CN114328506B - 一种智能船舶自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能船舶自动控制系统，涉及智能船舶技术领域。所述控制系统包括数据采集和分类汇总模块、分组交互离散数据模块和智能控制器；数据采集和分类汇总模块采集船舶的航行动力数据并兼容获取船舶的辅助动力需求数据及其他数据；数据采集和分类汇总模块所汇集的数据经过分组交互离散数据模块进行数据构建形成便于智能控制器调取和处理的交互数据库范式，智能控制器基于对交互数据库组的数据处理，进行船舶航行的自动化智能化控制并作为船舶控制后端应用的数据信源。本发明所述系统从底层上构建了面向船舶控制功能需求的全新有价信息处理方法，且能够作为底层技术为诸多船舶控制功能模块提供技术信息。

Description

一种智能船舶自动控制系统

技术领域

本发明涉及船舶航行控制技术领域，尤其是一种基于数据信息提取的智能船舶自动控制系统。

背景技术

船舶航行的自动控制已经得到了广泛而充分的研究，涉及诸多方面的技术要素和应用模式。目前，在硬件技术领域通常不需要或者说没有必要进行拓展研发。在控制方法上，现有技术更多的是将相对而言较为通用的和成熟的自动控制思想和技术转移应用到船舶控制上。虽然这的确属于智能化、自动化船舶控制技术范畴，然而我们认为，从技术进步的实质角度而言，这一类技术仍然是单薄的和粗放的。并不难认识到，对于船舶航行底层数据进行创新研究，基于船舶控制的功能需求开发价值数据的识别抽提和整理处理，对于开发和提升现有船舶自动控制技术而言不仅是必要的，更是根本性的。

事实上，基于我们的研究实践，针对特定功能需求的船舶航行数据处理范式，经过适当的拓展往往能够在极大范畴内具有普适性，从而为其他进一步的船舶控制功能需求提供直接的数据基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种智能船舶自动控制系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种智能船舶自动控制系统，该自动控制系统包括数据采集和分类汇总模块，分组交互离散数据模块，智能控制器；所述数据采集和分类汇总模块一方面采集船舶的航行动力数据，另一方面兼容通过数据端口从云端数据库或者从外接数据库或者从人机界面获取船舶的辅助动力需求数据及其他数据；数据采集和分类汇总模块所汇集的数据经过所述分组交互离散数据模块进行数据构建形成便于所述智能控制器调取和处理的交互数据库范式，所述智能控制器基于对交互数据库组的数据处理，进行船舶航行的自动化智能化控制并作为船舶控制后端应用的数据信源。

作为本发明的一种优选技术方案，该自动控制系统还兼容设置有人机交互模块和/或信息预警模块；所述智能控制器上设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行相关的有价数据。

作为本发明的一种优选技术方案，所述船舶航行的自动化智能化控制具体包括：航行动力系统的功率智能控制；船舶主动力系统和辅助动力系统的匹配控制；航行数据的人机展示、记录、预警；其他拓展航需；所述作为船舶控制后端应用的数据信源具体包括：智能控制器设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行动力相关的有价数据，为广泛的船舶航行相关后端应用模块提供数据基础。

作为本发明的一种优选技术方案，所述数据采集和分类汇总模块采集船舶航行的等效匀速功率数据，并通过云数据调用或人工输入的方式获取船舶航行的辅助动力需求数据；所述等效匀速功率数据为船舶维持水平匀速航行所需的功率数据；

作为本发明的一种优选技术方案，所述分组交互离散数据模块内部兼容构建有如下相互交互的数据库范式：A、数据套范式，用于从数据采集和分类汇总模块中套取设定长度的船舶主动力数据，形成一个船舶主动力离散数据组，具体的，首先为数据套范式设定代表间隔跨度的span主属性，则指定单位后数据套范式的span主属性体现为单值数据，数据套范式从数据采集和分类汇总模块中套取船舶主动力数据组时，离散数据组的容量唯一由数据套范式的span主属性确定；B、数据积分范式，用于对数据套范式套取的每一离散数据组进行数据积分并与数据套范式进行交互；数据积分范式的主属性设置为∫，具体用于获取套内船舶主动力数据的和值；数据积分范式的辅助属性设置为/，用于实现数据积分范式与数据套范式的交互，具体的，基于单值化的spam主属性与单值化的∫主属性进行直接数据交互，获取具有均值意义的均质化船舶主动力数据；C、数据排序和标记范式，用于数据排序标记，基于数据套范式所套取船舶主动力数据的顺序对于数据套范式与数据积分范式交互所得均质化数据进行排序标记，形成一个有序的船舶主动力相关离散数据组；

作为本发明的一种优选技术方案，所述智能控制器调取所述分组交互离散数据模块处理后的交互数据库，基于对交互数据库组的数据处理，进行船舶航行主动力系统的功率智能控制及其他船舶智能控制；

A、数据切割处理；

A-1、数据基础切割进程：船舶主动力均质化数据构成一个有序的离散数据组，依照排序标记对均质化数据进行数据切割；基础数据切割的第一准则设置为临近排序数据的差值切割，这样，对于总排序数为x的均质化数据组进行全局依次切割后，得到一个数据量为x-1的子数据组，基于原离散数据组的排序标记，所得子数据组天然构建为与原离散数据组对应的有序离散数据“子组”；

A-2、数据进化切割进程：数据的基础切割仅仅构建了相邻均质化动力数据的关联关系，而船舶的智能控制需要对全局数据进行均衡关联，还需要全局数据关联对应的数据过程满足数据计算范式和数据计算总量可控的要求，为此，数据进化切割进程设置为数据基础切割进行的迭代，即，将数据的基础切割进程施加到首次基础切割得到的有序离散数据“子组”上，得到的数据组同样天然构建为与被切割的离散数据组对应的有序离散数据“子组”，为了区分，所得有序数组命名为有序离散数据“孙组”，且所得数据“孙组”的有序数据容量为(x-1)-1＝x-2；这样的数据进化进程满足数据全局关联的基本要求，同时其数据容量小、尤其是数据结构简单，削减船舶智能控制系统的数据计算总量同时有效提升数据处理结果的稳定性；

A-3、数据进化终点进程：按照上步所设定的数据进化进程，最终将得到一个数据容量为2-1＝1的单一数据组，这个单一数据基于数据进化进程实质上实现了船舶主动力均质化数据的第一有序离散数据组中首尾数据的内涵关联，其同样称作有序数据组，作为数据进化的终点；所有有序数组构成一个有序数据组家族/有序数据组进化树；

B、有序数组进化树的有价处理；

B-1、数据有价信息分布：数据切割处理所构建的数据结构实现了船舶主动力数据的全局关联，对于船舶的智能化控制，其有价信息一方面在于所得系列有序数据组家族/有序数据组进化树，另一方面，更广泛和更重要的信息存于系列有序数据组家族/有序数据组进化树的进化进程关系/进化树分支结构中；

B-2：基于杨辉三角的有价信息处理：

B-2-1：有序数据组家族/有序数据组进化树的数据结构与杨辉三角具有完整的契合性，一方面是有序数据组家族/有序数据组进化树的构型与杨辉三角直接关联，更重要的方面在于，将有全部有序数据当中的同类项合并后，其系数与杨辉三角确定的组合数相等，这意味着，二者不仅在数据组结构上一致，并且在数据的进化进程关系/进化树分支结构上保持一致；杨辉三角与所构建的有序数据组家族/有序数据组进化树的确定性契合实现了整个数据架构中上述两方面有价信息的正确和充分提取，构成船舶智能控制系统的数据信息基础；

B-2-2、基于杨辉三角对有序数据组家族/有序数据组进化树进行数据处理时，可供选择的数据导向并不唯一，为此设定两个数据导向，其一是范式化的数据导向，即上步所述对于同类项数据的合并；其二是功能性的数据导向，由于为智能控制器设定的数据导向为船舶的动力控制，因此将末端数据的整理和呈现方向设置为以船舶动力参数为导向；两组数据导向相互兼容。

作为本发明的一种优选技术方案，基于船舶水平航速与时间单元的微分以及动力系统的主推力输出进行拟合获取所述等效匀速功率数据；或通过其他数据过程拟合获取与所述等效匀速功率数据具有线性关系的替代数据；数据的具体择取基于对象船舶主体的硬件传感系统进行调整。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明属于船舶智能控制技术领域的开拓性创新。本发明与现有技术中的智能船舶控制思想和方法均有根本性的区别，后者主体仍然是将相对而言较为通用的和成熟的自动控制思想和技术转移应用到船舶控制上，本发明构建的方法从底层上构建了面向船舶控制功能需求的全新的有价信息处理方法；与此同时，我们发现本发明提供的数据方法虽然是特定的航行功能需求展开的，但是却具有广泛的适用性，亦即，本发明可以作为底层技术为诸多船舶控制功能模块提供有价数据信息，这使得本发明不仅极具创新性(属于开拓性发明的范畴)，同时具备了技术底层平台的特点，技术进步性十分显著。本发明技术方案的有益效果具体分述如下。

本发明的数据采集和分类汇总模块，用于获取船舶主体的原始传感数据，其创新点在于：第一，其并非简单的采集和存储数据，还能够进行初步的数据加工，基于传感数据的不同通过简单运算得到等效拟合数据，为后续的数据处理提供便利条件，例如对于等效匀速功率数据，可以基于船舶水平航速与时间单元的微分以及动力系统的主推力输出进行拟合获取所述等效匀速功率数据，也可以通过其他数据过程拟合获取与所述等效匀速功率数据具有线性关系的替代数据(基于船舶传感系进行具体调整)；第二，为了适应本发明作为底层技术平台为其他功能应用模块提供基础数据，我们还为数据采集和分类汇总模块设置了兼容功能特性，即兼容通过数据端口从云端数据库或者从外接数据库或者从人机界面获取船舶的辅助动力需求数据及其他数据，这很好的适应了本发明作为技术平台进行发展的需求。

本发明的分组交互离散数据模块是数据处理的中心节点，其与数据采集和分类汇总模块及智能控制器均紧密关联，尤其是与智能控制器属于一种密不可分的协同关系。

实际上，分组交互离散数据功能模块是本发明核心创新的一个重要组成部分，我们创新研发了三种具有交互关系的数据处理范式，即数据套范式、数据积分范式和数据排序和标记范式。数据套范式用于从数据采集和分类汇总模块中套取设定长度的船舶主动力数据，形成一个船舶主动力离散数据组；数据积分范式用于对数据套范式套取的每一离散数据组进行数据积分并与数据套范式进行交互；数据排序和标记范式，用于数据排序标记形成一个有序的船舶主动力相关离散数据组。重要的创新在于：我们通过属性设定的全新数据方式对三种范式进行了可操作的数据归一化处理，使得数据过程以及所得数据结果均具有等效单值数据特性，这不仅简化了数据结果，尤其是使得后续数据的可选方式得到了大大的提升。

本发明的智能控制器基于对交互数据库组的数据处理，一方面进行船舶航行的自动化智能化控制，诸如航行动力系统的功率智能控制；船舶主动力系统和辅助动力系统的匹配控制；航行数据的人机展示、记录、预警；其他拓展航需等；另一方面，基于本发明的底层技术平台特点，还可以作为船舶控制后端应用的数据信源，一般而言，可以直接在智能控制器上设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行动力相关的有价数据，为广泛的船舶航行相关后端应用模块提供数据基础，这是本发明作为平台技术发展的具体可选方式之一，可能也是最便利的形式之一。

本发明基于依次递进的数据切割进程所构建的有序数组，以及携带船舶全局数据信息的有序数组进化树结构，是本发明另一个技术研发核心；进一步的，基于对所得有序数组和有序数组进化树的分析(前者是数据分类合并分析，后者是树状结构特性分析)，发现有序数组进化树无论在数据形式上抑或数据内涵上均与杨辉三角确切契合，从而可以直接采用杨辉三角对切割后的数据家族进行数据处理！并且超出我们的预料，套用杨辉三角所得到的有价数据似乎具有更广泛的适用性，这是本发明作为平台技术发展的根本所在。

参见下文的实施例，在具体应用方向上，本发明对于船舶动力系统的智能控制具有良好的适用性和拓展性；对于其他功能需求模块具有良好的可兼容性。

另外，本发明的软硬件设置兼容基于人工智能的控制方法优化进化，这也是后续的一个重要研发方向。

附图说明

图1是本发明实施例所述系统的原理框图。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明。在以下实施例的描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

如图1所示，本发明实施例公开了一种智能船舶自动控制系统，包括括数据采集和分类汇总模块，分组交互离散数据模块，智能控制器，人机交互模块和、信息预警模块和可拓展数据接口。本发明所述系统从底层上构建了面向船舶控制功能需求的全新有价信息处理方法，且能够作为底层技术为诸多船舶控制功能模块提供技术信息。

数据采集和分类汇总模块：

数据采集和分类汇总模块可以直接采集船舶的航行动力数据，同时兼容通过数据端口从云端数据库或者从外接数据库或者从人机界面获取船舶的辅助动力需求数据及其他数据；数据采集和分类汇总模块采集船舶航行的等效匀速功率数据，并通过云数据调用或人工输入的方式获取船舶航行的辅助动力需求数据；等效匀速功率数据为船舶维持水平匀速航行所需的功率数据，可以基于船舶水平航速与时间单元的微分以及动力系统的主推力输出进行拟合获取，或通过其他数据过程拟合获取与等效匀速功率数据具有线性关系的替代数据(基于船舶传感系进行具体调整)。

本实施例的数据采集和分类汇总模块，其创新点在于：第一，其并非简单的采集和存储数据，还能够进行初步的数据加工，基于传感数据的不同通过简单运算得到等效拟合数据，为后续的数据处理提供便利条件，例如对于等效匀速功率数据，可以基于船舶水平航速与时间单元的微分以及动力系统的主推力输出进行拟合获取所述等效匀速功率数据，也可以通过其他数据过程拟合获取与所述等效匀速功率数据具有线性关系的替代数据(基于船舶传感系进行具体调整)；第二，为了适应本发明作为底层技术平台为其他功能应用模块提供基础数据，我们还为数据采集和分类汇总模块设置了兼容功能特性，即兼容通过数据端口从云端数据库或者从外接数据库或者从人机界面获取船舶的辅助动力需求数据及其他数据，这很好的适应了本发明作为技术平台进行发展的需求。

分组交互离散数据模块：

数据采集和分类汇总模块所汇集的数据经过分组交互离散数据模块进行数据构建形成便于智能控制器调取和处理的交互数据库范式，包括三种范式：A、数据套范式，用于从数据采集和分类汇总模块中套取设定长度的船舶主动力数据，形成一个船舶主动力离散数据组，具体的，首先为数据套范式设定代表间隔跨度的span主属性，则指定单位后数据套范式的span主属性体现为单值数据，数据套范式从数据采集和分类汇总模块中套取船舶主动力数据组时，离散数据组的容量唯一由数据套范式的span主属性确定；B、数据积分范式，用于对数据套范式套取的每一离散数据组进行数据积分并与数据套范式进行交互；数据积分范式的主属性设置为∫，具体用于获取套内船舶主动力数据的和值；数据积分范式的辅助属性设置为/，用于实现数据积分范式与数据套范式的交互，具体的，基于单值化的spam主属性与单值化的∫主属性进行直接数据交互，获取具有均值意义的均质化船舶主动力数据；C、数据排序和标记范式，用于数据排序标记，基于数据套范式所套取船舶主动力数据的顺序对于数据套范式与数据积分范式交互所得均质化数据进行排序标记，形成一个有序的船舶主动力相关离散数据组。

本实施例的分组交互离散数据模块是数据处理的中心节点，其与数据采集和分类汇总模块及智能控制器均紧密关联，尤其是与智能控制器属于一种密不可分的协同关系。分组交互离散数据功能模块是本发明核心创新的一个重要组成部分，我们创新研发了三种具有交互关系的数据处理范式，即数据套范式、数据积分范式和数据排序和标记范式。数据套范式用于从数据采集和分类汇总模块中套取设定长度的船舶主动力数据，形成一个船舶主动力离散数据组；数据积分范式用于对数据套范式套取的每一离散数据组进行数据积分并与数据套范式进行交互；数据排序和标记范式，用于数据排序标记形成一个有序的船舶主动力相关离散数据组。重要的创新在于：我们通过属性设定的全新数据方式对三种范式进行了可操作的数据归一化处理，使得数据过程以及所得数据结果均具有等效单值数据特性，这不仅简化了数据结果，尤其是使得后续数据的可选方式得到了大大的提升。

智能控制器：

智能控制器基于对交互数据库组的数据处理，一方面进行船舶航行的自动化智能化控制，诸如航行动力系统的功率智能控制；船舶主动力系统和辅助动力系统的匹配控制；航行数据的人机展示、记录、预警；其他拓展航需等；主动力系统用于维持船舶整体航速，辅助动力系统用于船舶航行功能之外的用能供应，包括船舶电气控制用能、乘员生活用能、船舶通信用能。另一方面，基于本发明的底层技术平台特点，还可以作为船舶控制后端应用的数据信源，智能控制器设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行动力相关的有价数据，为广泛的船舶航行相关后端应用模块提供数据基础。智能控制器的内涵控制进程包括：

A、数据切割处理；A-1、数据基础切割进程：船舶主动力均质化数据构成一个有序的离散数据组，依照排序标记对均质化数据进行数据切割；基础数据切割的第一准则设置为临近排序数据的差值切割，这样，对于总排序数为x的均质化数据组进行全局依次切割后，得到一个数据量为x-1的子数据组，基于原离散数据组的排序标记，所得子数据组天然构建为与原离散数据组对应的有序离散数据“子组”；A-2、数据进化切割进程：数据的基础切割仅仅构建了相邻均质化动力数据的关联关系，而船舶的智能控制需要对全局数据进行均衡关联，还需要全局数据关联对应的数据过程满足数据计算范式和数据计算总量可控的要求，为此，数据进化切割进程设置为数据基础切割进行的迭代，即，将数据的基础切割进程施加到首次基础切割得到的有序离散数据“子组”上，得到的数据组同样天然构建为与被切割的离散数据组对应的有序离散数据“子组”，为了区分，所得有序数组命名为有序离散数据“孙组”，且所得数据“孙组”的有序数据容量为(x-1)-1＝x-2；这样的数据进化进程满足数据全局关联的基本要求，同时其数据容量小、尤其是数据结构简单，削减船舶智能控制系统的数据计算总量同时有效提升数据处理结果的稳定性；A-3、数据进化终点进程：按照上步所设定的数据进化进程，最终将得到一个数据容量为2-1＝1的单一数据组，这个单一数据基于数据进化进程实质上实现了船舶主动力均质化数据的第一有序离散数据组中首尾数据的内涵关联，其同样称作有序数据组，作为数据进化的终点；所有有序数组构成一个有序数据组家族/有序数据组进化树；

B、有序数组进化树的有价处理；B-1、数据有价信息分布：数据切割处理所构建的数据结构实现了船舶主动力数据的全局关联，对于船舶的智能化控制，其有价信息一方面在于所得系列有序数据组家族/有序数据组进化树，另一方面，更广泛和更重要的信息存于系列有序数据组家族/有序数据组进化树的进化进程关系/进化树分支结构中；B-2：基于杨辉三角的有价信息处理：B-2-1：有序数据组家族/有序数据组进化树的数据结构与杨辉三角具有完整的契合性，一方面是有序数据组家族/有序数据组进化树的构型与杨辉三角直接关联，更重要的方面在于，将有全部有序数据当中的同类项合并后，其系数与杨辉三角确定的组合数相等，这意味着，二者不仅在数据组结构上一致，并且在数据的进化进程关系/进化树分支结构上保持一致；杨辉三角与所构建的有序数据组家族/有序数据组进化树的确定性契合实现了整个数据架构中上述两方面有价信息的正确和充分提取，构成船舶智能控制系统的数据信息基础；B-2-2、基于杨辉三角对有序数据组家族/有序数据组进化树进行数据处理时，可供选择的数据导向并不唯一，为此设定两个数据导向，其一是范式化的数据导向，即上步对于同类项数据的合并；其二是功能性的数据导向，由于为智能控制器设定的数据导向为船舶的动力控制，因此将末端数据的整理和呈现方向设置为以船舶动力参数为导向；两组数据导向相互兼容。

本发明基于依次递进的数据切割进程所构建的有序数组，以及携带船舶全局数据信息的有序数组进化树结构，是本发明另一个技术研发核心；进一步的，基于对所得有序数组和有序数组进化树的分析(前者是数据分类合并分析，后者是树状结构特性分析)，发现有序数组进化树无论在数据形式上抑或数据内涵上均与杨辉三角确切契合，从而可以直接采用杨辉三角对切割后的数据家族进行数据处理！并且超出我们的预料，套用杨辉三角所得到的有价数据似乎具有更广泛的适用性，这是本发明作为平台技术发展的根本所在。

一般而言，可以直接在智能控制器上设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行动力相关的有价数据，为广泛的船舶航行相关后端应用模块提供数据基础，这是本发明作为平台技术发展的具体可选方式之一，可能也是最便利的形式之一。与此对应的是，参见下文的实施例，在具体应用方向上，本发明对于船舶动力系统的智能控制具有良好的适用性和拓展性；对于其他功能需求模块具有良好的可兼容性。

智能船舶自动控制系统还兼容设置有人机交互模块和/或信息预警模块；智能控制器上设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行相关的有价数据。

关于航行动力系统的功率智能控制，经过智能处理器对有序数组进化树的有价处理，由于在步骤B-2-2中设定的两个数据导向分别为：①范式化的数据导向，即步骤B-2-1中对于同类项数据的合并，②功能性的数据导向，将末端数据的整理和呈现方向设置为以船舶动力参数为导向；这样，就将分组交互离散数据模块中三组数据范式即数据套范式、数据积分范式、数据排序和标记范式依次处理后得到的船舶主动力相关有序离散数据组，转化为直接映射船舶航行主动力需求的数据函数，这是一个具有线性结构的功能函数，其系数由杨辉三角决定。

下一步，智能控制器只需将“数据套范式”中的原始数据套容量进行扩充即可得到拟合的航行动力需求数据，智能控制器对于原始数据套容量的扩充规模对应了航行动力需求的时间边界。

在实际应用中，根据船舶的客体参数可以确定所需的时间边界，由此反推确定智能控制器对于原始数据套容量的扩充规模。

这样只需将当下的实时航行动力功率与选定时间边界的拟合船舶航行动力功率进行数值比对，根据不同时间边界的功率需求数据(可以直接采用功率数据插值，正负分别表示增加与减少)预先为船舶动力系统提供对应的能量储备，即可实现对于舶航行动力功率系统的智能控制。

关于船舶主动力系统和辅助动力系统的匹配控制。在实施例6中航行动力系统的功率智能控制的基础上，如果选定时间边界(尤其是近端时间边界)上的拟合功率数据与当下的船舶航行动力数据差值较大，则考虑按比例降低船舶辅助动力系统(如空调系统、照明系统、乘员娱乐系统等)的功率供给，为船舶航行的主动力系统让能。

关于船舶航行的信息预警。由于船舶辅助动力系统的功率需求具有良好的确定性，并且通常都是来自人工输入数据，因此具有良好的可预测性。如果出现如下情况，则智能控制器进行信息预警，交由人工干预处理：如果选定时间边界(尤其是较远端时间边界)上的拟合功率数据与当下的船舶航行动力数据差值较大，并且选定时间边界节点的辅助动力系统处于用能高峰，或者虽然选定时间边界节点的辅助动力系统未处于用能高峰，但是具有不可削减的刚性用能需求，其最低刚性用能需求与主动力需求的用能增量需求发生冲突。

通过在智能控制器设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行动力相关的有价数据，为广泛的船舶航行相关后端应用模块提供数据基础。例如，进行航行数据的记录、备份、展示；为船舶学科、流体力学学科、海洋学学科科研提供特定导向的数据包应用模块；船体故障导向的数据包应用模块；船体控制系统故障导向数据包应用模块；等等广泛的船舶航行相关后端应用模块。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在各个实施例中，技术的硬件实现可以直接采用现有的智能设备，包括但不限于工控机、PC机、智能手机、手持单机、落地式单机等。其输入设备优选采用屏幕键盘，其数据存储和计算模块采用现有的存储器、计算器、控制器，其内部通信模块采用现有的通信端口和协议，其远程通信采用现有的gprs网络、万维互联网等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAcces Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能船舶自动控制系统，其特征在于：该自动控制系统包括数据采集和分类汇总模块，分组交互离散数据模块，智能控制器；所述数据采集和分类汇总模块一方面采集船舶的航行动力数据，另一方面兼容通过数据端口从云端数据库或者从外接数据库或者从人机界面获取船舶的辅助动力需求数据及其他数据；数据采集和分类汇总模块所汇集的数据经过所述分组交互离散数据模块进行数据构建形成便于所述智能控制器调取和处理的交互数据库范式，所述智能控制器基于对交互数据库组的数据处理，进行船舶航行的自动化智能化控制并作为船舶控制后端应用的数据信源；

所述船舶航行的自动化智能化控制具体包括：航行动力系统的功率智能控制；船舶主动力系统和辅助动力系统的匹配控制；航行数据的人机展示、记录、预警；其他拓展航需；所述作为船舶控制后端应用的数据信源具体包括：智能控制器设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行动力相关的有价数据，为广泛的船舶航行相关后端应用模块提供数据基础；

4-1、所述数据采集和分类汇总模块采集船舶航行的等效匀速功率数据，并通过云数据调用或人工输入的方式获取船舶航行的辅助动力需求数据；所述等效匀速功率数据为船舶维持水平匀速航行所需的功率数据；

4-2、所述分组交互离散数据模块内部兼容构建有如下相互交互的数据库范式：

A、数据套范式，用于从数据采集和分类汇总模块中套取设定长度的船舶主动力数据，形成一个船舶主动力离散数据组，具体的，首先为数据套范式设定代表间隔跨度的span主属性，则指定单位后数据套范式的span主属性体现为单值数据，数据套范式从数据采集和分类汇总模块中套取船舶主动力数据组时，离散数据组的容量唯一由数据套范式的span主属性确定；

B、数据积分范式，用于对数据套范式套取的每一离散数据组进行数据积分并与数据套范式进行交互；数据积分范式的主属性设置为∫，具体用于获取套内船舶主动力数据的和值；数据积分范式的辅助属性设置为/，用于实现数据积分范式与数据套范式的交互，具体的，基于单值化的spam主属性与单值化的∫主属性进行直接数据交互，获取具有均值意义的均质化船舶主动力数据；

C、数据排序和标记范式，用于数据排序标记，基于数据套范式所套取船舶主动力数据的顺序对于数据套范式与数据积分范式交互所得均质化数据进行排序标记，形成一个有序的船舶主动力相关离散数据组；

4-3、所述智能控制器调取所述分组交互离散数据模块处理后的交互数据库，基于对交互数据库组的数据处理，进行船舶航行主动力系统的功率智能控制及其他船舶智能控制；

A、数据切割处理；

A-1、数据基础切割进程：船舶主动力均质化数据构成一个有序的离散数据组，依照排序标记对均质化数据进行数据切割；基础数据切割的第一准则设置为临近排序数据的差值切割，这样，对于总排序数为x的均质化数据组进行全局依次切割后，得到一个数据量为x-1的子数据组，基于原离散数据组的排序标记，所得子数据组天然构建为与原离散数据组对应的有序离散数据“子组”；

A-2、数据进化切割进程：数据的基础切割仅仅构建了相邻均质化动力数据的关联关系，而船舶的智能控制需要对全局数据进行均衡关联，还需要全局数据关联对应的数据过程满足数据计算范式和数据计算总量可控的要求，为此，数据进化切割进程设置为数据基础切割进行的迭代，即，将数据的基础切割进程施加到首次基础切割得到的有序离散数据“子组”上，得到的数据组同样天然构建为与被切割的离散数据组对应的有序离散数据“子组”，为了区分，所得有序数组命名为有序离散数据“孙组”，且所得数据“孙组”的有序数据容量为(x-1)-1＝x-2；

A-3、数据进化终点进程：按照上步所设定的数据进化进程，最终将得到一个数据容量为2-1＝1的单一数据组，这个单一数据基于数据进化进程实质上实现了船舶主动力均质化数据的第一有序离散数据组中首尾数据的内涵关联，其同样称作有序数据组，作为数据进化的终点；所有有序数组构成一个有序数据组家族/有序数据组进化树；

B、有序数组进化树的有价处理；

B-1、数据有价信息分布：数据切割处理所构建的数据结构实现了船舶主动力数据的全局关联，对于船舶的智能化控制，其有价信息一方面在于所得系列有序数据组家族/有序数据组进化树，另一方面，更广泛和更重要的信息存于系列有序数据组家族/有序数据组进化树的进化进程关系/进化树分支结构中；

B-2：基于杨辉三角的有价信息处理：

B-2-1：有序数据组家族/有序数据组进化树的数据结构与杨辉三角具有完整的契合性，一方面是有序数据组家族/有序数据组进化树的构型与杨辉三角直接关联，更重要的方面在于，将有全部有序数据当中的同类项合并后，其系数与杨辉三角确定的组合数相等，这意味着，二者不仅在数据组结构上一致，并且在数据的进化进程关系/进化树分支结构上保持一致；杨辉三角与所构建的有序数据组家族/有序数据组进化树的确定性契合实现了整个数据架构中上述两方面有价信息的正确和充分提取，构成船舶智能控制系统的数据信息基础；

B-2-2、基于杨辉三角对有序数据组家族/有序数据组进化树进行数据处理时，可供选择的数据导向并不唯一，为此设定两个数据导向，其一是范式化的数据导向，即B-2-1中对于同类项数据的合并；其二是功能性的数据导向，由于为智能控制器设定的数据导向为船舶的动力控制，因此将末端数据的整理和呈现方向设置为以船舶动力参数为导向；两组数据导向相互兼容。

2.根据权利要求1所述一种智能船舶自动控制系统，其特征在于：该自动控制系统还兼容设置有人机交互模块和/或信息预警模块；所述智能控制器上设置可拓展数据接口用于与后端应用模块连接并为其提供船舶航行相关的有价数据。

3.根据权利要求1所述的一种智能船舶自动控制系统，其特征在于：基于船舶水平航速与时间单元的微分以及动力系统的主推力输出进行拟合获取所述等效匀速功率数据；或通过其他数据过程拟合获取与所述等效匀速功率数据具有线性关系的替代数据；数据的具体择取基于对象船舶主体的硬件传感系统进行调整。