1.本发明涉及船舶能耗技术领域，特别是涉及一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统。
背景技术：2.船舶的能耗是船舶经营的最大成本，船舶的主机、发电柴油机和锅炉，绝大部份均使用燃油，航运是碳排放量巨大的行业，船舶航线多变、工况受海上环境影响复杂多变，其主要能耗设备工况亦随之波动，船舶能耗与碳排放量精准计量并实现在线监测是难点；(1)单证核算+人工测量统计法：依据船舶《加油单》，人工测量计算填报的《24小时设备运行时间和油耗统计表》，由船级社进行核算和统计船舶年度燃油消耗和co2排放量；(2)质量流量计测量计算法：在船舶主机、发电机和锅炉的进回油管路上，安装同精度质量流量计，测量各设备的实际燃油消耗量，进而计算出船舶的co2排放量；(3)尾气碳含量测量计算法：在船舶的主机、发电机和锅炉的尾气排放管道上，安装尾气co2的浓度探测装置，依据设定的设备尾气流量推算co2排放量.
3.船舶碳排放监测现有技术缺陷：(1)单证核算+人工测量统计法存在缺陷：船舶《加油单》与实际加装燃油的品种和数量之真实性无法有效印证，船舶燃油舱柜众多，结构复杂，在海上环境下，人工无法精准测量计算燃油实际消耗量，此种方法计算出的船舶碳排放量受人为因素影响大，不准确，不具有的公信力；(2)质量流量计测量计算法存在缺陷：质量流量计在稳定的环境和介质下，可以精确测量计算出船舶的实际能耗与co2排放量，并实现在线监测，实船效用试验结果是质量流量计，无法适应船舶燃油温度、粘度不稳定和安装环境存在高频震动的问题，其测量数据误差大、波动率高，无法实现船舶能耗与co2排放量精准计量和监控；(3)尾气碳含量测量计算法：此方法移植自陆上火力发电厂的动力装置碳放监测技术，因为船舶的动力设备工况是多变的，此技术难于应用在船舶能耗和碳排放监测方面。
技术实现要素：4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，用于解决现有技术中因测量数据误差大导致测量结果不准确的问题。
5.本发明提供一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，包括：传感器单元、数据处理单元和大数据处理单元；所述传感器单元分别与数据处理单元和大数据处理单元连接，所述传感器单元用于检测船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据；所述数据处理单元与大数据处理单元连接，所述数据处理单元用于处理船舶上燃油存量的数据，并将处理后的船舶上燃油存量的数据进行存储并传输给大数据处理单元；所述大数据处理单元用于接收数据处理单元处理的船舶上燃油存量的数据、船舶航行的数据和船舶设备工况的数据，并应用大数据拟合和数据孪生技术，建立船舶处于不同状态和海
况以及主要机电设备在不同工况下的燃油消耗与和co2排放量的数学模型，输出船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线。
6.本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及效果在于：通过传感器单元能够检测出船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据，数据处理单元能够处理船舶上燃油存量的数据，并将处理后的船舶上燃油存量的数据进行存储并传输给大数据处理单元，大数据处理单元用于接收数据处理单元处理的船舶上燃油存量的数据、船舶航行的数据和船舶设备工况的数据，并应用大数据拟合和数据孪生技术，建立船舶处于不同状态和海况以及主要机电设备在不同工况下的燃油消耗与和co2排放量的数学模型，输出船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线，从而可以精准测量和计算船舶能耗和碳排量，实现了对船舶能耗和碳排量进行实时、在线、数字化、可视化监控与管理。
7.于本发明的一实施例中，所述传感器单元包括船舶航海仪器模块、船舶设备工况检测模块和船舶燃油舱柜监测模块，所述船舶航海仪器模块、船舶设备工况检测模块和船舶燃油舱柜监测模块与数据处理模块连接，所述船舶航海仪器模块用于检测船舶的行驶位置、实时航速、纵横倾角度、船艏向和各个时间水的流向、流速和风向、风速，所述船舶设备工况检测模块用于监测船舶主要机电耗油设备的工况，所述船舶燃油舱柜监测模块用于检测船舶燃油沉清柜和日用柜内燃油的实时液位值。
8.于本发明的一实施例中，所述船舶航海仪器模块包括：gps、计程仪、倾斜仪、风向风速仪和雷达，所述船舶设备工况检测模块包括：安装在船舶设备上的工况传感器，所述船舶燃油舱柜监测模块包括：液位传感器和温度传感器。
9.于本发明的一实施例中，所述数据处理单元包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和数据传输模块，所述数据采集模块分别与传感器单元、数据处理模块和大数据处理单元连接，所述数据处理模块与数据存储模块连接，所述数据存储模块与数据传输模块连接，所述数据传输模块与大数据处理单元连接，所述数据采集模块用于采集传感器单元传递过来的数据，所述数据处理模块用于处理处理船舶上燃油存量的数据，所述存储模块用于存储处理后的船舶上燃油存量的数据，所述数据传输模块用于将处理后的船舶上燃油存量的数据传输给大数据处理单元。
10.于本发明的一实施例中，所述大数据处理单元包括岸基服务器，所述岸基服务器与数据处理单元连接，且所述岸基服务器与终端显示器连接，所述岸基服务器用于计算船舶能耗和碳排量，且还生成在线监测数据监控曲线，且所述岸基服务器还用于将计算出的船舶能耗、碳排量和生成的在线监测数据监控曲线传输给终端显示器。
附图说明
11.图1是本发明第一实施方式的基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统示意图；
12.图2是本发明第二实施方式的基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统示意图；
13.图3是本发明第三实施方式的基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统示意图；
14.图4是本发明第四实施方式的基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统示意图；
15.图5是本发明中设备在不同负荷下耗油率曲线图；
16.图6是本发明中同一航速在不同纵倾状况下耗油率曲线图；
排放量的数学模型，输出船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线。
24.本发明的第二实施方式同样涉及一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，如图2所示，主要改进之处在于：本实施方式对传感器单元做了进一步限定，传感器单元包括船舶航海仪器模块、船舶设备工况检测模块和船舶燃油舱柜监测模块，船舶航海仪器模块、船舶设备工况检测模块和船舶燃油舱柜监测模块与数据处理模块连接，船舶航海仪器模块用于检测船舶的行驶位置、实时航速、纵横倾角度、船艏向和各个时间水的流向、流速和风向、风速，船舶设备工况检测模块用于监测船舶主要机电耗油设备的工况，船舶燃油舱柜监测模块用于检测船舶燃油沉清柜和日用柜内燃油的实时液位值，船舶航海仪器模块包括：gps、计程仪、倾斜仪、风向风速仪和雷达，船舶设备工况检测模块包括：安装在船舶设备上的工况传感器，船舶燃油舱柜监测模块包括：液位传感器和温度传感器。
25.在实际运用中，gps、计程仪、倾斜仪、风向风速仪和雷达是安装在船舶上的，船舶主要机电耗油设备为主机、发电机、锅炉和气发生器，在主机、发电机、锅炉和气发生器均安装有工况传感器，液位传感器和温度传感器是安装在船舶燃油沉清柜和日用柜内，船舶航海仪器模块内的各个装置可以检测船舶的行驶位置、航速、纵横倾角度和各个时间水的流向、流速和风向、风速，船舶设备工况检测模块内的各个装置可以监测船舶主要机电耗油设备的工况，船舶燃油舱柜监测模块内的液位传感器可以检测船舶燃油沉清柜和日用柜内燃油的实时液位值，并且能够按每秒60次的频率测量计算出上述燃油舱柜内的实时液位值。
26.本发明的第三实施方式同样涉及一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，如图3所示，主要改进之处在于：本实施方式对数据处理单元做了进一步限定，数据处理单元包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和数据传输模块，数据采集模块分别与传感器单元、数据处理模块和大数据处理单元连接，数据处理模块与数据存储模块连接，数据存储模块与数据传输模块连接，数据传输模块与大数据处理单元连接，数据采集模块用于采集传感器单元传递过来的数据，数据处理模块用于处理处理船舶上燃油存量的数据，存储模块用于存储处理后的船舶上燃油存量的数据，数据传输模块用于将处理后的船舶上燃油存量的数据传输给大数据处理单元。
27.在实际运用中，数据采集模块采集船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据，然后将采集到的船舶上燃油存量的数据传输给数据处理模块，数据处理模块以3分钟10800次的频率算出液位平均值，查表计算出上述舱柜的实时存量，然后在每分钟测量计算并比对一次，精准计算出船舶主要机电耗油设备单位时间内的燃油消耗量和co2排放量，然后将计算出的船舶主要机电耗油设备单位时间内的燃油消耗量和co2排放量传送到数据存储模块进行存储，然后通过数据传输模块将燃油消耗量和co2排放量传输给大数据处理单元。
28.本发明的第四实施方式同样涉及一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，如图4所示，主要改进之处在于：本实施方式对大数据处理单元做了进一步限定，大数据处理单元包括岸基服务器，岸基服务器与数据处理单元连接，且岸基服务器与终端显示器连接，岸基服务器用于计算船舶能
耗和碳排量，且还生成在线监测数据监控曲线，且岸基服务器还用于将计算出的船舶能耗、碳排量和生成的在线监测数据监控曲线传输给终端显示器。
29.在实际运用中，岸基服务器接收处理后的船舶上燃油存量的数据，也就是第三实施例中的数据处理模块计算出的处理后的船舶上燃油存量的数据，岸基服务器接收数据采集模块传递过来的船舶航行的数据和船舶设备工况的数据，然后岸基服务器应用大数据拟合和数据孪生技术，建立船舶在处于不同状态和海况(行驶位置、实时航速、纵横倾角度、船艏向、流向、流速、风向和风速)，以及船舶主要机电耗油设备在不同工况下(不同负荷或轴功率)的燃油消耗与和co2排放量的数学模型，输出船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线，船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线可以在终端显示器进行显示，从而便于工作人员进行查看。
30.综上所述，本发明通过传感器单元能够检测出船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据，数据处理单元能够处理船舶上燃油存量的数据，并将处理后的船舶上燃油存量的数据进行存储并传输给大数据处理单元，大数据处理单元用于接收数据处理单元处理的船舶上燃油存量的数据、船舶航行的数据和船舶设备工况的数据，并应用大数据拟合和数据孪生技术，建立船舶处于不同状态和海况以及主要机电设备在不同工况下的燃油消耗与和co2排放量的数学模型，输出船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线，从而可以精准测量和计算船舶能耗和碳排量，实现了对船舶能耗和碳排量进行实时、在线、数字化、可视化监控与管理。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
31.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
技术特征：1.一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，其特征在于，包括：传感器单元、数据处理单元和大数据处理单元；所述传感器单元分别与数据处理单元和大数据处理单元连接，所述传感器单元用于检测船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据；所述数据处理单元与大数据处理单元连接，所述数据处理单元用于处理船舶上燃油存量的数据，并将处理后的船舶上燃油存量的数据进行存储并传输给大数据处理单元；所述大数据处理单元用于接收数据处理单元处理的船舶上燃油存量的数据、船舶航行的数据和船舶设备工况的数据，并应用大数据拟合和数据孪生技术，建立船舶处于不同状态和海况以及主要机电设备在不同工况下的燃油消耗与和co2排放量的数学模型，输出船舶能耗、碳排量的计算结果和在线监测数据监控曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，其特征在于：所述传感器单元包括船舶航海仪器模块、船舶设备工况检测模块和船舶燃油舱柜监测模块，所述船舶航海仪器模块、船舶设备工况检测模块和船舶燃油舱柜监测模块与数据处理模块连接；所述船舶航海仪器模块用于检测船舶的行驶位置、实时航速、纵横倾角度、船艏向和各个时间水的流向、流速和风向、风速，所述船舶设备工况检测模块用于监测船舶主要机电耗油设备的工况，所述船舶燃油舱柜监测模块用于检测船舶燃油沉清柜和日用柜内燃油的实时液位值。3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，其特征在于：所述船舶航海仪器模块包括：gps、计程仪、倾斜仪、风向风速仪和雷达，所述船舶设备工况检测模块包括：安装在船舶设备上的工况传感器，所述船舶燃油舱柜监测模块包括：液位传感器和温度传感器。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，其特征在于：所述数据处理单元包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和数据传输模块，所述数据采集模块分别与传感器单元、数据处理模块和大数据处理单元连接，所述数据处理模块与数据存储模块连接，所述数据存储模块与数据传输模块连接，所述数据传输模块与大数据处理单元连接；所述数据采集模块用于采集传感器单元传递过来的数据，所述数据处理模块用于处理处理船舶上燃油存量的数据，所述存储模块用于存储处理后的船舶上燃油存量的数据，所述数据传输模块用于将处理后的船舶上燃油存量的数据传输给大数据处理单元。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，其特征在于：所述大数据处理单元包括岸基服务器，所述岸基服务器与数据处理单元连接，且所述岸基服务器与终端显示器连接，所述岸基服务器用于计算船舶能耗和碳排量，且还生成在线监测数据监控曲线，且所述岸基服务器还用于将计算出的船舶能耗、碳排量和生成的在线监测数据监控曲线传输给终端显示器。
技术总结本发明提供一种基于物联网的船舶能耗与碳排量监测系统，包括：传感器单元、数据处理单元和大数据处理单元；所述传感器单元分别与数据处理单元和大数据处理单元连接，所述传感器单元用于检测船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据；所述数据处理单元与大数据处理单元连接；本发明的有益效果为：传感器单元能够检测出船舶航行的数据、船舶设备工况的数据和船舶上燃油存量的数据，数据处理单元能够处理船舶上燃油存量的数据，大数据处理单元可以应用大数据拟合和数据孪生技术，建立船舶处于不同状态和海况以及主要机电设备在不同工况下的燃油消耗与和CO2排放量的数学模型，从而可以精准测量和计算船舶能耗和碳排量。和碳排量。和碳排量。
技术研发人员：廖远忠 李瑞厅
受保护的技术使用者：上海舟翼机电设备有限公司
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/11/1
