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原文传递北极冰区航行船舶跟航模型研究

论文题名：	北极冰区航行船舶跟航模型研究
关键词：	北极航线;船舶跟航模型;冰区航行;航速优化;跟驰模型
摘要：	随着北极海冰地不断消融，使得北极通航成为可能，许多航运公司渴望在这条亚欧“黄金水道”上争取到更多潜在的经济效益。然而颇为复杂地海冰情况增加了冰区航行风险性，如何在追求利益的同时保证船舶航行安全，始终是冰区航行中的首要问题。与此同时，当北极航运逐步走向常态化，北极航行的船舶数量持续增加，伴随而来的是大量的船舶废气排放和愈加脆弱的北极环境，北极地区将面临着环境保护问题的巨大挑战。对此，本文首先通过冰区航行运输模式以及绿色经济可行性两个方面分析了东北航线船舶冰区跟航特性。其次，在车辆跟驰理论基础上，依据不同碎冰航道下船舶冰区航行阻力，设计了三种冰区跟航场景从而构建了船舶安全跟航模型。最后，基于航行成本、航行时间以及燃油排放量的考虑，构建出船舶绿色经济跟航的多目标规划模型，并利用NSGAⅡ和MOPSO算法对其进行求解。最终，以2018年“天佑”轮首航东北航线作为案例，针对该船在冰区航行时的跟航行为进行仿真模拟，探寻不同冰区航段下的最佳航速和跟航间距，为航运企业积极参与北极航线开发与建设提供安全、绿色、经济的决策方案。通过对“天佑”轮船舶跟航模型的仿真模拟结果进行分析，可以发现：　　（1）船舶在冰区航行时，极易受到海冰运动的影响，船舶航速会随着航行阻力的改变而调整，其中碎冰阻力的变化是影响船舶顺利通航冰区的关键。结果显示，碎冰阻力的变化与海冰密集度与海冰厚度的关系密不可分。随着海冰密集度增大，船舶碎冰阻力明显增强，呈显著正相关性；海冰厚度对于碎冰阻力变化存在一定的敏感区间，厚度在0.3-0.5m范围内的海冰对于碎冰阻力影响最为明显。（2）根据跟航航道上的碎冰分布情况来看，跟航航道上的冰情越严重，船舶之间安全速度越小。船舶处于一般跟航场景中航行时，跟航安全航速维持在6.5-7.5m/s；若冰况极为严重，处于极端跟航场景中，船舶跟航安全速度需要控制在2-3m/s。（3）跟航航道上的冰情越严重，船舶之间安全间距越小。航速低于6kn时，任何一种跟航场景下的船舶安全间距都需要尽量保持在500-600米范围内。若前船遇到紧急情况无法顺利破冰时，后船驾驶员在意识需要进行航行状态调整之后的50米内完成航速调整，否则会有碰撞的危险。（4）“天佑”冰区航行的航速优化结果表明，在跟航行为安全的区间范围内，跟航航速可以有25%的提升空间，跟航间距可缩短为原间距的4%。若冰区航行途中，使用IFO作为燃油燃料，并配备较好的废气洗涤装置，跟航模式有望在未来实现在经济、废气排放和航行时间上的整体最优，因此该结论对实际北极航线船舶冰区航行决策上具有一定的参考价值。
作者：	刘依源
专业：	交通运输工程
导师：	李振福
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022