基于数据驱动的船舶航线实时优化

为了给不同海况下的船舶安全航行提供保障,设计基于数据驱动的船舶航线实时优化方法。利用数据驱动方法采集船舶历史航线、海域风速、风向、波高等海况数据,选取K-means聚类算法聚类海况数据,构建海况知识库。依据海况知识库内的船舶航线信息与航线转向点信息,划分船舶航线为不同航段。依据船舶航线的航段划分结果,以航行总时间最短以及总油耗最低为目标函数,设置船舶航速约束与转向点位置约束作为约束条件,构建航线实时优化模型。选取蚁群算法求解所构建的优化模型,输出航线实时优化结果。结果表明,该方法可以实时优化航线,降低船舶的航行时间与主机油耗,适用于不同海况的船舶航行。     

恶劣气象海况下船舶航线的多变量多目标优化建模

气象航线优化是一种复杂的多变量多目标问题。为解决该问题,提出一种可行的船舶气象航线优化方法,以航线转向点和每段航速为优化对象,以船舶特性和动态规避恶劣气象海况为约束条件,以最少航时和最低油耗为优化目标,建立船舶多变量、多动态约束、多目标的气象航线优化模型,并以强度帕累托多目标遗传进化算法为理论基础,构建基于气象海况影响因子的加权惩罚适应度评估模型,优化解的选择空间,实现对该问题的有效求解。试验结果证明:通过同时对航路和航速进行优化,不仅可规避时空动态变化的恶劣气象海况,而且可得到各种用户偏好情况下的气象航线,对实现船舶的智能航行具有重要的意义。     

Overview of intelligent ship route optimization methods北大核心CSCD

智能船舶航线优化在学术界和工业界均受到越来越多的关注。针对智能船舶航线优化问题,从航线设计方法和航线优化算法这2个层面,分别阐述各种设计方法和优化算法的特点。结合近5年来的最新研究成果,在分析国内外智能船舶航线优化技术发展现状的基础上,将航线设计方法归纳为3种,即基于气象数据的航线优化、基于油耗模型的航线优化以及基于航线库或航路点库的航线优化,剖析其技术内涵及应用情况;深入分析改进的等时线法、动态规划法、图形搜索算法、智能算法、人工智能和机器学习算法的特性及不足,总结归纳将各类算法应用于智能船舶航线优化时存在的主要问题。最后,简要展望智能船舶航线优化的发展趋势,为未来在该领域的研究提供一定的思路。     

近海风电设备安装船型线设计和优化研究

采用计算流体力学(CFD)方法对某近海风电设备安装船进行型线设计和优化,在满足排水量和布置要求的条件下,比较分析多个型线设计方案,通过参数化建模,生成一系列船舶型线,以兴波阻力最小为目标,选取船体艏部3个特征参数应用遗传算法等优化手段实现船舶型线的优化,应用RANS粘性流方法进行船型阻力预报,结果显示该方法能够有效地应用于船舶型线设计和优化.     

最小推进功率临时导则及其对选取主机功率点的影响

EEDI(能效设计指数)生效后,为避免装机功率过低,船舶在恶劣海况中失去操纵性而发生危险,IMO(国际海事组织)在第65届环保会(MEPC65)发布了"船舶在恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率确定临时导则(2013)"。临时导则分为最小功率线方法和简化评估方法对主机功率进行评估。最小功率线评估方法的核心是考核主机在最大转速下可发出的最大功率,参考线通过统计资料回归得到。简化评估方法的核心是船舶在指定的海况条件下,达到规范要求的前进速度,考核主机是否可以发出船舶需要的功率和扭矩。结合一艘散货船的设计案例,研究了导则对主机功率点选取的影响。     

船舶耐波性模糊优化方法研究

创建了一个基于优化平台概念的船舶耐波性模糊优化系统.该系统由优化平台、耐波性计算和型线改造3个子系统组成.利用这一优化系统对大型集装箱船的耐波性能进行了优化,结果说明该优化系统可实现以船舶耐波性因素为目标函数的最优化设计.     

基于能效管理的船舶航速系统优化设计

在目前航运业市场低迷、运力过剩的境况下,航运企业愈发重视对燃油成本的控制,对航速节油也有了更多的要求.为此,提出基于能效管理的船舶航速系统优化设计,计算船舶营运的经济航速.并结合航次的航线、航向、航速及每段航线的天气、水文等信息,对船舶营运航速的模型进行不断优化调整,指导船舶航行,为船舶及船岸操作提供决策支持,以达到优化节能的目的.     

船用主机轴带发电机

1 主机轴带发电机的应用 船舶在选用主柴油机时,要考虑海况、船况、柴油机安全等功率储备.该储备须达到额定功率的10%～15%.如果船舶航行于平静的海面,并且船舶出厂不久或坞修之后,这时海况及船况良好,主柴油机就有较大的功率储备没有得到充分利用.另外,主柴油机大都在部分负荷下运行,而在低于75%～85%额定功率的低负荷下运行时,其经济性将下降.如果利用轴带发电机,可以使主机长时间在较高负荷下运行,从而具有良好的经济性.对于货船,一般来说其电站功率为主机额定功率的5%左右,轴带发电机完全能满足船舶正常航行的电力需要.主机轴带发电机因其良好的经济性而得到广泛应用.     

恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率临时导则浅析

MEPC.232（65）决议《2013恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率临时导则》从两个不同等级对船舶装机功率进行评估,以确保船舶的装机功率能维持船舶在恶劣海况下的操纵性。文章以载重量118?000?t的散货船为例,对该导则进行了阐述和分析。     

考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化

[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法（CFD-DEM）来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。     

基于抗冰性能的极地船舶首部优化设计研究

船舶的参数化建模理论在船舶性能优化中起主要作用.为使破冰船的抗冰性能达到最优,本文对海冰的特性进行研究,选取合适的海冰物性参数,参数化构建破冰船首部形式,基于结构规范完成目标函数评估,通过智能优化算法建立优化模型.利用参数化建模方法,可以在保证首部光顺的前提下进行自由变形,提高破冰船的抗冰性能,最终得到极地船舶首部的最优设计方案.本文将船舶抗冰性能评估与最优化理论有效地耦合到船舶型线优化设计之中,建立以性能驱动设计的船型逆向设计新模式,为极地船舶型线优化设计研究提供了一定的理论指导与参考价值.     

环日本海地区的航线优化研究

随着环日本海地区贸易往来的频繁,优化该地区航运网络结构,提升海运通达性,成为推动该地区经济发展的重要手段.因此,提出一个以航运企业利润最大为目标的航线网络优化模型.该模型综合考虑航线、船型与需求间的关系,以船舶的载重量为约束,优化航运企业的资源配置,设计航线及选择适宜船型.利用实际数据对该模型进行检验,结果显示,优化的航线网络以及确定船型在不同经济条件下有所差别,可为环日本海航线的开辟与运营提供借鉴.     

应用船载气象导航软件优化船舶航线实例分析

结合岸基气象导航服务,通过分析船载气象导航软件在北太平洋航线的一次实际应用,阐述船载气象导航软件的功能优势,以及对期租船舶履约船速计算的影响,为船舶所有人积极采用和船长合理应用船载气象导航软件优化航线进而提高营运效率提供参考。     

基于模型试验的船舶最小推进功率研究

根据最新的"2013恶劣海况下维持船舶操纵性的最小推进功率临时导则"对两艘新设计船舶开展了最小推进功率第一层次评估以及基于波浪增阻模型试验和理论计算的最小推进功率第二层次评估。评估结果表明,两艘船舶均不能满足第一层次评估要求,通过开展波浪增阻模型试验和理论计算,两艘船舶均能满足第二层次评估要求;同时,基于波浪增阻模型试验和理论计算的最小推进功率第二层次评估结果之间存在一定差异。论文研究成果为中国向MEPC会议提交最小推进功率提案提供了技术支撑。     

集装箱船型线多速度点的数值优化

为获得更优化的EEDI指数,集装箱船需要基于营运范围内的型线优化,以实现油耗降低。文章以某集装箱船为研究对象,利用数值优化集成系统,采用最优化技术、曲面自由变形技术(FFD)和计算流体力学技术(CFD),对船体首部型线进行优化。数值计算表明:所得到的优化型线高速段功率略有增加、低速段功率显著降低。     

船舶转弯过程中的形态结构仿真研究

船舶转弯过程中的形态结构是船舶运动控制研究的重要课题之一,由于船舶转弯过程中会受到波浪的影响,所以在对船体形态结构仿真时,要充分考虑不同海况下,波浪对船舶转弯的影响程度,以确保仿真结果的准确性.船舶转弯过程中航向角会发生一定程度的改变,为此,围绕航线角的变化展开对船舶转弯过程中船体形态结构的仿真研究,为船舶总体设计提供...     

船舶耐波性模糊优化方法研究

创建了一个基于优化平台概念的船舶耐波性模糊优化系统。该系统由优化平台、耐波性计算和型线改造3个子系统组成。利用这一优化系统对大型集装箱船的耐波性能进行了优化，结果说明该优化系统可实现以船舶耐波性因素为目标函数的最优化设计。     

一种基于K-means改进蚁群算法的船舶航线设计方法

文章提出了一种基于K-means改进蚁群算法的船舶航线设计方法。首先利用Kmeans算法对栅格化海图情况进行聚类,模拟真实海况并得到多个具有区分特性标识的栅格类;然后将每一个类分别看成一个独立的TSP问题(Traveling Salesman Problem,旅行商问题),将蚁群算法应用在每个类内部和类之间,从而规划出一条船舶航线最短且能够安全避障的优化航线。通过仿真实验结果对比表明,该算法能够有效完成航线规划任务,并具有精度高、计算速度快等特点。     

人工智能在船舶航行数学建模中的应用

为保障船舶在海上安全航行,提出人工智能在船舶航行数学建模中的应用。使用Maklink图论方法描述海上作业点分布,建立作业点Maklink连接图,生成船舶在作业水域内可航行网络图。建立船舶在海上作业区域航线规划数学模型,并设置约束条件;利用Dijkstra算法求解船舶在海上作业危险区域航线规划模型,得到船舶航行初始航线;利用人工智能算法内的蚁群优化算法对船舶航行初始航线实时优化处理,得到船舶航行最终航线,为船舶穿越海上作业区域实时导航。实验结果表明,该方法可有效生成船舶在作业水域航行网络图,得到初始航线并对初始航线优化处理,应用效果较佳。     

试验确定最小功率的方法及其与基线法对比

船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index, EEDI)生效之后,为避免船舶的主机装机功率过小,在恶劣海况下因失去操纵性而发生危险,国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)发布了《恶劣海况下维持船舶操纵性的最小推进功率确定临时导则(2013)》。根据该导则,以某实船为例进行最小推进功率评估,重点说明基于增阻试验结果的简化评估法在船舶最小推进功率评估中的应用,并据此对验证流程进行梳理。在此基础上,比较采用该方法与采用基线法计算得到的结果的差异,并分析造成这种差异的原因。