本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，特別是指一種基于智能監(jiān)測的組合船隊故障預(yù)警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，船舶故障預(yù)警主要依賴單船監(jiān)測系統(tǒng)，單船監(jiān)測系統(tǒng)通常采用傳感器采集發(fā)動機、動力系統(tǒng)、貨艙狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)，再通過船載計算機進行分析，當(dāng)檢測到異常時，系統(tǒng)觸發(fā)警報并進行檢查，對于常規(guī)船舶，這種方式可以有效減少突發(fā)故障，提高維護效率，但在組合船隊的應(yīng)用場景下，這種單船監(jiān)測模式存在局限性，可能無法適應(yīng)多船協(xié)同作業(yè)的復(fù)雜需求。

2、在組合船隊運行過程中，船舶之間通過機械—液壓連接裝置形成整體，各船舶的動力系統(tǒng)、載荷分布、航行狀態(tài)相互影響，當(dāng)組合船隊中的某一船舶發(fā)生故障時，其影響范圍不僅限于單船，可能對整個船隊的穩(wěn)定性和安全性造成連鎖反應(yīng)，例如，當(dāng)主推進船動力系統(tǒng)異常時，現(xiàn)有系統(tǒng)能夠及時預(yù)警，但無法檢測該故障對駁船航行軌跡、連接裝置受力情況等關(guān)鍵因素的影響，可能會導(dǎo)致推拉力分布不均，導(dǎo)致船舶偏航或者連接裝置損壞。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于智能監(jiān)測的組合船隊故障預(yù)警方法及系統(tǒng)，旨在解決背景技術(shù)中所提到的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種基于智能監(jiān)測的組合船隊故障預(yù)警方法，所述方法包括：

4、采集主推進船的動力數(shù)據(jù)及船隊的航向數(shù)據(jù)、航行數(shù)據(jù)和連接裝置數(shù)據(jù)，并對其進行預(yù)處理，去除冗余數(shù)據(jù)，統(tǒng)一量綱單位，得到船隊數(shù)據(jù)集；

5、通過對船隊數(shù)據(jù)集中的動力數(shù)據(jù)進行趨勢分析，計算主推進船的功率變化率和扭矩穩(wěn)定性，得到推進動力參數(shù)；

6、通過對船隊數(shù)據(jù)集中的航向數(shù)據(jù)進行分段分析，確定主推進船與駁船之間的航向一致性，并計算航向偏移角，得到航向變化參數(shù)；

7、通過對船隊數(shù)據(jù)集中的航行數(shù)據(jù)進行同步分析，計算主推進船與駁船之間的航速差值和船隊的航線差值，得到航行同步參數(shù)；

8、通過對船隊數(shù)據(jù)集中的連接裝置數(shù)據(jù)進行受力分析，確定船隊航行時對連接裝置的受力影響，得到連接受力參數(shù)；

9、根據(jù)推進動力參數(shù)、航向變化參數(shù)、航行同步參數(shù)和連接受力參數(shù)，確定船舶之間的狀態(tài)關(guān)系，得到船隊運行狀態(tài)評估矩陣；

10、根據(jù)船隊運行狀態(tài)評估矩陣，對推進動力參數(shù)、航向變化參數(shù)、航行同步參數(shù)和連接受力參數(shù)進行異常檢測，確定是否存在超出預(yù)設(shè)參數(shù)組的異常參數(shù)，得到異常參數(shù)數(shù)據(jù)；

11、根據(jù)異常參數(shù)數(shù)據(jù)，分析異常參數(shù)對船隊的影響程度，得到故障影響范圍，并根據(jù)其對故障設(shè)定預(yù)警等級，生成預(yù)警信息。

12、進一步的，通過對船隊航行數(shù)據(jù)集中的動力數(shù)據(jù)進行趨勢分析，計算主推進船的功率變化率和扭矩穩(wěn)定性，得到推進動力參數(shù)，包括：

13、根據(jù)動力數(shù)據(jù)，提取其中與主推進船動力系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，得到輸出功率、扭矩值、時間戳和推進器轉(zhuǎn)速；

14、根據(jù)時間戳，設(shè)定時間窗口；

15、根據(jù)時間窗口，計算在時間窗口內(nèi)輸出功率的變化率，得到功率變化率；

16、根據(jù)扭矩值和時間窗口，計算在時間窗口內(nèi)扭矩均值和扭矩標(biāo)準(zhǔn)差；

17、根據(jù)扭矩標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)合推進器轉(zhuǎn)速，計算扭矩穩(wěn)定性。

18、進一步的，其特征在于，通過對船隊航行數(shù)據(jù)集中的航向數(shù)據(jù)進行分段分析，確定主推進船與駁船之間的航向一致性，并計算航向偏移角，得到航向變化參數(shù)，包括：

19、根據(jù)航行數(shù)據(jù)，分別提取主推進船和駁船的航向角，得到主航向角和駁船航向角；

20、將主航向角和駁船航向角按照時間順序進行排列，并根據(jù)預(yù)設(shè)時間段對其進行拆分，得到航向段數(shù)據(jù)集；

21、根據(jù)航向段數(shù)據(jù)集，計算相鄰時間段主推進船的航向變化率，分析在航行過程中船隊的航向變化幅度，得到航向變化數(shù)據(jù)集；

22、根據(jù)航向變化數(shù)據(jù)集，識別主推進船與駁船在不同時間段內(nèi)航向角的一致性，得到航行一致性；

23、根據(jù)航行一致性，計算主推進船與駁船在不同時間段內(nèi)航向角的偏差，得到航向偏移角；

24、根據(jù)航向偏移角，計算在航行過程中主推進船與駁船之間航向偏移均值和航向偏移標(biāo)準(zhǔn)差。

25、進一步的，通過對船隊數(shù)據(jù)集中的航行數(shù)據(jù)進行同步分析，計算主推進船與駁船之間的航速差值和船隊的航線差值，得到航行同步參數(shù)，包括：

26、根據(jù)航行數(shù)據(jù)，提取主推進船和駁船的航速、經(jīng)緯度坐標(biāo)，得到航行狀態(tài)數(shù)據(jù)集；

27、根據(jù)航行狀態(tài)數(shù)據(jù)集，分別計算在時間窗口內(nèi)主推進船和駁船的航速變化率，得到主航速變化率和駁船航速變化率；

28、根據(jù)航行狀態(tài)數(shù)據(jù)集，分別計算在時間窗口內(nèi)主推進船和駁船的航速的平均值，得到主航速均值和駁船航速均值；

29、根據(jù)主航速均值和駁船航速均值，計算航速差值；

30、根據(jù)航行狀態(tài)數(shù)據(jù)集，計算主推進船和駁船在預(yù)設(shè)時間長度后的預(yù)測位置，并根據(jù)其與預(yù)設(shè)航線，計算船隊的航行差值。

31、進一步的，通過對船隊航行數(shù)據(jù)集中的連接裝置數(shù)據(jù)進行受力分析，確定船隊航行時對連接裝置的受力影響，得到連接受力參數(shù)，包括：

32、根據(jù)連接裝置數(shù)據(jù)，提取連接裝置的張力、受力方向和主推進船與駁船的相對距離，得到受力數(shù)據(jù)集；

33、根據(jù)受力數(shù)據(jù)集，計算連接裝置在時間窗口內(nèi)的張力變化率；

34、根據(jù)受力數(shù)據(jù)集，計算連接裝置的最大張力和最小張力，得到連接裝置的受力范圍；

35、根據(jù)受力數(shù)據(jù)集，計算連接裝置的張力均值和張力標(biāo)準(zhǔn)差，并根據(jù)其判斷連接裝置的張力穩(wěn)定性；

36、根據(jù)主推進船與駁船的相對距離，確定主推進船與駁船的橫向偏移量，并根據(jù)其計算連接裝置承受的剪切力；

37、根據(jù)受力方向，計算在單位時間內(nèi)連接裝置的角度變化率。

38、進一步的根據(jù)推進動力參數(shù)、航向變化參數(shù)、航行同步參數(shù)和連接受力參數(shù)，確定船舶之間的狀態(tài)關(guān)系，得到船隊運行狀態(tài)評估矩陣，包括：

39、根據(jù)推進動力參數(shù)和航向變化參數(shù)，計算功率變化與航向偏差之間的相關(guān)性，得到動力航向相關(guān)度；

40、根據(jù)航行同步參數(shù)，計算主推進船與駁船之間的同步性，得到航速同步度；

41、根據(jù)連接受力參數(shù)，計算連接裝置在時間窗口內(nèi)的受力標(biāo)準(zhǔn)差，得到受力波動度；

42、根據(jù)動力航向相關(guān)度、航速同步度和受力波動度，計算不同船舶之間的關(guān)聯(lián)度，得到船舶關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集；

43、根據(jù)船隊中船舶的數(shù)量，確定矩陣的大小，并根據(jù)船舶關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集，確定矩陣中每個元素的數(shù)值，得到船隊運行狀態(tài)評估矩陣。

44、進一步的，根據(jù)異常參數(shù)數(shù)據(jù)，分析異常參數(shù)對船隊的影響程度，得到故障影響范圍，并根據(jù)其對故障設(shè)定預(yù)警等級，生成預(yù)警信息，包括：

45、以主推進船、駁船和連接裝置為節(jié)點，并根據(jù)連接裝置的實際連接情況，將對應(yīng)節(jié)點進行交互，得到邊；

46、根據(jù)節(jié)點和邊，得到船隊關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；

47、根據(jù)船隊關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)計算兩個節(jié)點功率變化率的絕對差值以及航向角的第一絕對差值；根據(jù)功率變化率的絕對差值以及航向角的絕對差值，以得到第一非線性變化值；

48、計算兩個節(jié)點航速的絕對差值以及連接裝置角度變化率的差的余弦值的絕對值；計算兩個節(jié)點連接裝置受力值的第二絕對差值；根據(jù)絕對值和第二絕對差值，以得到第二非線性變化值；

49、根據(jù)第一非線性變化值和第二非線性變化值，以得到兩節(jié)點之間邊的故障影響權(quán)重；

50、根據(jù)異常參數(shù)數(shù)據(jù)，確定故障起點；

51、根據(jù)故障起點和故障影響權(quán)重，確定故障起點所影響的故障節(jié)點，得到故障傳播路徑；

52、根據(jù)故障傳播路徑，分析故障起點的影響程度，得到故障影響范圍。

53、第二方面，一種基于智能監(jiān)測的組合船隊故障預(yù)警系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

54、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集主推進船的動力數(shù)據(jù)及船隊的航向數(shù)據(jù)、航行數(shù)據(jù)和連接裝置數(shù)據(jù)，并對其進行預(yù)處理，去除冗余數(shù)據(jù)，統(tǒng)一量綱單位，得到船隊數(shù)據(jù)集；

55、推進動力模塊，用于通過對船隊數(shù)據(jù)集中的動力數(shù)據(jù)進行趨勢分析，計算主推進船的功率變化率和扭矩穩(wěn)定性，得到推進動力參數(shù)；

56、航向變化模塊，用于通過對船隊數(shù)據(jù)集中的航向數(shù)據(jù)進行分段分析，確定主推進船與駁船之間的航向一致性，并計算航向偏移角，得到航向變化參數(shù)；

57、航行同步模塊，用于通過對船隊數(shù)據(jù)集中的航行數(shù)據(jù)進行同步分析，計算主推進船與駁船之間的航速差值和船隊的航線差值，得到航行同步參數(shù)；

58、連接受力模塊，用于通過對船隊數(shù)據(jù)集中的連接裝置數(shù)據(jù)進行受力分析，確定船隊航行時對連接裝置的受力影響，得到連接受力參數(shù)；

59、評估矩陣模塊，用于根據(jù)推進動力參數(shù)、航向變化參數(shù)、航行同步參數(shù)和連接受力參數(shù)，確定船舶之間的狀態(tài)關(guān)系，得到船隊運行狀態(tài)評估矩陣；

60、異常檢測模塊，用于根據(jù)船隊運行狀態(tài)評估矩陣，對推進動力參數(shù)、航向變化參數(shù)、航行同步參數(shù)和連接受力參數(shù)進行異常檢測，確定是否存在超出預(yù)設(shè)參數(shù)組的異常參數(shù)，得到異常參數(shù)數(shù)據(jù)；

61、故障預(yù)警模塊，用于根據(jù)異常參數(shù)數(shù)據(jù)，分析異常參數(shù)對船隊的影響程度，得到故障影響范圍，并根據(jù)其對故障設(shè)定預(yù)警等級，生成預(yù)警信息。

62、本發(fā)明的上述方案至少包括以下有益效果：

63、本發(fā)明通過采集動力數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、航行數(shù)據(jù)和連接裝置數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)一預(yù)處理，確保了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了不同數(shù)據(jù)源之間的可比性，從而避免了因數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一導(dǎo)致的計算誤差，此外，通過對船隊多個關(guān)鍵數(shù)據(jù)維度的綜合監(jiān)測，該方法能夠全面反映組合船隊的運行狀態(tài)，特別是在船隊協(xié)同作業(yè)過程中，能夠有效檢測各船舶之間的相互影響，避免單船監(jiān)測模式的局限性，通過綜合分析不同數(shù)據(jù)源，能夠精準(zhǔn)識別這種潛在影響，提高監(jiān)測的精準(zhǔn)度和完整性。

64、本發(fā)明通過對主推進船的動力數(shù)據(jù)進行處理，計算其功率變化率和扭矩穩(wěn)定性，從而能夠提前發(fā)現(xiàn)動力系統(tǒng)可能存在的故障隱患，相比傳統(tǒng)的故障發(fā)生后報警機制，本方法通過對動力系統(tǒng)的長期變化趨勢進行分析，可以在故障發(fā)生前提供預(yù)警，當(dāng)檢測到主推進船的功率變化率出現(xiàn)異常波動，且扭矩穩(wěn)定性降低，則表明動力系統(tǒng)可能存在潛在風(fēng)險，基于這些參數(shù)變化在故障發(fā)生前設(shè)定預(yù)警，避免突發(fā)性動力故障導(dǎo)致的船隊停航或嚴重事故。

65、本發(fā)明通過對船隊的航向數(shù)據(jù)進行分段分析，能夠識別主推進船與駁船之間的航向一致性，并計算航向偏移角，該特性可以有效避免因航向不一致導(dǎo)致的船隊偏航問題，在實際航行過程中，主推進船的航向調(diào)整較快，但駁船未能及時同步調(diào)整，則可能導(dǎo)致船隊整體偏航，甚至引發(fā)航行安全事故，該功能通過計算航向變化參數(shù)，及時識別航向不一致情況，并提供調(diào)整建議，使船隊能夠維持穩(wěn)定航向，降低偏航風(fēng)險，提高航行安全性。

66、本發(fā)明通過對航行數(shù)據(jù)進行同步分析，計算主推進船與駁船之間的航速差值和船隊航線差值，確保船隊在航行過程中保持高度協(xié)調(diào)性，傳統(tǒng)的單船監(jiān)測方式無法有效評估不同船舶之間的協(xié)同狀態(tài)，而本方法能夠?qū)崟r計算各船舶的航速變化，并確定其與預(yù)設(shè)航線的偏差，當(dāng)發(fā)現(xiàn)駁船的航速明顯滯后于主推進船，系統(tǒng)可以自動調(diào)整航行參數(shù)或提供調(diào)整建議，確保整個船隊保持同步航行，避免因航速差異導(dǎo)致的船隊結(jié)構(gòu)松散或連接裝置受力異常。

67、本發(fā)明通過對連接裝置數(shù)據(jù)進行受力分析，確定其在船隊航行過程中的受力變化情況，能夠有效避免連接裝置受力異常導(dǎo)致的設(shè)備損壞或安全事故，在船隊行進過程中，主推進船因動力系統(tǒng)波動導(dǎo)致推力變化，而駁船未能及時調(diào)整，則可能使連接裝置承受異常的剪切力或張力，從而增加損壞風(fēng)險，該功能通過計算連接裝置的張力變化率、受力范圍和張力穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)異常受力情況，并采取預(yù)警措施，保障連接裝置的穩(wěn)定性和耐久性，提高整體航行安全性。