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。     

基于人工神经网络的船舶油耗模型

针对船舶能效管理计划SEEMP的实施需求,寻求建立油耗模型的通用方法,为航行优化提供决策基础。以丹麦籍客滚轮MS Smyril号作为研究案例,对船舶实测运行数据进行了分析和预处理,并采用人工神经网络构建了船舶油耗和航速的黑箱模型。基于实测数据与模型预测数据的对比,验证了上述油耗模型的准确性和实用性,对于提高船舶能效运行指数EEOI具有重要意义。     

海港航道船舶航速控制标准量化方法

为协同提升海港航道通航安全与通航效率,运用船舶漂移计算方法、富余水深计算方法和跟驰理论提出一种海港船舶航速控制标准量化方法。根据航道水深的垂向约束,考虑船舶航行时的富余水深,建立基于船舶下沉量的最大控制航速计算模型;根据航道宽度的横向制约,分别考虑单、双线航道的通航模式,建立基于风流漂移量的最小控制航速计算模型;根据船舶纵向安全间距需求,考虑最大和最小控制航速计算模型,提出基于跟驰理论模型的航速控制范围确定方法;应用天津港主航道数据对提出的方法进行案例分析。结果表明：海港航道航速控制标准取决于船舶类型、船舶吨级等要素,不同航段宜采取不同的航速控制标准。该研究对于海港航道船舶航速控制标准的确定有一定的应用价值。     

基于BP神经网络的船舶主机能效状态评估

[目的]在船舶航行期间,需要通过分析船舶和主机的运行参数来客观判断主机当前的工作情况,从而准确评估主机的能效状态。[方法]以状态良好的船舶运行记录为样本,结合主成分分析法和BP神经网络算法,构建船舶的航行状态识别模型和主机油耗模型,并在船舶航行期间对船舶实时运行参数进行分析,得出船舶主机在当前工况下的油耗量正常值。以某30万吨级远洋散货船为例开展模型计算验证,将正常油耗值与实际油耗值进行对比,以二者的残差值为依据,进而评估当前的主机能效状态。[结果]计算结果显示,航行状态识别模型的正确率为98.05%,油耗模型的平均误差为3.47%,2种模型的可靠性均较高。[结论]研究成果可为智能船舶的能效管理提供一定的参考。     

面向最小EEOI的船舶航速矩不确定分布鲁棒优化

船舶能效营运指数(Energy Effciency Operational Index,EEOI)与航速、水道环境等因素密切相关,寻找最优主机转速来实现航速优化是降低EEOI的重要方式。引入矩不确定鲁棒优化(Distributional Robust Optimization under Moment,DRO-MU)理论,并建立模型,计算上、下水工况,考虑多航段内水流速度的不确定性分布,以各航段的主机转速作为设计变量,航程时间与航速限阈作为约束条件,通过以追求最小EEOI为目标的优化模型,得到鲁棒性较高的分段航速优化方案,计算结果表明:该方法能在约束范围内有效改善船舶的EEOI能效特性,且能更好地反映真实情况,更具合理性与优越性。     

绿色400000t矿砂船主机选型优化研究

通过对主机专利厂机型的各项参数对比,根据航速和油耗的要求选取最适合于某400000t矿砂船主机的机型,并根据该机型对主机的废热利用进行计算研究,并对氮氧化物及硫氧化物的排放控制设备进行研究和推荐。研究成果有助于进一步降低船舶的能耗和排放,对降低船舶能效设计指数作用明显。     

水流速度对内河船舶营运能效影响分析

本文在能源消耗和环境污染的危机下,致力于内河船舶能源消耗和温室气体排放的研究,分析了水流速度对内河船舶营运能效的影响。本分析是基于一艘客船的数据进行的,分别对不同航段下水流速度,主机转速,燃油消耗进行测量,并计算得到内河船舶营运能效。根据测量结果提出内河船舶营运能效提升策略,为内河航运业的节能减排提供帮助。     

基于吃水差优化的船舶能效仿真研究

随着海上运输的快速发展,其带来的环境污染和能源的消耗也日益加剧,所以要节能减排、提高船舶营运能效水平。通过调整船舶吃水差,改变船舶的浮态,从而降低船舶航行的阻力,改善船舶的航行性能,提高船舶的能效营运水平。本文以上海海事大学的教学实习船——-育明轮为研究对象,通过仿真与试验结合,并结合项目组研发的船舶能效监控系统实测出育明轮在不同吃水差下的主机每海里油耗,得出当育明轮在满载即吃水为11米、航速12knots时航行,吃水差为-1.4米、-0.37米、-0.2米、0米、0.5米和1米六种浮态中,吃水差为-0.2米时的两相流(空气、水)中的阻力和船舶主机每海里油耗量最小,能效营运水平最高。     

近海石油平台支援船主机油耗优化模型的建立

针对近海石油平台支援船进行研究,建立了近海石油平台支援船关于风、浪、潮汐的船舶数学运动模型并计算了目标船裸船体阻力和附体阻力;根据主机功率的传递过程以及船舶有效功率的估算方法,建立船舶主机油耗优化模型;之后运用基于遗传算法的多目标优化方法对主机油耗优化模型进行计算与验证,结果表明优化后的主机油耗模型具有良好的节能效果。     

近海石油平台支援船主机油耗优化模型的建立

对近海石油平台支援船进行研究,建立近海石油平台支援船关于风、浪、潮汐的船舶数学运动模型,并计算目标船裸船体阻力和附体阻力。根据主机功率的传递过程以及船舶有效功率的估算方法,建立船舶主机油耗优化模型。运用基于遗传算法的多目标优化方法对主机油耗优化模型进行计算与验证。结果表明,优化后的主机油耗模型具有良好的节能效果。     

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。     

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%。     

基于航行数据的船舶航行油耗模型建立方法

准确评估船舶的能效表现是研究船舶性能、优化船舶能效的基础。为准确评估船舶航行状态对船舶航行油耗的影响和船舶的能效表现,以某超大型散货船为研究对象,基于船舶智能能效综合管理系统获取大量船舶航行数据,通过数据处理和特征工程找出影响船舶航行油耗的因素,采用人工神经网络建立船舶航行油耗模型。采用该模型预估船舶在一段航程中的总油耗量,验证该模型在评估船舶航行状态对船舶航行油耗的影响方面的有效性。此外,采用该模型对航程和转速进行优化,验证该模型对能效优化的可行性。     

船舶吃水差优化的研究

随着全球经济的快速发展,航运业也更加繁荣,与此同时,也带来了环境污染和能源逐渐枯竭的局面,为此,要提高船舶营运能效、节能减排。本文以"育明"轮为研究对象,通过仿真与试验结合,找出最佳吃水差。利用FLUENT计算出计算船舶在不同吃水差下的阻力,通过船舶能效监控系统实时测出主机每海里油耗,并比较不同吃水差下船舶阻力的变化趋势和油耗的变化趋势,从中找出最佳吃水差,以供"育明"轮应用于实际航行,同时,也为其他营运船舶提供一个节能减排的新方法。     

内河航道航速限速分析

为提高航道的载运量,以船舶流量最大为依据,运用交通流理论和跟驰模型对航道船速进行分析求解。首先根据航道主要船舶比例数据得到航道的标准船载质量,然后运用matlab拟合求出相应的标准船长,再根据交通流理论和跟驰模型得到最佳的航速设置,从而实现对船舶航速的优化分析。     

船舶定速巡航控制策略

实际航行中,船舶航行速度会因天气海况影响而变化,需要经常调整主机转速或者螺距角达到需要的航速。而航速变化会降低推进效率,增大主机油耗。使用定速巡航功能,船长仅需要根据航程和预定到港时间设定相应的船速,然后由推进控制系统自动控制,不仅能有力确保船舶到港时间、减轻船舶驾驶者的工作负荷,而且能降低燃油成本,实现节能减排,并为实现船舶智能驾驶做铺垫。     

大型集装箱船能效营运指数仿真研究

为应对IMO提出的日益严格的排放法规,降低船舶EEOI值,本文分析了EEOI的数学计算公式以及简化公式,并以某8063TEU大型集装箱船为目标船,基于MATLAB/Simulink建立了船舶能效系统的仿真模型。通过仿真研究,分析了船舶航速、航期、载货量、航程对船舶EEOI的影响,同时研究分析了EEOI对航速、载货量、航程变化的敏感性。结果表明随着航期的增加船舶EEOI逐渐减小;EEOI对航速的敏感性最高,对载货量的敏感性其次,而对航程的敏感性较低;降低主机工作负荷从而降低航速,以及提高船舶载货量都能有效降低船舶EEOI值,而增加航程则对降低EEOI值效果不明显。     

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。     

大型集装箱船能效营运指数仿真研究

为应对IMO提出的日益严格的排放法规,降低船舶EEOI值,本文分析了EEOI的数学计算公式以及简化公式,并以某8063TEU大型集装箱船为目标船,基于MATLAB/Simulink建立了船舶能效系统的仿真模型.通过仿真研究,分析了船舶航速、航期、载货量、航程对船舶EEOI的影响,同时研究分析了EEOI对航速、载货量、航程变化的敏感性.结果表明随着航期的增加船舶EEOI逐渐减小;EEOI对航速的敏感性最高,对载货量的敏感性其次,而对航程的敏感性较低;降低主机工作负荷从而降低航速,以及提高船舶载货量都能有效降低船舶EEOI值,而增加航程则对降低EEOI值效果不明显.     

海水循环泵自流特性仿真研究

利用船舶前进时海水进水口“自流”特性,在船舶达到一定航速时关闭循环泵汽轮机,可以达到节能的目的.结合循环泵汽轮机的热力计算、配汽计算、循环泵水力特性计算的结果,建立基于AMESim软件的海水循环泵及其控制系统仿真模型,考虑船体及主机的惯性,通过稳态工况仿真与试验数据对比验证了模型的有效性,其相对误差小于3.4％.利用所...