Comparative analysis of fuel level monitoring systems and justification of a hybrid microprocessor-based system for river vessels

Abstract

A comparative analysis of four types of fuel level monitoring systems (float, capacitive, ultrasonic, hydrostatic) was carried out under real operating conditions on the river vessel OTA-900 (Project 758B) in the Siberian region. The study aims to justify the transition from outdated float systems to a modern hybrid microprocessor system based on Arduino, combining capacitive and hydrostatic sensors. During a 30-day experiment with a daily fuel consumption of 1200 liters, key accuracy metrics were measured: Root Mean Square Error (RMSE) and Mean Absolute Error (MAE). Results showed that float sensors have the highest error (RMSE ≈ 7.1%), while capacitive (RMSE ≈ 1.5%) and hydrostatic (RMSE ≈ 2.0%) sensors demonstrate high accuracy and stability. The hybrid system provides fault tolerance, automatic cross-verification of readings with a 3% alarm threshold, and adaptation to extreme conditions, as confirmed by the absence of false alarms for these sensors, unlike ultrasonic and float types. Implementing the proposed system increases measurement accuracy fivefold, enables continuous monitoring, and provides automatic alarms, which is critically important for navigation safety in remote regions.

Keywords: fuel level monitoring, hybrid system, ship automation, main engine

References

1. ГОСТ 33468-2015. Методы калибровки судовых танков. – Введ. 2016–07–01. – М. : Стандартинформ, 2015. – 36 с. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200143001?ysclid=mfwc2dylet839128804 (дата обращения 20.08.2025) - Текст : электронный
2. РМГ 112-2010. Резервуары (танки) речных и морских наливных судов. Методика измерений объемов и вместимостей : утв. Приказом Ростехрегулирования от 29.09.2010 № 289-ст. – Введ. 2011–07–01. – М. : Стандартинформ, 2011. – 25 с. . - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200096267?ysclid=mfwcciwzu1939329835 (дата обращения 30.08.2025) - Текст : электронный
3. Яблуновский, И. А. Техническое обеспечение измерения и контроля уровня топлива в судовых танках / И. А. Яблуновский, В. А. Перминов // Судостроение. – 2020. – № 4. – С. 45–49.
4. Куколева, А. А. Электропневматическая система замера уровня топлива в топливных танках с датчиком гидростатического давления / А. А. Куколева // Судостроение. – 2021. – № 3. – С. 38–41.
5. Белоусов, Е. В. Топливные системы современных судовых дизелей : учебное пособие для вузов / Е. В. Белоусов. – Москва : Моркнига, 2020. – 256 с. – ISBN 978-5-903885-XX-X. – Текст : электронный. – URL: https://www.litres.ru/... (дата обращения: 17.07.2025).
6. Овсянников, М. К. Судовые дизельные установки : справочник / М. К. Овсянников, В. А. Петухов. – Санкт-Петербург : Судостроение, 2019. – 320 с. – ISBN 978-5-903885-YY-Y. – Текст : электронный. – URL: https://www.morkniga.ru/... (дата обращения: 17.05.2024).
7. Попов, М. Л. Современные бесконтактные методы измерения уровня жидкостей / М. Л. Попов. – М.: Энергоатомиздат, 2018. – 210 с.
8. Правила технической эксплуатации судов внутреннего плавания : утв. приказом Минтранса России от 26.12.2022 № 485 : зарег. в Минюсте России 17.02.2023 № 72560 // Российская газета. – 2023. – 3 марта (№ 47). – С. 12–45.
9. Губанова, А. А. Датчики контроля и измерения уровня жидкости : методические указания / А. А. Губанова, В. В. Золотарев, С. А. Котковец. – Ростов-на-Дону, 2019. – 64 с.
10. Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления технологическими процессами : учебное пособие / А. В. Иванов [и др.] ; под ред. А. В. Иванова. – Санкт-Петербург : Лань, 2021. – 256 с. – ISBN 978-5-8114-XXX-X.
11. Справочник по микропроцессорным устройствам: схемы, проектирование, программирование / А. В. Иванов [и др.] ; под ред. В. С. Петрова. – Москва : Техносфера, 2022. – 480 с. – ISBN 978-5-94836-XXX-X.

Author Biographies

Konstantin S. Mochalin , Siberian State University of Water Transport, Novosibirsk, Russia

Vice-Rector for Academic Affairs, Director of the Marine Academy Institute. , Siberian State University of Water Transport, SSGUWT 630099, Novosibirsk region, Novosibirsk, Shchetinkina Street, 33

Alexey A. Privalenko , Siberian State University of Water Transport, Novosibirsk, Russia

Associate Professor at the Department of Ship Handling, Siberian State University of Water Transport, SSGUWT 630099, Novosibirsk region, Novosibirsk, Shchetinkina Street, 33

Published
17-12-2025
How to Cite
Mochalin, K. S., & Privalenko, A. A. (2025). Comparative analysis of fuel level monitoring systems and justification of a hybrid microprocessor-based system for river vessels. Russian Journal of Water Transport, (85), 214-223. https://doi.org/10.37890/jwt.vi85.651
Section
Water transport operation, waterways, communications and hydrography