复杂气象海况条件下船舶航行安全辨识及航行优化方法

为避免船舶在复杂气象海况条件下发生海损、谐摇和参数横摇等航行安全问题,建立船舶在各种气象海况条件下谐摇与参数横摇的预报模型,提出基于海况与稳性的多变量、多约束和多目标的航行优化模型,并利用决策变量在空间分布与时序上的耦合特性作为先验知识,解决航线的不平滑问题。结果表明：该方法不仅可以合理规避高海况区域,而且还可以避免横摇或谐摇的发生,对提高航行安全具有非常重要的意义。     

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。     

不同市场环境下的班轮航线配船与航速优化

为有效提高班轮公司的经济效益,对不同市场环境下的班轮航线配船与航速优化方案进行研究。针对低迷市场环境下的单航线,建立以船队日均总成本最小为目标的单航线配船模型;针对景气市场环境下的多航线,考虑船队规模、船舶载货能力和航线运价差异,建立以所有航线日均总利润最大为目标的航线配船与航速优化模型,设计遗传算法求解模型。对某班轮公司的亚洲航线进行优化,结果表明:市场低迷时,随着油价升高,需通过增加营运船舶、减少闲置船舶及相应地降低航速来降低成本;市场景气时,该算例验证了多航线配船与航速优化模型的有效性和实用性。     

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...     

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。     

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。     

营运碳强度指标影响下的班轮航速优化

随着全球航运碳排放量的不断增长，节能减排已成为全球航运业发展的必然趋势。本文基于海洋环境保护委员会第76届会议通过的营运碳强度指标及评级制度对营运船舶的影响，从降低成本、节能减排的目的出发，在对航线上各航段载货情况进行预测的前提下，建立油耗预测模型与船舶航速优化模型，实现以降低油耗为目标的更精准航速优化。这对于班轮公司管理者和船舶服务方在全球航运碳减排趋势背景下的营运优化具有一定的实践意义。     

远洋干线班轮航速与航线配船优化模型与算法

针对燃油价格剧烈波动条件下的远洋干线集装箱班轮航速和航线配船优化问题,通过分析远洋干线各航段货运量与港口对需求量、班轮航速与航线配船数量及燃油消耗量之间的关系,构建班轮航速与航线配船优化非线性规划模型,并设计逐步逼近求解算法,通过实例分析验证模型和算法的有效性及适用性。结果表明:基于航速优化策略,通过在不同航线上合理地配置船舶类型和数量,可明显降低班轮运输成本;依据燃油价格变化,适时采取"加船减速"或"减船加速"策略,可有效提高船公司的经济效益。     

白令海及北太平洋高纬航线的安全航行

简要介绍白令海及北太平洋高纬度海域的气象海况特征,探讨北太平洋高纬度航线的安全航行和白令海海区航路及进出白令海海峡通道的相关注意事项,并探讨在北太平洋高纬航线遭遇恶劣气象的应对和规避措施.     

基于港航联动的船舶航行计划优化

针对船舶航行成本受航速影响较大的问题,设计一种港航联动机制,旨在降低船舶航行成本。在港航信息互通的基础上,建立以最大程度降低航线总成本为目标的多阶段优化模型,得出船舶航行成本优化效果随规划距离变动的关系曲线,并分析航行成本优化效果同规划距离之间的关系,证明该联动机制的可行性。计算结果表明:在通过该联动机制对船舶航行计划和对航行速度进行优化后,船舶航行成本能够获得有效的降低,并通过计算获得该机制下存在的最优规划距离。因此,该联动机制能够更好地对船舶航行计划进行优化,满足船舶航行的实际需求。     

基于不同场景的船舶航速优化模型与影响因素研究

航速优化是实现船舶智能能效管理以及降低能耗的有效途径,能产生良好的经济效益和环境效益。论文介绍了船舶航速下的各种定义,并开展了航速优化分类研究。从环境、市场以及约束条件等3个方面阐述了船舶航速优化的影响因素。针对不同运输类型船舶,根据其营运特点,分别建立了以最小油耗和最大收益为目标的航速优化模型,并进行了优化算法的对比分析。开展了长江船舶案例研究,结果表明航速优化可为船舶提供动态航速建议,优化后的航速可以实现全航次节油5 871 kg。     

支线集装箱船多工况综合性能优化

支线集装箱船具有航程短、运载情况复杂和航速多变等营运特点,因此对单个工况点进行船舶性能优化无法满足实际多工况营运中的综合节能降耗要求。针对该问题,以某支线集装箱船为例,从其实际营运概要出发,分别对3种线型设计、3种螺旋桨设计和3种舵叶设计进行多轮优化,并通过计算流体动力学(Computational Fluild Dynamics,CFD)分析和船模水池试验对其有效性进行对比验证。根据试验对比分析结果优选出船舶线型、螺旋桨和舵叶的优化组合,使船舶的主机平均营运功率、装箱量、服务航速和船舶能效设计指数(EnergyEfficiency Design Index, EEDI)都得到不同程度的优化,并在很大程度上提升船舶的效能,实现经济与环保的双重效益。     

不定期船最佳航速优化研究

不定期船的航次日均盈利额主要受航速及燃油价格波动的影响,对于多艘不定期船,固定成本的不同也会 造成航次日均盈利额的差异.首先,采用控制变量法分别研究燃油价格及不同船舶固定成本的变化对不定期船航 次日均盈利额的影响,然后以航次日均盈利额最大化为目标构建不定期船最佳航速优化模型.最后,以中巴铁矿石航线上ATHENIAN PHOENIX号不定期船为例对该优化模型进行了实例分析,得出最佳航速优化计算公式及曲线图.     

考虑吸引力和可靠性的南海邮船航线优化模型

为合理利用南海及其沿岸港口资源,在考虑邮船航线的吸引力和可靠性的基础上,研究南海邮船航线的设计方案。对停靠港口选定及其排序、各航段船舶航速的设定和船舶在港时间(开始时间和服务时间)进行决策,以总成本最小化和航线吸引力最大化为目标,建立邮船航线混合线性规划模型,并提出求解该模型的算法。对南海邮船航线的设计进行实际数据分析,并选取航线数量和停靠港口数量的限制对该模型进行灵敏度分析。研究结果表明:优化后的航线方案能有效平衡邮船航线的吸引力和总成本,为南海邮船航线的开发提供决策依据。     

考虑船舶航速的集装箱班轮燃油补给策略

针对集装箱班轮运输中船舶燃油补给问题,分析船舶航速变化对燃油消耗产生的非线性影响,推导出船舶航速与船舶往返时间及船舶油耗之间的关系式,以连续多航次船舶燃油补给总成本最低为目标,加油港与加油量为决策变量,建立周计划内考虑航速的集装箱班轮燃油补给混合整数非线性规划模型.根据模型特点,利用分段线性逼近函数对模型进行等价转换.以某航运公司的亚欧单航线为仿真实验,依次分析港口时间窗、船舶类型、燃油价格及船舶油舱容量等因素对船舶燃油补给策略的影响.结果表明:该模型可以同时决策船舶加油港的选择、加油量的大小及航速的调整,比传统模式更能节省油耗和成本.     

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.     

大数据技术在船舶能效管理中的应用

利用船上安装的数据采集装置对营运数据进行监测,基于监测数据计算能耗指标。根据分析评估结果,为船舶能效管理提供航速、纵倾、最佳清除污底时间等指导建议。同时通过建立航区航线的海况数据库,可以计算综合海况下的功率和油耗,为优化固定航线船舶在实际海况下的水动力性能提供参考。从某8万吨级散货船型线优化的4种方案对比可知,型线4与原型线相比,载货工况下的有效功率降低7. 16%,燃油减少7. 29%。     

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。     

恶劣气象下的一念天堂

尽管在助航设备愈发成熟、海洋气象科学飞速发展的今天,船舶抵御自然界影响的技术已经能够给予营运船舶提早采取应变措施,规避恶劣天气海况的能力.但现代航海业仍然受到了自然界及海洋环境因素的极大影响和制约.就在近期,多起因突发恶劣天气而起的海难惨剧令人扼腕叹息,同时也让我们再次思考,面对复杂多变的水上气象环境之时,船舶该如何去寻找那一念天堂?