[发明专利]一种船舶污染物排放综合智能监控系统与监控方法

权利要求书

1.一种船舶污染物排放综合智能监控系统，其特征在于，包括：

船端污染物数据采集单元、船舶运行实时数据采集单元、数据信息存储与处理单元、船端综合智能监测报警单元、船岸信号交互单元以及岸端污染物综合智能监控平台；

其中，所述船端污染物数据采集单元能够实时地采集并反馈船端各污染物排放数据；所述各污染物排放数据至少包括SO₂排放数据、CO₂排放数据、NOx排放数据、舱底油污水排放数据、生活污水排放数据、洗舱水排放数据及固体垃圾排放数据；

所述船舶运行实时数据采集单元能够实时地采集并反馈船舶运行状态数据；其中，所述船舶运行状态数据信息至少包括船舶位置数据、船舶航速数据、主机转速数据、主机功率数据、排气压力数据、排气温度数据、船舶油耗数据、中冷器温度数据；

所述数据信息存储与处理单元能够接收并处理船端污染物数据采集单元与船舶运行实时数据采集单元返回的数据，进行数据处理后上传，同时转换成能够被直接显示的数字信息；所述数据处理的过程包括对船端污染物排放数据的存储与处理过程以及对船舶运行实时数据的存储与处理过程；其中，所述船端污染物排放数据的存储与处理至少包括SO₂排放数据的存储与处理、CO₂排放数据的存储与处理、NOx排放数据的存储与处理、舱底油污水排放数据的存储与处理、生活污水排放数据的存储与处理、固体垃圾排放数据的存储与处理；所述船舶运行实时数据的存储与处理包括船舶位置数据的存储与处理、船舶航速数据的存储与处理、主机转速数据的存储与处理、主机功率数据的存储与处理、排气压力数据的存储与处理、排气温度数据的存储与处理、船舶油耗数据的存储与处理、中冷器温度数据的存储与处理；

所述船岸信号交互单元能够实现船端与岸端之间的数据信息交互传输过程；

所述船端综合智能监测报警单元能够在显示当前各污染物排放数据与船舶运行状态数据的同时，对所获取污染物数据与船舶运行实时数据进行分析与评估；并在完成自身基本控制的同时对超限污染物数据进行超限报警；所述自身基本控制的过程包括：自检过程、解除超限报警过程、切断排放源过程以及超限报警数据上报过程；

所述岸端污染物综合智能监控平台能够实时显示并存储当前各污染物排放数据与船舶运行状态数据，并对所获取污染物数据与船舶运行实时数据进行分析与评估，同时完成自身基本控制过程；所述的分析与评估的过程包括：按照所选定的维度对各污染物排放量进行对比分析及显示，并实时显示各污染物排放量变化趋势；同时能够在污染物排放量超限时进行超限报警，并向海事监管部门反馈超限报警信息；其中，所述船端综合智能监测报警单元内置船端显示与智能决策策略；所述的船端显示与智能决策策略包括：比较分析当前的污染物排放量、历史记录排放量百分参数值、污染物排放限值之间的数据关系；若当前的污染物排放量处于高于所给定的历史记录排放量百分参数值且低于污染物排放限值的范围时，船端综合智能监测报警单元自动显示船舶污染物排放数据、船舶实时运行数据与排放控制智能决策方案，并向对应的船端操作人员发出提醒警示，以便于船端操作人员按照排放控制智能决策方案进行相应的减排操作；若当前的污染物排放量高于设定的污染物排放限值时，进行超限报警同时发送给海事监管部门以及相应船舶，并智能分析其超排原因并给出相应的排放控制智能决策方案；若污染物排放量低于污染物排放限值时，系统正常运行；

所述排放控制智能决策方案的获取过程包括：将船舶污染物数据超过报警限值的数据作为异常值数据，并对该异常值数据进行分析以及特征提取，以确定出对应的超排原因并给出该超排原因对应的解决方案；具体获得解决方案过程包括：

(1)、定义异常值数据集为D＝{x₁,x₂,......x_m}，且每个x_i∈R，R表示全体实数，其中x_i表示在船舶运行时船端污染物数据采集单元与船舶运行实时数据采集单元所采集的各项实时数据，其包括SO₂浓度数据、CO₂浓度数据、NO_X浓度数据、船底油污水浓度数据、生活污水浓度数据、洗舱水浓度数据、固体垃圾排放量数据、船舶位置数据、船舶航速数据、主机转速数据、主机功率数据、排气压力数据、排气温度数据、船舶油耗数据、中冷器温度数据；

(2)、随机选取K个初始质心以及对应的分簇，其中，初始质心表示为U＝{u₁,u₂,......u_k}，对应的分簇表示为C＝{c₁,c₂,......c_k}；其中K值为导致污染物超排的原因的数量，每一分簇由围绕质心分布的船端污染物数据与船舶运行实时数据异常值数据样本点组成；

(3)、对于每个异常值数据样本点，遍历K个质心，通过下式计算得到距离任意异常值数据样本点x_i最近的质心u_j，将异常值数据样本点x_i的类别设置为质心u_j所对应的簇类，即；

C_i＝argmin||x_i-u_j||² (1)

(4)、更新完所有异常值数据样本点类别之后，再次遍历每个簇类中所有的异常值数据样本点，通过下式计算该类对应的新的质心，即；

(5)、不断重复步骤(3)和(4)，直至所有的异常值数据样本点不再被分配或质心不再变化，则本算法结束；并最后得到K簇结果，不同的簇则对应船舶不同的超排原因；

(6)、首先，利用小波变换分别对不同簇对应的污染物数据信号去噪，再对去噪后的污染物数据信号进行尺度分析，提取所述污染物数据信号在不同尺度上的特征从而进行后续的智能决策分析，所述尺度包括时间与频率；

其次，对经过小波变换的污染物数据信号进行频段分析，并分别以各个频带的能量作为特征向量即离散数据特征，将其与排放异常智能决策处理知识库的数据特征进行对比，结合船舶位置传感器发送的船舶实时位置与船舶主机转速信息，确定出其具体超排原因及解决方案；其中所述的排放异常智能决策处理知识库内置于船端综合智能监测报警单元中并以数据库的形式进行存储，该知识库针对每一超排原因均设置相应的解决方案，此知识库包括三个维度，分别为数据信号特征、对应的超排原因、对应的解决方案；具体解决方案形式如下：