船舶航速优化算法研究

有效的航速优化算法能够使船舶处于最佳航行状态,从而减少燃油开支,节约运营成本。本文以船舶航速作为研究对象,给出一种基于遗传算法的不定期船舶运输经济航速优化方法,实现了航线不变情况下,不定期船舶运输的航速优化问题。     

基于船舶能效提升的航速优化研究现状及展望

围绕船舶能效提升与航速优化之间的映射关系,从航速优化主要影响因素、航速优化具体求解方法及新能源使用下的航速优化等3个方面对现阶段的航速优化研究进展进行总结归纳,并根据现有研究状况对未来研究的发展进行展望。结果表明:现阶段的研究集中分析环境因素、内摩擦情况、经济因素、安全因素及新能源技术等多种影响因素对船舶能效的影响,以此建立综合考虑各影响因素的数学模型,为船舶航速优化提供依据。     

一种融合遗传算法和二分法的船舶航速优化方法

面对越来越高的节能减排要求,研究特定航线营运船舶的航速优化方案,对于船舶所有人来说具有重要的现实意义.提出一种融合遗传算法和二分法的船舶航速优化方法,考虑实时气象和风浪条件,构建简化油耗模型,深入阐述遗传算法和多约束条件下的航速快速寻优方法.根据实船反馈的数据动态调整每日航速优化建议并将其推送至船端,通过比较目标航次数据与优化航次数据,验证该方法的有效性.结果表明,采用该船舶航速优化方法能达到降低全航路油耗的目标.     

考虑营运成本和排放的船舶航速多目标优化模型

针对船舶航速优化中的营运成本和CO_2及污染物排放2个互相矛盾的关键因素,提出一种基于理想点多目标优化的船舶最优航速求解方案。分别通过极小化营运成本和排放得到船舶的最小营运成本和最小排放解决方案,运用线性加权法求得营运成本和排放的Pareto最优解集。应用范数概念,通过Minkowski距离从Pareto前沿寻求权衡最优解,并根据权衡最优解对应的营运成本和排放求解对应的最佳航速。利用实船观测数据进行对比,表明该模型可进一步控制船舶营运成本和CO_2及污染物排放,验证了该方法的可行性及合理性。该航速优化方法的最大优点是能对不同船舶或不同航线的航速实现自动计算,无需人为干涉或借鉴专家知识。     

船舶纵倾优化节能策略

为研究船舶纵倾优化节能策略,应对能源、环境问题和低迷的航运市场,实现节能减排,以船舶纵倾优化技术为研究对象,通过分析优化原理和优化方法,提出采取经济航速、合理设定船舶纵倾角度、在优化状态下合理操船等措施船舶纵倾优化节能策略。     

加强航速与燃油消耗管理问题的思考

从船舶不同航速、主机燃油消耗与航速的关系、船舶航速的选择以及控制燃油消耗的注意事项等几方面进行介绍,旨在为船舶经营者提供一种思路,即根据不同的经营需求,通过选择不同的船舶航速并加强燃油相关操作的管理,有效控制燃油成本的支出,以实现船舶综合经营效益的最大化。     

随机风浪下船舶航速自适应控制

船舶在航行过程中受到参数扰动及海浪因素等影响,导致航速控制的稳定性不好,提出基于自适应反演误差补偿的随机风浪下船舶航速控制方法。构建随机风浪下船舶航速控制约束参量模型,采用船舶姿态信息的实时调节方法进行误差补偿,结合船舶的航速参量进行位姿修正,提高船舶航行的稳定性。采用Kalman滤波算法进行船舶航速参量的融合处理,实现自适应优化控制。仿真试验结果表明,采用该方法进行船舶航速自适应控制的稳定性较好,输出航速参量的自适应调节能力较强,提高船舶抗随机风浪能力。     

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.     

基于实船数据的船舶航速与油耗优化建模

为获得水路运输中船舶的最佳航速,实现燃油效率的最大化,以长江航线货运船的航速、燃油等真实监测数据为基础,提出一种新的船舶航速与油耗优化模型。模型包括白箱模型(White-Box Model,WBM)和黑箱模型(Black-Box Model,BBM)两个部分:WBM由改进后的物理方程和数学公式组成;BBM是BP(Back Propagation)神经网络。两者结合成新的灰箱模型(Grey-Box Model,GBM)。通过分析船舶航行过程中影响船舶燃油消耗的多种因素,确定WBM参数,分别用串联和并联的方式将白箱与BP网络结合构建船舶航速与油耗优化模型,采用牛顿-拉普森迭代算法进行求解。计算结果表明:优化模型可在选定的航段内找到最佳的指导航速,并且模型的R2达到了0.945。此外,将建立的模型与单一的WBM进行对比验证,所建立的船舶航速与油耗优化模型得到的最佳航速更加精确,整体误差也从0.130减小到0.071。     

船舶期望航速百分数的计算与分析

船舶耐波性指标是船舶营运决策及设计的一个重要依据,船舶作业时间百分数和期望航速百分数是目前常用的两个耐波性指标.文中从船舶在波浪中运动的机理出发,在船舶耐波性理论预报的基础上,介绍了船舶期望航速百分数的计算方法,对其进行了扼要分析,并指出船舶期望航速百分数常用于船型优化和耐波性设计方案优选.     

基于人工蜂群算法的船舶航速优化

航速优化是船舶智能能效管理的主要组成部分,对降低船舶营运成本、减少温室气体排放具有重要意义。为减少船舶航行时的主机燃油消耗,根据实船数据首先构建了主机油耗模型,模型的平均误差仅为0.813%,然后对整个航程进行分段,基于人工蜂群算法对整个航程的航速进行优化。经过验证可得结论：优化后的航速对应的整个航程航行时间减少了14.44%,油耗量降低了3.012%。研究结果表明,使用人工蜂群算法对航速进行优化,能够对航速提出建议,达到提高船舶能效水平,提高经济性、环保性的目标。     

超大型船舶安全航速建模研究

针对超大型船舶的通航特性,对超大型船舶的安全航速确定标准开展研究。纵向：为确保船舶维持有效舵效且不至于因船速过快导致交通流拥堵,基于船舶交通流观测统计结果确定船舶安全航速范围;横向：基于船舶漂移运动数学模型和船舶操纵性丁指数回归模型,建立超大型船舶最小安全航速限定模型;垂向：基于富裕水深确定原则和船舶蹲底回归公式,建立超大型船舶最大安全航速限定模型。以VLCC和Bulk Carrier为代表船型,综合横向、纵向和垂向安全航速限定要求,确定了不同风级、不同流速、不同船型情况下的渤海海域超大型船舶安全航速标准。     

基于航次营运效益的不定期船航速优化研究

为探究不定期船的最优航速问题，对单航次、单货物的不定期船进行航速优化研究。建立2个基于航次营运效益的船舶航速优化数学模型，分别以航次净收益最大和航次日收益最大为优化目标，全面考虑航速对航次净收益、航次日收益、航次时间的影响和货主的运输服务时间要求等。基于设计的优化算法，自主开发了优化软件对模型进行求解，实现航次净收益或航次日收益最大化。研究结果表明：通过某型散货船算例分析，验证了软件给出的最优航速比航运公司提供的指导航速取得的航次净收益更大或航次日收益更大。     

综合考虑SO_2排放和燃油成本的船舶航速优化

为积极落实国家大气污染联防联控重点区域的减排控制要求,推进船舶节能减排和绿色航运发展,我国于2016年1月设立珠三角、长三角和环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区。船舶排放控制区的划定给船舶运营商带来一定的燃油成本负担,船舶运营商为达到政府规定的排放标准并使燃油成本增加最少,分析在整个航程时间及船期不变的情况下,船舶航速变化对整个航程中SO_2排放量和燃油成本产生的综合影响,从而为船舶运营商在排放控制区内外实施航速优化提供决策依据。研究发现,在船舶排放控制区内外进行航速优化能使船舶运营商成本降低最多。     

船舶航速优化原理研究

恒速航行原理是船舶航行节能的一个重要规律。将船舶航速的优化抽象为对目标函数求极值的数学问题,分别建立离散、连续时间模型,分析讨论了固定时间端点与滑动时间端点不同边界条件对模型求解的影响。结果表明,恒速航行船舶总耗功最小;优化航速不仅与航行要求如规定的路程、时间有关,还与推进功率系数及辅助功率有关。研究方法可为船舶航行降低功耗以及制定航行计划提供参考。     

59000t穿梭油轮船型优化方法

为了使59000t穿梭油轮达到设计航速,进行了模型快速性试验.通过对试验时船模波形分析以及试验结果与船舶数据库内同类船型的直接比较,实现了船型优化.通过Fluent计算为船型优化方案的最终确定提供了依据.计算结果表明,优化船型有效马力下降5%,试验结果显示收到马力下降3.8%,达到了设计航速.     

基于有限元分析的船舶零航速减摇鳍升力机理研究

减摇鳍是船舶应用最为广泛的主动式减摇装置,其在船舶高速航行时具有良好的降低横摇的功能。但是,当船舶航行速度较低或者零航速驻停时,减摇鳍的效果会大打折扣,因此,研究船舶零航速时的减摇鳍升力机制,使减摇鳍在船舶零航速下仍具有良好的减摇效果是国内外的研究重点。本文基于有限元分析技术,建立船舶减摇鳍的升力函数模型,研究了船舶零航速时的减摇机理,并在此基础上设计了船舶零航速下的减摇鳍系统。     

基于“育鲲”轮探究营运船舶碳排放对策

目前,船舶碳排放问题逐渐引起各方重视。为在实践中探究降低营运船舶碳排放的措施,以大连海事大学实习船"育鲲"轮为研究对象,从航线设计、航速、船舶转向操纵、船体保养和维护等方面进行实验和分析,探究出营运船舶碳排放对策。结果表明,优化航线、优化航速、小角度转向操纵、良好的船体保养和维护都可以起到降低船舶碳排放的效果,为船员提供了降低船舶碳排放操作规范的理论支持和实践指导。     

船舶节能航速辅助决策系统

通过对国内外船舶航行节能技术进行分析,提出节能航速辅助决策系统设计总体框架,对系统中涉及的主要关键技术和解决方法进行详细论述。提出从全局到局部的四段航速优化方法,可缩短航速优化计算时间,提高辅助系统的及时性。该系统的应用能在一定程度上消除船舶选择航速的盲目性,指导船舶在不同的航段选择不同的最佳航速。     

风力助航在船舶航行中的优化建模研究

首先介绍风力助航船舶航行优化的原理,从原理出发描述燃料最省的航行路线模型建立方法,并且通过实验仿真说明风力助航船舶航线与风向和航速有关。在此基础上通过优化准则得到最优的目标函数,实现了风力助航船舶的最优路径。