本書緊跟當前相關領域的發(fā)展前沿，以內河營運船舶為研究對象，整理并歸納了近幾年作者在內河船舶能效優(yōu)化相關領域的研究方法和科研成果。本書主要介紹了水路運輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀、船舶能效與排放控制概述，及船舶能效優(yōu)化方法的研究進展；探討了船舶能效影響因素及優(yōu)化方法，詳細介紹了船舶能效數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)需求分析、數(shù)據(jù)采集與存儲方案、船載系統(tǒng)與岸基平臺的設計；進一步介紹了船舶能效數(shù)據(jù)的清洗方法、特征分析、主成分分析和敏感性分析等；書中還介紹了船舶能效的建模方法，如白箱模型、黑箱模型和灰箱模型，并提出了航速優(yōu)化與航段劃分的優(yōu)化策略；討論了多目標船舶能效優(yōu)化方法，并分析了在通航環(huán)境下如何提高能效和降低運營成本；最后結合實船案例，展示作者團隊在內河船舶能效優(yōu)化應用方面的研究進展，進一步探討該領域未來的研究方向。
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國家重點研發(fā)計劃“水運港-船多能源融合技術及集成應用”
目錄
“交通安全科學與技術學術著作叢書”序
前言
第1章 概論 1
1.1 水路運輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 船舶能效與排放控制概述 4
1.2.1 船舶能效基本概念 4
1.2.2 船舶能效與排放控制法規(guī) 4
1.3 船舶能效優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀 12
1.3.1 航速優(yōu)化 14
1.3.2 航線優(yōu)化 29
1.3.3 船隊部署優(yōu)化 29
1.3.4 能效管理系統(tǒng) 31
1.4 本書涵蓋的內容 32
第2章 船舶能效影響因素與優(yōu)化方法 34
2.1 營運能效評價方法 34
2.1.1 單船能效評價指標 34
2.1.2 船隊營運能效評價指標 34
2.2 船舶能效影響因素分析 35
2.2.1 裝載量對船舶能效影響分析 37
2.2.2 通航環(huán)境對船舶能效影響分析 37
2.2.3 航線對船舶能效影響分析 38
2.2.4 航速對船舶能效影響分析 38
2.2.5 營運管理對船舶能效影響分析 39
2.3 船舶能效優(yōu)化方法分析 40
2.3.1 船舶航行優(yōu)化 40
2.3.2 船舶能耗系統(tǒng)優(yōu)化管理與控制 42
2.3.3 船隊營運能效監(jiān)測與管理 43
2.4 本章小結 45
第3章 船舶能效數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng) 46
3.1 船舶能效數(shù)據(jù)需求分析 46
3.2 數(shù)據(jù)采集與存儲方案 47
3.3 船載數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng) 47
3.3.1 系統(tǒng)架構與功能 47
3.3.2 數(shù)據(jù)采集設備 49
3.3.3 能效數(shù)據(jù)處理單元 61
3.3.4 軟件系統(tǒng)與控制臺 63
3.4 岸基能效數(shù)據(jù)分析平臺 64
3.4.1 數(shù)據(jù)分析架構與原理 65
3.4.2 數(shù)據(jù)分析平臺總體架構 66
3.4.3 集群的配置與部署 68
3.5 本章小結 69
第4章 船舶能效數(shù)據(jù)挖掘分析 71
4.1 能效數(shù)據(jù)清洗方法 71
4.1.1 異常值處理 72
4.1.2 缺失值處理 74
4.1.3 數(shù)據(jù)集成 74
4.1.4 數(shù)據(jù)變換 74
4.2 能效數(shù)據(jù)特征分析 75
4.2.1 通航環(huán)境數(shù)據(jù)分析 77
4.2.2 船舶營運能效水平分析 78
4.2.3 船舶能效系統(tǒng)狀態(tài)分析 79
4.3 能效數(shù)據(jù)主成分分析 83
4.3.1 主成分分析法 83
4.3.2 主成分分析結果 83
4.4 能效數(shù)據(jù)相關性分析 86
4.4.1 相關性分析方法 86
4.4.2 能效相關性分析結果 87
4.5 能效數(shù)據(jù)敏感性分析 88
4.6 本章小結 91
第5章 船舶能效建模方法 92
5.1 船舶能效白箱模型 92
5.1.1 船舶阻力模型 92
5.1.2 船-機-槳模型 95
5.1.3 船舶能效模型 97
5.1.4 船舶油耗預測模型 98
5.2 船舶能效黑箱模型 99
5.2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型 99
5.2.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的能效建模 100
5.3 船舶能效灰箱模型 104
5.3.1 基于灰箱模型理論的油耗預測模型 104
5.3.2 灰箱油耗優(yōu)化模型構建 104
5.4 本章小結 106
第6章 船舶能效優(yōu)化方法 107
6.1 通航環(huán)境分析 107
6.1.1 聚類分析算法 107
6.1.2 通航環(huán)境類別劃分 110
6.2 單目標船舶能效優(yōu)化 111
6.2.1 最小化總航行成本優(yōu)化模型 111
6.2.2 最小化船舶排放優(yōu)化模型 112
6.2.3 考慮碳稅費用的優(yōu)化模型 112
6.3 多目標船舶能效優(yōu)化 113
6.3.1 多目標優(yōu)化模型 113
6.3.2 帕累托最優(yōu)解集 114
6.3.3 權衡最優(yōu)解 114
6.4 本章小結 115
第7章 船舶能效優(yōu)化實例 116
7.1 優(yōu)化算法 116
7.1.1 粒子群優(yōu)化算法 116
7.1.2 人工魚群優(yōu)化算法 117
7.1.3 鯨魚優(yōu)化算法 119
7.2 船舶能效優(yōu)化方法 122
7.2.1 對象船舶參數(shù) 122
7.2.2 航速優(yōu)化結果 123
7.2.3 結果分析 124
7.3 靈敏度分析 126
7.3.1 最晚到港時間靈敏度分析 126
7.3.2 燃油價格靈敏度分析 128
7.3.3 租船價格靈敏度分析 129
7.3.4 免費碳排放額度靈敏度分析 130
7.3.5 碳稅稅率靈敏度分析 131
7.4 本章小結 133
第8章 船隊營運能效優(yōu)化管理 135
8.1 船隊營運能效數(shù)據(jù)分析 135
8.1.1 船隊營運能效分析方法 135
8.1.2 同航區(qū)不同船舶能效對比分析 136
8.1.3 同船舶不同航區(qū)能效對比分析 136
8.2 考慮多因素的船隊營運能效優(yōu)化模型與方法 137
8.2.1 考慮多因素的船隊營運能效優(yōu)化方法 137
8.2.2 考慮多因素的船隊營運能效模型 138
8.2.3 船隊營運能效非線性優(yōu)化模型 140
8.2.4 優(yōu)化模型求解 141
8.3 船隊營運能效優(yōu)化 141
8.3.1 船隊營運能效優(yōu)化結果 142
8.3.2 船隊營運能效優(yōu)化結果對比分析 144
8.3.3 敏感性分析 146
8.4 船隊營運能效綜合優(yōu)化方法 148
8.4.1 船隊營運能效綜合優(yōu)化問題與方法 148
8.4.2 船隊營運決策模型 151
8.4.3 船隊營運能效動態(tài)優(yōu)化模型 152
8.4.4 船隊營運能效動態(tài)優(yōu)化算法 154
8.5 船隊營運能效綜合優(yōu)化 156
8.5.1 船隊營運能效綜合優(yōu)化結果 157
8.5.2 船隊營運能效綜合優(yōu)化結果分析 160
8.6 本章小結 163
第9章 電力推進船舶能效優(yōu)化 164
9.1 柴電混合動力船舶能效優(yōu)化 164
9.1.1 研究對象 164
9.1.2 船舶能效建模與分析 165
9.1.3 船舶能效優(yōu)化 171
9.1.4 發(fā)電機組運行模式管理實例介紹 187
9.2 本章小結 193
第10章 總結與展望 194
10.1 總結 194
10.2 展望 195
參考文獻 197
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