本發(fā)明涉及沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)，是一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、內(nèi)河航運(yùn)既是我國(guó)綜合運(yùn)輸體系和水資源綜合利用的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化傳播、社會(huì)進(jìn)步等多方面，都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代以來(lái)，作為連接長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、上海城市建設(shè)以及沿海城市貿(mào)易的重要載體，其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)單元——沿海內(nèi)河船舶的作用至關(guān)重要，發(fā)揮著深化和保障國(guó)家重大戰(zhàn)略，推動(dòng)長(zhǎng)三角發(fā)展、江海聯(lián)運(yùn)建設(shè)等的重要作用。

2、隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造水平的提高，現(xiàn)代船舶越來(lái)越朝智能化、集成化方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)功能和任務(wù)需求也更加復(fù)雜多樣，因此對(duì)其安全性和可靠度提出了更加苛刻的要求，并且其維護(hù)和保障成本日益提高，同時(shí)由于系統(tǒng)本身具有時(shí)變性、惡劣運(yùn)行環(huán)境和外部等諸多因素影響，出現(xiàn)故障的概率也呈增加趨勢(shì)。船舶各系統(tǒng)一旦出現(xiàn)意外，便會(huì)造成龐大的人身和財(cái)產(chǎn)損失。

3、伴隨著檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)和運(yùn)籌決策理論的飛速發(fā)展，在航空、航天、航海等各個(gè)領(lǐng)域的工程系統(tǒng)日趨復(fù)雜，研發(fā)生產(chǎn)制造特別是運(yùn)維管理方面的成本投入越來(lái)越高。與此同時(shí),由于組成環(huán)節(jié)和影響因素的增加，系統(tǒng)發(fā)生故障概率逐漸增大。因此，高端裝備的視情維護(hù)和健康管理逐漸成為了船舶領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。視情維護(hù)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息及環(huán)境信息進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)，能夠提早發(fā)現(xiàn)故障信息，降低運(yùn)維成本，保證設(shè)備安全高效運(yùn)行。

4、然而，現(xiàn)有的視情維護(hù)系統(tǒng)多存在智能化程度不足、預(yù)測(cè)精度不高等問(wèn)題。因此，亟需提出一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)系統(tǒng)，針對(duì)沿海內(nèi)河船舶運(yùn)行環(huán)境與特點(diǎn)，降低船員勞動(dòng)強(qiáng)度，研究構(gòu)建沿海內(nèi)河船舶數(shù)字化智能化技術(shù)體系，突破內(nèi)河航運(yùn)環(huán)境下的“船-岸-云”人機(jī)共駕、設(shè)備運(yùn)行性能衰變預(yù)測(cè)與視情維護(hù)決策等關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明針對(duì)上述沿海內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展需求，本發(fā)明提供一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：船端視情維護(hù)系統(tǒng)、岸端輔助決策系統(tǒng)和船岸通訊系統(tǒng)；

4、船端視情維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)處理、智能分析、故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)、剩余壽命預(yù)測(cè)、制定維護(hù)計(jì)劃；

5、岸端輔助決策系統(tǒng)包括岸端遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)、手持式無(wú)線(xiàn)終端，進(jìn)行專(zhuān)家輔助決策；船岸通訊系統(tǒng)包括船端通信設(shè)備和岸端通信設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

6、優(yōu)選地，船端視情維護(hù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、智能分析模塊、預(yù)測(cè)決策模塊、維護(hù)執(zhí)行模塊；

7、數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)安裝在船舶設(shè)備上的傳感器，實(shí)時(shí)采集船舶設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、震動(dòng)參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊中；

8、數(shù)據(jù)處理模塊處理缺失值、異常值濾波、平滑等數(shù)據(jù)清洗處理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，使得處理后的數(shù)據(jù)能更好反映設(shè)備性能狀態(tài)，同時(shí)將處理后的數(shù)據(jù)分別發(fā)送至服務(wù)器與智能分析模塊中；

9、智能分析模塊基于二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，預(yù)測(cè)出設(shè)備的故障趨勢(shì)和剩余壽命；

10、預(yù)測(cè)決策模塊將智能分析模塊的結(jié)果與維護(hù)決策庫(kù)相結(jié)合，制定出最優(yōu)的維護(hù)計(jì)劃，包括維護(hù)時(shí)間、維護(hù)地點(diǎn)、維護(hù)內(nèi)容；維護(hù)執(zhí)行模塊根據(jù)預(yù)測(cè)決策模塊的計(jì)劃，自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)控船舶的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行維護(hù)操作，以確保設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

11、優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理方法以hampel濾波原理為基礎(chǔ)，根據(jù)船舶航行數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行時(shí)序性異常處理，從而剔除無(wú)效參數(shù)提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

12、優(yōu)選地，岸端遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取船舶運(yùn)行信息，當(dāng)船舶產(chǎn)生視情維護(hù)計(jì)劃時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程連線(xiàn)對(duì)話(huà)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家輔助決策功能。

13、優(yōu)選地，船岸通訊系統(tǒng)包括船端通信模塊和岸端通信模塊；船端通信模塊通過(guò)多頻段通信，同時(shí)支持多個(gè)通信頻段確保通信的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；

14、岸端通信模塊接收船端發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過(guò)解碼還原為原始數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給岸端輔助決策系統(tǒng)。

15、一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)方法，所述方法包括以下步驟：

16、數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)對(duì)船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除原始數(shù)據(jù)集中無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)、平滑噪聲數(shù)據(jù)，篩選掉與挖掘主題無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，處理缺失值、異常值等濾波、平滑數(shù)據(jù)清洗處理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；

17、智能分析模塊基于二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行特征值自適應(yīng)提取，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，計(jì)算出設(shè)備健康度，預(yù)測(cè)設(shè)備的故障趨勢(shì)和剩余壽命，并通過(guò)剩余壽命預(yù)測(cè)評(píng)估設(shè)備的健康狀況，判斷是否需要進(jìn)行維護(hù)。

18、優(yōu)選地，接收采集模塊的某一設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)將其劃分為一組長(zhǎng)度為n的數(shù)據(jù)，滑動(dòng)窗口的長(zhǎng)度設(shè)置為k，待識(shí)別數(shù)據(jù)xi；

19、計(jì)算待識(shí)別數(shù)據(jù)中位數(shù)mi，計(jì)算范圍為xi-k,xi-k+1,xi-k+2,l,xi,l,xi+k-2,xi+k-1,xi+k；

20、計(jì)算偏差絕對(duì)值中位數(shù)madi，計(jì)算范圍為|xi-k-mi|,l,|xi+k-mi|；

21、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)偏差σi，σi＝κ×madi，其中

22、識(shí)別數(shù)據(jù)xi，若|xi-mi|＞nσσi，則用mi代替xi進(jìn)行輸出，nσ為hampel設(shè)定閾值。

23、優(yōu)選地，通過(guò)前向傳播將數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練完畢的二維卷積模型中，模型將自動(dòng)學(xué)習(xí)并提取輸入數(shù)據(jù)的特征；在卷積層中，卷積核與輸入數(shù)據(jù)的局部區(qū)域進(jìn)行卷積運(yùn)算，得到該區(qū)域的特征表示；根據(jù)所得設(shè)備運(yùn)行特征，采用winner退化過(guò)程得到設(shè)備的性能退化模型，計(jì)算監(jiān)測(cè)設(shè)備健康度以此進(jìn)行船舶設(shè)備故障趨勢(shì)與剩余壽命的預(yù)測(cè)：

24、健康度計(jì)算公式通過(guò)下式表示：

25、

26、其中，為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與最優(yōu)解的加權(quán)距離，為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與最劣解之間的加權(quán)距離；

27、健康度以百分比形式展示，越遠(yuǎn)離100％越不健康，越接近100％說(shuō)明說(shuō)明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與最優(yōu)解越接近，越健康。

28、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實(shí)現(xiàn)一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)方法。

29、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)一種基于船岸協(xié)同的沿海內(nèi)河船舶視情維護(hù)方法。

30、本發(fā)明具有以下有益效果：

31、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：

32、本發(fā)明由船端視情維護(hù)系統(tǒng)、岸端輔助決策系統(tǒng)以及船岸通訊系統(tǒng)組成。船端視情維護(hù)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、智能分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)維護(hù)，降低維修成本，提高設(shè)備利用率。岸端輔助決策系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與專(zhuān)家支持提高了視情運(yùn)維決策的可靠性。船岸通訊系統(tǒng)保證了船岸協(xié)同維護(hù)，提高了視情維護(hù)的效率。

33、本發(fā)明將船舶視情維護(hù)過(guò)程數(shù)字化、智能化，使得視情維護(hù)過(guò)程更加直觀(guān)且高效，使用方法更加簡(jiǎn)單易學(xué)。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和智能分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)維護(hù)，降低維修成本，提高設(shè)備利用率，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的故障隱患，避免重大事故的發(fā)生。視情維護(hù)系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代信息處理技術(shù)對(duì)船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出其特征信息，從而描繪出運(yùn)維主體運(yùn)行特點(diǎn)和規(guī)律，構(gòu)建信息知識(shí)庫(kù)，依據(jù)實(shí)時(shí)傳輸獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)決策智能化，減輕維護(hù)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。本發(fā)明通過(guò)船岸通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)河航運(yùn)環(huán)境下的“船-岸-云”人機(jī)共駕體系，提高了視情運(yùn)維的可靠性。