[發(fā)明專利]一種商船航速優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110459659.3
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113433934B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余印;肖遙;徐斌
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢海蘭鯨科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 武漢江楚智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 42228
• 代理人: 鄧寅杰

1.一種商船航速優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取商船的實船監(jiān)測數(shù)據(jù)、航期數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和航線數(shù)據(jù)；

步驟2：分別建立有氣象數(shù)據(jù)和無氣象數(shù)據(jù)時的主機轉(zhuǎn)速與船舶航速的關(guān)系模型；

在無氣象數(shù)據(jù)的情況下，設(shè)船舶阻力R＝k₁V^ω，其中ω的大小和船舶航速V相關(guān)，可假設(shè)：ω＝k₂log₁₀V，或者假設(shè)在不同的航速段值不同，建模時可以分航速段進行多次建模；

則船舶航行時所受阻力為：

推力是螺旋槳將傳動裝置傳遞過來的由船舶主機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動動力轉(zhuǎn)化而來；

T＝K_TρD⁴i²n_e²

其中T為推力；n_e為主機轉(zhuǎn)速；i為主機轉(zhuǎn)速與螺旋槳轉(zhuǎn)速之間的比值，若船舶傳動裝置為間接傳動，則i為連接柴油機與軸系的減速齒輪箱的減速比，若船舶傳動裝置為直接傳動，則i＝1；ρ為水的密度；D為螺旋槳直徑；K_T為螺旋槳推力系數(shù)；

推力T與主機轉(zhuǎn)速n_e的平方成正比，即主機轉(zhuǎn)速n_e越大，推力T越大；則：

T＝k₃n_e²

當船舶勻速行駛時，船舶所受阻力與推力相等，即R＝T，則有：

對上式兩邊取對數(shù)，并合并常數(shù)項可得：

log₁₀n_e＝α₁+β₁(log₁₀V)²

上式即為無氣象數(shù)據(jù)條件下的主機轉(zhuǎn)速與船舶航速的關(guān)系模型；

在有氣象數(shù)據(jù)的情況下，以實船數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用SVR算法模型來建立主機轉(zhuǎn)速與船舶航速的關(guān)系模型，建立輸入變量為氣象數(shù)據(jù)和船舶航速，輸出變量為主機轉(zhuǎn)速的黑盒預測模型；

步驟3：分別建立有氣象數(shù)據(jù)和無氣象數(shù)據(jù)時的油耗預測模型；

在無氣象數(shù)據(jù)的情況下，油耗和主機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系模型如下：

C＝β₁n_e+β₂n_e²+β₃n_e³

式中，C為主機油耗，n_e為主機轉(zhuǎn)速；

在模型訓練時采用分桶回歸的方式：首先，將實測數(shù)據(jù)根據(jù)吃水數(shù)據(jù)分為滿載和空載的情況將數(shù)據(jù)進行分桶，然后將每個桶中的實測數(shù)據(jù)分別進行模型訓練，可得出不同吃水數(shù)據(jù)情況下的模型參數(shù)，從而建立無氣象數(shù)據(jù)油耗預測模型；

在有氣象數(shù)據(jù)的情況下，采用GBDT算法模型來建立有氣象數(shù)據(jù)油耗預測模型，建立輸入變量為氣象數(shù)據(jù)、主機轉(zhuǎn)速和船舶吃水，輸出變量為船舶油耗量的黑盒預測模型；

步驟4：根據(jù)航期數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)對航線數(shù)據(jù)進行處理，得到航段數(shù)據(jù)；

步驟5：將航段數(shù)據(jù)應用到所述步驟2中的主機轉(zhuǎn)速與船舶航速的關(guān)系模型和所述步驟3中的油耗預測模型中；

步驟6：結(jié)合航速規(guī)劃范圍和氣象數(shù)據(jù)，建立商船單航次總油耗模型；

步驟7：根據(jù)不同優(yōu)化目標對航速進行優(yōu)化，得到最佳優(yōu)化方案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的商船航速優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟4中，航線數(shù)據(jù)的處理步驟包括曲率計算、基礎(chǔ)航段劃分和基礎(chǔ)航段合并。