基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法与流程

本发明涉及挖泥船能效检测，具体为基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法。

背景技术：

1、随着国内经济和海运的快速发展，港口、航道建设及维护工程迅速增长，挖泥船是施工船舶中使用面最广的一类；绞吸挖泥船具有作业量大，功率高，用能量大的特点，一台绞吸挖泥船年能耗量相当于一个中型港口的能耗量，其能耗成本较高，占总成本约40％或更高；因此，能效标识制度是国内推动节能减排和质量控制重要举措；实践证明，在我国建立和实施能效标识制度是深化节能管理的必然要求，是从源头上提高节能要求，推进节能技术的治本之策，是政府转变职能，加强用能产品监督管理，规范用能产品市场的一项重要措施，是市场化推进节能，不断提高用能产品能效水平的有效途径。

2、然而现有的挖泥船能效计算方法通常是通过对各项数据进行检测和计算，分析当下计算数值与标准值之间的差值，由此得到对挖泥船能效的评估结果；由于数据较为复杂，通过计算具有一定误差性，因此难以确保对挖泥船能效评估的准确性。

3、因此，不满足现有的需求，对此我们提出了基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，通过对挖泥船的主机、辅机、锅炉等主要耗能设备以及疏浚轴功率设备、排放量、船舶水域环境参数进行自动采集与检测，并建立能效分析数据库；引入相关性分析算法对各类因素的相关性进行分析，得到各参数之间的相关性程度；根据挖泥船的类别分别构建耙吸船能效评估模型和绞吸挖泥船效评估模型，针对单船次以各个工况下的万方土油耗作为能效评估模型的优化目标，并基于此建立船舶能耗评估等级，由此提供疏浚作业能效辅助决策，从而完成智能能效管理系统，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，包括以下步骤：

4、s1、对挖泥船的燃烧消耗、疏浚轴功率设备、的排放量以及船舶水域环境的数据参数进行自动采集与检测，得到挖泥船的各项能效数据；

5、s2、对所采集的挖泥船能效数据进行预处理，剔除异常数据，确保挖泥船能效数据的有效性后，建立能效分析数据库；

6、s3、引入相关性分析算法对挖泥船能效数据各类因素的相关性进行分析，得到各参数与万方土油耗的关联程度，进而衡量出各参数之间的相关性程度；

7、s4、根据挖泥船不同的工作状态，分别建立耙吸船、绞吸挖泥船的能效评估模型，具体包括：针对耙吸船构建单船次挖泥周期、挖抛周期、挖吹周期、航行周期的能效评估模型，输入所属特征参数进行训练与测试，并输出能效计算结果和自动生成船次周期、日周期、月周期、年周期报告；针对绞吸挖泥船构建单台车行程周期、锚位移船周期的能效评估模型，输入所属特征参数进行训练与测试，并输出能效计算结果和自动生成船次周期、日周期、月周期、年周期报告；

8、s5、针对单船次以各个工况下的万方土油耗作为能效评估模型的优化目标，基于此建立船舶能耗评估等级，并将能效评估模型所输出的当前挖泥船的能效计算结果与船舶能耗评估等级进行核对，获得当前挖泥船能效评估结果。

9、进一步的，所述s1中挖泥船的燃烧消耗包括：实时油耗、工况油耗、单位时长油耗和单位海里油耗；实时油耗具体包括：主机、辅机、锅炉的实时燃油消耗，单位为：吨t；实时油耗具体包括：耙吸船的工况油耗包括：航行油耗、挖泥油耗、抛泥油耗和吹填油耗；绞吸船的工况油耗包括：挖泥油耗，单位为：吨t。

10、进一步的，所述s1中的排放量，即：化石燃料燃烧过程中的碳排放量，计算公式如下：

11、；

12、式中：i为燃料类型；为i燃料的消耗量，单位为：j；为i燃料的二氧化碳的排放因子，单位为：；为二氧化碳的排放量，单位为：kg。

13、进一步的，在计算出的排放量后，以燃料的消耗量与供给量对的排放量进行检测计算，计算公式如下：

14、 （1）

15、式中：为排放因子的检测量，fc为能源消耗量；为温室气体排放系数。

16、进一步的，在计算出的排放量后，以燃料的消耗量与供给量对的排放量进行检测计算，计算公式如下：

17、 （2）

18、式中：为排放因子的检测量，dl为动态活动水平；为温室气体排放系数。

19、进一步的，对所采集的挖泥船能效数据进行预处理，剔除异常数据，包括：

20、对所采集的挖泥船能效数据进行预处理，从所述挖泥船能效数据剔除异常数据；

21、调取被剔除的异常数据，获取所述异常数据对应的数据量；

22、提取剔除异常数据之后的挖泥船能效数据对应的数据量；

23、获取所述异常数据对应的数据量与所述剔除异常数据之后的挖泥船能效数据对应的数据量的比值；

24、当所述异常数据对应的数据量与所述剔除异常数据之后的挖泥船能效数据对应的数据量的比值大于预设的比值阈值时，则调取每个异常数据对应的具体数据值；

25、根据所述异常数据与正常数据之间的数量关系，获取异常数据指标系数；其中，所述异常数据指标系数通过如下公式获取：

26、

27、其中，g01表示异常数据指标系数；z表示异常数据的总数据个数；m表示异常数据中属于乱码导致被判定成异常数据的数据个数；n表示异常数据中属于数据值不符合正常数值要求而导致被判定成异常数据的数据个数；tr表示第r个乱码数据对应的数据采集时刻；tr-1表示第r-1个乱码数据对应的数据采集时刻；tc表示预设的乱码数据产生所允许的最小产生间隔；xr表示第r个不符合正常数值的异常数据对应的数据值；xcr表示第r个不符合正常数值的异常数据对应的正常数据范围的边界值中与所述异常数据的数据差值最小的边界值；txr表示第r个不符合正常数值的异常数据对应的数据采集时刻；tnr表示与第r个不符合正常数值的异常数据对应的数据采集时刻距离最近的乱码数据采集时刻；

28、根据所述异常数据对应的数据权重值结合异常数据指标系数获取异常数据评价参数；

29、当所述异常数据评价参数超过预设的评价参数阈值时，则进行挖泥船能效数据的数据质量异常报警。

30、进一步的，根据所述异常数据对应的数据权重值结合异常数据指标系数获取异常数据评价参数；

31、提取所述异常数据对应的数据权重值；

32、利用所述异常数据对应的数据权重值获取异常数据权重指标系数；其中，所述异常数据权重指标系数通过如下公式获取：

33、

34、其中，g02表示异常数据权重指标系数；m表示异常数据中属于乱码导致被判定成异常数据的数据个数；n表示异常数据中属于数据值不符合正常数值要求而导致被判定成异常数据的数据个数；gmr表示第r个乱码数据对应权重值；gnmax表示不符合正常数值的异常数据中出现的权重最大值；gnr表示第r个不符合正常数值的异常数据对应的权重值；gm01r和gm02r表示与第r个不符合正常数值的异常数据的采集时刻前后相连的乱码数据对应的权重值；gmp表示乱码数据对应的权重平均值；gnp表示不符合正常数值的异常数据对应的权重平均值；gz表示挖泥船能效数据所有数据类型对应的权重数值总和值；

35、根据所述异常数据对应的异常数据权重指标系数结合异常数据指标系数获取异常数据评价参数；

36、其中，所述异常数据评价参数通过如下公式获取：

37、

38、其中，g表示异常数据评价参数；g01表示异常数据指标系数；g02表示异常数据权重指标系数。

39、进一步的，所述s3中引入相关性分析算法对挖泥船能效数据各类因素的相关性进行分析，具体为：

40、设和分别为两类需要进行相关性评估的参数，x,y分别对应两组随机变量；

41、式中：p为x组向量总数，q为y组向量总数；

42、待评估的两组向量：，（p≤q），将两组参数合并成一组向量，合并后参数变量的协方差矩阵为：

43、；

44、其中：，，；

45、寻找参数的两组随机变量，（p≤q）之间的线性组合为：，，并使由x、y变化的线性组合、的相关系数达到最大；

46、各线性组合表达式的系数为：，。

47、进一步的，所述s4中针对耙吸船构建单船次挖泥周期、挖抛周期、挖吹周期、航行周期的能效评估模型，以单船次为周期，分别统计挖泥、抛泥、吹填和航行的时间和油耗，周期油耗计算公式为：

48、；

49、式中：m为耙吸船油耗量，t为耙吸船油耗时间；i分别为耙吸船挖泥时挖泥量、耙吸船抛泥时抛泥量、耙吸船吹填时吹填量和耙吸船航行时航行里程。

50、进一步的，所述s4中针对绞吸挖泥船构建单台车行程周期、锚位移船周期的能效评估模型,以工况作为区分，分别统计单台车行程、锚位移船、换桩过程的时间和油耗；周期油耗计算公式为：

51、；

52、式中：m为绞吸挖泥船油耗量，t为绞吸挖泥船油耗时间；i分别为绞吸挖泥船单台车行程、绞吸挖泥船锚位移船航行里程。

53、进一步的，所述s5中建立船舶能耗评估等级的方法为：通过计算挖泥船单位土方量历史所排放的量，计算公式如式下：

54、；

55、式中：为排放因子；为船舶燃料消耗总量，单位t；为土方量，单位t；j为燃料种类。

56、进一步的，所述s5中获得历史量的指数范围后，根据历史数范围为船舶能耗评估等级共计建立5个等级，分别为：

57、耗能低：1-2级，为绿色标识；中等：3-4级，为黄-棕色标识；耗能高：5级，为红色标识。

58、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

59、本发明，通过对挖泥船的主机、辅机、锅炉等主要耗能设备以及疏浚轴功率设备、排放量、船舶水域环境参数进行自动采集与检测，并建立能效分析数据库；引入相关性分析算法对各类因素的相关性进行分析，得到各参数之间的相关性程度；根据挖泥船的类别分别构建耙吸船能效评估模型和绞吸挖泥船效评估模型，针对单船次以各个工况下的万方土油耗作为能效评估模型的优化目标，并基于此建立船舶能耗评估等级，由此提供疏浚作业能效辅助决策，从而完成智能能效管理系统。

技术特征：

1.基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：所述s1中的排放量，计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：在计算出的排放量后，以燃料的消耗量与供给量对的排放量进行检测计算，计算公式如下：

4.根据权利要求2所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：在计算出的排放量后，以燃料的消耗量与供给量对的排放量进行检测计算，计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：对所采集的挖泥船能效数据进行预处理，剔除异常数据，包括：

6.根据权利要求5所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：根据所述异常数据对应的数据权重值结合异常数据指标系数获取异常数据评价参数；

7.根据权利要求1所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：所述s3中引入相关性分析算法对挖泥船能效数据各类因素的相关性进行分析，具体为：

8.根据权利要求1所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：所述s4中针对耙吸船构建单船次挖泥周期、挖抛周期、挖吹周期、航行周期的能效评估模型，以单船次为周期，分别统计挖泥、抛泥、吹填和航行的时间和油耗，周期油耗计算公式为：

9.根据权利要求1所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：所述s4中针对绞吸挖泥船构建单台车行程周期、锚位移船周期的能效评估模型，以工况作为区分，分别统计单台车行程、锚位移船、换桩过程的时间和油耗；周期油耗计算公式为：

10.根据权利要求1所述的基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，其特征在于：所述s5中建立船舶能耗评估等级的方法为：通过计算挖泥船单位土方量历史所排放的量，计算公式如式下：

技术总结
本发明公开了基于能效分析评估模型的挖泥船能效计算方法，属于挖泥船能效检测技术领域。本发明解决了现有挖泥船能效计算方法具有误差性，导致对挖泥船能效评估不准确性的问题，通过对挖泥船的主机、辅机、锅炉等主要耗能设备以及疏浚轴功率设备、CO2排放量、船舶水域环境参数进行自动采集与检测，并建立能效分析数据库；引入相关性分析算法对各类因素的相关性进行分析，得到各参数之间的相关性程度；根据挖泥船的类别分别构建耙吸船能效评估模型和绞吸挖泥船效评估模型，针对单船次以各个工况下的万方土油耗作为能效评估模型的优化目标，并基于此建立船舶能耗评估等级，由此提供疏浚作业能效辅助决策，从而完成智能能效管理系统。

技术研发人员：李夏,焦鹏,魏建峰,张启亮,童荣彬,周子琛,杨春雷,陈昌,康恺宁,王惠泽
受保护的技术使用者：中港疏浚有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5