本公开涉及船舶燃油自动化测量相关技术领域，具体的说，是涉及一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统及测量方法。
背景技术：
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
以燃烧燃油作为动力来源的船舶，其燃油种类一般有船用燃料油(俗称重油)和普通柴油(俗称轻油)两种。船舶通常采用多个油舱、油柜储存燃油。
测量并记录各轻、重油舱(及油柜)的储量是船上人员的重要日常工作之一，可以根据测量的结果制定为船舶加油的计划，及时为船舶补充燃油，因此测量的准确性影响了船舶的安全航行。通常，测量油舱储量的方法是：在船舶靠泊时，船员采用量油锤通过量油孔放置进入油舱，根据量油锤测量得到舱内燃油液面的高度，查询本船舶舱容表得出舱内燃油储量。同时，如果船舶有纵倾或者横倾，需要根据纵倾或横倾角度依据舱容表予以调整计算最终燃油储量结果。测量日用油柜储量的方法，是船员读取日用柜的液位标尺数据，根据油柜舱容表换算为容量。发明人发现，现有的测量方法，大多数依赖人力，不能实现实时自动化测量，并且造成了人力资源的浪费。通过船舶舱容表查询获得容量的方法，舱容表的建立是依据某类型的船舱的理想尺寸建立的，不同船舶的尺寸不一定完全一致，并且测量精度与人员素质有关，不同测量人员以及测量工具，测量误差较大，导致获得的容量的测量方法的准确度不高。
技术实现要素：
本公开为了解决上述问题，提出了一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统及测量方法，基于多种传感器的综合测量和数据计算，可以代替人工量油工作，自动化测量船舶燃油舱、油柜的储量。该方法可以实时动态测量，而不是人工方式需要等到船舶靠泊时再测量，为实现燃油存储的精细化管理提供了数据保障。该方法通过自动化技术提高测量燃油工作的效率和可靠性，保障测量结果的准确性。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一个或多个实施例提供了一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，包括依次连接的数据采集装置、数据处理模块以及中央处理器，所述数据采集装置包括多组在燃油舱或燃油柜侧面的不同高度位置等高设置的液位传感器组，设置在燃油舱或燃油柜上的倾角传感器，以及设置在燃油舱或燃油柜底部压力传感器和均匀设置在燃油舱或燃油柜内的温度传感器，数据采集装置用于采集传感数据，数据处理模块用于根据数据采集装置采集的传感数据获得液位数据、倾斜角度、温度和压力并传输至中央处理器，所述中央处理器根据接收到的数据融合计算该燃油舱或燃油柜的燃油储量。
一个或多个实施例提供了一种船舶油舱燃油储量的自动化测量方法，包括如下步骤：
获取燃油舱或燃油柜内的温度数据，根据温度数据和燃油密度获得修正后的燃油密度数据；
获取燃油舱或燃油柜的超声波检测的液位高度数据、液位传感器测量的多个液位数据以及倾斜角度；
建立燃油舱或燃油柜体积识别的神经网络模型，将对应该燃油舱或燃油柜的液位高度数据、液位数据以及倾斜角度输入训练好的神经网络模型，获得燃油舱或燃油柜内燃油的体积；
根据获取的燃油密度数据和燃油体积数据计算燃油储量。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)本公开基于多种传感器的综合测量和数据计算，可以代替人工量油工作，自动化测量船舶燃油舱、油柜的储量。
(2)本公开通过等高设置的液位传感器，可以获得一个侧面与该侧面的相对面的液位高度差，可以辅助倾角传感器的数据确定倾斜角度以及倾斜的方向；对于当燃油舱或燃油柜的形状不规则时，可以精确确定燃油的容积。多点测量温度数据可以获得整个燃油舱或燃油柜内的温度分布，从而确定燃油舱或燃油柜内的密度分布。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
图1是根据一个或多个实施方式的系统的框图；
图2是本公开实施例的数据采集端的结构图；
图3是本公开实施例的测量方法示意图；
其中：1、超声波传感器，2、液位传感器，3、压差传感器，4、压力传感器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，包括依次连接的数据采集装置、数据处理模块以及中央处理器，所述数据采集装置包括多组在燃油舱或燃油柜侧面的不同高度位置等高设置的液位传感器组，设置在燃油舱或燃油柜上的倾角传感器，以及设置在燃油舱或燃油柜底部压力传感器4和均匀设置在燃油舱或燃油柜内的温度传感器，数据采集装置采集传感数据，数据处理模块用于根据数据采集装置采集的传感数据获得液位数据、倾斜角度、温度和压力并传输至中央处理器，所述中央处理器根据接收到的数据融合计算该燃油舱或燃油柜的燃油储量。
数据处理模块接收、处理、变换各个传感器的电信号为相应的压力、温度、位置、倾角等数据；所述电信号可以为电压信号。
通过等高设置的液位传感器2，可以获得一个侧面与该侧面的相对面的液位高度差，可以辅助倾角传感器的数据确定倾斜角度以及倾斜的方向；对于当燃油舱或燃油柜的形状不规则时，可以精确确定燃油的容积。多点测量温度数据可以获得整个燃油舱或燃油柜内的温度分布，从而确定燃油舱或燃油柜内的密度分布。
可选的，等高设置的液位传感器2按照液位传感器2的在燃油舱或燃油柜上的方位位置与数据处理模块的对应接口连接，通过不同接口的液位高度可以获得液位差，同时判断燃油舱或燃油柜向哪个方位倾斜。方位位置以燃油舱或燃油柜自身为基准，可以设置一个基准面，其他设置液位传感器的侧面均以此基准面为基准。如左侧面为基准，可以以左侧面为基准在左侧面的相对面设置一组传感器，基准面上的液位传感器的数据与对面的传感器的数据比较可以判断是向哪个方位倾斜了。
作为进一步的改进，还包括设置在燃油舱或燃油柜的壁面上的压差传感器3，所述压差传感器3一端测量点与其中一个压力传感器4设置位置相同，压差传感器3的另一端测量的测量大大气压力，所述压差传感器3连接压力变送器，通过压力变送器连接至数据处理模块，海洋上不同位置或者气候条件下的大气压不同，并且重力加速度也有一定的差别，通过压差传感器3消除大气压以及重力加速度的影响。
可选的，所述压力传感器4包括金属防爆壳，所述金属防爆壳的底部设置通孔，所述压力传感器4的敏感区域设置在金属防爆壳的底部，压力传感器4的敏感区域通过通孔检测压力。
在一些实施例中，金属防爆壳可以采用圆柱形或者水瓶型不锈钢外壳封装，压力传感器4通过耐油电缆连接至数据处理单元。
进一步的，还可以包括设置在燃油舱或燃油柜的顶面上的超声波传感器1，所述超声波传感器1与数据处理模块连接。优选的，所述超声波传感器1设置在燃油舱或燃油柜的顶面的中心位置。所述超声波传感器1用于检测燃油的液位高度，进一步提高液位高度检测的精度。
可选的，还可以包括数据通讯模块，或者也可以包括云平台，所述数据通信模块用于建立数据处理模块与中央处理器的连接，或者建立云平台与中央处理器的通信连接。可以是有线点对点传输或无线物联网传输。
在一些实施例中，所述数据处理单元连接第一无线通信模块，所述中央处理器连接第二无线通信模块，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块建立无线连接。所述第一无线通信模块和第二无线通信模块可以分别为zigbee无线模块或者为lora无线模块。
在某些实施例中，所述中央处理器连接设置4g通讯装置、北斗数传装置或/和卫星通讯装置，采用4g、北斗数传、卫星宽带等通讯方式建立船舶与云平台的数据连接，通过云平台将数据存储于岸上的数据库中。
可选的，可以在驾驶室内配置中央处理机，所述中央处理机可以包括工控机主机、可编程控制器、液晶显示屏以及内置相关处理软件。中央处理机将实时测量计算所得各油舱、柜的燃油储量数据通过液晶显示屏予以展示。
电源供应为系统提供符合要求的电源。根据船舶的供电情况，电源供应模块可以采用110v/220v交流电、24v/5v直流电、可充电锂电池组三种方式作为电源的来源。
本实施例还提供一种船舶油舱燃油储量的自动化测量方法，可以作为上述中央处理器执行的步骤，包括如下步骤：
步骤1、获取燃油舱或燃油柜内的温度数据，根据温度数据和燃油密度获得修正后的燃油密度数据；
所述燃油密度数据可以为在燃油舱或燃油柜内不同截面处的燃油密度大小分布；
步骤2、获取燃油舱或燃油柜超声波检测的液位高度数据、液位传感器2测量的多个液位高度差数据以及倾斜角度；
步骤3、建立燃油舱或燃油柜体积识别的神经网络模型，将对应该燃油舱或燃油柜的液位高度数据、液位高度差数据以及倾斜角度输入训练好的神经网络模型，获得燃油舱或燃油柜内燃油的体积；
所述燃油舱或燃油柜体积可以为在燃油舱或燃油柜内不同截面处的体积大小分布；具体的，可以为在确定的高度范围内燃油舱或燃油柜的不同高度横截面积的积分。
步骤4、根据获取的燃油密度数据和燃油体积数据计算燃油储量。
根据温度数据和燃油密度获得修正后的燃油密度数据的方法，具体为：
根据已知温度下t0的燃油密度,通过如下公式进行修正：
pt＝pt0-y(t-t0)
式中，pt为燃油在t℃时的密度；t为测量的燃油温度，pt0是燃油在t0摄氏度的温度下对应的燃油密度，pt0可以通过查燃油密度修正表获得。
可选的，t0可以为15摄氏度，或者为20摄氏度，燃油的供应商可以提供相应温度下的燃油密度。
训练神经网络模型的步骤包括：
步骤31、针对每个燃油舱或燃油柜采集样本数据，所述样本数据包括在不同倾斜方向的液位高度差数据、倾斜角度，超声波传感器1采集的高度数据，以及燃油舱或燃油柜的燃油的实际体积；
可选的，可以在陆地上进行样本数据的采集，通过设置旋转倾斜机械装置实现燃油舱或燃油柜的倾斜，采集设置在燃油舱或燃油柜内的液位传感器2的数据、超声波数据以及倾角数据。
步骤32、建立神经网络模型，以高度差数据、倾斜角度和高度数据为输入，以实际容量为输出进行训练，获得针对每个燃油舱或燃油柜的神经网络模型。
在步骤4之后还可以包括如下步骤：按照设定的时间进行采集数据，获得每个燃油舱或燃油柜的燃油储量，按照采集的时间，绘制燃油储量变化曲线，将偏离变化曲线的较远的数据舍去，获得每个燃油舱或燃油柜的燃油储量变化曲线。可以实现测量结果的有效滤波，将因为颠簸引起的测量结果跳动滤除。
可选的，与变化曲线偏离判定可以设定偏离阈值，超出偏离阈值将视为是偏离较远的数据。
可选的，中央处理机还将实时测量计算所得各油舱、柜的燃油储量数据通过液晶显示屏予以展示，并通过合适的岸船数据通讯方式将数据传输至云平台，并存储在对应的岸基燃油数据库中，供岸基管理使用。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
1.一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：包括依次连接的数据采集装置、数据处理模块以及中央处理器，所述数据采集装置包括多组在燃油舱或燃油柜侧面的不同高度位置等高设置的液位传感器组，设置在燃油舱或燃油柜上的倾角传感器，以及设置在燃油舱或燃油柜底部压力传感器和均匀设置在燃油舱或燃油柜内的温度传感器，数据采集装置用于采集传感数据，数据处理模块用于根据数据采集装置采集的传感数据获得液位数据、倾斜角度、温度和压力并传输至中央处理器，所述中央处理器根据接收到的数据融合计算该燃油舱或燃油柜的燃油储量。
2.如权利要求1所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：数据采集装置还包括设置在燃油舱或燃油柜的顶面上的超声波传感器，所述超声波传感器与数据处理模块连接。
3.如权利要求2所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：所述超声波传感器设置在燃油舱或燃油柜的顶面的中心位置。
4.如权利要求1所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：等高设置的液位传感器按照液位传感器的在燃油舱或燃油柜上的方位位置与数据处理模块的对应接口连接。
5.如权利要求1所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：还包括设置在燃油舱或燃油柜的壁面上的压差传感器，所述压差传感器一端测量点与其中一个压力传感器设置位置相同，压差传感器的另一端测量的测量大大气压力，所述压差传感器连接压力变送器，通过压力变送器连接至数据处理模块。
6.如权利要求1所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：所述压力传感器包括金属防爆壳，所述金属防爆壳的底部设置通孔，所述压力传感器的敏感区域设置在金属防爆壳的底部，压力传感器的敏感区域通过通孔检测压力。
7.如权利要求1所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量系统，其特征是：还包括数据通讯模块，所述数据通信模块用于建立数据处理模块与中央处理器的通信连接，所述通信连接为有线点对点连接或无线连接；
或者
还包括云平台，数据通信模块用于建立云平台与中央处理器的通信连接。
或者
数据通讯模块包括中央处理器连接设置4g通讯装置、北斗数传装置或/和卫星通讯装置。
8.一种船舶油舱燃油储量的自动化测量方法，其特征是，包括如下步骤：
获取燃油舱或燃油柜内的温度数据，根据温度数据和燃油密度获得修正后的燃油密度数据；
获取燃油舱或燃油柜的超声波检测的液位高度数据、液位传感器测量的多个液位数据以及倾斜角度；
建立燃油舱或燃油柜体积识别的神经网络模型，将对应该燃油舱或燃油柜的液位高度数据、液位数据以及倾斜角度输入训练好的神经网络模型，获得燃油舱或燃油柜内燃油的体积；
根据获取的燃油密度数据和燃油体积数据计算燃油储量。
9.如权利要求8所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量方法，其特征是：根据获取的燃油密度数据和燃油体积数据计算燃油储量的步骤之后还包括如下步骤：按照设定的时间进行采集数据，获得每个燃油舱或燃油柜的燃油储量，按照采集的时间，绘制燃油储量变化曲线，将偏离变化曲线的较远的数据舍去，获得每个燃油舱或燃油柜的燃油储量变化曲线。
10.如权利要求8所述的一种船舶油舱燃油储量的自动化测量方法，其特征是：训练神经网络模型的步骤包括：
针对每个燃油舱或燃油柜采集样本数据，所述样本数据包括在不同倾斜方向的液位高度差数据、倾斜角度，超声波传感器采集的高度数据，以及燃油舱或燃油柜的燃油的实际体积；
建立神经网络模型，以高度差数据、倾斜角度和高度数据为输入，以实际容量为输出进行训练，获得针对每个燃油舱或燃油柜的神经网络模型。
技术总结