船舶气象导航研究综述开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的和意义

一个国家的繁荣强盛与航海事业有着密不可分的关系，我们中国有着300多万平方公里面积的海域，我国国际贸易中的货物运输有90%来自海运，中国是名副其实的航海大国。1405年-1433年，中国航海家郑和率领船队七下西洋，前后到过三十个多个国家，在世界版图上留下了中国弥足珍贵的中国印记。2012年党的第十八次全国代表大会以来，习近平总书记多次在讲话中谈及海洋强国建设，重视海洋事业发展。党的十九大正式提出“一带一路”建设、长江经济带发展、京津冀协同发展等国家战略，以及建设交通强国、海洋强国等重要部署。中国的“海洋强国”内涵包含了海洋经济、海洋科技、海洋生态、海上力量四个维度。建设海洋强国，细化到每条船上，就是要使船舶朝着大型、高速、智能化、自动化的方向发展，在航行过程中使船舶的安全性和经济效益得到保证。然而，由于海上环境的瞬息万变，未知的气象灾害时常对船舶的安全航行造成威胁，为了避免事故的发生，船舶往往需要做出不期望的行动，造成大量经济损失。同时，航运业的迅速发展也为海洋生态环境保护带来了严峻考验，2007年全年有超过十万艘船舶在海上航行，二氧化碳排放量高达十亿吨，占全球排放量的3.1%，按照这个航运业发展趋势，2050年航运排放量大约增长50%-250%。^[20]为了保证船舶在远洋航行过程中的安全性和经济效益，减少温室气体的排放量，气象导航技术发挥了极其重要的作用。

所谓气象导航，就是根据船舶航行过程中的准确天气和海况预报以及船舶本身的性能、装载、船型、航行要求等要素，不断调整航向和航速,以求得相对安全、有利的航迹,在保证船舶安全航行的前提下使船舶各项经济指标达到最佳效果。用这种方法充分考虑浪、涌、风、流等因素，避开灾害性风浪区，在保证安全的前提下使航行时间最短，经济效益最大化。为换句话说,通过气象导航,不仅可以避免因大气和海洋的恶劣自然条件造成海损事故,为船员和旅客争取较为舒适的航海日程,而且可以合理地利用海洋水文气象条件,力求缩短航行时间、降低燃料消耗、减少货损和准确预报进港时间等,从而提高航运经济效率。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1基本内容

①基于离散优化的船舶气象导航研究：1957年提出的原始等时线法，james^[20]假定发动机功率保持不变，通过改变船舶航向来确定最短路径。这种方式人工计算可行，但被证明在计算机程序中会出现等时线环而不可行。为此，hagiwara和spaans^[21]发展了一种改进的等时程方法克服了原等时线方法的缺点，使其适合计算机编程，其被用于处理确定性最小燃料、成本路由和随机路由问题，该方法的一个缺点是在优化过程中假定船舶以恒定的螺旋桨转速航行，以获得最短的时间路线，这种假设可能生成未优化油耗的次优路线。在计算最小燃油路径时可能还存在另一个问题：该方法首先将螺旋桨转速保持在恒定的范围内，提供了一种以最小油耗为目标的航路，然后应用改进的等时线法确定最小通过时间。通过改变螺旋桨转速，这种方法能够求出最小通过时间满足指定到达时间的螺旋桨转速。这个最小的时间路线一般被看作是最小油耗的路线。因此，这条路线的燃料消耗本身并不是最小的。为了适应复杂动态的气象环境与可调控的发动机功率，lin^[22]提出了三维的修正等时线法，该算法采用浮动网格系统，并选择了前向递归的技术，这种方法能确定最短航时航线、最少燃耗航线与最轻微船舶运动响应，之后，fang^[27]在此基础上提出两种路径优化方案来优化航时与燃耗。除此以外，还有迪杰斯特拉算法等。

3. 研究计划与安排

3月15日前，根据指导老师下达的毕业设计任务书，收集文献；

3月31日前，阅读资料，进行资料分析，完成开题报告撰写、外文翻译；

4月30日前，完成毕业论文初稿撰写，交付指导老师等待修改意见；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 周照. 基于进化算法的船舶气象航线优化[d].兰州：兰州大学, 2019.

[2] 李鹏飞. 多目标船舶气象航线优化算法的研究与仿真[d]. 吉林：吉林大学, 2019.

[3] 耿旭. 基于气象要素的船舶精细化航迹规划的方法研究[d]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学, 2018.