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基于实测数据的船舶动态航速优化算法及系统开发
| 论文题名： | 基于实测数据的船舶动态航速优化算法及系统开发 |
| 关键词： | 船舶航行;航速优化;数学模型;系统设计 |
| 摘要： | 在如今化石能源不断减少以及温室气体排放不断增加的大背景下，对以化石能源为主要燃料的船舶进行航速优化是船舶节能减排的重要手段，船舶航行的航速计划对船舶航行效率以及营运成本有着重要的影响。随着近年来计算机技术的快速发展以及人们对发展智能船舶的需求愈加迫切，通过计算机自动化的生成船舶最佳航速计划并为船员提供辅助决策已势在必行。 本文的研究目标是研究船舶动态航速优化算法并开发船舶智能航速系统。首先结合实测数据建立船舶航速优化的数学模型，其次设计相应的智能优化算法以实现计算机自动化的建立航速计划并提供优化的航速，最后对船舶智能航速系统进行相应的开发及应用。基于此目标，本文的主要工作内容如下： 考虑到船载传感器采集的实测数据具有大量异常值、缺失值以及数据噪声的特点，本文结合限幅滤波法、箱线图以及拉格朗日插值法去除原始数据中的异常值、补齐缺失值后，利用小波变化降低了数据中的数据噪声，得到可以进行后续分析的数据集。 建立以减小燃油消耗量和减小航行时间为优化目标的多目标分段航速优化数学模型。考虑到油耗量与主机功率以及航速的关系，通过理论分析建立了静水下主机功率与航速的计算模型。考虑到风、浪、流对船舶静水航行的影响，结合实测数据提出了船舶实际航行时主机功率、航速以及油耗率的计算方法，从而建立了船舶主机油耗计算模型。以实测数据为依据，基于K—Means聚类算法进行航段划分。最后针对船舶营运时间增加后螺旋桨出现磨损的问题，提出了一种螺旋桨敞水特性曲线的修正方法。 根据船舶航速优化数学模型的相关特征，结合动态规划思想并基于非支配快速排序多目标遗传算法和TOPSIS决策算法设计了船舶动态航速优化算法以求解该数学模型，得到航段划分后各子航段的最优航速。通过实际算例验证了算法的有效性，实现了计算机自动制定优化的船舶航速计划。 通过分析船舶智能航速系统的需求，设计了系统的总体架构、系统硬件架构、系统数据库以及系统软件架构。以20000t江海直达散货船为应用对象进行了系统硬件的部署，并以SQLServer2012为数据库管理系统，Python为开发语言，实现了系统数据库以及系统软件的开发及应用。 |
| 作者： | 王子铭 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陈顺怀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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