[发明专利]一种长江航道内河船舶航速实时优化方法

说明书

本发明公开了一种长江航道内河船舶航速实时优化方法，涉及船舶技术领域，该方法包括：通过建立长江航道地理数据库并进一步建立航道分段地理数据库，在内河船舶航行过程中，基于气象站、水文站以及船载设备实时测到环境信息更新数据库，通过船舶油耗模型计算内河船舶在各个航段上的油耗，从而建立船舶油耗模型，将各个航段上的航速作为待优化变量，应用改进差分进化算法在船舶油耗模型的基础上，建立基于油耗最优的航速优化目标函数并进行实时求解，进而对未来航段航速进行实时优化、预报。该优化方法在航行过程中实时保存各项环境、航速以及油耗等数据，从而对原有数据库进行更新、补充，丰富基础数据，使得航速优化结果更为准确、可靠。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种长江航道内河船舶航速实时优化方法。

背景技术

随着全球环境变暖、极端气候多发、雾霾天气增多等一系列环境问题的日益增多，世界各国相继制定了针对船舶航运的节能减排法规要求，在节能减排要求的国际环境下，我国内河船舶航运业面临着巨大的节能减排压力。长江内河航道作为我国水上运输最为繁忙、运输量最大的内河航道，其每年在船舶燃油消耗以及废气排放量始终位居全国的首位，同时随着近几年油价不断上涨，燃油成本在船舶运营过程中的总体比重逐年升高，使得内河航运公司对于船舶节能的需求亦越发强烈。

降低燃油消耗是船舶节能减排实施过程中的关键问题，内河航运公司正试图寻找能够降低燃油消耗的途径。降低船舶的推进功率是减小船舶燃油消耗的一种有效手段，且船舶推进器功率与航速呈三次方关系，因此在保证航行计划时间要求的同时，适当降低航速，对于减少内河船舶的油耗以及废气排放有着明显的作用。此外长江内河船舶航线基本固定、重复性高、内河水文周期性变化明显，且航运发送时间稳定，因此对内河船舶固定航线下进行降低航速的优化管理是有重要意义的。故对于长江内河航道的航行，在满足航期的要求下，通过对航速的优化管理，可以达到航次总油耗量最低、二氧化碳排放最少的航行要求，进而达到内河船舶节能减排、降低燃油成本的目的。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种长江航道内河船舶航速实时优化方法，在满足航期的要求下，通过优化船舶航速，降低航运过程的油耗、减少航运成本。

本发明的技术方案如下：

一种长江航道内河船舶航速实时优化方法，包括如下步骤：

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、根据起点及终点经纬度数据，从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，并根据航段划分数目对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、测深仪实时更新长江航道地理数据库及航道分段地理数据库；

S6、根据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；

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。

其进一步技术方案为，S1具体包括：