本文關(guān)鍵詞：風(fēng)力助航船舶航線優(yōu)化模型及智能算法研究

  更多相關(guān)文章： 海運船舶 風(fēng)力助航 最佳航線 優(yōu)化算法

【摘要】：本文針對全球節(jié)能減排的重大需求以及遠洋運輸船隊降低燃料消耗、控制運營成本的迫切需要,研究了風(fēng)力助航船舶航線優(yōu)化問題,為其有效利用海洋風(fēng)力資源提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。 本文首先利用國外權(quán)威機構(gòu)發(fā)布的近10年的月平均海洋風(fēng)場數(shù)據(jù),對海洋風(fēng)場的風(fēng)速風(fēng)向分布特征進行了分析。結(jié)果表明,在5。甚至更大的海域范圍內(nèi)風(fēng)速風(fēng)向保持穩(wěn)定,有較大的利用空間�；诖颂岢隽撕＿\船舶在風(fēng)力助航條件下,通過優(yōu)化船舶航線,在全局最優(yōu)的前提下允許適度“繞航”,以充分發(fā)揮海洋風(fēng)場的助推效能,達到節(jié)能減排、提高營運效率的新思想。同時,根據(jù)風(fēng)場數(shù)據(jù)的特點,設(shè)計了格點數(shù)據(jù)的精確提取算法,為航線優(yōu)化研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。 一方面,在船期確定的情況下,風(fēng)力助航船舶可以降低主機輸出功率,借助風(fēng)場輔助推力保持航速航行,從而節(jié)省燃油。以此為優(yōu)化目標(biāo),本文構(gòu)建了定航速航行條件下的風(fēng)力助航船舶能耗計算模型和航線優(yōu)化評價準(zhǔn)則,建立了“總航時滿足要求條件下的總?cè)加拖牧孔钚　焙骄�優(yōu)化模型。另一方面,當(dāng)風(fēng)力助航船舶定主機輸出航行時,海洋風(fēng)場的助推作用可以提高船舶航速,節(jié)省船期。以此為優(yōu)化目標(biāo),本文構(gòu)建了定主機輸出航行條件下的風(fēng)力助航船舶航速計算模型和航線優(yōu)化評價準(zhǔn)則,建立了“航時最短”航線優(yōu)化模型。 針對航線優(yōu)化模型的特點和計算規(guī)模,本文基于模擬退火思想提出了航線優(yōu)化智能算法,對模型進行求解,并以7.6萬噸風(fēng)力助航散貨船為目標(biāo)船,對模型進行了仿真和驗證。仿真計算得到的“最省燃油”航線相對于大圓航線可節(jié)省燃油11.22%,而航時僅僅增加不到100分鐘；“航時最短”航線相對于大圓航線不但能縮短航時近30小時,而且能夠節(jié)省燃油9.3%。 本文研究成果可用于風(fēng)力助航船舶這一新型船舶,不僅能夠有效解決其航線優(yōu)化問題,指導(dǎo)現(xiàn)代船舶合理利用海洋風(fēng)場作為輔助能源,而且對當(dāng)前風(fēng)力助航船舶的設(shè)計也具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：海運船舶 風(fēng)力助航 最佳航線 優(yōu)化算法
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U675;U676.3
【目錄】：

• 創(chuàng)新點摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-32
• 1.1 研究背景12-17
• 1.1.1 能源危機13-14
• 1.1.2 溫室氣體排放14-15
• 1.1.3 替代能源15-17
• 1.2 研究現(xiàn)狀17-27
• 1.2.1 風(fēng)力助航船舶研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.2 路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀23-24
• 1.2.3 氣象航線研究現(xiàn)狀24-27
• 1.2.4 風(fēng)力助航船舶航線優(yōu)化研究現(xiàn)狀27
• 1.3 風(fēng)力助航船舶航線優(yōu)化問題的提出27-28
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容28-32
• 第2章 基礎(chǔ)知識介紹32-48
• 2.1 風(fēng)翼助航原理32-34
• 2.2 風(fēng)力助航設(shè)備的控制34-38
• 2.2.1 風(fēng)力助航船舶的基本要求35-36
• 2.2.2 風(fēng)力助航對主機的影響和改善措施36-38
• 2.3 模擬退火算法38-46
• 2.3.1 熱力學(xué)中的退火過程39-41
• 2.3.2 SA算法要素構(gòu)成41-43
• 2.3.3 SA算法的計算步驟及流程43-45
• 2.3.4 SA算法的優(yōu)缺點45-46
• 2.4 本章小結(jié)46-48
• 第3章 海洋風(fēng)力資源分析及風(fēng)場數(shù)據(jù)提取算法48-68
• 3.1 海洋風(fēng)場數(shù)據(jù)預(yù)處理48-51
• 3.1.1 風(fēng)場數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和讀取48-49
• 3.1.2 風(fēng)向及迎風(fēng)角49-51
• 3.2 風(fēng)速特征分析51-54
• 3.2.1 風(fēng)速特征總體分析51-53
• 3.2.2 風(fēng)速分布分析53-54
• 3.3 風(fēng)向特征分析54-56
• 3.4 航線上風(fēng)場數(shù)據(jù)精確提取算法56-65
• 3.4.1 算法總體思想56-57
• 3.4.2 取樣點選擇57-59
• 3.4.3 格點索引值計算59-63
• 3.4.4 格點提取結(jié)果63-65
• 3.5 本章總結(jié)65-68
• 第4章 風(fēng)力助航船舶航線優(yōu)化模型68-86
• 4.1 風(fēng)力助航船舶航線優(yōu)化原理68-70
• 4.1.1 總體設(shè)計69-70
• 4.1.2 核心問題分析70
• 4.2 最省燃油航線優(yōu)化模型70-79
• 4.2.1 模型構(gòu)建方法70-72
• 4.2.2 風(fēng)力助航船舶阻力分析72-73
• 4.2.3 海洋風(fēng)場助推力分析73-74
• 4.2.4 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)設(shè)計74-76
• 4.2.5 優(yōu)化準(zhǔn)則76-79
• 4.3 航時最短航線優(yōu)化模型79-85
• 4.3.1 模型構(gòu)建方法79-80
• 4.3.2 海洋風(fēng)場對目標(biāo)船航速的影響80-82
• 4.3.3 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)設(shè)計82-83
• 4.3.4 優(yōu)化準(zhǔn)則83-85
• 4.4 本章小結(jié)85-86
• 第5章 航線優(yōu)化算法與仿真86-112
• 5.1 航線優(yōu)化智能算法86-90
• 5.1.1 調(diào)整航路點的策略86-87
• 5.1.2 接受新航線的策略87-89
• 5.1.3 “劣航線”接受準(zhǔn)則89-90
• 5.2 航線優(yōu)化智能算法實現(xiàn)90-94
• 5.2.1 航線計算90-92
• 5.2.2 算法流程92-94
• 5.3 最省燃油航線優(yōu)化模型求解和仿真94-98
• 5.3.1 算法求解流程94-96
• 5.3.2 仿真結(jié)果分析96-98
• 5.4 控制點選取98-103
• 5.4.1 控制點數(shù)量的確定原則98-99
• 5.4.2 控制點對航線優(yōu)化影響的實驗分析99-102
• 5.4.3 航路點的精簡102-103
• 5.5 航時最短航線優(yōu)化模型求解和仿真103-109
• 5.5.1 算法求解流程104-105
• 5.5.2 仿真結(jié)果分析105-109
• 5.6 本章小結(jié)109-112
• 第6章 總結(jié)與展望112-116
• 6.1 全文工作總結(jié)112-113
• 6.2 未來工作展望113-116
• 參考文獻116-124
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表的論文124-126
• 致謝126-128
• 作者簡介128

【參考文獻】

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本文編號：730544