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基于权重法与遗传算法的船舶定航线多目标航速优化
| 论文题名： | 基于权重法与遗传算法的船舶定航线多目标航速优化 |
| 关键词： | 船舶航线;多目标航速优化;权重法;遗传算法 |
| 摘要： | 船舶是当今燃油消耗大户和污染物排放大户，相关研究表明，降低船舶航速可以在一定程度上降低燃油的消耗量，但是航速降低就要以增加航行时间为代价。对于一个航运公司来说，其更加关注的是如何盈利，航行时间延长必然会使船舶的租船成本、维修成本等增加，所以污染物排放和船舶的经济性是互相矛盾的。同时考虑船舶的经济效益和环境效益对船舶进行航速优化具有非常重要的意义。 以48000DWT油船为研究对象，建立了船舶静水阻力模型、风浪附加阻力模型、推进系统模型、主机和辅机油耗模型，采用48000DWT油船水池试验和“W”号矿砂船验证了静水阻力和风浪附加阻力。在油耗模型的基础上，建立了同时考虑二氧化碳排放量和营运成本的船舶航速多目标优化模型和权系数计算模型。采用Python语言开发了船舶航速多目标优化源程序。分别利用权重法与遗传算法计算了两个目标的Pareto最优解与最佳折中解，进而分析了多目标航速优化结果，并与单目标优化方法进行对比。 研究结果显示，静水阻力模型计算结果与水池试验结果误差在4％以内，风浪附加阻力模型计算结果与“W”号趋势一致。在不同航运环境下两个目标的权系数不同，油价较高时排放量的权系数较大，船舶租金较高时营运成本的权系数较大。当燃油费较高而租金较低时，多目标优化结果与单目标优化的结果几乎相同，其他情况下多目标优化航速比单目标优化更有利。在高租金低油价时，与营运成本最低航速相比，权重法优化航速营运成本提高5.6％，碳排放量降低16.3％，遗传算法优化航速成本提高9.1％，碳排放量降低20.7％;与碳排放量最低航速相比，权重法优化航速营运成本降低8.2万美元，航行时间减少56.1小时，碳排放量增加280.2吨，遗传算法航速碳排放量提高344.14吨，营运成本降低10.84万美元，航行时间减少52.3小时。多目标优化的航速是权衡两个目标之后的最佳航速。 |
| 作者： | 丁坤平 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 孙宝芝;王建志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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