船舶监测系统误报警分析∗

赵 军 徐孙庆

（92493部队60分队 葫芦岛 125000）

1 引言

目前，船舶监测报警系统被广泛应用在各类船舶上，它可以监控船舶主机和辅机等重要设备的参数变化，实时掌握机舱内各设备的工作状态，及时发现设备的运行故障，对船舶的安全运行起到了至关重要的作用［1］。机舱监测报警系统中误报警的频繁出现，加大了值班员的工作强度，并影响到了船舶监测报警系统的正常运行［2］。下文以某船船舶监测系统中出现的误报警故障为例，着重分析故障产生的原因及相应的解决方法。

2 报警的产生

通过对某船船舶监测报警系统中自2020年11月1日至2021年8月1日共计9个月的历史数据分析，发现柴油机的滑油进机压力（出冷却器）、高温水进机压力、低温水进机压力（进滑油冷却器）存在短时及多次报警现象且该现象在长达9个月的历史数据中不断出现，而柴油机并未出现明显故障，应当判定为误报警［3］。

在船舶监测报警系统［4］的设置中滑油进机压力采用了三级报警：当进机压力小于等于0.35MPa为一级报警；小于等于0.30MPa为二级报警；小于等于0.25MPa为三级报警。高温水进机采用一级报警，当进机压力小于0.1MPa时一级报警。低温水进机压力采用一级报警，当进机压力小于等于0.1MPa时一级报警。所截取的报警界面如图1所示，报警具有时间较短和较为频繁等特点［5］，而且三项报警所出现的时间大致相同。

图1 船舶监测系统报警界面图

3 报警原因分析

由于上述三项压力出现多次短时突降且柴油机未并发现明显故障仍能够正常运行［6］。针对这种现象，现提出如下假设。

假设1：在对柴油机历史数据的分析中发现上述三项热工参数与柴油机转速及负荷有很强的相关性，其数据的波动规律亦具有极强的相似性。由于本船采用油电混合动力系统提供动力，三种推进模式切换时，柴油机转速与负荷容易发生突变造成滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力突降。随着驱动模式切换完成，柴油机转速稳定，三项数值又恢复稳定，从而造成上述三项监测参数出现短时报警现象［7］。

假设2：三项热工参数压力值与柴油机转速间存在极强的相关性。当前推进模式仅能反应当前柴油机的运行状态，不能很明确体现其相关性。所以提出假设三项热工参数压力值出现报警（压力值过低）是因为当前柴油机转速较低。三项热工参数压力值阈值不能设定为固定值，而应该根据不同时间段工况设定为相对阈值［8］。

4 报警原因验证

通过调取船舶监测报警系统［9］中的历史数据来对两种假设进行验证。

假设1验证：根据图1报警故障表第一条报警时间选定2020年11月1日0时至3时的报警数据，如图2所示。通过三项压力参数与柴油机模式切换在报警时刻数据图中的显示可知，柴油机推进模式与混合推进模式切换时，三项压力参数并未发生明显变化且大多数时刻三项压力值偏低；在处于混合推进模式时，反而有部分时间报警恢复。结合其他报警时刻数据，判断由于推进模式切换导致柴油机转速和负荷不稳定造成三项压力值突降报警的假设1不成立。

图2 监测系统报警时刻数据1

假设2验证：基于数据对比发现问题的思想，通过查询同一时间段的柴油机转速数据，并将图2与图3中数据对比可以观察到柴油机转速与三项热工压力参数波动规律基本相似，三项热工压力值小于设定阈值报警时，柴油机的转速明显偏低。

图3 监测系统报警时刻数据2

通过上述数据对比，结合已有历史数据中出现报警和正常时刻三项热工压力值和柴油机转速数据，得出三项热工压力值随柴油机压力值波动而波动，其报警时刻柴油机转速都较低且两者之间波动规律极为相似，判断假设2成立。

5 报警解决方案

基于上述结论，当前设定的滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力不适用于设定固定阈值报警。如果设定阈值过高，当柴油机处于低转速时，会出现大量误报警，影响故障预警判断。如果阈值设定过低［10］，柴油机在高速运行状态下，如果出现故障将无法提前报警。

针对这种情况，提出长短期记忆网络（LSTM）模型。LSTM模型是一种时间循环神经网络，由于其独特的结构多用来处理与时间有关的问题［11］。标准RNN（循环神经网络）模型中都有一个重复简单的结构，但是在LSTM模型中这样的结构有四个并通过独特的方式进行交互，结构如图4所示。LSTM模型通过其特有的‘门’结构选择删除或增加有益的信息放置到模型中，解决RNN中存在的长期依赖问题，更加有效地保存时间序列中的重要信息。

图4 LSTM模型结构图

由于柴油机数据是一个在时间轴上连续渐变的模型。选用LSTM模型可以有效地提取过去一段时间对当前影响的信息。读取约一个月的历史数据，将时间序列设置为15s，柴油机转速作为输入，三项热工压力值作为输出，划分测试集和训练集。将训练集放入模型中训练，将测试集中的柴油机转速作为输入放入训练好的模型中得出的预测结果与真实值对比如下所示。

图5 滑油进口压力对比图

图6 低温水进口压力对比图

图7 高温水进口压力对比图

通过观察三张图可以看出，预测结果与正式结果在数据值与变化趋势上高度重合，说明LSTM模型可以运用于三项热工压力值的报警检测上。将已过去15s至当前的柴油机转速数据作为输入，输入到模型中得出预测值，结合柴油机原有设置中故障阈值得到当前柴油机转速下报警阈值，可以有效地避免因柴油机转速以及负荷较低造成的三项热工参数误报警［12］。

6 结语

船舶监测系统能为船舶主机安全运行提供重要的保障，对船舶主机重要参数的监测尤为重要。通过对柴油机的滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力误报警情况的原因查找和分析，提出了全新的报警值设置方法，从而杜绝了此类现象的再次发生。