船舶油耗监测系统及其工程应用研究

摘要

近年来，随着网络通信技术和嵌入式开发技术的快速发展，船舶远程监控和船舶油耗的管理受到广泛的关注和研究。传统的燃油消耗监测方法由于统计误差大、信息反馈滞后等问题，难以满足航运业日益增长的管理需求。为了更好地进行能源管理、设备工况监测和航态分析，本文设计了基于物联网技术的船舶油耗监测系统，使得船舶能效管理更加精准化、智能化和网络化。　　首先，介绍了船舶监测技术的发展和研究近况。针对船舶航行期间的异常事件，提出了船舶瞬时燃油消耗指标。接着根据船、机、桨之间的匹配关系，确定影响船舶油耗的各类因素，构建出最佳的船舶油耗调度模型。　　其次，基于ZigBee无线传感器网络及北斗的无线通讯技术，设计出具有自适应功能的船舶油-机-环境系统的参数采集系统，能自动对监测网络进行优化调整;实现了物联网与海事通讯网络的联合数据传输。接着对油耗监测平台进行软件设计，主要包含基于Django web技术的服务器端代码构造、功能策划与模块实现。　　接着，分析和清洗收集的船舶燃油消耗数据，运用三次拟合模型以确认与船舶油耗密切相关的环境因子;接着使用人工神经网络对这些通航因子进行训练，把握通航因子和油耗变化潜在的关联，从而可以更好地掌握船舶燃油消耗的规律，为船舶操纵人员提供参考，制定更为合理的航行计划，达到船舶节能减排的目的。　　最终的实践分析结果表明，该油耗监测平台能够稳定运行并为用户和管理者提供船舶油耗的远程监控和管理，具有实际的应用价值。

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摘要

第一章引言

1．1课题背景

1．2国内外发展现状

1．3研究的目的和意义

1．4本文的主要工作与创新点

第二章船舶油耗模型的设计

2．1船舶油耗指标

2．2船舶瞬时油耗指标

2．3基于经验公式的船舶油耗模型

2．3．1船舶油耗模型

2．3．2船舶油耗模型的改进

2．4基于船舶油-机-环境系统的船舶油耗模型

2．5油耗模型的监测系统设计

2．6本章小结

第三章基于ZigBee的油耗数据收集网络设计

3．1系统油耗数据采集方案的选择

3．2基于ZigBee协议栈的节点通信

3．3基于ZigBee的数据采集节点设计

3．3．1流量传感器安装环境

3．3．2安装方案的确定

3．3．3专用流量数据采集器

3．3．4流量信号的修正

3．3．5通用数据采集器的设计

3．4基于北斗卫星的通信模块设计

3．5基于ZigBee的无线传感网络

3．6基于时间同步的自组网模式

3．7本章小结

第四章基于Django的油耗监测系统软件设计

4．1船舶油耗监测系统开发软件选择

4．1．1 Python框架技术

4．1．2基于Python的Django框架

4．1．3数据可视化

4．1．4系统总体架构设计

4．2数据库设计

4．3系统功能设计

4．3．1用户注册登录设计

4．3．2基于软件系统的油耗指标展示界面

4．4本章小结

第五章基于监测系统的船舶油耗模型建立与实用

5．1基于数据拟合的船舶静态油耗模型

5．1．1数据预处理

5．1．2基于典型环境因子的船舶油耗模型建立

5．2基于神经网络的船舶动态油耗模型

5．2．1神经网络方法

5．2．2动态油耗模型训练结果

5．3本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及成果