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船舶油耗预测的机器学习算法比较研究

济南大学学报（自然科学版） 2021年第6期35卷 546-551页

作者：洪耀球景德镇学院信息工程学院江西景德镇333000

建立内河船舶油耗的多种预测模型,如多元线性回归、岭回归、支持向量回归等算法模型,分析船舶主机功率、扭矩、转速、航速等船舶运行参数与油耗的相关性;以某内河船舶的油耗为实例,对机器学习模型进行训练、验证和测试,通过k-折交叉验... 详细信息

建立内河船舶油耗的多种预测模型,如多元线性回归、岭回归、支持向量回归等算法模型,分析船舶主机功率、扭矩、转速、航速等船舶运行参数与油耗的相关性;以某内河船舶的油耗为实例,对机器学习模型进行训练、验证和测试,通过k-折交叉验证方法对模型的准确性进行分析,采用均方根误差、平均绝对误差、决定系数等误差度量指标评价预测模型的可靠性。结果表明,多元线性回归和岭回归模型具有较好的预测性能,模型的精确度高,预测结果更接近船舶的实际油耗数据。

关键词：船舶油耗机器学习回归模型模型验证

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考虑船舶油耗的集装箱班轮航线配船方案

华中师范大学学报（自然科学版） 2014年第6期48卷 840-846页

作者：高超锋肖玲胡志华上海海事大学物流研究中心上海201306 同济大学经济与管理学院上海200092

班轮航线配船主要是解决多船型在多条航线上的合理配置问题,目的在于充分利用船队资源.首先,分析航行速度对船舶油耗产生的影响,然后,根据班轮多港口挂靠和集装箱转运的特点,建立以周计划内船队运营总成本最小为目标的混合整数规划模型... 详细信息

班轮航线配船主要是解决多船型在多条航线上的合理配置问题,目的在于充分利用船队资源.首先,分析航行速度对船舶油耗产生的影响,然后,根据班轮多港口挂靠和集装箱转运的特点,建立以周计划内船队运营总成本最小为目标的混合整数规划模型.算例中通过对航行速度的灵敏性分析,呈现了船舶油耗和船队运营总成本之间的二律背反规律.随着船舶加速,虽然船队运营总成本递减,但是集装箱的转运成本和港口靠泊作业成本却呈现增加的趋势.其次,运用了轴辐式网络的特点,能够从46个港口中选择一半数量的中转港进行集中转运操作,具有规模经济优势.

关键词：航线配船船舶油耗集装箱转运混合整数规划多目标优化

基于LSTM神经网络-灰箱模型的船舶油耗估算研究

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基于LSTM神经网络-灰箱模型的船舶油耗估算研究

作者：刘博大连海事大学

学位级别：硕士

航运业是世界经济的支柱,但频繁的海上运输所带来的碳排放及环境污染不容小觑。实现航运业的节能减排,其中一个重要研究课题即是对船舶油耗进行精准建模。目前,对油耗预测模型的研究可以分为三类:白箱模型、黑箱模型和灰箱模型。但建立... 详细信息

航运业是世界经济的支柱,但频繁的海上运输所带来的碳排放及环境污染不容小觑。实现航运业的节能减排,其中一个重要研究课题即是对船舶油耗进行精准建模。目前,对油耗预测模型的研究可以分为三类:白箱模型、黑箱模型和灰箱模型。但建立白箱模型的前提是必须对需要表述过程的内部规律有清晰的认知,对各影响因素也需要足够的了解。但通常由于过程的复杂性,在实际表述过程中,更多考虑一个固定的过程,对变化的影响因素仅能挑选具有代表性的情况加以考虑。黑箱模型对输入数据要求较高,且需要大量的历史数据训练模型来到达满意精度。因此既能利用基本物理原理和可量化的机理知识,又比具有相似计算时间要求的白箱更精确,比纯黑箱模型所需的历史数据量更小,结合白箱和黑箱模型的优势的船舶油耗灰箱模型应是未来研究的重点所在。本文通过对船舶主机的工作特性和螺旋桨的工作特性的全面分析,探究船机桨之间的传递关系,计算船机桨之间的传递系数,为船舶油耗白箱模型提供了理论支持,后续以船舶受力平衡为基础形成船舶油耗白箱模型;第二,采用LSTM网络结构构建船舶油耗黑箱模型。采用相关性分析,将与用船舶油耗相关性较大的因素作为模型输入变量。为防止出现激活函数求导收敛引起梯度消失这一现象发生,构建的模型特引入了Adam函数进行优化,同时一并使用PSO粒子群方法调整超参数,进一步提升模型估算精度。最后,将船舶油耗白箱机理模型与LSTM黑箱模型组合形成串联与并联两种形式的船舶油耗灰箱模型,并选取客滚轮MS Smyril号为算例进行研究分析。结果表明:与纯白箱模型相比,串行和并行的灰箱模型显著提高了船舶燃料消耗的预测精度。通过综合运用这两种模型,可进一步提高黑箱模型的泛化能力,建立实时且精确、应用更为广泛的船舶油耗估算模型。所研究的问题不仅具有前瞻性的理论意义,对降低航运业成本、促进航运业可持续发展也有很高的实用价值。

关键词：白箱模型黑箱模型灰箱模型船舶油耗 LSTM神经网络

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基于北斗卫星通讯的船舶油耗管理系统设计

基于北斗卫星通讯的船舶油耗管理系统设计

作者：熊林集美大学

学位级别：硕士

近年来,受到国际燃油价格的影响,国内柴油价格持续波动,我国船舶行业受到了很大的影响。特别是需要使用机动船舶的渔业,成本上涨给渔民和船舶公司带来的压力,严重阻碍了渔业的发展。为了保证渔业的发展,国家对从事渔业生产的合法机动渔... 详细信息

近年来,受到国际燃油价格的影响,国内柴油价格持续波动,我国船舶行业受到了很大的影响。特别是需要使用机动船舶的渔业,成本上涨给渔民和船舶公司带来的压力,严重阻碍了渔业的发展。为了保证渔业的发展,国家对从事渔业生产的合法机动渔船给予机动渔船油价补助。但是在落实补助发放的过程中存在补助标准的缺陷,不能根据渔船实际运行情况来落实补贴。同时,考虑到我国北斗卫星可以提供短报文服务的特点,创新的提出把北斗卫星导航系统运用到渔船油耗监控的新思路,利用其短报文功能给地面控制中心传送船舶油耗、定位和其他机械数据,地面控制中心则通过管理系统查看各船舶运行状况,这样既能满足监控船舶油耗的需求,又能保证渔船的安全,提高了渔船管理的技术水平。结合以上背景,本文通过对船舶油耗的影响因素的分析,考虑能耗数据采集的可行性、数值准确性和经济性,提出了得到油耗的两种方法——通过机械参数计算油耗方法和流量计直接测量方法,论文采用安装油表直接采集主机油耗,同时采集能耗关联数据辅助分析来评估船舶油耗;根据需要采集和能耗有关联的数据,制定报文格式和通信协议,船舶采集信息按照报文协议转换后,通过北斗卫星发送给地面数据中心,设计服务器端数据解析程序,将解析的数据存入数据库中;根据用户的需求设计船舶油耗管理系统。通过本课题的研究,设计了基于北斗卫星的船舶油耗管理系统,为北斗在船舶领域的使用提供了新思路,弥补了之前船舶监控系统只能监测地理信息的不足。本文是针对渔船设计的监控管理系统,扩展后同样适用于国内运输型大型船舶,具有很强的可移植性。船舶管理系统的使用能更有效掌握运营状况,提高管理效率,具有广泛的应用前景。

关键词：北斗卫星船舶监控系统船舶油耗短报文通信

基于Lasso回归估计船舶油耗的集装箱船舶航速优化研究

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基于Lasso回归估计船舶油耗的集装箱船舶航速优化研究

作者：梁佳妍大连海事大学

学位级别：硕士

随着新型冠状型病毒(COVID-19)的蔓延,全球航运市场开始波动,尤其是油价、运输需求和市场环境等都发生了复杂的变化,导致船舶在航行过程中各项成本会有所波动,其中燃料费用占航行总成本的比重大幅下降,而船舶航行速度会直接影响燃油消... 详细信息

随着新型冠状型病毒(COVID-19)的蔓延,全球航运市场开始波动,尤其是油价、运输需求和市场环境等都发生了复杂的变化,导致船舶在航行过程中各项成本会有所波动,其中燃料费用占航行总成本的比重大幅下降,而船舶航行速度会直接影响燃油消耗量进而影响燃料费用,所以船舶的航行速度显得更为关键,将航行速度控制在合理的范围,即可降低航行的总成本。因此优化航速以及降低航行成本尤为重要,航速会影响航行时间,所以航行成本和航行时间之间的权衡是本文的研究重点。本文首先基于AIS数据和用python提取的哥白尼气象数据集构建了基于LASSO回归估计的船舶油耗模型来动态估计航行过程中船舶的燃料消耗量;其次,基于LASSO回归得到的油耗模型建立了以总航程成本和总航程时间最小化的多目标数学模型,并通过多目标粒子群优化算法(MOPSO)寻找帕累托(Pareto)最优解。之后针对多目标数学模型中的无法决策的特殊情况,引入了加权求和(WS)法以处理某些具体情景下的航线选择问题。疫情爆发后,部分欧洲—亚洲的船舶原本需要通过苏伊士运河运输货物,但是现在发生了船舶舍近求远选择绕行好望角。所以本文选取了“CMA CGM”船舶在疫情前后的实际航行数据进行了案例研究,分析了该船舶选择两条不同航线的实际航行过程,并对航速进行了优化,同时证实了本文所提出的模型方法框架的可行性。接着根据实际的燃料价格和租船费率,建立并分析了四种不同燃料价格和租船费率组合的情景。情景分析的结果表明,在燃料价格和租船费率均较低的情况下,选择绕道好望角是最优选择,其余三种情景下,船舶均会选择通过苏伊士运河。针对燃料价格和租船费率较低的情况,对苏伊士运河的通行费需要给出多少折扣才可以使船舶重新选择通过苏伊士运河做出了分析。本文在最后表明根据实际的油价和租船费率调整运河通行费的折扣可以使船舶重新选择通过苏伊士运河,苏伊士运河管理局可以根据本文的结果削减运河通行费,以争取船舶重新通过苏伊士运河。

关键词：航行速度航线选择船舶油耗 LASSO回归模型多目标粒子群优化算法(MOPSO)

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船舶油耗远程监管系统的设计

船电技术 2015年第10期35卷 45-49页

作者：魏小星徐轶群郭涛集美大学轮机工程学院福建厦门361021

基于STM32嵌入式和传感测量技术,将船舶的航行参数、主机基本运行参数和船舶各大动力装置的燃油消耗数据进行集中采集并传给岸端的数据管理服务中心,采用WAMP开发了一套基于WEB具有良好人机界面的,B/S架构的船舶油耗数据中心管理系统,... 详细信息

基于STM32嵌入式和传感测量技术,将船舶的航行参数、主机基本运行参数和船舶各大动力装置的燃油消耗数据进行集中采集并传给岸端的数据管理服务中心,采用WAMP开发了一套基于WEB具有良好人机界面的,B/S架构的船舶油耗数据中心管理系统,实现了更加直观的船舶远程动态监管,也能为船东高效的解决船舶油耗数据分析统计等一系列问题。

关键词：航行参数船舶油耗远程监管

利用非参数核回归的船舶油耗预测与碳排放分析

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三明学院学报 2023年第3期40卷 34-44页

作者：张铄陈晓平福建师范大学数学与统计学院福建福州350117 福建理工大学计算机科学与数学学院福建福州350118

为了更精准预测船舶油耗,以某远航船舶午时报告油耗数据为例,将非参数核回归方法与船舶油耗相结合,构造预测模型。并基于标准化均方误差、平均绝对误差、决定系数与均方根误差4个性能指标,与Bagging回归、随机森林回归、支持向量机回归... 详细信息

为了更精准预测船舶油耗,以某远航船舶午时报告油耗数据为例,将非参数核回归方法与船舶油耗相结合,构造预测模型。并基于标准化均方误差、平均绝对误差、决定系数与均方根误差4个性能指标,与Bagging回归、随机森林回归、支持向量机回归、广义可加模型、梯度提升决策树模型进行对比,验证该方法的预测效果,据此进一步进行实证分析与碳排放分析,并对船舶减排措施进行探究。

关键词：船舶油耗碳排放非参数核回归

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基于大数据技术的船舶油耗监测系统设计

水运管理 2018年第9期40卷 34-36页

作者：谢云鹏董良雄施怡然江伟浙江海洋大学港航与交通运输工程学院浙江舟山316022 舟山万合船舶配件有限公司浙江舟山316022

为适应IMO关于船舶记录油耗数据的强制性要求,分析船舶油-机-环境系统的监测参数集,建立基于大数据技术的、具备船舶油耗数据分析能力的船舶油耗监测系统,使该系统可对船舶油耗信息进行收集、整合和挖掘,向有关部门提供优质的船舶油耗... 详细信息

为适应IMO关于船舶记录油耗数据的强制性要求,分析船舶油-机-环境系统的监测参数集,建立基于大数据技术的、具备船舶油耗数据分析能力的船舶油耗监测系统,使该系统可对船舶油耗信息进行收集、整合和挖掘,向有关部门提供优质的船舶油耗监测服务和实时的节能管理咨询服务。利用无线传感器采集数据监测船舶能耗并开发船舶能耗数据库,不仅为船舶运营管理提供参考依据,还有助于船舶所有人更直观地掌握船舶实时动态信息,更方便地调度和管理船舶。

关键词：大数据船舶油耗监测系统数据共享

基于半参数拟合下影响内河船舶油耗的通航环境因子分析

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基于半参数拟合下影响内河船舶油耗的通航环境因子分析