[发明专利]一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法及系统，包括实体基础层，用于数据信息交互、软硬件配置、界面设计；数据层，用于对采集的数据进行数据清洗、数据处理并构建数据库；模型层，用于建立无人船能耗模型、无人船能效动态优化模型，实现无人船能效的智能优化决策；动态可视化层，用于构建船体、主机、螺旋桨及航行环境的三维模型，数据实时映射，以及三维模型动态展示；功能应用层，用于能效远程监控，远程智能优化管理以及能效管理虚拟实验。无人船能效数字孪生系统能够实现与实船相吻合的通航环境场景、船舶航速、主机转速、能效水平的动态可视化，可用于能效远程优化管理及虚拟验证实验。

技术领域

本发明涉及无人船能效智能优化管理及远程控制领域，尤其涉及一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法及系统。

背景技术

近年来，航运业快速发展的同时也面临着能源消耗和污染物排放等问题，因此，开展船舶能效优化技术的研究势在必行。中国船级社发布的《智能船舶规范》将智能能效管理作为智能船舶发展的重要一环，其对提高智能船的能效及绿色化水平具有重要的意义。

随着人工智能、大数据等技术的快速发展和应用，信息化、数字化的概念逐渐融入到各行各业中，同时，数字孪生技术也受到了国内外的广泛研究和应用。数字孪生技术即以数字化方式构造物理实体的虚拟模型，利用物理模型与数字孪生体的动态交互仿真，结合数据融合分析、决策优化等方法完成设备管控、目标优化、故障诊断、行为预测等功能，具有多维、多尺度、可靠性高等特点。

目前，船舶智能能效的研究大多是基于历史试验数据，缺乏对实船航行环境的特殊性的考虑和对能耗模型的动态影响因素分析，所提出的智能能效优化管理策略还有待进一步地验证分析，此外，由于无人船尚未实际下水营运，难以进行实船试验测试。数字孪生技术的发展和应用可以助力无人船能效的智能管理及虚拟实验验证分析，但该技术在船舶能效领域还未得到广泛应用，缺乏船舶能效数字孪生系统，尚未实现对船舶航行信息、主机转速、船舶航速、能效水平的三维动态可视化展示，以及无人船能效智能优化决策的虚拟实验验证分析。

本发明公开的一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法及系统，可以实现无人船能效的实时远程在线监控，便于航运公司实现无人船能效智能化决策与远程管理；同时，可应用于无人船能效智能优化控制虚拟实验，实现在实船上难以进行的实验测试及验证，以数据驱动的高精度虚拟模型反应实船航行状况，从而可以验证智能优化决策算法的有效性及其能效优化效果。

发明内容

本发明提供了一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法及系统，以克服上述技术问题。

一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生系统，包括实体基础层、数据层、模型层、动态可视化层以及功能应用层，

实体基础层，用于数据信息交互、软硬件配置、界面设计，

数据层用于数据清洗、数据处理并构建数据库，

模型层用于建立无人船能耗模型、无人船能效动态优化模型，并进行能效智能优化决策，

动态可视化层，用于三维模型构建、数据实时映射，以及三维模型动态展示，

功能应用层，用于能效远程监控，远程智能优化管理，以及虚拟实验。

优选地，界面设计是指设计航速信息窗口、航线信息窗口、主机转速信息窗口、航速优化决策窗口、孪生体窗口的界面布局，

航速信息窗口用于展示船舶实时动态航速信息；

航线信息窗口用于展示船舶实时动态航线信息；

主机转速信息窗口用于展示船舶主机实时动态转速信息；

航速优化决策窗口用于展示航速动态优化结果信息；

孪生体窗口用于展示三维船模与虚拟通航环境信息，能够进行三维多视角展示。