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基于数据挖掘的内河船舶航速优化研究
| 论文题名： | 基于数据挖掘的内河船舶航速优化研究 |
| 关键词： | 内河船舶;航速优化;节能降耗;数据挖掘 |
| 摘要： | 在国际与国内大力提倡节能减排、绿色航运的时代背景下，近年来航运业造成的能源消耗、环境污染等问题引起相关部门的高度重视。研究表明，船舶在静水航行时，单位时间的耗油量与航行速度的立方成正比，降低航速可有效地减少航次燃油的消耗和温室气体的排放。因此，本文提出了基于模糊信息粒化与支持向量回归机的油耗预测模型，建立了基于模拟退火算法的航速优化模型，实现了对内河在航船舶的航速分段优化建模仿真。结果表明，优化后的航速可以有效降低航次总油耗实现在航船舶节能减排、降低运营成本和减少环境污染的目标，为内河航运业的绿色航运与经济航运提供支持与方向。 首先，从内河航道特点、航行阻力分析、船-机-桨匹配和市场营运要求这几个方面入手，对影响内河船舶航速的主要因素进行了分析，研究了船舶整体功率传递关系并建立了航行船舶在不同航行环境下的静水阻力计算模型和附体阻力计算模型，得到了船舶航速与主机转速间的线性关系式。 其次，在对船舶油耗建模常用方法的基础上，根据技术路线的不同，对油耗建模方式进行了分类研究。根据不同的建模原理本文建立了两个油耗模型为实现量化优化航速的节油效果做准备，主要包括：基于白盒模型的传统理论公式油耗计算模型，基于黑盒模型的模糊信息粒化与支持向量回归机的组合油耗预测模型。 然后，从分段航速优化原理、航段分段的聚类方法、航速优化算法和动态优化理论等方面入手，研究了基于时间序列K-means聚类的航段划分研究、基于模拟退火算法的航速优化原理、基于模型预测控制策略的动态补偿优化航速失效理论，上述多个数据挖掘模型的建立为在航船舶的航速优化建模提供方向与支持。 最后，基于上述油耗建模和航速优化建模的理论研究，建立了目标船舶的航速优化算法模型。选取内河典型散货船为研究对象，对目标船舶进行多维数据的采集、目标航次的航段划分以及目标函数优化算法的应用，通过优化模型得到的航速结果分别带入两个油耗模型，将优化后的航次总油耗与实际耗油量进行比较与分析，结果表明航速优化可以分别达到4.53%，4.69%的节油效果。因此，通过优化航速实现在航船舶油耗降低的目标是一种切实有效的举措，也为内河航运实现节能减排提供一种行之有效的方法。 |
| 作者： | 陈雪梅 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 童亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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