本發(fā)明屬于船舶設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于極地航行的智能船舶。

背景技術(shù)：

隨著全球氣候變暖，北冰洋海冰正快速消融。北極航道連接北美、歐亞經(jīng)濟(jì)區(qū)，相比傳統(tǒng)通過蘇伊士運(yùn)河的航道，航程明顯縮短，燃油等航運(yùn)成本明顯降低。因此北極航道具有潛在巨大的航運(yùn)、經(jīng)濟(jì)、戰(zhàn)略價(jià)值，特別是隨著能源的日漸短缺和國際海上運(yùn)輸安全問題的日漸突出，使得北極航道的重要性更加突出。

但是北極通航環(huán)境也較為惡劣，北冰洋上局部海域除夏季外仍常伴有浮冰或碎冰，北極溫度常年較低，且北極天氣變化較復(fù)雜，北冰洋上頻發(fā)的海霧、冬季的飄雪、冰雹及強(qiáng)風(fēng)等都會(huì)對(duì)船舶安全航行產(chǎn)生威脅。

同時(shí)極地航行船舶的安全與環(huán)境法規(guī)越來越嚴(yán)格。為了應(yīng)對(duì)越來越嚴(yán)格的環(huán)境法案和不斷增長的運(yùn)營成本，極地航行船舶及其操作正變得越來越復(fù)雜。對(duì)高素質(zhì)人員的需求和要求也越來越多，目前卻是船員或相關(guān)運(yùn)營人員的能力已逐漸滿足不了極地航行的要求，從而就造成了合格人員的缺口。

目前船員對(duì)于船舶狀況、航行狀態(tài)等的判斷主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)臎Q策，造成不必要的人力、物力或財(cái)力損失。對(duì)于極地航行船舶，由于北極復(fù)雜的通航環(huán)境，不恰當(dāng)?shù)臎Q策會(huì)造成更為嚴(yán)重的損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種極地航行智能船舶，該船舶以“大數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)，運(yùn)用先進(jìn)的信息化技術(shù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和匯集、大計(jì)算容量、數(shù)字建模能力、遠(yuǎn)程控制、傳感器等，實(shí)現(xiàn)船舶智能化的感知、判斷分析，以及決策和控制，從而更好地保證船舶極地航行時(shí)的安全和效率，減少對(duì)北極環(huán)境的污染，大幅度減少甚至杜絕人為因素造成的事故。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種極地航行智能船舶，包括船載航行數(shù)據(jù)記錄儀，報(bào)警管理系統(tǒng)，冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，縱傾優(yōu)化和航速優(yōu)化系統(tǒng)，冰層厚度和冰清監(jiān)控系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)，噪音和振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和智能管理系統(tǒng)，所述報(bào)警管理系統(tǒng)，冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，冰層厚度和冰清監(jiān)控系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)，噪音和振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)均與所述智能管理系統(tǒng)連接；所述船載航行數(shù)據(jù)記錄儀包括波浪儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、轉(zhuǎn)速儀、船首尾吃水計(jì)、衛(wèi)星定位接收儀，所述報(bào)警管理系統(tǒng)包括燃油溫度計(jì)、燃油質(zhì)量流量計(jì)和軸功率計(jì)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；所述燃油質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量燃油消耗，所述波浪儀實(shí)時(shí)測(cè)量波浪方向和波高，所述風(fēng)速風(fēng)向儀實(shí)時(shí)測(cè)量船舶航行時(shí)外界的風(fēng)速風(fēng)向，所述轉(zhuǎn)速儀實(shí)時(shí)測(cè)量主機(jī)轉(zhuǎn)速，所述船首尾吃水計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量船舶首尾的吃水，所述衛(wèi)星定位接收儀接收船舶的經(jīng)緯度信息，所述應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量船舶首部的結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，所述噪音和振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量船上居住區(qū)等區(qū)域的噪音和振動(dòng)，所述冰層厚度和冰情監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收極地冰情，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各系統(tǒng)收集和測(cè)量的數(shù)據(jù)，所述智能管理系統(tǒng)對(duì)收集和測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

進(jìn)一步的，所述船載航行數(shù)據(jù)記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)、軸系的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況進(jìn)行分析和評(píng)估，并給出分析和評(píng)估結(jié)果。

進(jìn)一步的，通過所述衛(wèi)星定位接收儀接收岸上海洋氣象監(jiān)測(cè)中心發(fā)布的海洋氣象預(yù)報(bào)，包括海浪、潮汐、潮流、風(fēng)暴潮、水溫、海水鹽度、海水密度、海冰、海流、大風(fēng)、海霧，還接收各港口等主要地區(qū)的天氣預(yù)報(bào)，包括溫度、濕度、風(fēng)級(jí)、氣壓、云層、降雨；船員還可通過智能管理系統(tǒng)根據(jù)需要顯示當(dāng)前及未來一段時(shí)間內(nèi)各地區(qū)的天氣狀況、云層、海冰分布、海流信息。

進(jìn)一步的，所述應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)在極地冰區(qū)航行時(shí)采集、存儲(chǔ)及顯示結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力水平超過預(yù)設(shè)的臨界值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并給出調(diào)整航向建議，同時(shí)還能夠分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力的長期統(tǒng)計(jì)平均值，并能對(duì)易受浮冰破壞的結(jié)構(gòu)給出維護(hù)與加強(qiáng)的建議。

進(jìn)一步的，所述縱傾優(yōu)化和航速優(yōu)化系統(tǒng)中的縱傾優(yōu)化系統(tǒng)，能夠收集并分析船舶在少量碎冰或無冰的敞水海域航行時(shí)在不同吃水、航速時(shí)各種縱傾浮態(tài)下轉(zhuǎn)速、風(fēng)速風(fēng)向等航行狀態(tài)數(shù)據(jù)及功率、油耗數(shù)據(jù)，建立無冰海域下的縱傾性能數(shù)據(jù)庫，得到不同吃水、航速對(duì)應(yīng)的最佳縱傾，并根據(jù)用戶輸入的或通過傳感器采集的吃水、航速狀態(tài)信息分析，并提供船舶在少量碎冰或無冰海域航行時(shí)浮態(tài)調(diào)整的建議；所述縱傾優(yōu)化系統(tǒng)，還能夠收集并分析船舶在浮冰、碎冰海域航行時(shí)在不同吃水、航速、縱傾浮態(tài)下的轉(zhuǎn)速、風(fēng)速風(fēng)向等航行狀態(tài)數(shù)據(jù)及功率、油耗數(shù)據(jù)，建立浮冰海域下的縱傾性能數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶輸入的或通過傳感器采集的吃水、航速信息給出該吃水對(duì)應(yīng)的最佳縱傾，并根據(jù)分析結(jié)果提供船舶在浮冰、碎冰海域航行時(shí)浮態(tài)調(diào)整的建議；所述縱傾優(yōu)化系統(tǒng)還與裝載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，最佳縱傾信息傳遞到裝載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，裝載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基于該最佳縱傾，對(duì)裝載方案進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，找到最接近目標(biāo)縱傾的裝載方案，該最佳裝載方案，不僅符合最佳節(jié)能航態(tài)目標(biāo)，同時(shí)滿足船體強(qiáng)度、完整穩(wěn)性、谷物穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性等安全指標(biāo)要求；航速優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)航次計(jì)劃，包括船舶的出發(fā)港、目的港、出發(fā)時(shí)間，燃料消耗、綜合經(jīng)濟(jì)效益分析等，提供基于燃油消耗最低并在預(yù)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的港為目標(biāo)的航速優(yōu)化方案。

進(jìn)一步的，所述智能管理系統(tǒng)提取任意所需時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)并生成各種數(shù)據(jù)圖表，并根據(jù)已有數(shù)據(jù)生成其它數(shù)據(jù)；繪制不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線，并根據(jù)選定的時(shí)間段或航次計(jì)算平均油耗；所述智能管理系統(tǒng)對(duì)收集的功率、航速、風(fēng)速風(fēng)向、波浪等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將實(shí)際運(yùn)營中的速度、功率數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得到無風(fēng)浪的理想海洋環(huán)境下的速度功率曲線，并將該速度功率曲線與設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)的速度功率曲線進(jìn)行對(duì)比，給出船體清潔計(jì)劃的建議。

進(jìn)一步的，該船舶在極地航行時(shí)，智能管理系統(tǒng)根據(jù)接收的冰情數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向及海況等信息，給出最佳的參考航行路線，船舶航行中不會(huì)遇到大量浮冰，保證船舶安全，同時(shí)船舶所受阻力較小、油耗較低，所述智能管理系統(tǒng)還可根據(jù)更新的冰情數(shù)據(jù)、天氣與海況預(yù)報(bào)，不斷對(duì)航線進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

進(jìn)一步的，該船舶在普通海域或浮冰較少的海域航行時(shí)，智能管理系統(tǒng)根據(jù)接收的天氣及海況預(yù)報(bào)，設(shè)計(jì)最佳的航行路線使油耗較低，并能根據(jù)最新的預(yù)報(bào)信息優(yōu)化航線；在普通海域航行時(shí)，監(jiān)測(cè)船舶運(yùn)動(dòng)與加速度以及首部砰擊壓力等參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)高于預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)生報(bào)警，系統(tǒng)能根據(jù)當(dāng)時(shí)的海況、航向、航速，對(duì)船體載荷進(jìn)行總體計(jì)算分析與評(píng)估，并作出是否需要改變航向、改變航速以及船舶姿態(tài)等建議性操作指令。

進(jìn)一步的，所述冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的冰載荷，計(jì)算船體結(jié)構(gòu)在冰載荷作用下的應(yīng)力，評(píng)估船體結(jié)構(gòu)是否能夠承受冰載荷，并給出建議。

進(jìn)一步的，所述冰層厚度和冰情監(jiān)控系統(tǒng)是通過電阻式冰厚傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)各檢測(cè)點(diǎn)冰層厚度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過系統(tǒng)內(nèi)嵌的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各冰情檢測(cè)點(diǎn)的定位，所述電阻式冰厚傳感器是利用冰、水和空氣的電阻率特性差異實(shí)現(xiàn)對(duì)冰層內(nèi)部與冰下水位自動(dòng)檢測(cè)的，包含有導(dǎo)電離子的自然水在常溫下是導(dǎo)電的，隨著溫度的降低水的電阻值會(huì)逐漸升高，其電阻值在幾十至幾百KΩ范圍，達(dá)到冰凍狀態(tài)后電阻值在幾MΩ至幾百M(fèi)Ω范圍變化，冰具有弱電特性，被看作電阻值較大的弱導(dǎo)體，空氣則被看作絕緣體；冰情監(jiān)控系統(tǒng)通過在船首部和舷側(cè)部安裝攝像系統(tǒng)，對(duì)航線附近的冰情信息實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸。

有益效果：本發(fā)明的船舶上安裝燃油溫度計(jì)、燃油質(zhì)量流量計(jì)、風(fēng)速風(fēng)向儀、轉(zhuǎn)速儀、船首尾液位計(jì)、衛(wèi)星定位接收儀、應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)、縱傾優(yōu)化和航速優(yōu)化系統(tǒng)、噪音和振動(dòng)傳感器，冰層厚度和冰情監(jiān)控系統(tǒng)，船舶航行信息的存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中經(jīng)緯度、風(fēng)速風(fēng)向、航速航向、水深、舵角等信號(hào)匯總至船載航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR），主機(jī)燃油消耗、軸功率、燃油溫度等由報(bào)警管理系統(tǒng)（AMS）采集，并通過無線連接輸出至船用計(jì)算機(jī)內(nèi)的智能船舶系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)中裝有數(shù)據(jù)分析軟件，分析數(shù)據(jù)并生成圖表，并給出一些船舶操縱建議，供船舶管理人員參考。船員根據(jù)智能系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和信息對(duì)船舶浮態(tài)、航速、航向進(jìn)行調(diào)整，極地航行時(shí)避開冰山或冰層較厚的危險(xiǎn)海域，保障航行安全；在無冰或少冰海域減少航行阻力，降低油耗。同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)的機(jī)器設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整主機(jī)、輔機(jī)等設(shè)備的維護(hù)與修理計(jì)劃；根據(jù)監(jiān)測(cè)的功率和油耗水平，調(diào)整船體塢修清潔及計(jì)劃；根據(jù)船體首部耐冰結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，對(duì)首部結(jié)構(gòu)的維護(hù)與加強(qiáng)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。該發(fā)明能夠保障極地航行船舶的安全航行，減少極地航行的油耗和產(chǎn)生的環(huán)境污染，提高能源利用率。

本發(fā)明提供一種極地航行智能船舶，該船舶以“大數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)，運(yùn)用先進(jìn)的信息化技術(shù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和匯集、大計(jì)算容量、數(shù)字建模能力、遠(yuǎn)程控制、傳感器等，實(shí)現(xiàn)船舶智能化的感知、判斷分析，以及決策和控制，從而更好地保證船舶極地航行時(shí)的安全和效率，減少對(duì)北極環(huán)境的污染，大幅度減少甚至杜絕人為因素造成的事故。

附圖說明

圖1為本發(fā)明極地智能船舶的管理系統(tǒng)原理框圖；

圖2為本發(fā)明極地智能船舶的船載航行數(shù)據(jù)記錄儀的系統(tǒng)框圖；

圖3為本發(fā)明極地智能船舶的報(bào)警管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖4 為本發(fā)明中電阻式冰厚傳感器原理示意圖；

圖5 為本發(fā)明中冰厚測(cè)量和冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作方法示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示的一種極地航行智能船舶，包括船載航行數(shù)據(jù)記錄儀，報(bào)警管理系統(tǒng)，冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，冰層厚度和冰清監(jiān)控系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)，噪音和振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和智能管理系統(tǒng)，所述報(bào)警管理系統(tǒng)，冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，冰層厚度和冰清監(jiān)控系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)，噪音和振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)均與所述智能管理系統(tǒng)連接；如圖2所示，所述船載航行數(shù)據(jù)記錄儀包括波浪儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、轉(zhuǎn)速儀、船首尾吃水計(jì)、衛(wèi)星定位接收儀，如圖3所示，所述報(bào)警管理系統(tǒng)包括燃油溫度計(jì)、燃油質(zhì)量流量計(jì)和軸功率計(jì)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

燃油溫度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量燃油溫度，燃油質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量燃油流量；波浪儀實(shí)時(shí)測(cè)量波浪方向和波高；風(fēng)速風(fēng)向儀實(shí)時(shí)測(cè)量外界的風(fēng)速風(fēng)向；轉(zhuǎn)速儀實(shí)時(shí)測(cè)量主機(jī)轉(zhuǎn)速；吃水計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量船舶首尾的吃水；衛(wèi)星定位接收儀接收船舶的經(jīng)緯度信息；冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量船舶首部冰載荷；結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，如首部結(jié)構(gòu)，噪音和振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量船上機(jī)艙、居住區(qū)等區(qū)域的噪音和振動(dòng)；冰層厚度和冰情監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控極地航線周邊的冰情；船舶航行信息的存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各系統(tǒng)收集和測(cè)量的數(shù)據(jù)，智能管理軟件對(duì)收集和測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

船舶經(jīng)緯度、風(fēng)速風(fēng)向、航速航向、水深、舵角等信號(hào)匯總至船載航行數(shù)據(jù)記錄儀，主機(jī)、輔機(jī)等設(shè)備的燃油消耗量、軸功率、燃油溫度等由報(bào)警管理系統(tǒng)采集，冰載荷由冰載荷傳感器采集并存儲(chǔ)于冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力由應(yīng)力傳感器采集并存儲(chǔ)于結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，以上數(shù)據(jù)輸出至船上計(jì)算機(jī)內(nèi)的智能船舶管理系統(tǒng)。

智能船舶管理系統(tǒng)，船員輸入起始和結(jié)束時(shí)間，系統(tǒng)提取該時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)并生成各種數(shù)據(jù)圖表，包括船舶經(jīng)緯度、航速航向、風(fēng)速風(fēng)向、舵角、水深、主機(jī)和輔機(jī)油耗、功率等實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)圖表。根據(jù)已有數(shù)據(jù)生成其它數(shù)據(jù)，如由液位計(jì)測(cè)量的吃水通過所述船舶的靜水力數(shù)據(jù)表計(jì)算得到排水量。也可以繪制不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線，包括功率隨航速、排水量的關(guān)系曲線，航速隨風(fēng)速風(fēng)向、水深的關(guān)系曲線，油耗量與風(fēng)速風(fēng)向、功率的關(guān)系曲線。還能根據(jù)選定的時(shí)間段或航次計(jì)算平均油耗，包括總油耗、主機(jī)油耗、發(fā)電機(jī)油耗、各類輔機(jī)油耗。

機(jī)艙內(nèi)主要設(shè)備安裝有溫度、壓力等傳感器，傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至報(bào)警管理系統(tǒng)，再傳輸給智能管理系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)主推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)、軸系的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，智能管理系統(tǒng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況進(jìn)行分析和評(píng)估，并給出分析和評(píng)估結(jié)果。

通過衛(wèi)星接收岸上海洋氣象監(jiān)測(cè)中心發(fā)布的海洋氣象預(yù)報(bào)，包括海浪、潮汐、潮流、風(fēng)暴潮、水溫、海水鹽度、海水密度、海冰、海流、大風(fēng)、海霧等。還能接收各港口等主要地區(qū)的天氣預(yù)報(bào)，包括溫度、濕度、風(fēng)級(jí)、氣壓、云層、降雨等。所述智能管理系統(tǒng)內(nèi)，船員可以根據(jù)需要顯示當(dāng)前及未來一段時(shí)間內(nèi)各地區(qū)的天氣狀況、云層、海冰分布、海流等信息。

極地航行時(shí)，智能管理系統(tǒng)根據(jù)接收的冰情數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向及海況等信息，給出最佳的參考航行路線，船舶航行中不會(huì)遇到大量浮冰，保證船舶安全，同時(shí)船舶所受阻力較小、油耗較低。所述智能管理系統(tǒng)還可以根據(jù)更新的冰情數(shù)據(jù)、天氣與海況預(yù)報(bào)，不斷對(duì)航線進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

在普通海域或浮冰較少的海域航行時(shí)，智能管理系統(tǒng)根據(jù)接收的天氣及海況預(yù)報(bào)，設(shè)計(jì)最佳的航行路線使油耗較低，并能根據(jù)最新的預(yù)報(bào)信息優(yōu)化航線。

如圖4所示，船上安裝的冰層厚度和冰情監(jiān)控系統(tǒng)是通過電阻式冰厚傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)各檢測(cè)點(diǎn)冰層厚度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過船舶自帶的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各冰情檢測(cè)點(diǎn)的定位。如圖2所述電阻式冰厚傳感器是利用冰、水和空氣的電阻率特性差異實(shí)現(xiàn)對(duì)冰層內(nèi)部與冰下水位自動(dòng)檢測(cè)的。包含有導(dǎo)電離子的自然水在常溫下是導(dǎo)電的，隨著溫度的降低水的電阻值會(huì)逐漸升高，其電阻值在幾十至幾百KΩ范圍，達(dá)到冰凍狀態(tài)后電阻值在幾MΩ至幾百M(fèi)Ω范圍變化，冰具有弱電特性，被看作電阻值較大的弱導(dǎo)體，空氣則被看作絕緣體。所述電阻式冰厚傳感器傳感器垂向每隔1cm布置一對(duì)水平距離2cm的觸點(diǎn)對(duì)。

如圖5所示，所述冰厚傳感器通過船首開口放下到冰層表面，工作時(shí)首先在冰情檢測(cè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的程序指令控制下由開關(guān)選擇控制電路從上到下依次循環(huán)接通左邊的觸點(diǎn)，電壓信號(hào)便通過觸點(diǎn)對(duì)之間的氣、冰或水介質(zhì)，再由右邊的觸點(diǎn)將電壓信號(hào)送回冰情檢測(cè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備。由于氣、冰或水介質(zhì)的隨機(jī)等效電阻不同，經(jīng)單片機(jī)對(duì)返回的被測(cè)介質(zhì)等效電阻兩端電壓值的分析處理后，可判斷出各個(gè)觸點(diǎn)對(duì)是處于冰上空氣、冰層還是冰下水體內(nèi)，從而達(dá)到了測(cè)量冰厚的目的。系統(tǒng)檢測(cè)終端通過電阻式冰厚傳感器和船上的GPS接收機(jī)分別采集到此檢測(cè)點(diǎn)的冰層厚度信息和坐標(biāo)信息，然后由處理設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，整理成有用的冰厚數(shù)據(jù)和地理信息，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部的存儲(chǔ)單元中。終端通過通信模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)測(cè)中心。同時(shí)在船首部和舷側(cè)部安裝攝像系統(tǒng)，對(duì)航線附近的冰情信息實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸。

所述縱傾優(yōu)化系統(tǒng)，能夠收集并分析船舶在少量碎冰或無冰的敞水海域航行時(shí)在不同吃水、航速時(shí)各種縱傾浮態(tài)下轉(zhuǎn)速、風(fēng)速風(fēng)向等航行狀態(tài)數(shù)據(jù)及功率、油耗數(shù)據(jù)，建立無冰海域下的縱傾性能數(shù)據(jù)庫，得到不同吃水、航速對(duì)應(yīng)的最佳縱傾，并根據(jù)用戶輸入的或通過傳感器采集的吃水、航速狀態(tài)信息分析，并提供船舶在少量碎冰或無冰海域航行時(shí)浮態(tài)調(diào)整的建議。所述縱傾優(yōu)化系統(tǒng)，還能夠收集并分析船舶在浮冰、碎冰海域航行時(shí)在不同吃水、航速、縱傾浮態(tài)下的轉(zhuǎn)速、風(fēng)速風(fēng)向等航行狀態(tài)數(shù)據(jù)及功率、油耗數(shù)據(jù)，建立浮冰海域下的縱傾性能數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶輸入的或通過傳感器采集的吃水、航速信息給出該吃水對(duì)應(yīng)的最佳縱傾，并根據(jù)分析結(jié)果提供船舶在浮冰、碎冰海域航行時(shí)浮態(tài)調(diào)整的建議。所述縱傾優(yōu)化系統(tǒng)還與裝載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，最佳縱傾信息傳遞到裝載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，裝載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基于該最佳縱傾，對(duì)裝載方案進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，找到最接近目標(biāo)縱傾的裝載方案。所述最佳裝載方案，不僅符合最佳節(jié)能航態(tài)目標(biāo)，同時(shí)滿足船體強(qiáng)度、完整穩(wěn)性、谷物穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性等安全指標(biāo)要求。所述航速優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)航次計(jì)劃（包括船舶的出發(fā)港、目的港、出發(fā)時(shí)間等）、燃料消耗、綜合經(jīng)濟(jì)效益分析等，提供基于燃油消耗最低并在預(yù)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的港為目標(biāo)的航速優(yōu)化方案。

船上安裝有冰載荷監(jiān)控系統(tǒng)，智能管理系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的冰載荷，計(jì)算船體結(jié)構(gòu)在冰載荷作用下的應(yīng)力，評(píng)估船體結(jié)構(gòu)是否能夠承受冰載荷，并給出建議。

船體安裝有結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，極地冰區(qū)航行時(shí)采集、存儲(chǔ)及顯示結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力水平超過預(yù)設(shè)的臨界值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并給出調(diào)整航向建議。還能夠分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力的長期統(tǒng)計(jì)平均值，并能對(duì)易受浮冰破壞的結(jié)構(gòu)（如首部結(jié)構(gòu)）給出維護(hù)與加強(qiáng)的建議。還能夠收集并分析船舶在浮冰、碎冰海域航行時(shí)在不同吃水、縱傾浮態(tài)下的功率與油耗，得到不同吃水對(duì)應(yīng)的最佳縱傾，或較合適的吃水，并根據(jù)分析提供船舶在浮冰、碎冰海域航行時(shí)浮態(tài)調(diào)整的建議。還能夠收集并分析船舶在少量碎冰或無冰海域航行時(shí)在不同吃水、排水量時(shí)縱傾浮態(tài)下功率與油耗，得到不同吃水、排水量對(duì)應(yīng)的最佳縱傾，并根據(jù)分析提供船舶在少量碎冰或無冰海域航行時(shí)浮態(tài)調(diào)整的建議。

船體安裝有船體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，普通海域航行時(shí)，監(jiān)測(cè)船舶運(yùn)動(dòng)與加速度以及首部砰擊壓力等參數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)高于預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)生報(bào)警，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的海況、航向、航速，對(duì)船體載荷進(jìn)行總體計(jì)算分析與評(píng)估，并作出是否需要改變航向、改變航速以及船舶姿態(tài)等建議性操作指令。

對(duì)收集的功率、航速、風(fēng)速風(fēng)向、波浪等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將實(shí)際運(yùn)營中的速度、功率數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得到無風(fēng)浪的理想海洋環(huán)境下的速度功率曲線。所述速度功率曲線與設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)的速度功率曲線進(jìn)行對(duì)比，給出船體清潔計(jì)劃的建議。

機(jī)艙、居住區(qū)等區(qū)域安裝有噪音和振動(dòng)傳感器，監(jiān)控船上的噪音和振動(dòng)。當(dāng)噪音和振動(dòng)超過預(yù)設(shè)值時(shí)，給出報(bào)警。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。