本书紧跟当前相关领域的发展前沿，以内河营运船舶为研究对象，整理并归纳了近几年作者在内河船舶能效优化相关领域的研究方法和科研成果。本书主要介绍了水路运输的发展现状、船舶能效与排放控制概述，及船舶能效优化方法的研究进展；探讨了船舶能效影响因素及优化方法，详细介绍了船舶能效数据采集与管理系统，包括数据需求分析、数据采集与存储方案、船载系统与岸基平台的设计；进一步介绍了船舶能效数据的清洗方法、特征分析、主成分分析和敏感性分析等；书中还介绍了船舶能效的建模方法，如白箱模型、黑箱模型和灰箱模型，并提出了航速优化与航段划分的优化策略；讨论了多目标船舶能效优化方法，并分析了在通航环境下如何提高能效和降低运营成本；最后结合实船案例，展示作者团队在内河船舶能效优化应用方面的研究进展，进一步探讨该领域未来的研究方向。
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国家重点研发计划“水运港-船多能源融合技术及集成应用”
目录
“交通安全科学与技术学术著作丛书”序
前言
第1章 概论 1
1.1 水路运输的发展现状 1
1.2 船舶能效与排放控制概述 4
1.2.1 船舶能效基本概念 4
1.2.2 船舶能效与排放控制法规 4
1.3 船舶能效优化方法研究现状 12
1.3.1 航速优化 14
1.3.2 航线优化 29
1.3.3 船队部署优化 29
1.3.4 能效管理系统 31
1.4 本书涵盖的内容 32
第2章 船舶能效影响因素与优化方法 34
2.1 营运能效评价方法 34
2.1.1 单船能效评价指标 34
2.1.2 船队营运能效评价指标 34
2.2 船舶能效影响因素分析 35
2.2.1 装载量对船舶能效影响分析 37
2.2.2 通航环境对船舶能效影响分析 37
2.2.3 航线对船舶能效影响分析 38
2.2.4 航速对船舶能效影响分析 38
2.2.5 营运管理对船舶能效影响分析 39
2.3 船舶能效优化方法分析 40
2.3.1 船舶航行优化 40
2.3.2 船舶能耗系统优化管理与控制 42
2.3.3 船队营运能效监测与管理 43
2.4 本章小结 45
第3章 船舶能效数据采集与管理系统 46
3.1 船舶能效数据需求分析 46
3.2 数据采集与存储方案 47
3.3 船载数据采集与管理系统 47
3.3.1 系统架构与功能 47
3.3.2 数据采集设备 49
3.3.3 能效数据处理单元 61
3.3.4 软件系统与控制台 63
3.4 岸基能效数据分析平台 64
3.4.1 数据分析架构与原理 65
3.4.2 数据分析平台总体架构 66
3.4.3 集群的配置与部署 68
3.5 本章小结 69
第4章 船舶能效数据挖掘分析 71
4.1 能效数据清洗方法 71
4.1.1 异常值处理 72
4.1.2 缺失值处理 74
4.1.3 数据集成 74
4.1.4 数据变换 74
4.2 能效数据特征分析 75
4.2.1 通航环境数据分析 77
4.2.2 船舶营运能效水平分析 78
4.2.3 船舶能效系统状态分析 79
4.3 能效数据主成分分析 83
4.3.1 主成分分析法 83
4.3.2 主成分分析结果 83
4.4 能效数据相关性分析 86
4.4.1 相关性分析方法 86
4.4.2 能效相关性分析结果 87
4.5 能效数据敏感性分析 88
4.6 本章小结 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-机-桨模型 95
5.1.3 船舶能效模型 97
5.1.4 船舶油耗预测模型 98
5.2 船舶能效黑箱模型 99
5.2.1 BP神经网络模型 99
5.2.2 基于BP神经网络的能效建模 100
5.3 船舶能效灰箱模型 104
5.3.1 基于灰箱模型理论的油耗预测模型 104
5.3.2 灰箱油耗优化模型构建 104
5.4 本章小结 106
第6章 船舶能效优化方法 107
6.1 通航环境分析 107
6.1.1 聚类分析算法 107
6.1.2 通航环境类别划分 110
6.2 单目标船舶能效优化 111
6.2.1 最小化总航行成本优化模型 111
6.2.2 最小化船舶排放优化模型 112
6.2.3 考虑碳税费用的优化模型 112
6.3 多目标船舶能效优化 113
6.3.1 多目标优化模型 113
6.3.2 帕累托最优解集 114
6.3.3 权衡最优解 114
6.4 本章小结 115
第7章 船舶能效优化实例 116
7.1 优化算法 116
7.1.1 粒子群优化算法 116
7.1.2 人工鱼群优化算法 117
7.1.3 鲸鱼优化算法 119
7.2 船舶能效优化方法 122
7.2.1 对象船舶参数 122
7.2.2 航速优化结果 123
7.2.3 结果分析 124
7.3 灵敏度分析 126
7.3.1 最晚到港时间灵敏度分析 126
7.3.2 燃油价格灵敏度分析 128
7.3.3 租船价格灵敏度分析 129
7.3.4 免费碳排放额度灵敏度分析 130
7.3.5 碳税税率灵敏度分析 131
7.4 本章小结 133
第8章 船队营运能效优化管理 135
8.1 船队营运能效数据分析 135
8.1.1 船队营运能效分析方法 135
8.1.2 同航区不同船舶能效对比分析 136
8.1.3 同船舶不同航区能效对比分析 136
8.2 考虑多因素的船队营运能效优化模型与方法 137
8.2.1 考虑多因素的船队营运能效优化方法 137
8.2.2 考虑多因素的船队营运能效模型 138
8.2.3 船队营运能效非线性优化模型 140
8.2.4 优化模型求解 141
8.3 船队营运能效优化 141
8.3.1 船队营运能效优化结果 142
8.3.2 船队营运能效优化结果对比分析 144
8.3.3 敏感性分析 146
8.4 船队营运能效综合优化方法 148
8.4.1 船队营运能效综合优化问题与方法 148
8.4.2 船队营运决策模型 151
8.4.3 船队营运能效动态优化模型 152
8.4.4 船队营运能效动态优化算法 154
8.5 船队营运能效综合优化 156
8.5.1 船队营运能效综合优化结果 157
8.5.2 船队营运能效综合优化结果分析 160
8.6 本章小结 163
第9章 电力推进船舶能效优化 164
9.1 柴电混合动力船舶能效优化 164
9.1.1 研究对象 164
9.1.2 船舶能效建模与分析 165
9.1.3 船舶能效优化 171
9.1.4 发电机组运行模式管理实例介绍 187
9.2 本章小结 193
第10章 总结与展望 194
10.1 总结 194
10.2 展望 195
参考文献 197
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