船舶环境舒适度的好坏如何评价(方法).docx

《船舶环境舒适度的好坏如何评价(方法).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶环境舒适度的好坏如何评价(方法).docx（14页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、针对传统船舶有线的通信方式需铺设大量的电缆,抗干扰性差、维修难度大,以及舒适度评价系统需要广泛采集全船舱室温湿度的问题，选用传输距离远、抗干扰性强的1.oRa技术搭建船舶舱室的环境数据无线感知系统。以各他室为数据采集节点，运用传感器采集相关环境参数，根据他室类型设出若干独立网关，采用1.oRa技术将节点数据无线发送至相应网关，进而利用WiFi将各网关收集的数据发送至上层控制系统，最终在环境舒适度评价模型中进行预计平均热感觉指标的计算与评价。目前，国内外对船舶能室微气候环境的研究处F起步阶段，如：有学者通过对实船热环境的系统研究和船员对热环境的评价及满意度调隹，针对不同情况提出预计平均热感觉指标

2、(PrediCtCdmCanVogPMV)的修正方程；有学者计算不同环境条件下的PMV-预测不满意百分比(PrediCtedPerCemageOfdiSSatiSfied.PPD)值及系统热负荷，分析了船舶他空湿湿度对其热舒适性和能耗的影响：有学者采用振动加速度指标，针对船舶震动、噪声舒适度提出基于烦恼模型的评价方法。适元的舱室环境可以提高船员的工作效率，也能够为乘客提供更舒适的乘坐体验。与陆地环境不同,船舶由于空间限制，舱室内往往紧密布置大量设备.通风不畅，冷热变化迅速“船的舱室的热环境受多方面因素的影响，包括船舶内外的温湿度、压力、风速、振动、噪声等。传统船舶舱室的环境数据传输主要通过现场

3、总线、船舶电力线载波技术等有线传输方式。由于采集结构比杂、布线困难，该方式采集数据的可花性、抗干扰性差，工作人员主要依据历史数据评价他室微气候环境的舒适度。此外,有线数据传输方式也存在造价富、施工难度大、维修难度大等间网。而利用无线数据传输技术，将信息传感设备实时采集到的船舶环境数据发送至服务蹲中进行环境舒适度评价，可以形成个高效的网络，极大地节省人力物力成本，方便管理和控制。针对上述问题，东南大学等单位的研究人员提出基于1.oRa技术的船舶环境舒适度评价系统，设置终端节点实时监测舱室环境参数，从而及时反馈舒适度信息。随着无线数据传输方式的快速发展，无线传输与船舶通信系统结合使得船展环境数据传

4、辘系统无线化,智能化，建立实时变化的舒适度评价系统已成为必然趋势。1环境舒适度评价系统环境舒适度评价系统将有助于构建船舶舱室良好的微气候环境，为船员、旅客提供舒适的工作与生活环境“人体在皮肤平均温度和最佳排汗率都满足舒适度要求时处于热舒适的状态。在已知环境温度的情况下，可以根据戈夫-格雷奇公式计算饱和水蒸气分压力。PMV是由人体所做的机械功、人体能量代谢率、服装热阻、环境温度、平均辐射温度、风速、水蒸气分压力这7个参数计算而来的。其中，人体所做的机械功、人体能做代谢率和服装热阻需要根据舱室的功能以及人员在舱室内的生活状态来确定；环境温度、平均辐射温度和风速可由每个舱室的终端节点采集；水蒸气分质

5、力则要根据相对湿度和环境温度进行计算。最后得出的PMV值根据表I判断“nr(,i3210-I-3热感觉执暖和稍暖和舒适梢凉快凉快冷表IPMV七点式生理感觉标尺研究人员基于船舶的每个舱室构建终端节点，如图1所示，传感冷测量环境温度、相对湿度、平均粕射温度和风速，利用1.ORa技术将终端节点测量到的环境数据无线传输给网关，网关打包接收到的环境数据并发送到上展控制系统，从而构建全船无线数据传输系统,顶层控制系统对接收到的环境数据进行计算分析和环境舒适度评价。顶层控制系统图1基于1.oRa技术的船舶环境舒适度评价系统2船舶舱室节点数据采桀为实时计算船舶各能室的PMVtfi,需要终端节点测量环境温度、相

6、对湿度、平均辐射温度和风速4个参数。环境温度较高时，人体会感到燥热和出汗：环境温度较低时,人体会感到寒冷。依据国家标准GB/TI340992,选择船舶起居处设计湿度为24-C,可根据季节、气象条件和地区差异与变化作3%的调整。相对湿度是水蒸气分压力与同一温度卜饱和水蒸气分压力的比值，相对湿度过低时，人体表而皮肤容易干燥皱裂：相对湿度较高时,人体表而的汗液不容易挥发，会造成闷热感和不适感,因此，相对湿度设置为50%,可根据季节、气象条件和地区差异与变化作5%的调整，此时人体舒适感较好。船舶各舱室终端节点的温湿度传感器选用DHT1.1.温湿度一体化模块，其由1个电H1.式测温元件和1个负温度系数(

7、negativetemperaturecoefficient.NTC)测祝元件组成，精度湿度5%RH.温度2C,址程湿度20%90%RH,温度Oc50,C,可以满足船舶环境的温湿度测取要求。DHT1.1.与ARM的电气连接如图2所示，由于在终端节点中两者之间的距离小于20m,数据连接线上使用上拉电阻，其作用是传感器待机时保持DATA口为高电平。VCCARMDATAGND5kVCCDATADHT1.1.GND图2DHTI1与ARM的电气连接DATA口处理ARM和DHT1.1.之间的通信和同步，采用单总线、双向传输的通信方式，每次通信约需要4ms,其数据格式见表2.校验和在数据传输正确时，为前四者

8、之和的末8位，校验正确后DHTI1.符数据发出。数据类型湿度抠数数据湿度小数数据温度竣数数据温度小数数据校验和数据大小bit88888表2DHT11数据传输格式平均辐射湿度是指船的他室内部各表面对人体有热辐射作用的平均温度，各表面的温度和人与表面间的相对位置关系影响人体和各表面的辐射热交换，实际船舶舱室内各衣面温度并不相同，可以采用黑球温度计测量平均辐射温度。风速是指空气流动的速度，影响室内空气的更新速度和人体的对流换热。对于船舶长期封闭的他空环境来说，室内空气流通可以及时带走机湍运转产生的空气污染物和船员排出的二氧化碳，有利于构建更适宜的舱室环境。由于本文主要研尢的是船舶舱室内部的热舒适环境

9、，舱室内风速取O1.ms3数据无线传输系统3. I1.oRa技术1.oRa技术是美国Scmrtcch企业研发的物理层技术，其窄带扩频技术提升了抗干扰能力。作为目前主流的几种无线数据传输方式之一，1.ORa技术具有功耗低、成本低、置盖通用广、抗干扰能力强等优点，适用于传输距离较长且传输数据量较小的工作环境.1.ORa模块可快速布设于船舶中，从而完善船舶的通信系统，甚至在船舶本身的通信系统故障时快速接入完成通信功能。在运营商信号较弱的码头、海上等场景，1.oRa技术优势明显，可以为船舶提供优侦的网络服务，I1.投入成本较低、布设和维修难度较低,功耗较小，可在新旧船舶中广泛应用.大多数的网络采用网状

10、拓扑，其优点是网络规模扩张快，但其节点之间转发消息迂回滞后，系统架构更杂，功耗也较大。1.oRa技术采用星状拓朴，网关星状连接终端节点，但终端节点并不绑定惟一网关，终端节点的上行数据可发送给多个网关，因此减少了信息传递的迂回通道，可以提信息传辘的效率.因此，研究人员基于1.oRa技术构建无线传感网络，采集船舶船室的环境参数。选用型号为ATK-1.ORA-O1.的1.ORa模块，其工作频率为410441MHz,步进信道为IMHz,共32个信道，发送AT指令即可配置串口速率、发射功率、空中速率、工作模式等模块参数.1.oRa模块与ARM的电气连接如图3所示。GPIHMDOJ1VIV1.UzVGPI

11、O/IND4AUXTXDRXDARMAIk-1.ORA-OIRXDTXDGNDGND3.35VVCC图31.oRa模块与ARM的电气连接该模块为TT1.电平，根据MDO和AUX引脚的状态进入不同的功能，见表3。功能介绍进入方法配置功能模块参数配置11X=0.MDO=I通信功能无线通信AUX=O.MDO=O固件升级功能固件升级AUX=1.MDO=I表3ATK-I.ORA-OI模块功能发送AT指令配置模块为：串口波特率9600bits,空中速率19.2kbits,模块地址。65535,工作模式为一般模式，发送状态为定向传输，采用定向传输功能，修改发送模块的地址和信道即可指定数据发送到任意地址和信道

12、，从而实现组网和中继功能“发送模块的数据格式为地址+信道+数据：接受模块的数据格式为数据。3.2核心架构基于1.oRa技术的船舶环境数据无线采集系统利用各类传感器、数据网络等设施，采集船舶辅机的空内外的环境数据，为船舶环境舒适度评价提供数据支撑.该系统的核心架构层次包括3层，分别为舱室终端节点、网关和上位机.多个终端节点对应一个网关，多个网关对应一个上位机，构建全船的无线数据传输网络。如图4所示，舱室终端节点包括ARMCOrIeXm-M4F处理器、DHTII模块和1.oRa发送模块。DHTII模块将测量到的温泡度数据发送到处理器中编码处理后发送给1.ORa发送模块，通信方式为串口通信。1.OR

13、a发送模块将环境数据无线传输给网关的1.oRa接收模块。舱室终端节点环境参数信号1.ORa无线传输HI网关图4无线传输系统核心架构层次网关包括ARMConCXEM4F处理器、1.oRa接收模块和UART-WiFi（串口无线）模块。1.oRa接收模块在接收到环境数据后采用串口通信传输至ARM.UART-WiFi模块的型号为ATK-ESP8266.采用申与ARM通信，内理TCP/IP协议栈，实现串口与WiFi之间的转换，与ARM的电气连接如图5所示.TXDRXDARMGND3.35VRXDTXDATK-ESP8266GNDVCC图5UART-WiFi模块与ARM的电气连接考虑到船舶上运营商网络信号

14、并不程定，选择UART-WiFi模块工作在AP模式下，模块本身作为热点实现上位机与模块的直接通信和局域网无线控制。上位机中的TIJNK云平台可显示连接的所有终端节点的环境数据并绘制实时曲线ISJ3.30网关配置船舶舱室类型较多，不同功能舱室的环境舒适度要求存在差异，因此对环境舒适度评价采用分类评价的方式.将舱室数据分类传输至相应网关，再由网关整合后，利用WiFi较快的传输速度将环境数据大批量发送至上位机，从而提高信息传输的效率。ATK-1.ORA-O1.的空中速率最高为19.2kbits,传输距离为3km,可以覆盖全船.ATK-ESP8266的无线传输速率最高可达54Mb冰，传输折褥为30m左

15、右，应将网关设置在上位机附近。计算得一个网关可以时应2880个终端节点，实际应用中脂船终端节点的数量并不会超过这个数字，因此每个网关对应的终端节点数量应主要考虑不同舱室环境数据分类的清晰化和管理的方便性。船船中需要进行环境舒适度评价的舱室主要分为以下几类：居住舱室、航行控制舱室、公共舱室、工作船室、卫生舱室、后勤能室，其中公共舱室主要包括餐厅、休闲室，工作舱室包括会议室、指挥宽等，后勤舱至包括期房、洗衣房等。全船设置4个网关，其中环境舒适度要求较高的居住舱室和航行控制舱室分别单独使用一个网关，公共舱室、工作舱室共用一个网关，R生、后勤舱空共用一个网关。上位机采用轮巡加优先级的方式对网关数据的传输进行管理，优先传输居住舱室和航行控制舱室的环境数据，同级网关采用轮巡的方式进行传输。3.4算例ISO7730中推存PMV的适宜范围为-0.5SPWvWO.5,考虑船舶环境的特殊性和提高船舶能源利用效率，本文针对不同功能的舱室，建立不同的PMV值评价标准，见表4。舱室类型居住舱室肮行控制舱空公共舱空工作