具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示，一种船用燃油监测系统，包括船端系统和岸端管理系统，船端系统设置在每条需要燃油监测的船舶上，船端系统包括数据采集单元、中央处理单元智能网关单元和船载卫星通信终端，数据采集单元包括集控室采集单元和机舱采集单元，集控室采集单元与船舶自有系统中的船舶运行监测系统连接，用于采集船舶运行数据，机舱采集单元用于采集船舶设备油耗数据，中央处理单元与数据采集单元连接，用于接收船舶运行数据和船舶设备油耗数据，中央处理单元可设置有数据处理模块、数据存储模块和数据通信模块并进行对应的数据处理、数据存储和数据通信，中央处理单元通过智能网关与船载卫星通信终端连接。岸端管理系统包括云平台服务器和客户管理终端，船端系统中的船载卫星通信终端通过VSAT海事卫星通信连接云平台服务器，可以将船端系统中的数据与岸端管理系统进行通信，船载卫星通信终端将中央处理单元处理后的数据发送至云平台服务器，方便岸端管理，客户管理终端包括移动终端和综合监控管理终端，方便岸端用户在电脑端Web浏览器和手机移动端APP进行管理。

智能网关可以保证数据传输安全，支持断点续传功能，确保船岸通讯中断时数据不丢失。

云平台服务器采用阿里云服务器，容量大、安全性高、运行平稳可靠。随着系统数据量的积累，可实现大数据采集和分析，为船舶成本精细化管理、航次/航线经济性分析、船舶能效管理、安全防污染管理提供帮助。

如图2所示，中央处理单元采用西门子S7-1200系列CPU，可根据不同船型数据采集需求扩展各类采集模块，由船舶驾驶室AC220V分电箱和DC24V分电箱提供两路电源，中央处理单元CB1自带不间断电源UPS，可保证整个系统在失电状态下不少于30分钟的正常运行，当电源故障时系统发出声光报警。中央处理单元CB1通过屏蔽双绞线与船舶航行数据系统中的通导系统连接，采用串口通信方式连接，用于接收船舶航行数据，船舶航行数据包括：船舶航速数据、船舶四面吃水数据和风速风向数据，通过网线连接船载卫星通信终端传输数据，中央处理单元CB1通过网线和DC24V电源线分别与集控室采集单元SAU1、机舱采集单元SAU2和船舶注油采集单元SAU3连接，用来获取他们采集的数据。

集控室采集单元SAU1通过网线与船舶运行监测系统(AMS系统)连接，采用RS485、Modbus RTU、TCP/IP等方式连接，从而获得船舶运行数据包括：燃油舱液位、温度数据；燃油沉淀柜和日用柜液位、温度数据；燃油系统中泵和阀门运行数据；主机、发电机功率转速和运行状态数据；锅炉运行状态数据。

机舱采集单元SAU2包括多个质量流量计，分别安装在主机的进、回油管路上、三台发电机的进、回油管路上和锅炉的进、回油管路上，通过屏蔽双绞线和DC24V电源线连接，从而采集主机油耗、发电机油耗和锅炉油耗形成船舶设备油耗数据。

船舶注油采集单元SAU3，船舶注油采集单元包括设置在船舶左右舷注轻柴油和重油口的质量流量计，用来采集船舶的加油量和驳油量。

中央处理单元包括显示单元，用于显示船舶运行数据、船舶设备油耗数据、船舶航行数据和燃油异常状态报警，在中央处理单元CB1面板上的人机界面HMI可显示：

1)船舶各油舱当前燃油存量情况：包括燃油舱液位、燃油温度、燃油体积显示；

2)燃油输送系统和日用系统泵和阀门的开闭和运行状态；

3)主机、发电机、锅炉等油耗设备的实时油耗和累计油耗；

4)主机、发电机转速、锅炉运行状态显示；

5)船舶航速，四面吃水，风速风向等航行数据显示；

6)上述数据存储和历史数据查询；

7)燃油异常状态报警，包括燃油存量异常，主机、发电机耗油量异常等。

中央处理单元CB1将采集的数据通过智能网关和船载卫星通信终端连接，将数据传至岸端的云平台服务器。

中央处理单元根据燃油舱液位、温度数据结合燃油舱舱容表先计算燃油舱燃油体积，再计算燃油舱燃油质量；

先计算燃油舱燃油体积，以某船燃油舱舱容表(图3)为例，利用多项式拟合，采用最小二乘法来确定多项式的系数，得出燃油舱液位h与体积V之间的公式。利用常见的Excel，SPSS，Origin，matlab等软件都可以进行曲线拟合，下面以excel举例(如图4所示)：

V_t＝4.373h⁴-19.32h³+29.787h²+2.2025h-0.1314

式中，V_t为t℃下燃油的体积(图中纵坐标)，单位为立方米；h是燃油舱液位高度(图中横坐标)，单位为米；系数根据燃油舱舱容表采用最小二乘法来确定；拟合阶数通过从1-5逐渐输入推导，得到当阶数为4时拟合效果最好，判定系数R²＝0.9999；在中央处理单元中，根据计算出的每个燃油舱的Vt＝f(h)公式和采集的液位数据，自动计算出燃油舱燃油体积。

再计算燃油舱燃油质量，船舶燃油计量需要依据石油计量标准来计量，目前国际航运期租船市场的船舶燃油计量通常采用ASTM-D1250标准，计算公式如下：

M＝V_t×VCF₁₅×(ρ₁₅-0.0011)

式中，

M为燃油质量；

V_t为t℃下燃油的体积，单位m³；

ρ₁₅是15℃下油品的标准密度，船舶加油时供油商提供的BND(BUNKER DELIVERYNOTE)或BNR(BUNKERDELIVERY RECEIPT)查得；式中单位取t/m³；

0.0011为重量修正系数，重量修正系数由查看ASTM TABLE 56获得，在常用燃油密度的范围内，重量修正系数与燃油在15℃时的密度有一个不变的差值0.0011t/m³；

VCF₁₅为标准温度15℃的体积修正系数，无量纲，由下式计算：

VCF₁₅＝e^{-αΔt(1+0.8αΔt)}

式中，Δt＝t-15，即计量温度t与15℃的差，e为自然对数的底数，其中α采用下式计算：

α＝k₀/ρ₁₅ ²+k₁/ρ₁₅+A

式中，ρ₁₅是15℃下油品的标准密度，k₀、k₁和A为经验值，标准ISO-91/1按照各种类型和标准密度分段提供了体积膨胀系数中各参数K₀、K₁、A的经验值，如图5所示，船舶燃油标准密度ρ₁₅一般处于838.3-1163.5Kg/m3范围，所以K₀＝186.9696；K₁＝0.4862；A＝0。

中央处理单元包括燃油异常状态报警模块，用于对燃油存量异常、耗油量异常进行报警，耗油量异常为：

所有燃油舱柜总存量变化值-船舶理论消耗量＞报警设定值

式中，所有燃油舱柜总存量变化值为：通过船舶运行监测系统获取燃油沉淀柜和日用柜的存量变化数据；

所述船舶理论消耗量：中央处理单元采集的船舶设备油耗数据和船舶航行数据结合台架试验、航行试验的负荷-油耗曲线，得出的船舶在各种海况下理论消耗量。

系统参数

1)电源：AC220V 50/60Hz，DC 24V；

2)工作环境温度：0℃～55℃；

3)系统能耐受船舶日常航行过程中所产生的震动和冲击；

4)系统采集信号：开关量、模拟量4～20mA、RS485、RS232、TCP/IP等；

5)系统测量计算速度：5次/秒；

6)系统船岸数据传输方式：4G/5G或卫星通讯，实时传输；

7)船端3年数据存储，云端5年以上数据存储，可扩展。

系统功能

1)监控船舶燃油消耗状况

实时查询单船燃油消耗数据；

查询同航线、同贸易区、同部门、同机型、同类型船舶的燃油数据。

2)确定单船动态燃油定额

分析燃油消耗历史数据，制定单船定额。

3)形成标准统计报告图表

自动统计油耗数据，形成标准格式的日耗、周耗、月耗、航次消耗统计报表；

自动形成各单船的每日报告，形成单船燃油能耗纵向比较图表。

4)燃油异常报警

系统自动判断异常并发出报警信息，同时提供相关报表。

5)为优化航行方案提供数据支撑和建议。

根据每条船舶运行数据、船舶航行数据，结合燃油消耗数据，进行统计和分析，寻找最佳经济航速和四面吃水数据，并根据燃油消耗指导船舶主要设备包括主机、发电机和锅炉运行状态和运行参数进行建议，调节主机转速、发电机负荷和在线工作台数以及锅炉负荷参数等，找到最经济的设备运行状态，降低燃油消耗。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。