考虑船舶排放的班轮公司船队部署研究

针对集装箱海运中船舶排放、船队部署问题,分析了班轮运营总成本的构成,依据班轮远洋多港挂靠循环航线特征及集装箱转运特点,以可变船舶航速为决策变量,船舶运营总成本与船舶排放量最小化为目标,建立了基于低碳经济下的班轮公司船队部署多目标混合整数非线性规划模型,并引用了多目标递推算法进行求解。算例中通过对航行速度的灵敏度与帕累托分析,发现了船舶最低排放的航行速度。其次,运用航运轴辐式网络的特点,从众多港口中选择部分枢纽港进行转运形成干线运输规模效应。结果表明:该模型可以同时决策船队部署和集装箱转运,其优化结果更符合实际情况,对航运市场供需平衡的运力配置决策具有借鉴意义。     

船舶主机能效模型

根据船、机、桨关系,以船舶动力装置的能量传递为基础,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了主机能效模型。以某内河旅游船舶为研究对象,根据船体与主机参数,利用回归多项式法得到螺旋桨敞水特性曲线。在船舶上安装了油耗仪等传感器,采集了主机瞬时油耗、船舶对地航速、对水航速等数据,并计算了主机的实际能效。针对实船采集数据,分析了航道水流速度的分布特征。基于仿真模型,计算了船舶在不同航道水流速度与对水航速下的主机能效,比较分析了实测数据与仿真结果,并对模型进行了验证。验证结果表明:航道水流速度偏度为-0.033,总体服从正态分布;船舶实际主机能效与对水航速之间不是一一对应关系,而是相关系数为0.824的散点分布;船舶主机能效模型能够精确地表征船舶在航行过程中的主机能效水平及其变化规律,误差不大于10.5%。     

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考虑到航速变化对航线配船决策所产生的非线性影响,推导了船舶航速与船舶往返航次时间、航次成本及航线配船数之间的数学关系式,把船舶航速作为决策变量引入传统的航线配船模型中,并且把船队的二氧化碳排放量作为优化目标之一,建立船队利润最大与碳排放量最小两个目标最优的双目标航线配船模型.针对模型非线性和混合整数解的特点,采用LINGO11.0优化平台,自编程序,应用分支定界算法,进行仿真算例研究.结果表明,该模型可以同时决策航线配船和船舶航速,其优化结果更符合实际情况,同时更有利于运力的有效利用,船舶燃油消耗的节省和碳排放的减少.     

基于EEOI的船舶能效管理措施节能分析

为了构建船舶能效运营体系,指导船只运营管理实践,以新美洲轮为例,利用实船数据结合能效运营指数(EEOI)公式,分别从增压器数量、船舶航速、装卸货以及主机气缸注油率等方面进行了理论计算和实验,得到各因素对船舶能效运营指数的影响。结果显示,优化增压器数量、航速、装卸货以及主机汽缸注油率的方法可以有效地减少船舶油耗,为今后船舶运营以及节能减排管理提供参考。     

基于ASAE深度学习预测海洋气象对船舶航速的影响

为了有效地预测海洋气象对船舶航速的影响, 在稀疏自编码(SAE) 网络模型的基础上提出交替稀疏自编码(ASAE) 网络模型; 构建了海洋气象对船舶航速影响的预测框架, 利用关联规则方法对航行数据进行特征选择, 挖掘了船速影响因素及其隐含关系; 整合了中国远洋海运集团有限公司提供的船舶航行数据以及美国国家海洋和大气管理局提供的气象数据, 用训练样本对ASAE网络模型进行训练, 用测试样本对ASAE网络模型进行验证, 并与支持向量回归(SVR) 模型、反向传播神经网络(BPNN) 模型、深度信念网络(DBN) 模型及SAE网络模型的预测结果进行了对比。研究结果表明: ASAE网络模型的训练时间和海洋气象对船舶航速影响预测值的均方根误差分别为8.2s和0.287 3kn, 与SVR模型、BPNN模型、DBN模型及SAE网络模型相比, 训练时间分别缩短了1 683.1、66.9、2.0、1.5s, 预测准确度分别提高了0.045 5、0.296 9、0.153 4、0.178 6kn; ASAE网络模型的预测结果更符合实际海况, 可动态掌握海洋气象对船舶航速的影响; 通过预测的航速影响值来推算实际航速可为气象导航优化船舶运输过程起到辅助作用, 在进行航线规划、航速推荐等航行优化策略时能准确考虑海洋气象所产生的复杂影响, 从而改善船舶运营能效指标, 实现节能、低碳、绿色航行的宗旨。      

船舶营运实时检测与节能控制系统

船舶节能是我国建设资源节约型社会和环境友好型社会的迫切需要,船舶营运实时检测控制系统采集主机转速、主机瞬时油耗、主机累计油耗、船舶航速、船舶航行累计里程、船舶经纬度、航向等相关参数,通过建模分析,对航行船舶的经济航速、航道、船舶操纵和船舶状态维修提供指导,获得了良好的船舶节能效果。     

基于Pareto蚁群算法的船舶风险规避路径优化

船舶在海上航行时,一直面临着海上运输风险的威胁,为了降低海上运输风险同时考虑船舶经济效益,本文建立了以运输风险最小和航行成本最小的双目标路径优化模型,实现船舶风险规避.运用栅格法构建环境模型,为相应的栅格路径赋予航行成本和运输风险,并设计了一种基于Pareto最优解集和NSGA小生境方法的多目标蚁群算法.以印度洋海域的2条航线为案例,以经典单目标蚁群算法为对比,验证了模型和算法的有效性.结果表明,该模型和算法在解决船舶风险规避路径优化问题上具有良好的效果,能为决策者制定船舶海上运输风险规避路径提供决策参考.     

考虑海上意外时间和合作协议的班轮运输船期设计鲁棒优化

针对考虑海上意外时间的集装箱班轮运输船期设计问题，依据海上意外时间经验数据，设 置航行缓冲时间比例系数。运用连续最优控制原理，求解各航段船舶航行时间细分区间上燃油 消耗最小的优化航速。结合多时间窗、多起讫时刻和多挂靠港口装卸效率合作协议，以班轮运输 服务总成本最小为目标，构建班轮运输船期设计非线性混合整数规划鲁棒优化模型，设计分段离 散化线性逼近算法求解模型。以AWE1(远东-美东1)航线为例，运用100个场景的数值进行模拟 验证。结果显示：与不考虑海上意外时间或无合作协议相比，考虑海上意外时间和合作协议的班 轮运输船期设计分别降低班轮运输服务总成本14.65%和3.54%。研究表明，在恶劣天气和海况 对船舶航行影响较大的航线上或季节里，基于合作协议，设计考虑航行意外时间的鲁棒性船期， 可实现船公司、港口和客户三方共赢。     

基于实船油耗与排放的拖轮航速优化

利用便携式排放测试系统对上海外高桥港近海拖轮进行了油耗与排放测试,拟合了油耗、排放与航速的关系,建立了巡航工况下的航速优化模型,分析了拖轮最佳油耗和排放对应的航速。试验结果表明:船舶CO_2的排放因子与燃油的品质和船舶工况相关,与实船排放测试相比,使用经验排放因子估算排放率是可行的;当使用幂函数拟合CO、CO_2、THC、NO_x、PM、PN排放和油耗与航速关系时,各拟合曲线的决定系数均大于0.9;仅对油耗优化,当航速为7.21kn时,拖轮单次巡航工况下的总油耗达到最小值,相对最大航速12.00kn的油耗下降了33.40%;对油耗和NO_x排放进行优化,得到的最优航速最大;对油耗与所有排放同时优化,得到的最优航速最小;当航速为6.96kn时,拖轮的总油耗、NO_x、PM和PN总排放达到最优值,相对最大航速,总油耗下降了33.29%,CO、CO_2、THC、NO_x、PM、PN减排率分别达到59.56%、76.37%、82.34%、92.36%、53.10%和62.25%。可见,在最优航速时,拖轮总油耗与总排放均显著减小。     

考虑航速优化的多港口泊位协同调度

集装箱运输在全球贸易体系中发挥着重要作用，同时也面临着全球化带来的各种挑战和机遇. 将经典的单港泊位调度问题(BAP)拓展到航运网络中的多个港口进行优化研究. 考虑航速直接影响船舶到港时间和能耗，将船舶航速作为决策变量，以所有船舶总的在港成本最小为目标，建立泊位协同调度模型. 依据模型特点，设计改进的遗传算法对模型求解. 通过数值实验验证模型的性能，结果表明：对不同规模的调度问题进行航速优化，有利于降低船舶总的在港成本；依据燃油价格的变化，适时采用不同的航速策略，能够获得更好的经济和环境效益.     

混合交通流环境下单交叉口自动驾驶车辆轨迹优化

信号交叉口对城市道路的通行能力以及车辆的燃油消耗具有重要影响。本文提出一种在自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合交通流环境下的自动驾驶车辆的轨迹优化方法。基于交叉口信号灯的配时方案,构建车辆旅行时间估计模型,并以自动驾驶车辆燃油消耗最小以及通行效率最大为目标,构建自动驾驶车辆轨迹优化模型,对车辆进行动态轨迹规划和控制。车辆轨迹滚动优化模型采用高斯伪谱法进行离散化求解,并基于SUMO仿真平台对模型结果进行验证。仿真结果表明,自动驾驶车辆可以通过优化自身控制变量影响人工驾驶车辆的运行状态,减少交通流的排队以及时走时停现象。本文提出的车辆轨迹优化方法对于降低车队整体燃油消耗、提升车队平均速度、缩短平均行程时间具有重要作用。     

基于主成分分析与BP 神经元网络的驾驶能耗组合预测模型研究

近年来交通领域能源消耗问题备受关注,本文从微观交通能耗预测出发,以实现北京市快速路基础路段的油耗预测为目的,基于出租车车载OBD/GPS终端,提取驾驶员微观驾驶行为数据,建立基于主成分分析与BP神经元网络的油耗组合预测模型,实现北京市快速路基础路段油耗的准确预测.结果表明：速度均值及标准差、最大车速、工况百分比、加速度及减速度均值、行驶距离和动能对油耗影响程度相对较高;同时模型能够实现城市快速路基础路段能耗的有效预测,预测精度达到92.46%.该方法的研究为城市交通能源消耗的监管与把控提供了支持.     

内河船舶主机动态油耗模型的研究与建立

针对内河某宽浅型船舶进行研究,结合实船设计参数和船模试验数据,建立了船舶动态油耗模型,对船舶的航速和油耗进行了定量的计算与预测．为船舶经济航速的确定提供了数据基础。     

绿色集装箱港口节能减排策略综述

综述了绿色集装箱港口节能减排策略，总结了国内外针对在港船舶、场桥、集卡与岸桥节能减排的措施与减排效果量化方面的研究成果，提出了未来的研究方向。研究结果表明:船用替代燃料(包括液化天然气、生物燃料、新能源)减排效果明显，针对替代燃料动力船应用困难问题，未来可重点研究替代燃料配套设施建设时序、补贴政策确定等问题；船舶采用岸电技术依据各地区碳排放系数不同可减少48.0%~70.0%的船舶在泊CO₂排放，考虑岸电设施使用率低等问题，港口岸电定价、船舶与码头配套设施改造时序等问题成为未来研究重点；降低船速可减少8.0%~20.0%的船舶在港CO₂排放；降低船舶非生产等待时间及辅助作业时间，并不能显著降低船舶在港CO₂排放，后续还可进一步研究如何通过港口资源合理调度等方式减少船舶在港等待时间；设立硫排放控制区可减少33.0%~34.6%的SO₂排放，还可继续研究排放控制区对船舶运营与港口运营的影响；场桥、集卡与岸桥节能减排措施主要为设备改造及优化调度，未来可继续研究既有设施设备节能改造时序，并分析在港船舶与装卸设备各减排措施集成下的综合减排效果；新能源供电系统在港口中的应用尚处于起步阶段，未来可研究港口新能源电力系统设计方法，构建清洁低碳的港口能源体系。      

碳排放权交易下的班轮船队配置优化研究

针对集装箱班轮运输企业建立考虑碳排放权交易机制的船队配置优化模型, 以期实现船队营运成本最小化.采用几何布朗运动描述欧洲碳排放权交易价格的波动路 径,以使决策根据变化的碳交易价格做出.收集班轮业营运数据设计案例,验证了模型能 够应用于实例分析.算例结果显示,即使在近期较低的欧洲碳交易价格水平下,在集装箱 班轮行业中实施碳交易机制仍能取得明显的减排效果,但企业也需付出一定的费用;针 对燃油价格做敏感性分析得出,随着燃油价格的上升,碳交易机制对促进减排的效果也 越加显著.     

不定期船连续航次燃油补给与航速优化集成调度模型

针对当下国际船用燃油价格高企，不同港口燃油价格严重分化对不定期船航次燃油补给港选择，燃油补给量确定，航次船速优化的影响，不同燃油价格对加油量与载货量的悖反效应，不同航速受燃油价格影响对耗时成本与耗油费用的平衡效用，当前航次决策对后续航次的影响，以及这些影响关系的复杂性，提出不定期船连续航次燃油补给与航速优化集成调度问题.以连续多航次利润最大为目标，运用多重嵌套期望平均值处理技术与混合整数非线性规划建模方法，构建该问题的集成调度模型.最后，通过实际案例应用与对比分析，验证本文模型的实用性和优越性.     

不定期船连续航次燃油补给与航速优化集成调度模型

针对当下国际船用燃油价格高企,不同港口燃油价格严重分化对不定期船航次燃油补给港选择,燃油补给量确定,航次船速优化的影响,不同燃油价格对加油量与载货量的悖反效应,不同航速受燃油价格影响对耗时成本与耗油费用的平衡效用,当前航次决策对后续航次的影响,以及这些影响关系的复杂性,提出不定期船连续航次燃油补给与航速优化集成调度问题.以连续多航次利润最大为目标,运用多重嵌套期望平均值处理技术与混合整数非线性规划建模方法,构建该问题的集成调度模型.最后,通过实际案例应用与对比分析,验证本文模型的实用性和优越性.     

基于单参数自调节RM-GO-LSVR的船舶操纵灰箱辨识建模

为实现舵角小、试验数据少条件下船舶操纵辨识建模, 提出了一种船舶操纵运动灰箱模型; 搜集水动力系数已知的船舶运动数学模型作为备选参考模型(RM), 计算被辨识船舶与备选RM的相关系数, 并以此筛选合适的RM; 运用相似准则将观测数据映射到RM的输入值域, 建立被辨识船舶与RM的运动关联, 获得了RM的加速度项, 并使用线性支持向量回归(LSVR)机补偿被辨识船舶和RM加速度项间的误差; 分析了机理模型, 设计了合适的LSVR输入项, 使用全局优化(GO)算法自动调节了LSVR的不敏感边界参数; 基于自航模试验数据训练了灰箱模型, 并与约束模试验(CMT)结果和计算流体力学结果比较, 验证了灰箱模型的泛化能力和预报精度。研究结果表明: 在20°船艏向、20°舵角Z形试验预报中, 灰箱模型所得第一超越角精度至少比CMT、虚拟约束模试验(VCMT)和RM方法所得结果高1°, 灰箱模型所得第二超越角精度至少比CMT和VCMT所得结果高0.4°; 在35°舵角旋回试验预报中, 灰箱模型所得进距精度至少比CMT、VCMT、数值循环水槽试验(NCWCT)和RM方法所得结果高1%, 灰箱模型所得战术直径精度比CMT所得结果低4%, 比NCWCT所得结果高10%;RM方法有助于灰箱辨识建模, GO算法能够优化LSVR的不敏感边界参数, 建立的单参数自调节灰箱辩识建模方法能够实现小舵角、少数试验条件下的船舶操纵辨识建模。      

船舶空调系统节能的分析与研究

通过对船舶空调系统能耗较大的现状分析,认为应该对现有船舶在运行过程中加强系统的维护管理,以实现节能增效;对新造船舶或改装的船舶,应采用压缩机、风机变频技术以及利用电子膨胀阀调节制冷量等实用、安全的新技术,以实现更大程度的节能。