作的當(dāng)前操作參數(shù)的信息和船上條件兩者以及環(huán)境條件測(cè)量和預(yù)報(bào)組成。船上條件的信息由在船只操作期間船上的信號(hào)形成傳感器且由單元6指示的信號(hào)給出。該信號(hào)直接地或通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)被處理器接收并被為了利用影響能量和燃料消耗的動(dòng)態(tài)參數(shù)的新鮮信息而創(chuàng)建的在系統(tǒng)中使用的模擬模型處理。
[0075]所獲得的信號(hào)表示在船只操作期間來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果并用于產(chǎn)生將在模擬模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。然后通過(guò)在模擬模型中使用所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的新模擬結(jié)果。然后將模擬結(jié)果與如上所述作為部分輸入而被接收的實(shí)際船只操作相比較。
[0076]如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異超過(guò)定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)，則通過(guò)重新定義負(fù)載的分配、燃料和能量消耗以及例如外部因素和與操作及排放有關(guān)的因素之類(lèi)的其他動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)之間的關(guān)系來(lái)改進(jìn)模型。
[0077]所述新輸入數(shù)據(jù)被能量?jī)?yōu)化模擬模型4考慮在內(nèi)以便進(jìn)行用于能量和燃料消耗的改進(jìn)的預(yù)測(cè)。如由傳感器給出的所述新輸入數(shù)據(jù)包括在創(chuàng)建初始模型時(shí)使用的相同種類(lèi)的輸入數(shù)據(jù)，即預(yù)報(bào)9、環(huán)境條件10、操作條件12、燃料13和能量產(chǎn)生8及來(lái)自引擎的效率曲線和排放。當(dāng)然，某些輸入數(shù)據(jù)可能未改變。能量?jī)?yōu)化模型可根據(jù)能量管理程序的修改而具有其他輸入，并且在某些實(shí)施例中，在模型中可能并不使用提到的所有這些輸入。所有變化都屬于本發(fā)明的范圍。
[0078]例如，可以將路線信息、調(diào)度和預(yù)報(bào)用于評(píng)估未來(lái)需要，因此以避免關(guān)掉單獨(dú)設(shè)備，但是當(dāng)僅針對(duì)瞬時(shí)功率需要而完成優(yōu)化時(shí)并不考慮這些因素。
[0079]可以通過(guò)改進(jìn)當(dāng)前動(dòng)力設(shè)備配置而在能量管理中利用在本發(fā)明中使用的模型。
[0080]影響系統(tǒng)級(jí)效率的推進(jìn)效率及推進(jìn)特征和現(xiàn)象被集成和建模在程序中?；谟赡M模型計(jì)算的預(yù)測(cè)，向控制單元建議能量平衡管理和可能的負(fù)載泄出以改進(jìn)動(dòng)力設(shè)備配置。
[0081]圖2呈現(xiàn)了本發(fā)明的第一實(shí)施例的流程圖。產(chǎn)生模擬用于船只的能量和燃料消耗的模型。在本實(shí)施例中，模型優(yōu)化高效的能量和燃料消耗以及能量產(chǎn)生。
[0082]在第一步驟I中，借助于操作期間的與船只有關(guān)的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入的參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬能量和燃料消耗的初始模型。所述參數(shù)由船只操作期間的外部條件、操作條件、能量產(chǎn)生、能量消耗、燃料消耗和動(dòng)力設(shè)備配置的信息組成。
[0083]在步驟2中，在船只的操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果以便產(chǎn)生將在模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。傳感器在操作期間連續(xù)地測(cè)量關(guān)于在步驟I中使用的所述參數(shù)信息的新鮮數(shù)據(jù)。關(guān)于這點(diǎn)的新鮮意指與早先被用作模型中的動(dòng)態(tài)輸入的先前參數(shù)值相比在時(shí)間上較晚測(cè)量的結(jié)果。
[0084]在步驟3中通過(guò)在所述模型中使用在步驟2中產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于動(dòng)力設(shè)備性能的模擬結(jié)果。這意味著通過(guò)使用所述模型中的輸入數(shù)據(jù)的新集合來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果。
[0085]然后將該模擬結(jié)果與在步驟4中作為部分輸入而接收到的當(dāng)前船只操作相比較。
[0086]如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異在步驟5中所考慮的用于質(zhì)量的定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則不再需要改進(jìn)模型，并且可以在步驟6中將最佳動(dòng)力設(shè)備配置的計(jì)算以及用于改進(jìn)動(dòng)力設(shè)備配置的指令發(fā)送到控制單元。
[0087]然后重復(fù)步驟3— 5直至滿(mǎn)足定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。
[0088]相對(duì)于例如總?cè)剂舷呐c能量產(chǎn)生設(shè)備之間的能量分配來(lái)針對(duì)適當(dāng)操作設(shè)置某些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和約束。并且，例如排放目標(biāo)對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和約束起到作用。
[0089]如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異在步驟5中所考慮的用于質(zhì)量的定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則不再需要改進(jìn)模型，并且可以在步驟6中將用于改進(jìn)動(dòng)力設(shè)備配置的指令發(fā)送到控制單元。
[0090]圖3以框圖形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的第二實(shí)施例。在本實(shí)施例中，將本發(fā)明用于船只浮動(dòng)位置，諸如調(diào)平優(yōu)化，由此該模型模擬船只的性能。
[0091]圖3圖示出船只的控制系統(tǒng)、船上條件以及船只浮動(dòng)位置之間的交互性?？刂葡到y(tǒng)包括用于模擬最佳船只浮動(dòng)位置的模型。這意味著調(diào)平、橫傾或吃水深度，即使在下文中為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)有時(shí)僅提到調(diào)平。
[0092]并且在被用于船只浮動(dòng)位置優(yōu)化的本發(fā)明的第二實(shí)施例中，船上信號(hào)被寄存。此類(lèi)信號(hào)可能包括天氣、波浪和海流數(shù)據(jù)以及路線和調(diào)度的信息。這些信號(hào)描述外部條件、例如吃水深度的操作參數(shù)、速度、穩(wěn)定器的使用、例如船體、推進(jìn)器和機(jī)器的設(shè)備條件及改變船只的縱向傾度、即調(diào)平所需的壓艙水的泵送有關(guān)的因素。并且，將推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信號(hào)考慮在內(nèi)，諸如軸功率、推進(jìn)器螺距等。
[0093]可以使用路線信息和天氣預(yù)報(bào)來(lái)改變調(diào)平或者不改變，即使當(dāng)前條件應(yīng)要求其。這是針對(duì)不同因素的評(píng)估的問(wèn)題。要改變調(diào)平花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，幾個(gè)小時(shí)。因此，在某些情況下保持當(dāng)前調(diào)平可能更好(更佳)，例如，當(dāng)目的地已關(guān)閉時(shí)。
[0094]路線信息和天氣、海流和海洋狀況預(yù)報(bào)可以作為附加信號(hào)幫助理解即將出現(xiàn)的條件。這防止在當(dāng)前調(diào)平對(duì)于即將出現(xiàn)的條件而言接近于最佳時(shí)的情況下防止調(diào)平改變，即使當(dāng)前條件應(yīng)要求改變調(diào)平。這是針對(duì)不同因素的評(píng)估的問(wèn)題。對(duì)于大型船只而言，要在調(diào)平方面進(jìn)行大的調(diào)整可能花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)槠淇梢砸蟊盟腿舾蓢嵉膲号撍?。因此，在某些情況下，例如當(dāng)目的地已關(guān)閉時(shí)，或者如果當(dāng)前調(diào)平在不久的將來(lái)的操作條件下變成最佳，則保持當(dāng)前調(diào)平可能更好(更佳)。
[0095]用所收集數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練該模型。監(jiān)視所收集數(shù)據(jù)和信息內(nèi)容的可用性和質(zhì)量，并在訓(xùn)練模型之前去除可能的錯(cuò)誤測(cè)量?？梢源嬖诨诒挥?xùn)練的早先知識(shí)的初始模型，或者然后該初始模型還基于在操作期間所收集的數(shù)據(jù)。
[0096]用包括如在圖中指示的質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊的學(xué)習(xí)機(jī)制來(lái)訓(xùn)練該模型。當(dāng)模型準(zhǔn)備好使用時(shí)，收集當(dāng)前情況的信息(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))，并且通過(guò)將模型用于優(yōu)化并可能由于優(yōu)化結(jié)果而改變船只浮動(dòng)位置來(lái)確定最佳調(diào)平(或最佳吃水深度或橫傾)?？梢栽趦?yōu)化中將改變調(diào)平(不是必需的)所需的能量考慮在內(nèi)。通過(guò)在船只內(nèi)從船頭側(cè)向船尾側(cè)或相反地泵送壓艙水或者接受更多壓艙水或向海中泵送壓艙水來(lái)改變調(diào)平。
[0097]并且，如果期望的話，可以在優(yōu)化中將安全和穩(wěn)定性極限7’考慮在內(nèi)。
[0098]在用戶(hù)接口 2’上為用戶(hù)示出了優(yōu)化結(jié)果。用戶(hù)然后可以基于穩(wěn)定性和安全檢查而通過(guò)使用壓艙控制系統(tǒng)2’來(lái)改變浮動(dòng)位置。還可能使壓艙系統(tǒng)自動(dòng)地改變浮動(dòng)位置。
[0099]壓艙控制系統(tǒng)2’被連接到船只系統(tǒng)I’，其在這里為公共塊，僅僅用以示出用于能量產(chǎn)生、輔助系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、操作和機(jī)動(dòng)設(shè)備、移動(dòng)阻力等的動(dòng)作，包括用以使船只在動(dòng)態(tài)條件下移動(dòng)的能量和用以在動(dòng)態(tài)條件下操作船只內(nèi)部過(guò)程的能量。
[0100]改變船只浮動(dòng)位置改變船只濕表面和船頭波形成，并且因此實(shí)現(xiàn)用以使船以期望速度移動(dòng)的從推進(jìn)系統(tǒng)需要的功率。推進(jìn)、輔助和電氣系統(tǒng)影響能量和燃料消耗，并且可能在船只浮動(dòng)位置的優(yōu)化中具有影響，并且因此在數(shù)據(jù)庫(kù)中收集信息。
[0101]用于模型改進(jìn)的信息將經(jīng)由信號(hào)和數(shù)據(jù)收集功能單元6’而被傳送至控制單元以獲得從加載點(diǎn)到可用功率的所有基本數(shù)據(jù)以便找到船只的最佳浮動(dòng)位置。
[0102]船只的控制單元包括用于模擬船只浮動(dòng)位置的模型4’以及控制船只浮動(dòng)位置的壓艙控制系統(tǒng)2’。根據(jù)來(lái)自壓艙控制系統(tǒng)2’進(jìn)行的優(yōu)化的指令來(lái)執(zhí)行用于操作船只浮動(dòng)位置的實(shí)踐過(guò)程和程序。
[0103]存在被連接到壓艙控制系統(tǒng)的用戶(hù)接口，如果在總體管理方面可能，則借助于該接口示出最佳船只浮動(dòng)位置。該優(yōu)化可以將安全極限考慮在內(nèi)。
[0104]由模擬模型4’來(lái)執(zhí)行船只浮動(dòng)位置優(yōu)化3’的功能?；谟绊懘桓?dòng)位置、能量消耗和設(shè)備使用的條件來(lái)創(chuàng)建模擬模型。
[0105]由用于壓艙控制系統(tǒng)的優(yōu)化給出的當(dāng)前船只浮動(dòng)位置基于預(yù)報(bào)9’實(shí)際環(huán)境條件10’(例如天氣、海流、風(fēng)、海洋狀況、海洋深度)和操作條件11’(例如速度、穩(wěn)定器、方向舵動(dòng)作、推進(jìn)器螺距、RPM、軸功率、燃料消耗以及吃水深度)以及設(shè)備條件5’(船體、推進(jìn)器推進(jìn)系統(tǒng)、引擎條件)兩者。
[0106]在模型4’中，還作為動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)將操作條件11’考慮在內(nèi)。這些在用于推進(jìn)和輔助系統(tǒng)、排放目標(biāo)以及約束的第一手動(dòng)操作設(shè)置和基本負(fù)載中。其他可能操作條件包括例如速度數(shù)據(jù)、由定義海船或船只根據(jù)其進(jìn)行操作的特定細(xì)節(jié)的數(shù)據(jù)和指令組成的操作模式，例如公海模式或港口模式，如果這些能夠預(yù)先預(yù)測(cè)的話。此外，操作小時(shí)定義不同操作模式的持續(xù)時(shí)間及其序列，并且也可以在模型中使用。燃料成本給出要使用的燃料類(lèi)型和過(guò)程。
[0107]燃料/燃料質(zhì)量單元13’具有可用燃料及其特性的信息且告知控制單元以便找到最高效的操作方式。
[0108]用傳感器或儀表經(jīng)由信號(hào)和數(shù)據(jù)收集功能單元6’向控制單元收集關(guān)于預(yù)報(bào)9’、環(huán)境條件10’、操作條件11’和燃料信息的信息。
[0109]使用船只的當(dāng)前操作作為用于模擬模型4’的部分輸入以在被交互地連接到模型4’的連續(xù)調(diào)平優(yōu)化中使用。作為調(diào)平的替代，可能優(yōu)化吃水深度或橫傾。
[0110]通過(guò)利用在船只的操作期間連續(xù)地收集的新鮮信息來(lái)連續(xù)地改進(jìn)模擬模型4’。因此，收集新鮮的預(yù)報(bào)信息9’、關(guān)于環(huán)境條件的信息10’、設(shè)備條件5’、操作條件11’、燃料5’以及推進(jìn)能量產(chǎn)生8’，其由單元6’指示并被作為輸入饋送以便由調(diào)平優(yōu)化模擬模型4’執(zhí)行優(yōu)化功能3’。
[0111]該信號(hào)直接地或經(jīng)由數(shù)據(jù)庫(kù)被處理器接收并被在利用影響例如能量消耗的動(dòng)態(tài)參數(shù)的新鮮信息而創(chuàng)建的系統(tǒng)中所使用的模擬模型來(lái)處理。
[0112]所獲得的信號(hào)表示在船只操作期間來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果并用于產(chǎn)生將在模擬模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。然后通過(guò)在模擬模型中使用所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果。然后將優(yōu)化的模擬結(jié)果與如上所述作為部分輸入而被接收的實(shí)際船只操作相比較。
[0113]如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異超過(guò)定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)，則通過(guò)重新定義能量消耗與船只阻力之間的關(guān)系以及例如外部因素和與操作及排放有關(guān)的因素之類(lèi)的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)模型。
[0114]所述新輸入數(shù)據(jù)被調(diào)平優(yōu)化模擬模型4’考慮在內(nèi)以便進(jìn)行改進(jìn)的預(yù)測(cè)。當(dāng)然，某些輸入數(shù)據(jù)可能未改變。該模型根據(jù)所使用的實(shí)施例可具有其他輸入，并且在某些實(shí)施例中，在模型中可能不使用所有這些輸入。所有變化都屬于本發(fā)明的范圍。
[0115]例如，可以將路線信息、調(diào)度和預(yù)報(bào)用于評(píng)估未來(lái)需要，從而避免可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)導(dǎo)致次最佳技術(shù)方案的控制動(dòng)作，但是當(dāng)僅針對(duì)瞬時(shí)功率需要而完成優(yōu)化時(shí)并不考慮這些因素。
[0116]圖4呈現(xiàn)了本發(fā)明的第二實(shí)施例的流程圖。產(chǎn)生預(yù)測(cè)與用于船只的能量消耗、燃料消耗和能量產(chǎn)生有關(guān)的操作參數(shù)的模型。在本實(shí)施例中，該模型優(yōu)化用于船只的最佳調(diào)平。
[0117]在第一步驟I中，借助于與船只的調(diào)平有關(guān)的因素與呈現(xiàn)取決于所述因素的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只性能的初始模型。所述參數(shù)由船只的操作期間的外部條件和操作條件的信息組成。該初始模型可以基于早先的知識(shí)，或者其可以基于在船只的操作期間所收集的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建。
[0118]在步驟2中，在船只的操作期間從傳感器獲得測(cè)量以便產(chǎn)生將在模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。傳感器在操作期間連續(xù)地測(cè)量關(guān)于在步驟I中使用的所述參數(shù)信息的新鮮數(shù)據(jù)。關(guān)于這點(diǎn)的新鮮意味著與早先被用作模型中的動(dòng)態(tài)輸入的先前參數(shù)值相比在時(shí)間上較晚測(cè)量的結(jié)果。
[0119]在步驟3中通過(guò)在所述模型中使用在步驟2中產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的新的模擬結(jié)果。這意味著在所述模型中通過(guò)使用輸入數(shù)據(jù)的新集合以便獲得能夠用所述新輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算的多個(gè)可能結(jié)果并通過(guò)選擇最接近于用于船只操作的設(shè)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果。
[0120]然后將該優(yōu)化的模擬結(jié)果與在步驟4中作為部分輸入而接收到的當(dāng)前船只操作相比較。
[0121]如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異超過(guò)在步驟5中考慮的針對(duì)質(zhì)量的定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)，則在步驟7中通過(guò)重新定義在操作期間與船只有關(guān)的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)改進(jìn)模型。
[0122]然后重復(fù)步驟3— 5直至滿(mǎn)足定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。
[0123]相對(duì)于例如總?cè)剂舷呐c能量產(chǎn)生設(shè)備之間的能量分配來(lái)針對(duì)適當(dāng)操作設(shè)定某些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和約束。并且，例如排放目標(biāo)對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和約束起作用。
[0124]如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異在步驟5中所考慮的用于質(zhì)量的定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則不再需要改進(jìn)模型，并且計(jì)算最佳浮動(dòng)位置以及可以在步驟6中將用于改進(jìn)調(diào)平的指令發(fā)送到控制單元。
[0125]本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的是可以將本發(fā)明用于對(duì)船只中的其他系統(tǒng)進(jìn)行建模。在圖1一4中，存在被建模且部分地基于操作期間的測(cè)量的具體系統(tǒng)。在第二實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)使船只移動(dòng)所需的能量有影響的壓艙系統(tǒng)來(lái)影響船只的浮動(dòng)位置。在第一實(shí)施例中，影響動(dòng)力設(shè)備的配置，其具有燃料消耗(或排放或其他目標(biāo))的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種用以產(chǎn)生預(yù)測(cè)船只的性能的模型的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括步驟 a)借助于操作期間的與船只有關(guān)的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只性能的初始模型， b)在船只的操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果以便產(chǎn)生將在模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合， c)通過(guò)在所述模型中使用所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)而不是初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)模擬船只的性能， d)將模擬結(jié)果與實(shí)際船只操作相比較， e)如果模擬結(jié)果與實(shí)際操作之間的差異超過(guò)定義的閾值標(biāo)準(zhǔn)，則改進(jìn)模型， f)重復(fù)步驟b)— e)直至滿(mǎn)足定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述模型被用于根據(jù)船只動(dòng)力設(shè)備配置來(lái)預(yù)測(cè)船只上的能量消耗設(shè)備的能量平衡和船只的燃料消耗，由此，其模擬船只動(dòng)力設(shè)備的性能，所述性能描述船只的能量消耗、燃料消耗和能量產(chǎn)生及設(shè)備之間的負(fù)載的分配及它們與外部和操作因素的關(guān)系。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述模型被用于根據(jù)船只浮動(dòng)位置、諸如船只的調(diào)平、吃水深度或橫傾來(lái)預(yù)測(cè)能量和燃料消耗，由此，其描述浮動(dòng)位置、能量和燃料消耗之間的關(guān)系及它們的與外部和操作因素的關(guān)系。
4.權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于另一步驟g)其中，當(dāng)滿(mǎn)足定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)通過(guò)利用在權(quán)利要求1的步驟b)中獲得的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化所述動(dòng)力設(shè)備配置。
5.權(quán)利要求1和3的方法，其特征在于另一步驟g)，其中，通過(guò)利用在權(quán)利要求1的步驟b)中獲得的新動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化船只浮動(dòng)位置。
6.權(quán)利要求1、2、3、4或5中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于通過(guò)重新定義模型中的關(guān)系以便獲得比先前的結(jié)果更接近于所述閾值標(biāo)準(zhǔn)的模擬結(jié)果來(lái)改進(jìn)步驟e)中的所述模型。
7.權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的方法，其特征在于表示動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的所述參數(shù)由船只操作期間的外部條件的信息組成，諸如天氣、風(fēng)、海洋狀況、海流、海洋深度、波浪、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、大氣壓和/或海水溫度。
8.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7的方法，其特征在于表示動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的所述參數(shù)由船只操作期間的操作條件的信息組成，諸如船只設(shè)備的操作設(shè)置，諸如推進(jìn)、輔助或機(jī)動(dòng)設(shè)備、用于推進(jìn)和輔助系統(tǒng)的基本負(fù)載、排放、約束、速度數(shù)據(jù)、操作模式和/或燃料信息。
9.權(quán)利要求1、3、5、6、7或8的方法，其特征在于表示操作期間的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的所述參數(shù)由船只操作期間的船只設(shè)備(例如，推進(jìn)、輔助和機(jī)動(dòng)設(shè)備)的操作條件和狀態(tài)的信息組成，諸如路線和調(diào)度、吃水深度、速度、穩(wěn)定器的使用、方向舵動(dòng)作、RPM、吃水深度、推進(jìn)器螺距以及例如船體、推進(jìn)器和機(jī)器的其他設(shè)備條件和與改變諸如調(diào)平之類(lèi)的船只位置所需的壓艙水的泵送有關(guān)的因素。
10.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的方法，其特征進(jìn)一步在于如果所獲得的測(cè)量被評(píng)估為是錯(cuò)誤的，則通過(guò)忽略測(cè)量或基于來(lái)自其他測(cè)量的信息和動(dòng)態(tài)、先前值和/或描述測(cè)量的關(guān)系來(lái)連續(xù)地監(jiān)視和估計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性以及模型質(zhì)量和建模結(jié)果。
11.一種用于預(yù)測(cè)船只的性能的船只中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a)處理器單元，其具有計(jì)算機(jī)模型，所述模型 一模擬船只的性能， 一定義關(guān)于船只性能的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的參數(shù)之間的關(guān)系， 一具有用于學(xué)習(xí)所述因素與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的相關(guān)性的裝置，并且具有 一用于在船只的操作期間連續(xù)地獲得測(cè)量并用于將該測(cè)量結(jié)果用于產(chǎn)生將在模型中使用的新動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合而不是早先在初始模型中使用的輸入?yún)?shù)的裝置， 一用于通過(guò)在所述模型中使用所述產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果的裝置， 一用于將優(yōu)化的模擬結(jié)果與實(shí)際船只操作相比較的裝置， 一用于更新初始模型以作為另一操作中的模型使用并進(jìn)一步更新模型直至該模型滿(mǎn)足預(yù)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止的裝置， b)傳感器，將船只操作期間的測(cè)量結(jié)果用信號(hào)發(fā)送到處理器。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于所述模型模擬動(dòng)力設(shè)備的性能，所述性能描述船只的能量消耗、燃料消耗和能量產(chǎn)生及設(shè)備之間的負(fù)載的分配及它們與外部和操作因素的關(guān)系O
13.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征在于所述模型被用于根據(jù)船只浮動(dòng)位置、諸如船只的調(diào)平、吃水深度或橫傾來(lái)預(yù)測(cè)船只的燃料或能量消耗，由此，其描述浮動(dòng)位置、能量和燃料消耗之間的關(guān)系及它們與外部和操作因素的關(guān)系。
14.權(quán)利要求11、12或13的系統(tǒng)，其特征在于模型具用于如果所獲得的測(cè)量被評(píng)估為是錯(cuò)誤的，則通過(guò)忽略測(cè)量或基于來(lái)自其他測(cè)量的信息和動(dòng)態(tài)、先前值和/或描述測(cè)量的關(guān)系來(lái)連續(xù)地監(jiān)視和評(píng)估測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性以及模型質(zhì)量和建模結(jié)果的裝置。
15.一種在船只中的處理器單元中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，由模擬船只的性能的模型組成，該模型定義與船只性能有關(guān)的因素與呈現(xiàn)所述因素所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的參數(shù)之間的關(guān)系，并執(zhí)行步驟 一自動(dòng)地學(xué)習(xí)所述因素與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的相關(guān)性， 一在模擬中使用新動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合而不是早先所使用的輸入?yún)?shù)，該新動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)從在船只操作期間來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生，以及 一更新其本身直至其滿(mǎn)足預(yù)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。
【文檔編號(hào)】G05D1/00GK104507793SQ201380040555
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】特沃 K. 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司