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长江流域通航环境对油耗影响的半参数回归模型效应分析
| 论文题名： | 长江流域通航环境对油耗影响的半参数回归模型效应分析 |
| 关键词： | 船舶油耗;通航环境;主机转速;半参数回归模型 |
| 摘要： | 通航环境是船舶行驶的外部环境，外部因素对船舶油耗的影响是本文重点的研究对象和基于建模与模型改进的基础。内河船舶所处的通航环境相对简单，文章主要从风，水速，水深三方面，探讨船舶在长江流域通航条件下的油耗值与主机转速的关系。 依据通航环境的差异性，采用系谱聚类分析和K-means聚类验证的方式相结合将整个航段划分为高、中、低三个等级流速的流域，对其中一个等级流速航段进行建模拟合。通过相关系数计算和主成分分析，提取出建模所需的变量，以油耗值作为因变量，在自变量选取中，选取了对油耗影响效果最大的主机转速作为主要变量。为了与引入这些影响因素的情形展开对比，便于直观地反映和分析通航环境影响因素对油耗的作用效果，在初始模建模时，不引入通航环境影响因素，直接采用非参数回归寻找油耗随主机转速的变化趋势。对非参数的回归模型进行不同样条基的对比分析，并引入正则化惩罚因子对回归模型的拟合优度进行调整，改善其预测效果。依据多元回归模型参数估计的显著性，通过逐步回归对引入模型的影响因素，包括通航环境影响因素的交互作用，进行筛选。结合参数回归模型和非参数回归模型的优缺点，进行合理的折衷整合，构建出半参数拟合模型进行回归预测。将通航环境的影响因素作为参数调节因子引入到油耗与主机转速的非参数模型中，这样既可以满足本文研究对象的需要，同时还可以维持非参数拟合的拟合效果。在模型的求解过程中，导入模型中的样本数据具有随机效果，因此为了使整个模型的解释效果更加合理，更有说服力，考虑随机效应的影响，这样对整个模型采用混合效应形式来求解。通过显著性检验和似然比检验对引入模型的环境影响因素部分的有效性进行仿真试验分析，并对模型的预测效果进行评估。将半参数回归模型作为最合适的回归模型进行航段拟合。 结合初始依据通航环境差异性展开的聚类结果，推广到不同等级流速的航段，在航段整体通航环境存在差异的前提下，构造半参数混合效应模型比较船舶油耗效果值的差异性和整体趋势的异同。通过最终的趋势拟合图，分析不同航段下油耗值的差异，得出在不同的航段下以怎样的航速行驶会更省油，为长江流域航船的航段设计与航船航速优化提供切实可行的建议。 |
| 作者： | 金伟华 |
| 专业： | 统计学 |
| 导师： | 金升平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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