一种基于虚实交互的船舶通风管理方法及系统与流程

1.本技术涉及船舶技术领域，具体而言，涉及一种基于虚实交互的船舶通风管理方法及系统。


背景技术：

2.这部分中描述仅提供与本公开有关的背景信息且可以不构成现有技术。
3.随着科技水平的发展，低碳环保的理念越来越受人重视，而且设备的智能化、数字化程度越来越高。然而，现阶段船舶通风系统的控制还主要依靠人工操作，通风系统中通风设备的运行状态主要依靠巡检获知，当通风设备出现故障时，只能通过人为巡检发现，发现故障不及时且巡检消耗过多的人力。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种基于虚实交互的船舶通风管理方法，用于提高船舶通风系统的管理效率。
5.本技术实施例的另一目的还在于提供一种实现上述管理方法的基于虚实交互的船舶通风管理系统。
6.第一方面，提供了一种基于虚实交互的船舶通风管理方法，包括：
7.1)在通风系统的工作区域布置用于收集通风环境数据的通风环境数据收集系统，建立用于模拟通风系统的通风系统虚拟模型，通风系统虚拟模型与通风控制系统连接以组建虚实交互系统；
8.2)将通风环境数据收集系统的通风环境数据、通风系统中通风设备运行数据映射至虚实交互系统，使虚实交互系统能够显示整船通风系统工作状况和通风系统工作区域内通风情况；
9.3)虚实交互系统根据通风环境数据和通风设备运行数据判断通风系统所在区域的通风情况是否符合要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则虚实交互系统将控制指令发送至通风控制系统，通风控制系统根据控制指令对通风系统进行控制，使通风系统所在区域的通风情况符合要求。
10.一种可能实施的方案中，在虚实交互系统中构建通风系统决策库，步骤3)中虚实交互系统将控制指令发送至通风控制系统的方式是：虚实交互系统判断步骤3)中通风环境数据和通风设备运行数据条件下通风系统决策库中是否有对应的控制指令供执行操作，如果有，虚实交互系统将通风系统决策库中对应的控制指令发送至通风控制系统，如果没有则提示人工操作，人工操作完成后，虚实交互系统将人工操作的控制指令发送至通风控制系统，并将通风环境数据、通风设备运行数据与人工操作的控制指令存储至通风系统决策库。
11.一种可能实施的方案中，通风系统决策库的构建方法为：
12.31)收集通风环境数据、通风设备运行数据、周期用电量；
13.32)将数据信息规划为数据集，该区域的通风环境数据集s＝{s1,s2,s3,s4,
…
,sn}，通风设备运行数据集a＝{a1,a2,a3,a4,
…
,an}，周期用电量数据集w＝{w1,w2,w3,w4,
…
,wn}；
14.33)依据通风环境数据集、通风设备运行数据集和周期用电量数据集，在现场通风环境舒适性与设备运行经济性两个维度构建船舶通风系统决策库。
15.一种可能实施的方案中，其特征在于，步骤1)中布置通风环境数据收集系统的操作包括布置视觉传感器、流速传感器、湿度传感器、温度传感器、人员定位传感器中的至少一个。
16.一种可能实施的方案中，步骤3)中通风系统中通风设备运行数据包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态中的至少一个。
17.一种可能实施的方案中，所述通风系统虚拟模型为三维仿真模型，虚实交互系统中能够可视化显示整船通风系统工作状态、区域内温度分布、流速分布。
18.一种可能实施的方案中，基于虚实交互的船舶通风管理方法还包括虚实交互系统自测的步骤：
19.通风控制系统控制通风系统进行开启与关闭操作；虚实交互系统根据通风系统开闭时的通风环境数据和通风设备运行数据分析通风系统运行是否正常，如果正常，则不执行操作，如果不正常，则发出故障信号。
20.一种可能实施的方案中，基于虚实交互的船舶通风管理方法还包括通风系统应急保障方法：
21.通风设备运行数据异常时，虚实交互系统发出故障信号，人工检测出故障设备后，判断是否需要更换配件，如果需要配件且配件库有存货，人工操作更换；如果需要更换配件且配件库没有存货，则进行以下操作：
22.虚实交互系统分析故障设备所在故障点与全船其他区域，分析对比故障点通风的重要性，找出通风重要性低于故障点位置的低重要性区域，提示将低重要性区域的通风设备更换至故障点所在位置；然后通过虚实交互系统和通风控制系统调节低重要性区域周围的通风设备，按照计算出的工作温度、风速和通风角度对低重要性区域的通风设备进行操作，以对低重要性区域的通风进行补偿。
23.一种可能实施的方案中，基于虚实交互的船舶通风管理方法还包括通风设备调用方法：在通风设备需要更换且备件库中没有备件时，查询附近船只和岸基备件库的备货情况，并根据本船与其他船舶计划航行，计算出最佳备件领取点，告知对方船只或岸基备件库所需备件类型及预计到达时间。
24.第二方面，还提供一种基于虚实交互的船舶通风管理系统，包括：
25.通风系统，包括通风设备和用于收集通风设备运行数据的通风设备数据传感器；
26.通风环境数据收集系统，用于布置在通风系统的工作区域收集通风环境数据；
27.虚实交互系统，包括建模平台和通风控制系统，建模平台用于构建模拟通风系统的通风系统虚拟模型，通风系统虚拟模型与通风控制系统连接；
28.通风环境数据收集系统和通风设备数据传感器均与虚实交互系统连接，以能够将通风环境数据收集系统的通风环境数据、通风系统中通风设备运行数据映射至虚实交互系统，使虚实交互系统能够显示整船通风系统工作状况和通风系统工作区域内通风情况，并
且虚实交互系统根据通风环境数据和通风设备运行数据判断通风系统工作区域的通风情况是否符合要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则虚实交互系统将控制指令发送至通风控制系统，通风控制系统根据控制指令对通风系统进行控制，使通风系统工作区域的通风情况符合要求。
29.本技术中的基于虚实交互的船舶通风管理方法具有的有益效果：本技术中通过建立虚实交互系统，利用虚实交互系统中的通风控制系统和虚拟模型，能够实时显示整船通风系统的工作情况和通风情况，并能够根据环境条件和通风系统的情况及时通过通风控制系统进行调整，使通风情况符合要求，在通风系统中的通风设备出现故障时，通过虚实交互系统能够及时发现，相比出现故障通过人工逐步排查的方式，提高了对通风系统的管理效率。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为根据本技术实施例示出的一种基于虚实交互的船舶通风管理方法中虚拟交互系统构建方法的流程图；
32.图2为根据本技术实施例示出的一种基于虚实交互的船舶通风管理方法中虚拟交互系统控制方法的流程图；
33.图3为根据本技术实施例示出的一种基于虚实交互的船舶通风管理方法中决策库构建方法的流程图；
34.图4为根据本技术实施例示出的一种基于虚实交互的船舶通风管理方法中虚拟交互系统检测方法的流程图；
35.图5为根据本技术实施例示出的一种基于虚实交互的船舶通风管理方法中通风应急保障方法的流程图；
36.图6为根据本技术实施例示出的一种基于虚实交互的船舶通风管理系统的示意图。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.根据本技术的第一方面，首先提供了一种基于虚实交互的船舶通风管理方法，图1
至图5为根据本技术实施例示出的基于虚实交互的船舶通风管理方法中的流程图。
40.基于虚实交互的船舶通风管理方法包括以下步骤：
41.1)在通风系统的工作区域布置用于收集通风环境数据的通风环境数据收集系统，建立用于模拟通风系统的通风系统虚拟模型，通风系统虚拟模型与通风控制系统连接以组建虚实交互系统；
42.2)将通风环境数据收集系统的通风环境数据、通风系统中通风设备运行数据映射至虚实交互系统，使虚实交互系统能够显示整船通风系统工作状况和通风系统工作区域内通风情况；
43.3)虚实交互系统根据通风环境数据和通风设备运行数据判断通风系统所在区域的通风情况是否符合要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则虚实交互系统将控制指令发送至通风控制系统，通风控制系统根据控制指令对通风系统进行控制，使通风系统所在区域的通风情况符合要求。
44.一种实施例中，构建虚实交互系统的方式如图1所示，基于设计图及原理图建立通风系统虚拟模型，通风系统虚拟模型表现形式为三维仿真模型。三维仿真模型中应包含通风设备以下信息：厂家、型号、功率、制冷量、通风量、生产日期、检修日期、安装日期、安装方式、检修记录等。通风系统虚拟模型与通风控制系统相连组建虚实交互系统。采用三维仿真模型可以使虚实交互系统中能够可视化显示整船通风系统工作状态、区域内温度分布、流速分布。一种实施例中，通风系统虚拟模型表现形式为二维模型，二维模型基于通风系统的原理图构建，具有能够体现通风情况的二维图标。
45.在一种实施例中，如图2所示，在虚实交互系统中构建通风系统决策库，步骤3)中虚实交互系统将控制指令发送至通风控制系统的方式是：虚实交互系统判断步骤3)中通风环境数据和通风设备运行数据条件下通风系统决策库中是否有对应的控制指令供执行操作，如果有，虚实交互系统将通风系统决策库中对应的控制指令发送至通风控制系统，如果没有则提示人工操作，人工操作完成后，虚实交互系统将人工操作的控制指令发送至通风控制系统，并将通风环境数据、通风设备运行数据与人工操作的控制指令存储至通风系统决策库。
46.优选的，控制指令可以来源本船的通风系统决策库，也可来源于其他同类型的通风系统决策库。现场人员也可在通风系统工作区域通过虚实交互系统对现场通风设备进行调节，该操作也会被记录至数据库中。
47.一种实施例中，如图3所示，通风系统决策库的构建方法为：
48.31)收集通风环境数据、通风设备运行数据、周期用电量；
49.32)将数据信息规划为数据集，该区域的通风环境数据集s＝{s1,s2,s3,s4,
…
,sn}，通风设备运行数据集a＝{a1,a2,a3,a4,
…
,an}，周期用电量数据集w＝{w1,w2,w3,w4,
…
,wn}；
50.33)依据通风环境数据集、通风设备运行数据集和周期用电量数据集，在现场通风环境舒适性与设备运行经济性两个维度构建船舶通风系统决策库。
51.优选的，在步骤33)中，首先构建四元组(s，a，r，θ)，该四元组有以下公式：
[0052][0053]
其中q为期望函数，s
t
为在t时刻的环境状态，r为在当前状态s
t
执行动作a之后的即
时奖励；θ为折扣因子，表示对长期奖励回报的权重，s
t+1
为执行动作a到达的新状态。
[0054]
r＝-w+r，其中w为周期用电量，r为条件约束奖励，当环境温度满足条件温度时，r取值为0，当不满足时，取(t
下-t
上
)，t
下
为条件温度下限，t
上
为条件温度上限。
[0055]
构建船舶通风系统节能决策库。在系统运行时，采集数据集{s，a，w}，根据上述方法进行训练，得到(s
t
，a，r，s
t+1
)并将其存储与决策库中，决策库即可查询对于任意环境s，应有对应通风设备运行较优策略。
[0056]
通风系统决策库中的控制策略能够使通风控制系统根据通风环境的变化对通风系统进行调节，适应环境变化，使通风环境稳定符合要求。
[0057]
一种实施例中，步骤1)中布置通风环境数据收集系统的操作包括布置视觉传感器、流速传感器、湿度传感器、温度传感器、人员定位传感器中的至少一个。一种实施例中，通风环境数据收集系统包括视觉传感器、流速传感器、湿度传感器、温度传感器、人员定位传感器。一些实施例中，通风环境数据收集系统可以包括视觉传感器、流速传感器、湿度传感器、温度传感器、人员定位传感器中的任意数量。
[0058]
一种实施例中，步骤3)中通风系统中通风设备运行数据包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态中的至少一个。一种实施例中，通风系统中通风设备运行数据包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态。一些实施例中，通风系统中通风设备运行数据可以包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态中任意数量。
[0059]
一种实施例中，如图4所示，基于虚实交互的船舶通风管理方法还包括虚实交互系统自测的步骤：
[0060]
通风控制系统控制通风系统进行开启与关闭操作；虚实交互系统根据通风系统开闭时的通风环境数据和通风设备运行数据分析通风系统运行是否正常，如果正常，则不执行操作，如果不正常，则发出故障信号。
[0061]
优选的操作步骤为：
[0062]
通风控制系统将定时控制通风系统进行一次开启与关闭；
[0063]
检测开启和关闭时，通风环境数据收集系统收集到的通风环境数据和通风设备运行数据映射至虚实交互系统；
[0064]
虚实交互系统根据通风环境数据与通风设备运行数据进行分析；
[0065]
判断通风设备是否正常工作，若不正常，虚实交互系统进行设备故障报警，申请人工检修；人工进行检修后，将检修记录录入至虚实交互系统
[0066]
一种实施例中，基于虚实交互的船舶通风管理方法还包括通风系统应急保障方法：
[0067]
通风设备运行数据异常时，虚实交互系统发出故障信号，人工检测出故障设备后，判断是否需要更换配件，如果需要配件且配件库有存货，人工操作更换；如果需要更换配件且配件库没有存货，则进行以下操作：
[0068]
虚实交互系统分析故障设备所在故障点与全船其他区域，分析对比故障点通风的重要性，找出通风重要性低于故障点位置的低重要性区域，提示将低重要性区域的通风设备更换至故障点所在位置；然后通过虚实交互系统和通风控制系统调节低重要性区域周围的通风设备，按照计算出的工作温度、风速和通风角度对低重要性区域的通风设备进行操
作，以对低重要性区域的通风进行补偿。
[0069]
优选的，通风设备运行数据异常时，虚实交互系统分析异常原因，发出故障信号的同时给出故障可能出现的原因。
[0070]
一种实施例中，基于虚实交互的船舶通风管理方法还包括通风设备调用方法：在通风设备需要更换且备件库中没有备件时，查询附近船只和岸基备件库的备货情况，并根据本船与其他船舶计划航行，计算出最佳备件领取点，告知对方船只或岸基备件库所需备件类型及预计到达时间。
[0071]
一种实施例中，对于船舶某区域活动，通风环境数据收集系统可探测到区域内通风环境数据，将通风环境数据(包括当时舱内温度、空气流速，货物堆放情况，人员活动区域等)反馈至虚实交互系统，虚实交互系统通过控制器将通风环境数据映射至通风系统虚拟模型中，通风系统决策库对数据进行分析，发布推荐操作，并通过通风控制系统控制现场端的通风系统进行调节，将通风环境调节至满足该区域当前工况需求并将能耗控制在较低水平，并实时映射到通风系统虚拟模型中。
[0072]
为了便于对上述管理方法的实施，一种实施例中，如图6所示，通过基于虚实交互的船舶通风管理系统实施上述任一实施例中的方法，基于虚实交互的船舶通风管理系统包括：
[0073]
通风系统，包括通风设备和用于收集通风设备运行数据的通风设备数据传感器；
[0074]
通风环境数据收集系统，用于布置在通风系统的工作区域收集通风环境数据；
[0075]
虚实交互系统，包括建模平台和通风控制系统，建模平台用于构建模拟通风系统的通风系统虚拟模型，通风系统虚拟模型与通风控制系统连接；
[0076]
通风环境数据收集系统和通风设备数据传感器均与虚实交互系统连接，以能够将通风环境数据收集系统的通风环境数据、通风系统中通风设备运行数据映射至虚实交互系统，使虚实交互系统能够显示整船通风系统工作状况和通风系统工作区域内通风情况，并且虚实交互系统根据通风环境数据和通风设备运行数据判断通风系统工作区域的通风情况是否符合要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则虚实交互系统将控制指令发送至通风控制系统，通风控制系统根据控制指令对通风系统进行控制，使通风系统工作区域的通风情况符合要求。
[0077]
根据本技术的第二方面，还提供一种基于虚实交互的船舶通风管理系统，基于虚实交互的船舶通风管理系统与上述任一实施例中所述的船舶通风管理系统实施方式相同，不再赘述。
[0078]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。