一種船舶氣體控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種船舶氣體控制方法，該方法包括提供基于氣體分析的船舶控制裝置，所述船舶控制裝置包括散射式能見度觀測儀、船舶速度測量設備、船舶驅動設備和主控設備，所述主控設備分別與所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備和所述船舶驅動設備連接，根據所述散射式能見度觀測儀輸出的能見度確定船舶最大允許行駛速度，基于船舶最大允許行駛速度和所述船舶速度測量設備輸出的當前船舶行駛速度，通過所述船舶驅動設備進行船舶行駛速度的控制。本發明能夠通過檢查船舶周圍空氣的能見度自動限制船舶的行駛速度，還能夠通過對比船舶控制室內外氣體的PM2.5濃度，提示駕駛員開窗或關窗，從而保證了船舶的安全行駛和船上人員的人身健康。
【專利說明】一種船舶氣體控制方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及船舶控制領域，尤其涉及一種船舶氣體控制方法。

【背景技術】
[0002]船舶，即boats and ships，是各種船只的總稱。船舶是能航行或停泊于水域進行運輸或作業的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技術性能、裝備和結構型式，是一種主要在地理水中運行的人造交通工具。另外，民用船一般稱為船，軍用船稱為艦，小型船稱為艇或舟，其總稱為艦船或船艇。內部主要包括容納空間、支撐結構和排水結構，具有利用外在或自帶能源的推進系統。外型一般是利于克服流體阻力的流線性包絡，材料隨著科技進步不斷更新，早期為木、竹、麻等自然材料，近代多是鋼材以及鋁、玻璃纖維、亞克力和各種復合材料。
[0003]自古以來，船舶的作用主要體現在運輸和作戰兩方面。在運輸方面，船舶分為客運和貨運兩種模式。無論用于哪個方面，船舶的造價都是一個不小的數目，如果發生碰撞或其他事故，由于水面交通的特殊性和水面維修作業的局限性，維修和維護費用同樣不菲。因此，避免事故的發生是船舶行駛的主要任務之一，尤其在能見度較低的情況下，需要降低船舶的行駛速度，以提供更多反應時間去觀察水面情況，實現水下水面目標的規避，同時一些船舶的控制室位置較低，需要根據控制室的空氣情況及時通風或關閉窗戶，為駕駛員提供一個良好的駕駛環境。現有技術中存在一些預警的船舶控制方案，但都不是基于氣體檢測來進行船舶控制的。
[0004]因此，需要一種基于氣體分析的船舶控制裝置，克服現有船舶控制系統的無法根據能見度情況及時調整航速以及無法根據控制室氣體情況進行通風控制的技術問題，通過實時檢測船舶附近空氣的能見度，設置船舶最大允許行駛速度并進行航速的自動控制，另外通過控制室內外PM2.5濃度的分析確定通風策略，避免航運事故的發生，保證駕駛人員的身心健康不受損傷。


【發明內容】

[0005]為了解決上述問題，本發明提供了一種船舶氣體控制方法，該方法包括提供一種基于氣體分析的船舶控制裝置，通過引入散射式能見度觀測儀對船舶行駛環境的能見度進行有效策略，進而自動控制船舶的行駛速度，通過同時引入室內PM2.5檢測設備和室外PM2.5檢測設備實現船舶控制室內外的空氣環境的對比，為駕駛員的通風提供重要參考，提高了船舶行駛控制的自動化程度。
[0006]根據本發明的一方面，提供了一種船舶氣體控制方法，該方法包括提供一種基于氣體分析的船舶控制裝置，所述船舶控制裝置包括散射式能見度觀測儀、船舶速度測量設備、船舶驅動設備和主控設備，所述主控設備分別與所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備和所述船舶驅動設備連接，根據所述散射式能見度觀測儀輸出的能見度確定船舶最大允許行駛速度，基于船舶最大允許行駛速度和所述船舶速度測量設備輸出的當前船舶行駛速度，通過所述船舶驅動設備進行船舶行駛速度的控制。
[0007]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，進一步包括:散射式能見度觀測儀，包括支架、發射單元、接收單元和控制單元，所述支架固定在船舶船體頂部上，所述發射單元、所述接收單元和所述控制單元固定在所述支架上，所述控制單元包括微CPU和通信接口，所述發射單元和所述接收單元相對放置，所述發射單元采用GaAs紅外LED作為光源發射散射光，所述接收單元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元分別連接所述發射單元和所述接收單元，所述微CPU根據發射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出能見度；船舶速度測量設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，實時測量并輸出當前船舶行駛速度；船舶驅動設備，安裝在船舶船體后端底艙內，包括可逆轉內燃發動機、由可逆轉內燃發動機所驅動的分級減速齒輪系、控制可逆轉內燃發動機與分級減速齒輪系接觸或脫離的摩擦式離合器、驅動帶有固定槳葉的螺旋槳軸和使得螺旋槳軸減速并保持不動的摩擦式制動器，其中船舶的加速和減速是通過可逆轉內燃發動機對螺旋槳的旋轉的速度和方向進行作用而控制的，控制時需要離合器與制動器的組合或相繼的操作；室內PM2.5檢測設備，安裝在控制室內，采用內置的濾膜在線采樣器對控制室內顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室內PM2.5濃度輸出；室外PM2.5檢測設備，安裝在船舶船體上，采用內置的濾膜在線采樣器對控制室外大氣中顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室外PM2.5濃度輸出；主控設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，分別連接所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備、所述船舶驅動設備、所述室內PM2.5檢測設備和所述室外PM2.5檢測設備，根據接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度，在當前船舶行駛速度超出船舶最大允許行駛速度時，發出船舶超速提示信號，并控制船舶驅動設備減速直到當前船舶行駛速度小于或等于船舶最大允許行駛速度，同時，在室內PM2.5濃度大于室外PM2.5濃度時，發出控制室開窗提不信號，在室內PM2.5濃度小于室外PM2.5濃度時,發出控制室關窗提不信號；導航設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備以將船舶當前位置發送給主控設備；顯示設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備以實時顯示船舶最大允許行駛速度、當前船舶行駛速度、室內PM2.5濃度和室外PM2.5濃度；語音播放設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備以實時播放與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件；無線通信設備，安裝在船舶船體前端，連接主控設備，用于將船舶當前位置、能見度和室外PM2.5濃度無線發送到船舶管理中心；其中，主控設備根據接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度時，根據接收到的能見度所處于的能見度等級范圍確定不同的船舶最大允許行駛速度，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
[0008]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述散射式能見度觀測儀的發射單元以33度傾角發射散射光。
[0009]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述語音播放設備還包括內置的語音文件存儲單元，用于存儲與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件。
[0010]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述散射式能見度觀測儀的控制單元的微CPU和通信接口被封裝在一個控制箱內以固定在所述散射式能見度觀測儀的支架上，所述支架垂直固定于船舶船體頂部上。
[0011]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述顯示設備接收所述主控設備發出的控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號，并在所述顯示設備上顯示動態模擬開窗或關窗動作以對船舶駕駛員進行提醒。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中:
[0013]圖1為根據本發明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的結構方框圖。
[0014]圖2為根據本發明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的散射式能見度觀測儀的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下面將參照附圖對本發明的基于氣體分析的船舶控制裝置的實施方案進行詳細說明。
[0016]在船舶的行駛過程中，水面能見度是一個決定船速的重要因素。能見度高的水面，駕駛員可以觀察到很遠的距離，能夠放心地保持高速運行，而在能見度低的水面，駕駛員必須減低速度，以保留足夠的反應時間處理危機。
[0017]能見度，指物體能被正常視力看到的最大距離，也指物體在一定距離時被正常目力看到的清晰程度。能見度在不同環境中大有不同。在空氣特別干凈的北極或是山區，能見度能夠達到70?100km，然而能見度通常由于大氣污染以及濕氣而有所降低。煙霧可將能見度降低至零，這對于開車開船來說是非常危險的，同樣在沙塵暴發生的沙漠地區以及有森林大火的地方駕車都是十分危險的。雷雨天氣的暴雨不僅使能見度降低，同時由于地面濕滑而不能緊急制動。暴風雪天氣也屬于低能見度的范疇內。另外，煙霧、薄霧、霾的環境下，能見度有所不同。國際上對煙霧的能見度定義為不足1km，薄霧的能見度為Ikm?2km，霾的能見度為2km?5km。煙霧和薄霧通常被認作是水滴的重要組成部分，霾和煙的粒徑相對要小一些。非常低的能見度，例如，能見度不足100米時，通常能見度被認為為零，在這種情況下道路、航路會被封鎖。
[0018]能夠測量能見度的儀器，被稱為能見度觀測儀。世界上普遍應用的能見度觀測儀主要有透射式和散射式兩種。其中，透射儀因需要基線，占地范圍大，不適用于海岸臺站、燈塔自動氣象站及船舶上，但其具有自檢能力，低能見度下性能好等優點而適用于民航系統；散射儀以其體積小和低廉的價格而廣泛應用于碼頭、航空、高速公路等系統。
[0019]除了空氣能見度對航速帶來影響，氣體中的PM2.5濃度也會給船上人員帶來身體傷害，尤其對于控制室處于船體較低位置的情況。這時，需要根據控制室內外PM2.5濃度的對比決定控制室的通風策略。
[0020]本發明提出的基于氣體分析的船舶控制裝置，能夠根據空氣能見度自動控制航速，保證船舶的在各種不同能見度的情況下都能安全行駛，同時，能夠為船舶控制室的空氣狀況的改善提供重要參考。
[0021]圖1為根據本發明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的結構方框圖，所述船舶控制裝置包括散射式能見度觀測儀1、船舶速度測量設備2、船舶驅動設備4、主控設備3和供電設備5，所述主控設備3分別與所述散射式能見度觀測儀1、所述船舶速度測量設備2和所述船舶驅動設備4連接，根據所述散射式能見度觀測儀I輸出的能見度確定船舶最大允許行駛速度，基于船舶最大允許行駛速度和所述船舶速度測量設備2輸出的當前船舶行駛速度，通過所述船舶驅動設備4進行船舶行駛速度的控制，所述供電設備5為所述船舶控制裝置中的各個設備進行供電。
[0022]所述船舶控制裝置的各個設備的具體結構如下。
[0023]參見圖2，圖2為根據本發明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的散射式能見度觀測儀的結構示意圖。所述散射式能見度觀測儀I包括支架14、發射單元U、接收單元12和控制單元13，所述支架14固定在船舶船體頂部上，所述發射單元11、所述接收單元12和所述控制單元13固定在所述支架14上，所述控制單元13包括微CPU和通信接口，所述發射單元11和所述接收單元12相對放置，所述發射單元11采用GaAs紅外LED作為光源發射散射光，所述接收單元12采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元13分別連接所述發射單元11和所述接收單元12，所述微CPU根據發射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出能見度。
[0024]船舶速度測量設備2，安裝在船舶控制室的儀表盤內，實時測量并輸出當前船舶行駛速度。
[0025]船舶驅動設備4，安裝在船舶船體后端底艙內，包括可逆轉內燃發動機、由可逆轉內燃發動機所驅動的分級減速齒輪系、控制可逆轉內燃發動機與分級減速齒輪系接觸或脫離的摩擦式離合器、驅動帶有固定槳葉的螺旋槳軸和使得螺旋槳軸減速并保持不動的摩擦式制動器，其中船舶的加速和減速是通過可逆轉內燃發動機對螺旋槳的旋轉的速度和方向進行作用而控制的，控制時需要離合器與制動器的組合或相繼的操作。
[0026]室內PM2.5檢測設備，安裝在控制室內，采用內置的濾膜在線采樣器對控制室內顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室內PM2.5濃度輸出。
[0027]室外PM2.5檢測設備，安裝在船舶船體上，采用內置的濾膜在線采樣器對控制室外大氣中顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室外PM2.5濃度輸出。
[0028]主控設備3，安裝在船舶控制室的儀表盤內，分別連接所述散射式能見度觀測儀
1、所述船舶速度測量設備2、所述船舶驅動設備4、所述室內PM2.5檢測設備和所述室外PM2.5檢測設備，根據接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度，在當前船舶行駛速度超出船舶最大允許行駛速度時，發出船舶超速提示信號，并控制船舶驅動設備4減速直到當前船舶行駛速度小于或等于船舶最大允許行駛速度，同時，在室內PM2.5濃度大于室外PM2.5濃度時，發出控制室開窗提示信號，在室內PM2.5濃度小于室外PM2.5濃度時，發出控制室關窗提示信號。
[0029]導航設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備3以將船舶當前位置發送給主控設備3。
[0030]顯示設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備3以實時顯示船舶最大允許行駛速度、當前船舶行駛速度、室內PM2.5濃度和室外PM2.5濃度。
[0031]語音播放設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備3以實時播放與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件。
[0032]無線通信設備，安裝在船舶船體前端，連接主控設備3，用于將船舶當前位置、能見度和室外PM2.5濃度無線發送到船舶管理中心。
[0033]其中，主控設備3根據接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度時，根據接收到的能見度所處于的能見度等級范圍確定不同的船舶最大允許行駛速度，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
[0034]其中，所述散射式能見度觀測儀I的發射單元11以33度傾角發射散射光；所述語音播放設備還包括內置的語音文件存儲單元，用于存儲與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件；所述散射式能見度觀測儀I的控制單元13的微CPU和通信接口被封裝在一個控制箱內以固定在所述散射式能見度觀測儀I的支架14上，所述支架14垂直固定于船舶船體頂部上；所述顯示設備接收所述主控設備3發出的控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號，并在所述顯示設備上顯示動態模擬開窗或關窗動作以對船舶駕駛員進行提醒。
[0035]另外，PM2.5細顆粒物又稱細粒、細顆粒。大氣中粒徑小于2 μ m(有時用小于
2.5 μ m，即PM2.5)的顆粒物(氣溶膠)。雖然細顆粒物只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。細顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。2012年2月，中國國務院同意發布新修訂的《環境空氣質量標準》增加了細顆粒物監測指標。2013年2月28日，中國全國科學技術名詞審定委員會稱PM2.5擬正式命名為細顆粒物，本發明所采用的PM2.5檢測儀器，具有新世紀國際先進水平的新型內置濾膜在線采樣器的微電腦激光粉塵儀，在連續監測粉塵濃度的同時，可收集到顆粒物，以便對其成份進行分析，并求出質量濃度轉換系數K值。可直讀粉塵質量濃度(mg/m)，具有PM10、PM5、PM2.5檢測選項供選擇。
[0036]本發明的基于氣體分析的船舶控制裝置，通過對船舶行駛環境中空氣能見度的檢測，自動確定船舶的安全行駛速度，保證船舶在不同的能見度環境下安全高效通過水面，同時，提供控制室內外PM2.5濃度數據，為駕駛員改善控制室內空氣環境提供重要參考。
[0037]可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種船舶氣體控制方法，該方法包括提供基于氣體分析的船舶控制裝置，所述船舶控制裝置包括散射式能見度觀測儀、船舶速度測量設備、船舶驅動設備和主控設備，所述主控設備分別與所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備和所述船舶驅動設備連接，根據所述散射式能見度觀測儀輸出的能見度確定船舶最大允許行駛速度，基于船舶最大允許行駛速度和所述船舶速度測量設備輸出的當前船舶行駛速度，通過所述船舶驅動設備進行船舶行駛速度的控制。
2.如權利要求1所述的船舶氣體控制方法，其特征在于，所述船舶報警裝置還包括: 散射式能見度觀測儀，包括支架、發射單元、接收單元和控制單元，所述支架固定在船舶船體頂部上，所述發射單元、所述接收單元和所述控制單元固定在所述支架上，所述控制單元包括微CPU和通信接口，所述發射單元和所述接收單元相對放置，所述發射單元采用GaAs紅外LED作為光源發射散射光，所述接收單元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元分別連接所述發射單元和所述接收單元，所述微CPU根據發射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出能見度； 船舶速度測量設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，實時測量并輸出當前船舶行駛速度； 船舶驅動設備，安裝在船舶船體后端底艙內，包括可逆轉內燃發動機、由可逆轉內燃發動機所驅動的分級減速齒輪系、控制可逆轉內燃發動機與分級減速齒輪系接觸或脫離的摩擦式離合器、驅動帶有固定槳葉的螺旋槳軸和使得螺旋槳軸減速并保持不動的摩擦式制動器，其中船舶的加速和減速是通過可逆轉內燃發動機對螺旋槳的旋轉的速度和方向進行作用而控制的，控制時需要離合器與制動器的組合或相繼的操作； 室內PM2.5檢測設備，安裝在控制室內，采用內置的濾膜在線采樣器對控制室內顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室內PM2.5濃度輸出； 室外PM2.5檢測設備，安裝在船舶船體上，采用內置的濾膜在線采樣器對控制室外大氣中顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室外PM2.5濃度輸出；主控設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，分別連接所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備、所述船舶驅動設備、所述室內PM2.5檢測設備和所述室外PM2.5檢測設備，根據接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度，在當前船舶行駛速度超出船舶最大允許行駛速度時，發出船舶超速提示信號，并控制船舶驅動設備減速直到當前船舶行駛速度小于或等于船舶最大允許行駛速度，同時，在室內PM2.5濃度大于室外PM2.5濃度時，發出控制室開窗提示信號，在室內PM2.5濃度小于室外PM2.5濃度時，發出控制室關窗提示信號; 導航設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備以將船舶當前位置發送給主控設備； 顯示設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備以實時顯示船舶最大允許行駛速度、當前船舶行駛速度、室內PM2.5濃度和室外PM2.5濃度； 語音播放設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內，連接主控設備以實時播放與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件； 無線通信設備，安裝在船舶船體前端，連接主控設備，用于將船舶當前位置、能見度和室外PM2.5濃度無線發送到船舶管理中心； 其中，主控設備根據接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度時，根據接收到的能見度所處于的能見度等級范圍確定不同的船舶最大允許行駛速度，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
3.如權利要求2所述的船舶氣體控制方法，其特征在于: 所述散射式能見度觀測儀的發射單元以33度傾角發射散射光。
4.如權利要求2所述的船舶氣體控制方法，其特征在于，所述語音播放設備還包括: 內置的語音文件存儲單元，用于存儲與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件。
5.如權利要求2所述的船舶氣體控制方法，其特征在于: 所述散射式能見度觀測儀的控制單元的微CPU和通信接口被封裝在一個控制箱內以固定在所述散射式能見度觀測儀的支架上，所述支架垂直固定于船舶船體頂部上。
6.如權利要求2所述的船舶氣體控制方法，其特征在于: 所述顯示設備接收所述主控設備發出的控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號，并在所述顯示設備上顯示動態模擬開窗或關窗動作以對船舶駕駛員進行提醒。
【文檔編號】B63H21/22GK104132873SQ201410362403
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】不公告發明人 申請人:無錫北斗星通信息科技有限公司