[发明专利]一种长江航道内河船舶航速实时优化方法

权利要求书

1.一种长江航道内河船舶航速实时优化方法，其特征在于，包括：

S1、对长江航道地图数据、长江沿线气象站与水文站历史数据进行处理，得到长江航道地理数据库；

S2、确定船型数据、推进系统数据、发动机油耗数据、船舶装载情况、航行任务的起点及终点经纬度数据、计划航行时间、航速限制以及航段划分数目；

S3、根据所述船型数据、推进系统数据、发动机油耗数据和船舶装载情况，建立船舶油耗模型；

S4、根据所述起点及终点经纬度数据，从所述长江航道地理数据库中提取对应的航道地理信息，包括航道曲率半径、水深、风速、风向、流速、流向、航道长度以及航行路线上各点经纬度，并根据所述航段划分数目对所述航道地理信息进行分段，得到航道分段地理数据库；

S5、根据长江沿线各地气象站、水文站测量的航道环境信息，以及船舶上安装的风速仪、流速仪、测深仪实时更新所述长江航道地理数据库及航道分段地理数据库；

S6、根据所述航道分段地理数据库、船舶油耗模型及航行约束条件，建立内河船舶航速优化问题模型，应用改进差分进化算法计算得到航道内各个航段的最佳航速；所述内河船舶航速优化问题模型表示为：

其中，f_i(·)为船舶的油耗计算函数，下标i为航段编号；V_i为当前航段的最佳航速，为待求值；n为所述航段划分数目；Param_i为当前航段的已知参数，包括船舶阻力系数、环境风速及风向、流速及流向、水深数据；S_i为每个航段的路程，且S_total为总航道长度；g_i(V_i)为航行时间约束条件；PlanTime为所述计划航行时间；V_min为最小航速，V_max为最大航速；

S7、实时记录船舶航行数据，存入航行数据库；

S8、根据船舶当前经纬度数据与所述终点经纬度数据判断航行任务是否结束，若未结束，则返回S5；若结束，则保存历史航行数据库和长江航道地理数据库。

2.根据权利要求1所述的长江航道内河船舶航速实时优化方法，其特征在于，所述S1具体包括：

由长江航道地图提取长江航道经纬度数据，利用墨卡托投影方法将所述长江航道经纬度数据转换为北东坐标系数据，并利用三点圆弧公式计算对应的航道曲率半径；

由所述长江航道地图按经纬度数据提取长江航道基础水深数据；

对所述长江沿线气象站与水文站历史数据按月份进行平均处理，获得不同月份下的长江沿线各处的平均风速及风向、平均流速及流向、平均水深变化量数据；

对长江航道基础水深数据与月份平均水深变化量数据进行叠加处理，获得不同月份下的长江航道水深数据；

对提取的所述长江航道经纬度数据以及不同月份下的所述长江航道水深数据、平均风速及风向、平均流速及流向按经纬度数据进行插值、填充处理，得到所述长江航道地理数据库。

3.根据权利要求1所述的长江航道内河船舶航速实时优化方法，其特征在于，在所述S2中，所述船型数据包括船舶型线、水线长、排水体积、船宽、吃水、船舶湿表面积；

所述推进系统数据包括螺旋桨个数、轴系传动效率、船舶推力减额系数、船舶伴流系数、螺旋桨推力系数曲线、推进器效率和轴系减速比；

确定所述船舶装载情况，即确定船舶状态为满载、半载或空载；

将船舶由航行任务起点到终点的最大允许计划航行时间作为所述计划航行时间；

所述航速限制指确定船舶由航行任务起点到终点的最大航速以及最小航速；

所述航段划分数目用于将航行任务起点到终点的路程按所述航段划分数目进行均分。

4.根据权利要求1所述的长江航道内河船舶航速实时优化方法，其特征在于，所述S3具体包括：

根据所述船型数据和船舶装载情况计算目标内河船舶不同航速、不同装载条件以及水深条件下的船舶阻力，建立目标内河船舶的航速-水深-阻力数据库；

通过所述推进系统数据、根据当前船舶阻力计算不同航速下船舶发动机所需的转速、扭矩数据，并根据所述发动机油耗数据建立发动机转速-扭矩-油耗关系图谱，计算不同航速下的船舶油耗，从而建立所述船舶油耗模型。