基于海洋再分析产品的远洋船舶航线优化设计方法研究

摘要

船舶作为当今世界上重要的交通运输工具，在经济全球化的进程中起着举足轻重的作用。面对日益频繁的海上运输和越来越大的船舶吨位以及全球节能环保的时代要求，从船舶的安全性和经济性上考虑船舶的航线是当前的研究热点。然而海面上的环境相对于陆地来说要复杂的多，船舶航行于海面上，会受到一些海面环境因素如海面上的风浪、海表的海流和海雾、海冰等的影响，本课题主要研究基于海面气象环境要素的船舶航路优化设计方法，以实现船舶航行的经济性和安全性。
　　首先，论文对再分析数据的产生及发展进行了概括，总结归纳了目前全球主要的几个海洋再分析产品研制中心及其应用领域，同时对本课题中航线优化所采用的海面风场、海浪场等海洋再分析数据的全球分布特征进行了分析总结。
　　其次，研究了海洋气象环境对船舶航行的影响。首先对气象环境对船舶航行所造成的经济性即燃料消耗的影响和船舶安全性的影响进行了理论分析，并建立了海洋环境影响下的船舶航路评估模型，然后结合气象环境数据对经济性和安全性的影响进行了仿真实验以及结果分析。
　　再次，设计了基于萤火虫算法的船舶航线优化方法。在对船舶航线优化流程研究的基础上，分析了萤火虫算法的基本原理、中心思想和算法的特点等，并以能量和安全性为优化目标，设计了基于萤火虫算法的航线优化的主要步骤和流程。
　　最后，选取了两个不同的海域，并在每个海域选取了代表着四个季节的海洋再分析数据，对船舶航线优化算法进行仿了真实验。实验结果表明，在环境恶劣的季节，优化后的航线可以使船舶的安全性提高，但是经济效益并没有明显提升，甚至在有些季节船舶的燃料消耗会比初始航线稍高，但在综合考虑经济性和安全性的条件下，利用本文提出的方法优化后的航线则比初始航线效果更好。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2国内外研究发展现状

1．2．1气象航线研究现状

1．2．2航线优化算法

1．3课题主要研究内容及章节安排

第2章海洋再分析产品及其应用分析

2．1再分析数据概述

2．2．1海洋再分析产品介绍

2．2．2海洋再分析产品的应用

2．3海洋再分析数据分布特征

2．3．1再分析数据来源

2．3．2再分析数据分布特征

2．4本章小结

第3章海洋环境影响下的船舶航路评估模型

3．1船舶航行经济性评估方法

3．1．1船舶推进原理

3．1．2船舶航行时所受阻力

3．1．3船舶航速的估计

3．1．4船舶燃料消耗的理论计算

3．2．1船舶耐波性

3．2．2船舶在大风浪环境中的运动

3．2．3安全性评估要素的选取

3．2．4安全性评估方法

3．3．1实验船模主要参数

3．3．2环境阻力仿真结果及分析

3．3．3航速估计仿真结果及分析

3．3．4安全性评估仿真结果及分析

3．4本章小结

第4章基于萤火虫算法的船舶航线优化方法设计

4．1船舶航线优化过程

4．1．1航行区域空间建模

4．1．2目标函数的构建

4．1．3航线优化算法的选取

4．2基于萤火虫算法的船舶航线优化方法

4．2．1萤火虫算法原理

4．2．2萤火虫算法用于船舶航线优化

4．3本章小结

第5章基于海洋再分析产品的船舶航线优化实验

5．1气象数据的获取和处理

5．2船舶航线优化实验仿真

5．2．1北大西洋海域

5．2．2北太平洋海域

5．3结果分析

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢