风浪影响下的集装箱船舶航速优化

发布时间：2020-11-04 16:49

　　 随着集装箱运输市场的回暖,人们环境保护意识的不断增强。班轮公司如何在确保提高经济效益的同时减少污染物的排放已成为焦点问题。而航速作为影响航次变动成本和运营效率的主要因素,是解决该问题的关键。因此,开展航速优化的研究有利于班轮公司合理的控制燃油成本、有效的进行资源配置、提高经济效益。针对航速优化问题,本文总结归纳大量国内外相关研究成果,发现对该问题的研究未能与船舶航行的实际情况相结合,缺乏对风、浪外部影响条件的考虑。围绕上述问题,本文所做的工作主要如下:(1)为了有效地刻画风、浪对集装箱船舶航速造成的影响,根据能量守恒原则,构建了估算船舶减速的功率模型,实现了对风浪中船舶减速的量化。通过实例计算与现有的拟合模型进行对比,验证了构建模型的实用性,为下一步风浪中的航速优化奠定理论基础。(2)考虑了航行中风浪对航速造成的减速影响,以运营成本最小为目标,建立了基于恒向线航法的集装箱船舶航速优化模型,研究了在风浪影响下航速选择问题。由于构建的模型为混合整型非线性模型,结合航行中航速精度需求的实际情况,采用航速离散的方法将混合整型非线性模型转化为混合整型线性模型,在满足求解精度的前提下简化了计算。(3)考虑到大圆航线的航行水域宽广,航行约束较少,航线选择余地较大的特点,针对基于大圆航法的集装箱船舶,在船舶能够承受的风浪范围内构建了借助风浪条件的航线和航速联合优化模型。此外,为了根据风浪信息合理的优化航线与航速,设计了基于网络通用数据格式的航线气象信息提取算法,为航线与航速的联合优化提供数据支持。(4)由于构建的联合优化模型为NPHard问题,设计了基于随机扰动的修正差分进化求解算法。利用设计的随机扰动的修正差分进化算法,生成备选航线,采用线性模型求解备选航线的最优航速,二者嵌套,相互调整,进行进化计算获得最优航速与对应的航线。实验结果证明了算法的有效性和可行性。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U676.3;U674.131
【部分图文】：

２０１６年年底减少５．３个百分点。２０１７年四季度，由于主千航线行情疲软，班轮公??司不时采取停航措施以维持市场基本面，闲置运力略有波动，至２０１７年１１月底，??闲置运力占比升至２．３％?（见图１．１）。??此外，由于运输市场整体逐步复苏，且新船交付速度放缓，刺激船舶租赁行情??回升。自２０１７年初开始，租赁市场随着租赁需求増长而逐步升温，多数船型租金??回升。至２０１７年７月底，多数主干航线进入传统运输旺季，船舶租金再次步入增??长通道，并基本收复２０１６年跌幅。截至２０１７年１１月底，主要船型日租金均呈两??位数增长，其中４４００ＴＥＵ型船日租金涨幅最甚，同比增长８０．７°／〇［１］。??在运价方面，２０１７年由于市场行情向好，分航线运价全线大涨。其中，南美??航线受目的地主要经济体巴西经济复苏带动，供需基本面延续去年年底良好态势，??运价保持高位

?１９６５?１９７５?１９８５?１９９５?２００５?２０１５?２０２５?２０３５??图１．２?—次能源占比??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｐｒｏｐｏｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｅｎｅｒｇｙ??百万桶／日??１２０?电力??ｉ〇〇?＿＿ｍｕ＂??８０??非燃烧??４〇??２０??２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０?２０２５?２０３０?２０３５??图１．３液体燃料需求??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｄｅｍａｎｄ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｆｕｅｌ??１．?１．４政策法规??针对航运业当前的发展现状与严峻的环境和能源问题，国务院出台了《中共中??央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》（中发〔２０１５）?１２号）、《大气污染防??治行动计划》（国发〔２０１３）?３７号）、《水污染防治行动计划》（国发〔２０１５〕１７号）??和《“十三五”控制温室气体排放工作方案》（以下简称《方案》）。《方案》对“十??三五”时期应对气候变化、推进低碳发展工作作出全面部署。《方案》指出，要统??筹国内国际两个大局，顺应绿色低碳发展国际潮流，把低碳发展作为我国经济社会??发展的重大战略和生态文明建设的重要途径，采取积极措施，有效控制温室气体排??放。《方案》提出，到２０２０年，单位ＧＤＰ二氧化碳排放比２０１５年下降１８％，碳??排放总量得到有效控制，非二氧化碳温室气体控排力度进一步加大。应对气候变化??４??

?－０．０００２５??２．?３．?２风浪干扰力分析??根据式（２．９）对不同风向、风速造成的艏艉方向干扰力进行计算得到图２．２（ａ）??的结果，其中Ｘ轴为风的来向与船艏的夹角，Ｙ轴为船舶艏艉方向的风干扰力大??小。??由图２．２?（ａ）可以看出当风来自船舶正横前时，随着风速的增大艏艉方向的风??干扰力相应的增大，而相同风速下艏艉方向的风干扰力的变化随着风的来向与船??艏夹角的增大为先增大后减小；当风来自船舶正横后时，艏艉方向的风干扰力的变??化随着风的来向与船艏夹角的增大而减小，但是当风速足够大时艏艉方向的风干??扰力会出现波动如１５ｍ／ｓ时的风干扰力曲线所示。图２．２?（ｂ）是波浪干扰力示意??图，该图表明艏艉方向上波浪千扰力大小随着浪的来向与船艏夹角的增大而减小，??当接近正横时达到最小，随后干扰力的大小又随着浪的来向与船艏夹角的增大而??２４??
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本文编号：2870353