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风力助航船舶航线优化模型及智能算法研究
| 论文题名： | 风力助航船舶航线优化模型及智能算法研究 |
| 关键词： | 海运船舶;风力助航;最佳航线;优化算法 |
| 摘要： | 本文针对全球节能减排的重大需求以及远洋运输船队降低燃料消耗、控制运营成本的迫切需要，研究了风力助航船舶航线优化问题，为其有效利用海洋风力资源提供了理论基础和技术支撑。 本文首先利用国外权威机构发布的近10年的月平均海洋风场数据，对海洋风场的风速风向分布特征进行了分析。结果表明，在5°甚至更大的海域范围内风速风向保持稳定，有较大的利用空间。基于此提出了海运船舶在风力助航条件下，通过优化船舶航线，在全局最优的前提下允许适度“绕航”，以充分发挥海洋风场的助推效能，达到节能减排、提高营运效率的新思想。同时，根据风场数据的特点，设计了格点数据的精确提取算法，为航线优化研究提供基础数据支撑。 一方面，在船期确定的情况下，风力助航船舶可以降低主机输出功率，借助风场辅助推力保持航速航行，从而节省燃油。以此为优化目标，本文构建了定航速航行条件下的风力助航船舶能耗计算模型和航线优化评价准则，建立了“总航时满足要求条件下的总燃油消耗量最小”航线优化模型。另一方面，当风力助航船舶定主机输出航行时，海洋风场的助推作用可以提高船舶航速，节省船期。以此为优化目标，本文构建了定主机输出航行条件下的风力助航船舶航速计算模型和航线优化评价准则，建立了“航时最短”航线优化模型。 针对航线优化模型的特点和计算规模，本文基于模拟退火思想提出了航线优化智能算法，对模型进行求解，并以7.6万吨风力助航散货船为目标船，对模型进行了仿真和验证。仿真计算得到的“最省燃油”航线相对于大圆航线可节省燃油11.22％，而航时仅仅增加不到100分钟;“航时最短”航线相对于大圆航线不但能缩短航时近30小时，而且能够节省燃油9.3％。 本文研究成果可用于风力助航船舶这一新型船舶，不仅能够有效解决其航线优化问题，指导现代船舶合理利用海洋风场作为辅助能源，而且对当前风力助航船舶的设计也具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 李元奎 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张英俊 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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