[发明专利]一种船用柴油机燃油管理控制系统

权利要求书

1.一种船用柴油机燃油管理控制系统，包括：数据存储单元，存储有该船之前航行中的历史数据，包括船体外形数据、货物运载重量、航向、航速、风速、风向、洋流流向、洋流流速、发动机状况、位置数据；还存储有航速-燃油消耗率模型，该模型以船体外形数据、货物运载重量、航向、航速、风速、风向、洋流流向、洋流流速、发动机状况作为输入量，以航速与燃油消耗率的关系为输出量，基于大数据分析，得到在船体外形数据、货物运载重量、航向、风速、风向、洋流流向、洋流流速、发动机状况影响下的航速-燃油消耗率曲线；

数据处理单元，其用于对接收到的数据进行运算和处理，数据处理单元连接数据存储单元；

输入单元，接收数据并传送至数据处理单元；

输出单元，连接数据处理单元，接收数据处理单元输出的数据，并将输出的数据传送出去；

人机单元，连接到输入单元，用于人机交互，所述人机单元包括输入部分和输出部分；

其特征在于，所述船用柴油机燃油管理控制系统还包括风向风速仪和流速流向仪，所述风向风速仪和流速流向仪连接到数据处理单元，所述风向风速仪和流速流向仪安装在船体上，用以实时监测船舶所在位置处风的风向、风速以及洋流的流向、流速；

所述船用柴油机燃油管理控制系统还包括通信单元，所述通信单元与网络、数据处理单元相连，从网络上获取前方航线上未来经过时的相关气象预报信息，并将上述气象预报信息传递至数据处理单元；

航速-燃油消耗率模型由以下方法获得：

1.1对船体外形数据、货物运载重量、航向、航速、风速、风向、洋流流向、洋流流速、发动机状况、位置的历史数据进行预处理，该预处理按照公式：

其中，A表示处理后的历史数据，A’表示处理前的历史数据，表示历史数据均值，A_max表示历史数据最大值，A_min表示历史数据最小值；

1.2构造航速-燃油消耗率模型；

构建神经网络模型，设置输入层、隐藏层和输出层，输入层与隐藏层、隐藏层之间、隐藏层与输出层之间的激活函数采用sigmoid函数；其中损失函数采用以下公式：

其中，u表示迭代次数，v表示输出向量维度，b表示真实值，b＇表示预估值，bi,j表示真实的训练数据，bi,j'表示训练数据的预估值；

之后将训练数据分成多组，采用随机梯度下降算法更新航速-燃油消耗率中的参数，参数更新公式为：

n_i＝n_i-1-pz

其中，n_i-1表示上一组数据训练完成后的目标参数，n_i表示本组训练数据完成后的目标参数，p表示学习比率，z表示下降梯度；

不断进行不同组训练数据的更新，直到误差值低于预设误差值，训练结束，保存最终参数，得到训练完成的航速-燃油消耗率模型；

1.3对得到的航速-燃油消耗率模型进行测试，如果得到的误差在允许范围内，则训练完成，如果没有，则返回步骤1.2重新训练，直到达到停止条件；

将风向风速仪和流速流向仪获取所在位置处的数据以及航向数据传送至数据处理单元，数据处理单元将实时实地获取的航向、风向、风速、流向、流速输入到航速-燃油消耗率模型中，获取所在位置处的航速-燃油消耗率曲线；同时利用网络上获取的前方航线上未来船舶经过时各个位置处的气象预报信息，将其输入航速-燃油消耗率模型中，获得前方航线上各个位置处的航速-燃油消耗率曲线；

在满足规定航期内达到目的地的条件下，对前方航线上各个位置处的航速进行分析和优化，得到各个位置处的推荐航速，使得燃油消耗总量最少。

2.根据权利要求1所述的船用柴油机燃油管理控制系统，其特征在于，所述的船用柴油机燃油管理控制系统采用计算机系统，数据存储单元为计算机系统中的存储器，数据处理单元为计算机系统中的处理器。

3.根据权利要求1所述的船用柴油机燃油管理控制系统，其特征在于，采用基于大数据的算法，建立所述航速-燃油消耗率模型；所述算法包括但不限于支持向量机算法、贝叶斯优化算法、人工神经网络算法。

4.根据权利要求1或2所述的船用柴油机燃油管理控制系统，其特征在于，所述数据处理单元能够读取所述数据存储单元中的数据，也能够像所述数据存储单元中写入数据。