(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211047042.1 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 南通中远海运川崎船舶工程有限公 司 地址 226000 江苏省南 通市长江中路901号 (72)发明人 周旭　陆明锋　周兰喜　杨海建　 郑传波　王楠　宋洋涛　朱懿　 谢畅　倪豪良　应续华　王同山　 (74)专利代理 机构 南通瑞隆专利商标代理事务 所(普通合伙) 3269 2 专利代理师 陈继越 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/10(2012.01)G06Q 10/00(2012.01) G06Q 50/30(2012.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 用于船舶航行性能实时分析系统及营运碳 排放优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于船舶航行性能实时 分析系统及营运碳排放优化方法， 包括船端服务 器和岸端服务器， 所述的船端服务器由数据采集 模块、 数据处理模块、 数据分析模块、 数据存储模 块、 航行性能监测模块和气象数据解析模块六个 模块组成。 所述的岸端服务器主要负责气象数据 的下载、 解析 以及传输。 本发明通过对船舶航行 数据的收集， 实现了船舶营运性能的实时监测， 并且建立了船体与螺旋桨污损与运营性能之间 的联系， 能够准确地获知坞修时间， 并且当船舶 营运性能下降， 碳排放上升时， 能够采取多种措 施对船舶营运碳排放进行优化， 从而提升船舶的 营运性能， 使得船舶在整个服役周期内均能保持 良好的运行状态， 实现船舶智 能化、 低碳化的节 能减排目标。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115423176 A 2022.12.02 CN 115423176 A 1.一种用于船舶航行性 能实时分析系统， 其特征在于： 包括船端服务器和岸端服务器， 所述的船端服 务器和岸端服 务器通过卫星通讯 设备可以进行双向的数据交 互； 所述的船端服务器由数据采集模块、 数据处理模块、 数据分析模块、 数据存储模块、 航 行性能监测模块和气象数据解析模块六个模块组成； 其中： 所述的数据分析模块包含船舶营运工况分析、 船舶营运碳排放强度分析、 船舶实 际性 能分析、 船舶表面污损分析和船舶航行性能预测； 所述的数据存储模块对分析的数据进行存储， 包括有效数据数据库、 船舶Operation   Profile数据库、 船舶实际性能数据库、 船舶速度损失数据库、 船舶营运 性能预测模型； 所述的航行性能监测模块能够通过显示界面实时更新船舶Operation  Profile、 监测 船舶营运 碳排放强度的变化情况、 监测船舶实际性能变化情况； 所述的岸端服 务器主要负责气象数据的下 载、 解析以及 传输； 所述的用于船舶航行性能实时分析系统的运行包括如下步骤： 步骤(1)船舶航行 数据自动采集： 采集 导航数据、 机舱数据， 并将数据存 储到数据库中； 步骤(2)对 采集到的数据进行处 理， 以获得能够用于航行性能分析的有效数据； 步骤(3)根据航行 数据， 分析 得到船舶营运 概况(Operati on Profile)； 步骤(4)计算船舶营运碳排放强度， 并评估船舶碳排放指数的等级； 具体如下： 在船端 服务器中， 计算船舶营运碳排放 强度(CII)， 并根据国际海事组织(IMO)的规范要求， 对 船舶 的CII等级进行评估， 如果CII等级在A级、 B级或者C级， 说明船舶的CII满足IMO的要求， 此时 系统将持续监测船舶的CII变化； 如果监测到的CII等级在D级或者E级， 系统将会 出现警告， 提醒船员需要做出相应的改善措施， 以提高船舶的CII等级； 除非系统监测 到的CII等级达 到C级或C级以上， 否则系统间持续弹出警告信息； 其中， CII的公式如下： 式中： i为船舶消耗的不同油品， Fueli为某一油品的消耗量， CFi为某一油品的碳转化系 数， DWT为船舶的载重吨， Distance为船舶的航行距离； 步骤(5)获取气象信息， 并将船舶在实际海况中受到的风、 浪、 流的外界力进行修正， 获 得船舶在当前状态下的实际航行性能； 步骤(6)进行船体和螺旋桨污损分析， 建立船舶航行性能与船舶污损的内在联系， 并给 出坞修建议； 步骤(7)对船舶航行数据进行学习和训练， 采用数学模型对船舶航行性能进行预测， 构 建船舶航行性能预测模型。 2.根据权利要求1所述的用于船舶航行性能实时分析系统， 其特征在于： 所述的步骤 (1)在船端服务器中航行数据主要通过通信导航设备、 甲板设备、 机舱设备实现自动采集， 其中的数据包括记录日期、 船舶对地速度、 对水速度、 船舶位置、 船舶航行时间、 船舶航行距 离、 船舶艏向角、 风速、 风 向、 水深、 舵角、 主机转速、 主机功率， 将采集到的数据存入到数据 库中。 3.根据权利要求1所述的用于船舶航行性能实时分析系统， 其特征在于： 所述的步骤 (2)在船端服务器中， 对 数据库中数据进 行处理， 由于船舶在实际航行中遇到的环境存在随权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115423176 A 2机性和复杂性， 所采集到的数据并不是连续或者稳定的， 并且由于 设备、 外界干扰以及人为 操作等因素， 实际数据往往会出现丢失、 错误以及异常等情况； 此外， 船舶航行性能反映的 是船舶在相对比较稳定的情况下船舶输入与输出之间的关系， 因此当船舶加速或者减速、 大角度偏航以及遭遇恶劣海况时， 船舶的航速与主机功 率的输出并不能反映实际的航行性 能； 因此， 系统将利用大数据技术对接收到的航行数据进行 处理， 形成可用于船舶航行性能 分析的数据， 存 入到有效数据数据库中。 4.根据权利要求1所述的用于船舶航行性能实时分析系统， 其特征在于： 所述的步骤 (3)在船端服务器中， 对数据库中数据进行处理， 获得船舶的营运概况Operation  Profile， 包含吃水和航速的分布情况， 并形成汇总的表格在系统中显示， 系统会根据航行数据的变 化实时更新船舶的Operati on Profile， 以供船东了解船舶的基本航行信息 。 5.根据权利要求1所述的用于船舶航行性能实时分析系统， 其特征在于： 所述的步骤 (5)在岸端服务器中能够自动下载公开的气象信息； 由于采集到的航行数据仅有风速风向 的数据， 而波浪的信号无法通过采集信号的方式获取； 因此系统能够提取船舶航行 的位置 信息和时间信息， 通过程序自动在 网络中下载相同时间和 位置处的风浪的气象文件， 并对 气象文件进行解析， 将解析后的波浪数据存入到数据库中； 通过卫星通讯设备将船端气象 数据传输到船端服务器中， 并在船端服务器采用公知的ISO或者ITTC方法， 对船舶受到的 风、 浪、 流外力进行修正， 获得船舶在无风、 无浪、 无流情况下的主机功率， 并存入到船舶航 行性能数据库中。 6.根据权利要求1所述的用于船舶航行性能实时分析系统， 其特征在于： 所述的步骤 (6)在船端服务器中， 基于船舶的航行性能数据库， 建立船体和螺旋桨表面污损与船舶航行 性能之间的联系； 通过设立相应的阀值， 如果此时船舶航行性能较船舶最近一次坞修后的 性能降低的范围超出预设的阀值， 系统将发出警示， 提醒船员船舶需要进坞坞修； 如果没有 超过预设的阀值， 系统将持续监测并显示船舶航行性能的变化， 以方便船员了解船舶表面 污损的变化。 7.根据权利要求1所述的用于船舶航行性能实时分析系统， 其特征在于： 所述的步骤 (7)在船端服务器中， 采用 “回归再学习”的方法对航行数据进 行训练， 建立输入与输出的数 学预测模型， 模型的输入参数主要有风速、 风向、 艏向角、 船艏吃水、 船艉 吃水、 船舶对地速 度、 船舶对水速度、 浪高、 浪向、 波浪周期， 输出的参数为主机功率或主机转速或主机油耗； 预测模型中的训练回归方法采用神经网络模型进 行建模， 从而构建了输入参数与船舶航行 性能之间的关系， 实现了船舶航行性能的预测； 系统将显示船舶在未来一段时间内的航行 性能的预测结果， 以供 船员了解船舶航行性能的变化。 8.一种用于船舶营运碳排放优化方法， 其特征在于： 所述的营运碳排放优化方法能够 在船舶碳排放强度上升的情况下， 提供多种措施降低船舶的营运碳排放强度， 以满足国际 海事组织对船舶碳 排放的要求， 所述的用于船舶营运 碳排放优化方法包括以下措施： 措施一： 降低船舶表面污损： 通过坞修的方式清除船体表面的污损， 达到直接提高船舶 能效的效果； 根据船舶表面污损监测系统， 可以了解船舶表 面的污损情况， 当船舶表面污损 比较严重的情况下， 优先选择该措施进行能效优化； 通过船舶以往的坞修经验， 船舶的 Operation  Profile以及气象参数， 根据公知的ITTC或者ISO方法， 计算船舶在风浪条件下 的主机功率， 进 而预测船舶 在坞修后的航行性能， 给 出船舶坞修后CI I等级的提升情况；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115423176 A 3