摘 要

目前国际上非常注重节能减排，都提倡发展绿色港口，这推动了船舶岸电的使用和发展。但在科技快速发展的今天，智能化低的传统岸电系统已经无法满足人们的需求。针对岸电设备缺少监控管理的系统以及船舶在使用岸电时跨泊的问题，本文分析了岸电设备在线监测及船舶停靠量预测的功能，并对监测和预测的总体设计进行了介绍。本课题的监测及预测系统可以提高港口工作人员的管理效率和岸电使用效率、降低设备的维护成本，具有良好的经济效益。

论文主要研究了监测后台系统中ACCESS数据库的创建及通过数据库与单片机的连接来实现监测数据的后台存储，并利用云存储技术将大量的历史监测数据存储于云端；针对船舶跨泊的现象，本文采用回归预测法建立数学预测模型，并用MATLAB软件求出模型；针对岸电管理人员和岸电使用人员对岸电及港口情况等信息的不同需求，对监测后台系统及岸电信息管理网站的主要界面进行了设计。

本文的特色是利用云计算的云存储功能存放大量的历史监测数据，并利用云端虚拟机对船舶停靠量进行预测，船东用户可以根据预测值，结合自身情况在港口预约岸电泊位，用户还可以在移动终端给IC卡进行充值。

关键词：船舶岸电；在线监测；云计算；回归预测

Abstract

The current international focus on energy conservation and emission reduction has promoted development of green port, which promotes the use and development of Shore-to-Ship Power Supply. However, in today's rapid technological development, the traditional Shore-to-Ship Power Supply System with low intelligence can no satisfy people's demands any longer.Shore-to-Ship Power Supply equipment lack of monitoring management system and ships cross the berthing when using Shore-to-Ship Power Supply System. Contraposing these problems, this paper analyzes functions of the shore power equipment on-line monitoring and ship docked quantity prediction and introduces the general design. The monitoring and forecasting system of this topic can improve the management efficiency of port staff and the utilization efficiency of Shore-to-Ship Power Supply, they can also reduce the maintenance cost of equipment and bring good economic results.

Thesis mainly studied the monitoring in the backend system ACCESS database and establishment of the database links with single-chip microcomputer to realize the monitoring data of backend storage, and use the cloud storage technology to store a large amount of historical monitoring data in the cloud; For the ship's cross-berth, the regression predictive method is used to build a mathematical predictive model, and the model is calculated by MATLAB software; The main interface of monitoring background system and shore power information management website was designed according to the different demands of shore power managers and shore power users for information such as the situation of power and port.

The feature of this paper is to use the cloud storage function of cloud computing to store a large amount of historical monitoring data, and use the cloud virtual machine to predict the amount of vessel berthing. According to the predicted value, ship-owners can make an appointment in the port's berthing according to their own conditions, and users can also charge the IC card at the mobile terminal.

Key Words： Shore-to-Ship power; On-line monitoring; Cloud computing; Regression prediction

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题的背景和研究价值 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1船舶岸电发展现状 2

1.2.2岸电系统监测技术及在线监测的发展现状 4

1.2.3 云计算的应用现状 5

1.3主要研究内容及结构安排 6

第2章 在线监测及预测系统总体设计 7

2.1 岸电在线监测及预测系统设计 7

2.1.1岸电系统在线监测的功能设计 7

2.1.2岸电系统预测的功能设计 9

2.2 在线监测及动态预测系统总体结构设计 10

2.2.1 在线监测总体设计 10

2.2.2 动态预测总体设计 12

2.3 本章小结 14

第3章 在线监测后台系统设计 15

3.1 监测后台系统总体设计 15

3.2 数据表设计及连接 15

3.2.1 数据表设计 15

3.2.2 数据库建立与连接 20

3.3 后台显示及监控设计 23

3.4 本章小结 26

第4章 基于云计算的监测数据存储与预测 27

4.1 云计算及其关键技术 27

4.2 基于历史数据的动态预测 28

4.2.1回归分析预测算法 28

4.2.2 利用MATLAB建立预测模型 29

4.3岸电信息管理系统页面显示设计 34

4.4 本章小结 36

第5章 课题经济性与环保性分析 37

5.1 经济性分析 37

5.2 环保性分析 37

第6章 总结与展望 38

参考文献 39

附录A 41

附录B 42

附录C 43

致谢 45

第1章 绪论

1.1选题的背景和研究价值

随着全球经济的快速发展和全球一体化，各国之间的政治交流、贸易往来越来越紧密，海上运输也越来越频繁。船舶在海运中有着不可替代的作用，每年在我国的各个海港和内河港口停靠的船舶数量越来越多，传统上船舶靠岸时采用辅机发电为船上用电设施供电，辅机发电导致的各种污染越来越严重，给港口周边的环境造成了严重的影响。研究表明船舶辅机排放、、、和粉尘等有害物质，此外还有繁重的噪声和振动。我国经济发展的速度越来越快，国内靠港船舶有害物质的排放量正在不断增加，若不采取相应措施问题会越来越严重。进入新世纪以来，人们越来越重视节能和环保，对此我国已将“节能减排”定位为未来阶段重要的发展方式。船舶岸电技术是指船舶在码头停靠时接入岸上电源，从而获得船上泵组、通风、照明和其他设施所需的电力^[1]。船舶岸电是一项能有效控制靠港船舶污染气体排放、降低电力成本的技术，岸电提供电力是安装在船上的发电机组的提供电力的成本三分之一^[2]。我国交通部门鼓励各港口使用船舶岸电系统，在政策等各方面给与支持，制定了岸电的发展目标。

相对于一些发达国家我国岸电技术起步较晚，因此目前多数的岸电供电设备都存在设备简单、智能化低、安全性低的缺点。传统的人工抄表、数据分析效率低偏差大，已经不能满足人们的需求。随着人们对船舶岸电系统的智能化程度要求越来越高，我们需要对岸电系统主要设施的实时运行状态进行监控，要能及时发现设备的故障。目前越来越多的船舶停靠港口选择使用岸电供电，当进港的船舶较多时，有的泊位可能会出现两只甚至三只船舶跨泊，这对岸电的设备造成较大的供电压力，也给岸电设备的使用管理造成一定的困难。若可以预测出港口的船舶停靠量，就可以提醒岸电管理者在船舶停靠高峰期前做好相应的准备，并在高峰期时密切关注岸电设备的运行状态。另一方面，若船东一方也能根据停靠预测量和自己的行程合理安排进港时间。而对于船舶跨泊的问题，可以让船东根据船舶靠泊时间在进港前预定岸电泊位。要对岸电系统进行监测、预测，将涉及到大量监测数据的存储和运算，且对于预测的结果需要进行推送，对此可以利用云计算的云存储、虚拟机和网络通信等功能。

云计算是一种强大的计算、服务模式，能将众多廉价计算资源整合成一个庞大的资源共享池提供给很多用户按需索取和利用^[3]。现在人们越来越多的去关注和重视云计算，而云计算技术的大量数据存储和虚拟化的特点也为船舶岸电设备状态在线监测和预测提供了新的思路。我们可以利用云计算在港口搭建特色云平台，这样利用云计算的众多优点为港口岸电在线监测及预测提供许多高效的解决方案；同时，云平台的搭建也有利于各个港口之间岸电设备信分享和技术交流。

综上，对船舶岸电进行在线监测、动态预测的研究以及如何将云计算技术结合船舶岸电系统去解决在线监测数据的存储、数据预测以及信息推送等问题，对于提高船舶岸电设备维护及管理的智能化、岸电使用的时便捷性具有重要意义，是岸电系统优化值得考虑的一个方向。

1.2 国内外研究现状

1.2.1船舶岸电发展现状

岸电技术的应用可以有效控制船舶在港口排放污染物，同时可以节约能源、降低噪声，其经济效益和社会效益得到人们的认可，越来越多的港口开始引入岸电技术。船舶岸电也称“冷靠泊”，其的英文名称有Shore-to-Ship Power Supply, On-Shore Power Supply(ops) ,Cold Ironing等^[4]。目前各大港口的岸电系统大致都包括岸基供电、船岸连接和船舶受电三个部分。其中，岸基供电系统是把岸上网侧的高压电源经过变频、变压后，传输到相应的连接点；船舶受电系统是船上的用电设备等；船岸连接是指把另外两个系统连接在一起的电缆和设备。岸电提供电源的方法一般有三种，即岸电和船舶之间是高压与高压对接、高压与低压对接或者低压与低压对接。不同船舶的船用电制各不相同，但一般都是60Hz或50Hz的交流电。

现在船舶岸电在各大港口都有应用，有的国家已经把直供电作为港口的主要供电方式。美国的有的港口主要采用的是低压岸电为低压船舶供电的方式，其中洛杉矶港就是采用这种供电方案。在这一供电方案中，港口可以直接将低压电源连接到低压船舶上为其提供电力，并且码头不用准备其他的电力装置，配置简单、使用灵活；但是因为在低压船舶上安装变电箱非常不方便，所以把变电箱放在驳船上，但又给供电连接带来困难。在欧洲，有的港口则主要采取高压岸电直供电的方案，如瑞典哥德堡港采用的是高压的岸电给低压的船舶提供电力的方案。哥德堡港的供电方案中连接设备非常简单，使用十分方便，并且港口负责岸电的连接设备以及供电管理，船舶用户完全不用担心这些的问题。

船舶岸电的使用和推广范围越来越大，各港口岸电装置的规模以及具体的频率、电压等各不相同。世界港口气候倡议组织(WPCI)列出了世界上所有使用高压岸电的港口，表1.1列出了容量超过5MW的港口^[5]。

我国港口在给国外的船舶提供岸上电能的时候不能把岸电电源直接连接到船上，因为我国港口的50Hz交流电电制往往与国外船舶需要的交流电制不同，船舶直接使用岸电电源会让效率变低。所以我国港口岸电供电系统往往会利用一些变频技术，例如电子电表1.1 装有容量超过5MW高压船舶岸电的港口^[5]

力技术、脉冲宽度调制（PWM）技术等，将岸电电源转换为船舶所需电制。我国不是最早一批使用岸电技术的国家，但在国家大力支持下将会得到全面发展。当前国内对岸电技术的研究更倾向于智能化、更注重环保和安全性。

我国早期船舶岸电的安装和研究状况：在2009年在青岛港完成了针对5000吨级内河船只的港口船舶岸电安装，采用的电制是380V/50Hz；2010年3月，上海港外高桥港区研究设计移动式岸基船用变频变压岸电供电系统，并成功投入运作；2010年我国连云港港口在“中韩之星”邮轮上首次运用高压船用岸电系统，并取得很好的应用效果；2011年11月至2012年1月，蛇口集装箱码头安装了低压和高压岸电系统^[6]。现阶段，船舶岸电在我国许多港口都已得到应用，对岸电系统的研究和改造也越来越趋于智能化，例如基于PLC技术的智能岸电连接桩控制系统的研究，该系统通过操作模式将触摸屏与物理按键相结合，为系泊船提供方便的供电服务^[7]；针对智能岸电柜温度调节系统及其控制研究提出了高温环境下电柜散热问题的解决方案；船舶岸电智能计费系统的研究等。这些岸电系统的研究成果体现出我国船舶岸电系统正在快速发展，也是我国岸电系统研究和应用走进国际技术前列的标志。

目前，许多国家的港口码头都使用了船舶岸电系统，对于各国岸电技术先进性、适应性和应用的优缺点对比^[8]如下表1.2所示。

表1.2 船舶岸电系统方案比较^[8]

1.2.2岸电系统监测技术及在线监测的发展现状

现阶段我国的船舶岸电系统大多数都比较简单，几乎都是将高压电源经过变电设备整流逆变后传输到船上，缺少对设备的监管装置、系统，对设备许多方面的管理还没能形成一个统一的标准，这是现阶段我国船舶岸电系统面临的一个重要问题，船舶岸电系统需要向智能化的方向发展。现阶段也有了一些对船舶岸电监控系统的研究，如SCADA系统软件平台研究了岸电系统的数据采集、信息集成和信息共享，主要实现了视频安防功能和计量计费功能；岸电实验平台监控系统研究了监控柴油发电机与岸电电源自动投切时设备运行参数、状态的显示，发生故障时报警等。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：