LNG、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统、方法、介质

本发明涉及船舶，具体涉及一种lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统、方法和计算机存储介质。

背景技术：

1、传统的内河船舶存在污染较大的问题，lng、甲醇、氨双燃料船舶是内河航运实现“节能减排、智能船舶”等的重要途径。智能机舱技术通过对环境及机舱状态的多源信息感知与健康状态管理，是实现船舶续航能力与综合能效提升的关键技术，是未来船舶机舱发展的方向。

2、在相关现有技术中，lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶只能基于监测机舱内设备得到的数据对故障实现报警，通常，船员接到报警信号后，维修人员只能依据经验进行维修，降低了设备运行的可靠性和船舶运行的安全性。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的依据经验进行维修，导致降低设备的运行可靠性船舶的运行安全性的技术缺陷，从而提供一种可预警可辅助维修人员维修的lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的一种lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统，lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶智能机舱内设置有机舱待监测设备，所述lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统包括：机舱设备数据源，提供与所述机舱待监测设备的运行状态对应的除振动外各项数据；硬件采集单元，适于对所述机舱待监测设备中发电机和推进电机的转子进行振动数据采集，得到转子振动数据信号并响应召唤发送数据；数据库，存储由所述数据解析程序解析得到的所述解析数据以及故障状态数据以及所述故障点信息；数据解析程序，与所述硬件采集单元和所述机舱设备数据源分别连接通信，所述数据解析程序适于召唤所述硬件采集单元和所述机舱设备数据源发送数据，并对所述运行状态数据报文进行接收和解析，得到解析数据，所述数据解析程序随后将所述解析数据存入所述数据库中，并定期对所述数据库中数据进行备份；智能管理软件，与所述数据库通讯连接，所述智能管理软件调用所述数据库的所述解析数据用于状态监测，并利用所述智能故障诊断算法对所述解析数据进行故障诊断，得到故障诊断结果，所述智能管理单元根据所述故障诊断结果评估设备健康水平，并输出对应故障情况和相关维修建议。

3、可选地，所述硬件采集单元包括：信号调理模块，与所述数据采集转换模块连接，所述信号调理模块适于对所述转子振动数据信号进行硬件滤波、信号放大和积分处理，得到调理信号；数据采集转换模块，适于采集所述机舱待监测设备中发电机和推进电机的转子振动的模拟信号并对所述模拟信号进行信号a/d转换处理，并将a/d转换后的数据暂存在内部寄存器中；数据寄存通信模块，与所述数据采集转换模块连接并将其寄存器中存储的数据转存到所述数据寄存通信模块寄存器中，与所述数据解析程序连接通信，响应其读取命令并发送对应寄存器数据；

4、可选地，所述的lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统还包括传感器组件，所述传感器组件适于采集所述机舱待监测设备中发电机和推进电机的转子振动数据。

5、可选的，所述数据解析程序包括：数据通信，与所述机舱设备数据源和所述数据寄存通信模块连接通信，所述数据通信适用于进行协议报文的发送和接收；报文解析，适用于解析所述数据通信所接收到的报文，提取报文中所述运行状态和转子振动数据；数据存储，与所述数据库连接，所述数据存储适用于将所述报文解析得到的所述运行状态和转子振动数据存入所述数据库中；数据备份，与所述数据库连接，所述数据备份适用于定期备份所述数据库中存储的所述运行状态和转子振动数据，以便还原和查看历史数据；

6、可选地，所述智能管理软件包括：故障诊断，与所述数据库连接通信，所述故障诊断通过所述智能故障诊断算法对所述解析数据信号进行分析处理，得到所述故障诊断结果；健康评估，与所述故障诊断连接通信，所述健康评估根据所述故障诊断结果对所述机舱待监测设备的健康水平进行评估并给出所述相关维修建议。

7、可选的，所述智能故障诊断算法，通过采用局部均值分解lmd和多树小波包变换mtwpt改进的谱峭度图对所述解析数据进行有效分量提取重构和故障特征增强，得到由谱峭度图表示的二维特征，将一维特征和二维特征利用卷积神经网络cnn分别进行卷积然后特征融合，实现多维特征融合，最后进行分类处理。

8、其中，mtwpt由两个小波滤波器组组成，由变换的实部滤波器组与虚部滤波器组构成，可表示为：

9、

10、其中：表示小波包平移参数，和分别表示实部低通与高通滤波器，和分别表示虚部低通与高通滤波器，与分别表示在尺度上对应节点处的实部小波包系数与虚部小波包系数，和表示实部和虚部滤波器长度。

11、mtwpt输出分解小波为复合小波包：

12、

13、其中：与分别表示对应与的尺度函数。通过构造希尔伯特黄变换实现小波包单边解析。

14、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mi>η</mi><mi>i</mi></msup><mi>(</mi><mi>p</mi><mi>)</mi><mi>=</mi><mi>h</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mi>η</mi><mi>r</mi></msup><mi>(</mi><mi>p</mi><mi>)</mi></mrow><mo>]</mo></mrow></mstyle>

15、其中：<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>h</mi><mrow><mo>[</mo><mrow /><mo>]</mo></mrow></mstyle>表示希尔伯特黄变换。

16、为保证冗余，两个滤波器组中的低通滤波器要保持半个样本的延迟。

17、利用mtwpt完成信号分解，给分解得到的各个分量构建二维谱峭度图，得到二维特征。

18、其中，多维特征融合cnn，结合一维时域特征和二维谱峭度图特征，由多个卷积层与池化层交替构成模型：

19、

20、其中：表示第层特征图，表示第层权重矩阵，为卷积计算，表示第层偏移向量，表示激励函数。

21、在卷积之后，通过最大池化maxpool对特征图进行汇聚操作。

22、之后利用全连接层进行分类，表达式为：

23、

24、其中：表示损失函数，表示权值，表示共轭计算。

25、可选地，所述智能管理软件还包括：状态监测，所述状态监测与数据库连接通信，所述状态监测依据所述解析数据对所述机舱待监测设备进行实时状态监测； 监控日志，所述监控日志与所述数据库连接通信，所述监控日志适于将所述机舱待监测设备的所述运行状态数据和所述转子振动数据进行故障状态下突发故障数据存储于所述数据库中，且所述监控日志适于查看和调用所述数据库中的历史数据以及故障点信息。

26、可选地，所述数据库包括所述数据解析程序解析得到的正常运行状态下实时数据集、故障状态下突发故障数据存储数据集以及所述故障点信息。

27、本技术还提供了一种lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶智能机舱管理方法，采用上述的lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统，所述lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶智能机舱管理方法包括：采集机舱待监测设备中发电机和推进电机的转子振动数据信号；解析所述运行状态数据信号和所述转子振动数据信号，得到解析数据并存入数据库；调用所述数据库的解析数据并对所述解析数据进行故障诊断，得到故障诊断结果；根据所述故障诊断结果输出所述相关维修建议。

28、可选地，所述的lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶智能机舱管理方法还包括：根据所述解析数据对所述机舱待监测设备进行实时状态监测。

29、可选地，所述的lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶智能机舱管理方法还包括：将所述机舱待监测设备的所述运行状态数据和所述转子振动数据进行周期数据库备份和突发故障数据存储于数据库中；查看和调用所述数据库中的历史数据以及故障点信息。

30、本技术还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

31、本发明技术方案，具有如下优点：

32、1.本发明提供的lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统，通过硬件采集单元对机舱发电机和推进电机转子振动信号进行数据采集和数据调理，上位机通过通信协议召唤机舱设备数据源的运行状态数据和采集的转子振动数据进行解析和存储，得到解析数据，然后智能管理软件对所述解析数据进行分析处理，利用所述智能故障诊断算法进行故障诊断，从而得到故障诊断结果，并给出设备健康水平和相关维修建议，提出了智能化、无需采用人工经验的维修方案，提高了对lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶机舱的智能管理水平，提高了设备运行的可靠性和船舶运行的安全性。

33、2.本发明提供的lng、甲醇、氨燃料船舶智能机舱管理系统，通过数据库管理系统对数据进行分类保存迭代，提高了机舱的智能化水平，保障了设备的运行可靠和船舶的运行安全。

34、3.本发明提供的lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶智能机舱管理方法，通过对机舱设备状态的多元信息感知以及健康状态管理，提高了lng、甲醇、氨/柴油双燃料船舶的综合能效，实现了机舱设备运行状况的自我感知，提高了智能化水平，同时减少了由于经验维修而产生的经济损耗，实现视情维修，提高船舶运行的经济性。