[发明专利]一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法及系统

权利要求书

1.一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生系统，包括实体基础层、数据层、模型层、动态可视化层以及功能应用层，

实体基础层，用于数据信息交互、软硬件配置、界面设计，

数据层用于数据清洗、数据处理并构建数据库，

模型层用于建立无人船能耗模型、无人船能效动态优化模型，并进行能效智能优化决策，

动态可视化层，用于三维模型构建、数据实时映射，以及三维模型动态展示，

功能应用层，用于能效远程监控，远程智能优化管理以及虚拟实验。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生系统，其特征在于，所述界面设计是指设计航速信息窗口、航线信息窗口、主机转速信息窗口、航速优化决策窗口、孪生体窗口的界面布局，

航速信息窗口用于展示船舶实时动态航速信息；

航线信息窗口用于展示船舶实时动态航线信息；

主机转速信息窗口用于展示船舶主机实时动态转速信息；

航速优化决策窗口用于展示航速动态优化结果信息；

孪生体窗口用于展示三维船模与虚拟通航环境信息，能够进行三维多视角展示。

3.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生系统，其特征在于，所述三维模型构建是指通过Solidworks对虚拟船舶的三维船体、主机与螺旋桨进行建模，再使用3DMax、Blender软件对三维船体、主机、螺旋桨及航行环境进行三维渲染。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生系统，其特征在于，所述数据实时映射是将数据库中的数据及无人船能耗模型、无人船能效动态优化模型的输出数据映射成可视化元素，包括可视化空间场景、可视化标记、可视化动画；

可视化空间场景是采用三维与二维相结合的方式进行可视化开发；

可视化标记是基于实船航线的经纬度坐标、转向点坐标，经坐标转换后匹配到所建立的虚拟空间场景中；

可视化动画是船舶航速、主机转速、螺旋桨转速、航线的数据值到三维模型显示的实时映射。

5.根据权利要求2所述的一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生系统，其特征在于，所述三维多视角展示是指通过调节三维视角以及局部放大与缩小进行展示，实现三维动画的观看视角调整及具体细节信息展示。

6.一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法，其特征在于，包括：

步骤一：基于目标航线和对象船舶，通过欧洲中期天气预报中心及船舶数据采集设备获取数据，包括气象、海况、航迹、营运和能耗数据；

步骤二：对所获取的数据进行数据清洗、数据分析，并构建无人船能效数字孪生系统数据库；

步骤三：基于无人船能效数字孪生系统数据库，对目标航线进行航段划分，建立无人船能耗模型及无人船能效动态优化模型，以船舶能效最佳进行优化决策分析；

步骤四：基于无人船能耗模型、无人船能效动态优化模型的输出数据及船舶采集数据与船体、主机、螺旋桨、通航环境三维模型进行实时映射，实现三维动态可视化；

步骤五：基于系统设计界面，对船舶能效远程监控，通过三维模型及图表实时展示船舶航行信息、船舶航速、主机转速、螺旋桨转速，以及船舶能效水平，并将决策分析结果传输至船舶航速控制系统，通过虚拟实验对决策分析结果进行验证。

7.根据权利要求6所述的一种基于数据驱动的无人船能效数字孪生方法，其特征在于，所述建立无人船能耗模型是指以风速、风向、浪高、转速、轴功率等多变量为输入特征，以无人船主机油耗为输出特征，通过对机器学习算法反复的迭代训练及调优，得出无人船能耗模型。