一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法及系统与流程

1.本发明涉及船舶缆绳拉力检测技术领域，更具体的说是涉及一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法及系统。


背景技术：

2.船舶停靠码头时的系泊安全问题是航运业一直比较关注的问题，缆绳拉力数值是否超标是其中的关键因素之一。
3.在长期、复杂的海洋动力环境条件下，系泊缆绳拉力超过设计阈值是造成海上平台倾覆的主要原因之一。在台风等特殊的环境下，海上复杂的风浪条件可能会使系泊力集中在部分系泊缆绳上，致使该系泊缆绳结构发生破坏，继而发生的连锁反应可能会引发海上平台倾覆定等严重灾害。
4.而简单的实时测量船舶缆绳拉力及报警无法解决何预防未来时段可能发生的灾害问题。因此如何提高系泊缆绳在不同天气环境下的安全性，对未来时段船舶缆绳拉力进行预测及报警，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法及系统。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，包括以下步骤：
8.步骤1、确定船舶缆绳拉力的影响因子；
9.步骤2、获取船舶缆绳拉力历史变化数据，以及所述影响因子历史变化数据；
10.步骤3、基于所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据，构建所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间的关联关系；
11.步骤4、对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测，得到未来时段影响因子的预测数据；
12.步骤5、基于未来时段影响因子的预测数据以及所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间的关联关系，得到未来时段船舶缆绳拉力的预测数据；
13.步骤6、将所述未来时段船舶缆绳拉力的预测数据以及当前船舶缆绳拉力实时数据与预设拉力报警阈值进行比较，当未来时段船舶缆绳拉力的预测数据或当前船舶缆绳拉力实时数据达到所述预设拉力报警阈值时，进行报警。
14.可选的，所述步骤1中，船舶缆绳拉力的影响因子至少包括潮位变化、波高变化、风速风向。
15.可选的，所述步骤2中，获取影响因子历史变化数据的方法为：
16.使用潮位遥报仪获取潮位变化数据；使用波浪雷达获取波高变化数据；使用风速风向仪获取风速风向数据。
17.可选的，所述步骤2中，获取船舶缆绳拉力历史变化数据的方法为：在船舶缆绳的
挂钩上安装有拉力传感器，拉力传感器通过信号采集模块连接无线信号发射器，所述无线信号发射器通过4g无线传输将信号传输至无线信号接收器，无线信号接收器将接收的信号传输至终端设备。
18.可选的，所述步骤3中，构建所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间关联关系的方法为：使用apriori关联规则算法，基于所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据，挖掘所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据之间的关联规则。
19.可选的，所述步骤4中，对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测的方法为：
20.采用eemd算法对影响因子历史变化数据进行分解，分解为从高频到低频的s1、s2、
…
sn以及残差量sn+1；
21.将s1、s2、
…
sn+1分别导入ml-esn模型进行预测，输出预测结果；预测结果记为p1、p2、
…
、pn+1；
22.对p1、p2、
…
、pn+1进行相加求和，作为影响因子的预测数据。
23.可选的，所述步骤6中，进行报警时在终端设备进行声光报警。
24.一种船舶缆绳拉力测量安全预警系统，包括依次连接的数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元、报警单元；
25.所述数据采集单元用于采集船舶缆绳拉力历史变化数据，以及影响因子历史变化数据；
26.所述数据传输单元用于将数据采集单元采集的数据进行传输至数据处理单元；
27.所述数据处理单元用于对接收的数据进行处理；
28.所述报警单元用于依据处理结果进行报警。
29.可选的，所述数据采集单元包括潮位遥报仪、波浪雷达、风速风向仪、拉力传感器、信号采集模块；
30.所述数据传输单元包括无线信号发射器、4g无线传输、无线信号接收器；
31.所述数据处理单元为设置在终端设备的处理器；
32.所述报警单元包括声音报警器或灯光报警器。
33.经由上述的技术方案可知，本发明提供了一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法及系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：
34.本发明首先通过潮位遥报仪、风速风向仪等装置获取影响因子历史变化数据，并获取船舶缆绳拉力历史变化数据，构建两者之间的关联关系，基于所述关联关系以及预测的影响因子趋势变化，进而确定出未来时段船舶缆绳拉力的预测数据。本发明没有直接对船舶缆绳拉力进行趋势预测，而是通过影响因子趋势变化来判断未来时段船舶缆绳拉力的趋势变化，该方法能够对未来时段船舶缆绳拉力进行更科学准确的预测及报警，提高系泊缆绳在不同天气环境下的安全性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
36.图1为本发明的方法步骤示意图；
37.图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明实施例公开了一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，参见图1，包括以下步骤：
40.步骤1、确定船舶缆绳拉力的影响因子。
41.在具体应用场景中，船舶缆绳拉力的影响因子至少包括潮位变化、波高变化、风速风向等。潮位变化、波高变化、风速风向等均是影响船舶缆绳拉力的关键因素，也是断缆出现的客观原因所在。
42.步骤2、获取船舶缆绳拉力历史变化数据，以及所述影响因子历史变化数据。
43.其中，获取影响因子历史变化数据的方法为：使用潮位遥报仪获取潮位变化数据；使用波浪雷达获取波高变化数据；使用风速风向仪获取风速风向数据。潮位遥报仪是将实时采集的潮位数据进行涌浪抑制、智能筛选等数字化处理后，将其转化为潮位信息，然后以广播形式发送出去。克服了人工报潮的人为误差。被广泛应用在港口码头和港口疏浚工程中，也可用在水文观测领域。在其他应用场景中，可以使用波浪雷达检测潮位变化数据、波高变化数据等。
44.获取船舶缆绳拉力历史变化数据的方法为：在船舶缆绳的挂钩上安装有拉力传感器，拉力传感器通过信号采集模块连接无线信号发射器，所述无线信号发射器通过4g无线传输将信号传输至无线信号接收器，无线信号接收器将接收的信号传输至终端设备。
45.步骤3、使用apriori关联规则算法，基于所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据，挖掘所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据之间的关联规则。
46.步骤4、对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测，得到未来时段影响因子的预测数据。
47.对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测的方法为：
48.采用eemd算法对影响因子历史变化数据进行分解，分解为从高频到低频的s1、s2、
…
sn以及残差量sn+1；将s1、s2、
…
sn+1分别导入ml-esn模型进行预测，输出预测结果；预测结果记为p1、p2、
…
、pn+1；对p1、p2、
…
、pn+1进行相加求和，作为影响因子的预测数据。通过上述方式仅能够预测下一时刻的数据，因此需要不断循环重复上述预测方法，即能够得到未来时间段内的影响因子预测数据。
49.在其他实施例中，所述影响因子历史变化数据的趋势预测过程还可以结合天气预报等信息，获取影响因子未来时间段内的预报数据，为影响因子的预测提供更多的参考数据，提高预测结果的准确性。
50.步骤5、基于未来时段影响因子的预测数据以及所述船舶缆绳拉力和所述影响因
子之间的关联关系，得到未来时段船舶缆绳拉力的预测数据；
51.步骤6、将所述未来时段船舶缆绳拉力的预测数据以及当前船舶缆绳拉力实时数据与预设拉力报警阈值进行比较，当未来时段船舶缆绳拉力的预测数据或当前船舶缆绳拉力实时数据达到所述预设拉力报警阈值时，进行报警，进行报警时可在终端设备进行声光报警。
52.在另一实施例中，还提供一种船舶缆绳拉力测量安全预警系统，参见图2，包括相连接的数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元、报警单元；
53.所述数据采集单元用于采集船舶缆绳拉力历史变化数据，以及影响因子历史变化数据，数据采集单元包括潮位遥报仪、波浪雷达、风速风向仪、拉力传感器、信号采集模块等；
54.所述数据传输单元用于将数据采集单元采集的数据进行传输至数据处理单元，包括无线信号发射器、4g无线传输、无线信号接收器；数据传输单元的传输距离为海面无遮挡无线传输距离15km；发送间隔30～900秒任意设置；
55.所述数据处理单元为设置在终端设备的处理器，用于对接收的数据进行处理；
56.所述报警单元用于依据处理结果进行报警，通常可以使用声音报警器或灯光报警器。
57.所述终端设备不仅具有报警单元，还可通过显示屏显示船舶缆绳拉力测量历史数据、实时数据、未来时段预测数据等，供工作人员进行参考。
58.所述系统还包括供电单元，用于为上述拉力传感器、信号采集模块等装置进行供电，供电为ac220v或是dc12v，可同时供电,也可选择单独一种供电，优先选择ac220v。
59.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统结构而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
60.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定船舶缆绳拉力的影响因子；步骤2、获取船舶缆绳拉力历史变化数据，以及所述影响因子历史变化数据；步骤3、基于所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据，构建所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间的关联关系；步骤4、对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测，得到未来时段影响因子的预测数据；步骤5、基于未来时段影响因子的预测数据以及所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间的关联关系，得到未来时段船舶缆绳拉力的预测数据；步骤6、将所述未来时段船舶缆绳拉力的预测数据以及当前船舶缆绳拉力实时数据与预设拉力报警阈值进行比较，当未来时段船舶缆绳拉力的预测数据或当前船舶缆绳拉力实时数据达到所述预设拉力报警阈值时，进行报警。2.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，所述步骤1中，船舶缆绳拉力的影响因子至少包括潮位变化、波高变化、风速风向。3.根据权利要求2所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，所述步骤2中，获取影响因子历史变化数据的方法为：使用潮位遥报仪获取潮位变化数据；使用波浪雷达获取波高变化数据；使用风速风向仪获取风速风向数据。4.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，所述步骤2中，获取船舶缆绳拉力历史变化数据的方法为：在船舶缆绳的挂钩上安装有拉力传感器，拉力传感器通过信号采集模块连接无线信号发射器，所述无线信号发射器通过4g无线传输将信号传输至无线信号接收器，无线信号接收器将接收的信号传输至终端设备。5.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，所述步骤3中，构建所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间关联关系的方法为：使用apriori关联规则算法，基于所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据，挖掘所述船舶缆绳拉力历史变化数据和影响因子历史变化数据之间的关联规则。6.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，所述步骤4中，对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测的方法为：采用eemd算法对影响因子历史变化数据进行分解，分解为从高频到低频的s1、s2、
…
sn以及残差量sn+1；将s1、s2、
…
sn+1分别导入ml-esn模型进行预测，输出预测结果；预测结果记为p1、p2、
…
、pn+1；对p1、p2、
…
、pn+1进行相加求和，作为影响因子的预测数据。7.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法，其特征在于，所述步骤6中，进行报警时在终端设备进行声光报警。8.一种船舶缆绳拉力测量安全预警系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元、报警单元；所述数据采集单元用于采集船舶缆绳拉力历史变化数据，以及影响因子历史变化数据；
所述数据传输单元用于将数据采集单元采集的数据进行传输至数据处理单元；所述数据处理单元用于对接收的数据进行处理；所述报警单元用于依据处理结果进行报警。9.根据权利要求8所述的一种船舶缆绳拉力测量安全预警系统，其特征在于，所述数据采集单元包括潮位遥报仪、波浪雷达、风速风向仪、拉力传感器、信号采集模块；所述数据传输单元包括无线信号发射器、4g无线传输、无线信号接收器；所述数据处理单元为设置在终端设备的处理器；所述报警单元包括声音报警器或灯光报警器。

技术总结
本发明公开了一种船舶缆绳拉力测量安全预警方法及系统，涉及船舶缆绳拉力检测技术领域，首先确定船舶缆绳拉力的影响因子；获取船舶缆绳拉力历史变化数据，以及所述影响因子历史变化数据，并构建所述船舶缆绳拉力和所述影响因子之间的关联关系；对所述影响因子历史变化数据进行趋势预测，得到未来时段影响因子的预测数据，结合所述关联关系，得到未来时段船舶缆绳拉力的预测数据；将未来时段船舶缆绳拉力的预测数据以及当前船舶缆绳拉力实时数据与预设拉力报警阈值进行比较，达到所述预设拉力报警阈值时，则进行报警。本发明能够对未来时段船舶缆绳拉力进行更科学准确的预测及报警，提高系泊缆绳在不同天气环境下的安全性。提高系泊缆绳在不同天气环境下的安全性。提高系泊缆绳在不同天气环境下的安全性。


技术研发人员：耿宝磊 沈文君 唐立敏 陈汉宝 朱婷婷 黄美玲 王昊 金瑞佳 朱颖涛
受保护的技术使用者：交通运输部天津水运工程科学研究所
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/21