本發(fā)明涉及疏浚，具體為一種lng(液化天然氣)雙燃料動力耙吸挖泥船智能能效管理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、國際上“去碳化”的節(jié)奏和措施力度在不斷加強(qiáng)，imo(海上環(huán)境保護(hù)委員會)通過marpol(國際防止船舶造成污染公約)修正案引入了船舶能效規(guī)則，首次確定了船舶能效設(shè)計指數(shù)eedi和船舶能效管理計劃seemp兩項船舶能效標(biāo)準(zhǔn)作為全球強(qiáng)制性的碳減排規(guī)則。

2、信息化、智能化是現(xiàn)代疏浚工程船舶的發(fā)展趨勢，也是衡量疏浚船舶先進(jìn)性的重要因素之一。隨著lng清潔能源在挖泥船上得到越來越多的應(yīng)用，對于船舶能效的監(jiān)測、管理、分析評估、輔助決策建議等方面提出了更高的要求。針對lng雙燃料耙吸挖泥船實際施工中，智能能效管理系統(tǒng)通過智能化手段實現(xiàn)能效優(yōu)化，提高能源效率，為挖泥船節(jié)能減排提供有效的技術(shù)手段。

3、因此，提供一種lng雙燃料動力耙吸挖泥船智能能效管理系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的缺陷而提供的一種lng雙燃料動力耙吸挖泥船智能能效管理系統(tǒng)及方法，提高了能源效率。

2、實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明之一的一種lng雙燃料動力耙吸挖泥船智能能效管理系統(tǒng)，包括：

4、lng能效在線智能監(jiān)測模塊，用于采集lng雙燃料耙吸挖泥船主要耗能設(shè)備的能效關(guān)鍵因子參數(shù)，形成統(tǒng)一的lng耙吸挖泥船能效數(shù)據(jù)字典；

5、智能能效分析評估模塊，用于根據(jù)lng耙吸挖泥船能效數(shù)據(jù)字典構(gòu)建工況識別模型、能效指標(biāo)計算模型、碳排放計算模型、能效等級模型和周期性能效分析模型，形成能效分析評估體系；

6、疏浚作業(yè)能效輔助決策模塊，用于根據(jù)土質(zhì)類型、設(shè)計挖深、施工參數(shù)和燃料消耗的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建萬方土能耗預(yù)測模型，通過尋優(yōu)算法，推薦疏浚施工作業(yè)參數(shù)組合；

7、航速智能優(yōu)化模塊，用于對調(diào)遣過程中和疏浚施工作業(yè)過程中的航速進(jìn)行優(yōu)化；

8、能效數(shù)據(jù)管理模塊，用于存儲并管理lng雙燃料耙吸挖泥船的各類數(shù)據(jù)。

9、優(yōu)選的，所述lng能效在線智能監(jiān)測模塊中，能效關(guān)鍵因子參數(shù)包括但不限于lng消耗量、油耗、功率、燃料切換狀態(tài)以及船舶浮態(tài)、疏浚施工作業(yè)和水域環(huán)境。

10、優(yōu)選的，所述智能能效分析評估模塊包括：

11、工況識別單元，用于根據(jù)耙吸挖泥船的工藝要求，通過構(gòu)建的工況識別模型識別施工參數(shù)，進(jìn)而辨別各種工作狀態(tài)，其中，工作狀態(tài)分為挖泥、拋泥、航行、吹岸和其他五種狀態(tài)；

12、能效指標(biāo)計算單元，用于根據(jù)能效指標(biāo)計算模型對航次和lng耙吸挖泥船能效數(shù)據(jù)自動進(jìn)行能效指標(biāo)計算；

13、碳排放計算單元，用于根據(jù)碳排放計算模型對lng耙吸挖泥船的能效運(yùn)營指數(shù)eeoi和船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)cii進(jìn)行計算；

14、能效等級單元，用于根據(jù)能效等級模型對疏浚作業(yè)總體能耗級別進(jìn)行評估，顯示疏浚作業(yè)能耗水平級別，評估依據(jù)為萬方土能耗；

15、周期性能效分析單元，用于根據(jù)周期性能效分析模型統(tǒng)計單船次挖泥周期、挖拋周期、挖吹周期、航行周期的能耗，按照挖泥船船次、時間范圍自動分析計算各周期的能效指標(biāo)，通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)算法計算影響能耗的關(guān)鍵因子，最終形成能效報表。

16、優(yōu)選的，所述能效指標(biāo)計算單元中，能效指標(biāo)包括但不限于實時能耗、工況能耗、單位時長能耗、單位海里能耗和萬方土能耗，其中，

17、實時能耗主要包括主機(jī)、輔機(jī)、熱水加熱器的實時燃料消耗；

18、工況能耗是根據(jù)所述工況識別單元對挖泥、拋泥、航行、吹岸和其它五種工況分別進(jìn)行l(wèi)ng、油耗和點(diǎn)火油的燃油消耗量與時長；

19、單位時長能耗mtotal的計算是單船次總能耗m總和總作業(yè)時間t總之比如下所示：

20、

21、單位海里能耗mn指在航行階段每海里distance船舶的能耗mtotal，計算公式如下：

22、

23、萬方土能耗wd指挖掘土方量為10000方時消耗的lng或燃油量，計算公式如下：

24、

25、優(yōu)選的，所述碳排放計算單元中，

26、一個船次的能效運(yùn)營指數(shù)eeoi的計算公式為：

27、

28、式中，cfj為lng和燃油的co2排放因子，d為船舶航行里程，fcj挖泥船lng和燃油消耗總量，m土方量為單船次土方量，j為燃料種類；

29、一個船次的碳強(qiáng)度指標(biāo)cii的計算公式為：

30、

31、式中，w為運(yùn)輸做功，其計算公式如下：

32、w＝土方量×d。

33、優(yōu)選的，所述疏浚作業(yè)能效輔助決策模塊中，推薦疏浚施工作業(yè)參數(shù)包括但不限于挖泥航速、泥泵轉(zhuǎn)速、高壓沖水泵轉(zhuǎn)速、耙唇對地角度、溢流筒高度和最佳裝艙時間；

34、算法執(zhí)行分為兩步：

35、首先，通過建立基于時序數(shù)據(jù)驅(qū)動的lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)在線學(xué)習(xí)的萬方土能耗預(yù)測模型，將施工參數(shù)和萬方土能耗作為輸入輸出；

36、其次，根據(jù)粒子群尋優(yōu)算法以及適應(yīng)度函數(shù)對預(yù)測模型進(jìn)行反演計算，獲得特定外部環(huán)境下的最佳施工參數(shù)組合，實現(xiàn)基于萬方土能耗最優(yōu)為目標(biāo)的能效輔助決策。

37、優(yōu)選的，所述航速智能優(yōu)化模塊包括：

38、調(diào)遣航速優(yōu)化單元，用于根據(jù)重載航行、輕載航行過程中能效和航速歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的船舶航速-能效模型，再根據(jù)尋優(yōu)算法求解該模型能效最優(yōu)的理論航速點(diǎn)，自動計算剩余航行里程下的預(yù)計燃油消耗和預(yù)計到港時間；

39、疏浚施工航速優(yōu)化單元，用于根據(jù)過施工和能效數(shù)據(jù)構(gòu)建基于萬方土能耗最優(yōu)為目標(biāo)的航速優(yōu)化模型，然后通過尋優(yōu)算法計算出以萬方土能耗為尋優(yōu)目標(biāo)的最佳航速。

40、優(yōu)選的，所述能效數(shù)據(jù)管理模塊包括：

41、數(shù)據(jù)庫，用于存儲lng雙燃料耙吸挖泥船的各類數(shù)據(jù)，包括但不限于能效數(shù)據(jù)和指標(biāo)數(shù)據(jù)；

42、數(shù)據(jù)查詢單元，用于根據(jù)船舶名稱、船次或時間段自動查詢歷史數(shù)據(jù)；

43、報表生成單元，用于根據(jù)查詢到的能效數(shù)據(jù)、指標(biāo)數(shù)據(jù)形成能效報表，以.csv格式文件進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

44、本發(fā)明之二的一種lng雙燃料動力耙吸挖泥船智能能效管理方法，包括：

45、步驟s1，采集lng雙燃料耙吸挖泥船主要耗能設(shè)備的能效關(guān)鍵因子參數(shù)，形成統(tǒng)一的lng耙吸挖泥船能效數(shù)據(jù)字典；

46、步驟s2，根據(jù)lng耙吸挖泥船能效數(shù)據(jù)字典構(gòu)建工況識別模型、能效指標(biāo)計算模型、碳排放計算模型、能效等級模型和周期性能效分析模型，形成能效分析評估體系；

47、步驟s3，根據(jù)土質(zhì)類型、設(shè)計挖深、施工參數(shù)和燃料消耗的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建萬方土能耗預(yù)測模型，通過尋優(yōu)算法，推薦疏浚施工作業(yè)參數(shù)組合；

48、步驟s4，對調(diào)遣過程中和疏浚施工作業(yè)過程中的航速進(jìn)行優(yōu)化；

49、步驟s5，對lng雙燃料耙吸挖泥船進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，對能效數(shù)據(jù)和報表數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、導(dǎo)出和數(shù)據(jù)報表。

50、優(yōu)選的，所述步驟s1中，能效關(guān)鍵因子參數(shù)包括但不限于lng消耗量、油耗、功率、燃料切換狀態(tài)以及船舶浮態(tài)、疏浚施工作業(yè)和水域環(huán)境；

51、所述步驟s2包括：

52、步驟s21，根據(jù)耙吸挖泥船的工藝要求，通過構(gòu)建的工況識別模型識別施工參數(shù)，進(jìn)而辨別各種工作狀態(tài)，其中，工作狀態(tài)分為挖泥、拋泥、航行、吹岸和其他五種狀態(tài)；

53、步驟s22，根據(jù)能效指標(biāo)計算模型對航次和lng耙吸挖泥船能效數(shù)據(jù)自動進(jìn)行能效指標(biāo)計算；

54、步驟s23，根據(jù)碳排放計算模型對lng耙吸挖泥船的能效運(yùn)營指數(shù)eeoi和船舶碳強(qiáng)度指標(biāo)cii進(jìn)行計算；

55、步驟s24，根據(jù)能效等級模型對疏浚作業(yè)總體能耗級別進(jìn)行評估，顯示疏浚作業(yè)能耗水平級別，評估依據(jù)為萬方土能耗；

56、步驟s25，根據(jù)周期性能效分析模型統(tǒng)計單船次挖泥周期、挖拋周期、挖吹周期、航行周期的能耗，按照挖泥船船次、時間范圍自動分析計算各周期的能效指標(biāo)，通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)算法計算影響能耗的關(guān)鍵因子，最終形成能效報表；

57、所述步驟s3中，推薦疏浚施工作業(yè)參數(shù)包括但不限于挖泥航速、泥泵轉(zhuǎn)速、高壓沖水泵轉(zhuǎn)速、耙唇對地角度、溢流筒高度和最佳裝艙時間；

58、算法執(zhí)行分為兩步：

59、首先，通過建立基于時序數(shù)據(jù)驅(qū)動的lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)在線學(xué)習(xí)的萬方土能耗預(yù)測模型，將施工參數(shù)和萬方土能耗作為輸入輸出；

60、其次，根據(jù)粒子群尋優(yōu)算法以及適應(yīng)度函數(shù)對預(yù)測模型進(jìn)行反演計算，獲得特定外部環(huán)境下的最佳施工參數(shù)組合，實現(xiàn)基于萬方土能耗最優(yōu)為目標(biāo)的能效輔助決策；

61、所述步驟s4中，根據(jù)重載航行、輕載航行過程中能效和航速歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的船舶航速-能效模型，再根據(jù)尋優(yōu)算法求解該模型能效最優(yōu)的理論航速點(diǎn)，自動計算剩余航行里程下的預(yù)計燃油消耗和預(yù)計到港時間；

62、根據(jù)過施工和能效數(shù)據(jù)構(gòu)建基于萬方土能耗最優(yōu)為目標(biāo)的航速優(yōu)化模型，然后通過尋優(yōu)算法計算出以萬方土能耗為尋優(yōu)目標(biāo)的最佳航速。

63、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對lng雙燃料耙吸挖泥船動力設(shè)備的特殊性，通過對主機(jī)、輔機(jī)、熱水加熱器等主要耗能設(shè)備的lng、燃油、點(diǎn)火油等耗能數(shù)據(jù)以及船舶航行、水域環(huán)境、施工參數(shù)等參數(shù)的監(jiān)測，實時計算綜合能效、排放量、萬方土能耗等指標(biāo)，建立能效系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對挖泥船多工況進(jìn)行分析評估，提供疏浚作業(yè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的輔助決策建議，完成lng雙燃料耙吸挖泥船智能能效管理系統(tǒng)，提高了能源效率，為挖泥船節(jié)能減排提供有效的技術(shù)手段。