1.1目的及意义

作为当今四大国际问题之一，能源问题是最贴近民生也是最迫在眉睫的问题。随着两次工业革命兴起，那些被人们普遍使用的不可再生资源（如煤，石油，天然气等）日进枯竭。2015年EIA（美国能源信息署）曾根据全世界的能源使用情况对能源消耗进行预测，指出3年后（即2018年）全球能源消耗量会高达129.89亿吨油当量，而在第67版《BP世界能源统计年鉴（2018年）》的数据表明，在2017年全球能源消耗量就已经达到135亿吨油当量，且每年的增长率很难低于百分之三。可见，能源问题比人们想象中的还要严重的多。无论是从我国国情考虑，还是从国际环境的角度出发，解决能源短缺都是当今最重要的课题之一。

目前解决能源问题的途径主要有两个：研发新的能源形势和提高现有能源的利用率。与后者相比，前者的开发成本较高，周期较长，难度较大，不能立刻具备市场竞争力，因此人们一般从提高能效的角度着手解决问题。而航运业若是想要可持续化，节能环保化发展，就需要解决如何在不影响经济效益的境况下提高船舶能源利用率。基于航速优化的船舶能效提升研究，就是其中的课题之一。这一问题的解决不仅会减少船舶的无效能耗、增加经济效益、较少温室气体排放，还会利于航运业自身科学化、系统化发展。

1.2国内外研究现状分析

如果“基于航速优化的船舶能效提升研究”的技术成熟，将会使航运业在能源、环保、经济、市场方面都会有不小的突破。国外在该方向起步较早，很多与此研究相关的技术趋于成熟，且船舶的结构设计、经营规划与航速优化相结合的研究于2000年开始逐渐增多。如Krishnamoorthi等人对混合燃料（柴油–植物油-乙醚）压缩点火发动机运用“实验数据分析和人工神经网络（ANN）建模相结合”的理论，提出了如何调整该发动机部分功能的方法，其中包括如何使发动机排放最小化时使发动机性能最大化[1]；Bal Be#351;ik#231;i等人应用Fuzzy-AHP（模糊层次分析法）在运营的角度为决策者（船舶主人，运营公司和船东）提供基本决策数据，以便决策者们能更加精确的提出关于船舶运营方面的实施方案[2]；Chi等人设计了一种新的软件体系结构，可以从包括AIS（船舶自动识别系统）在内的多个来源收集实时数据，并且提出了一种用于快速计算船舶实时能效的新方法，该方法不需要任何手动输入信息，并且可以在岸上远程完成[3]。

而国内学者也在航速优化[4~14]与提升船舶能效[4,6,8,13,15]等方面做着不懈努力，如杨国豪等人在采用模糊评判的数学建模方法对船舶能耗进行评估,并使用二级指标的权重向量对结果进行纠正[15]；赵乾博在MATLAB/Simulink平台上搭建了模块化船舶油耗仿真系统等模型，同时基于M语言编程实现船舶参数快速切换，以实现船舶在不同通航环境下，以单航次收益增加量为多为目的，提出各航段的航速优化方案[4]；王胜正等人提出了交替稀疏自编码（ASAE）模型，以用来预测海洋气候环境对船舶航速优化的影响[5]；马冉祺等人针对固定航线做出的指定船舶的油耗模型，数据误差小于百分之零点九，并能给各个航段的航速优化建议，减少约百分之一点九的油耗[6]。

基于航速优化的能效提升研究，就是要掌握基于航速优化的能效提升原理，在实际数据的支持下建立相关条件的动态模型，从而提出船舶经济航速。该研究在原理理论研究方面国内已然成熟，但在实际运营、信息采集、系统管理等方面由于国外相比还是稍有差距，但这不妨碍我们取长补短，共同进步，早日完善相关课题的研究。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

本文主要以“凯娅号”为研究对象，通过分析通航环境与柴油主机能耗之间的动态关系，利用模糊逻辑理论建立通航环境与主机能耗之间的动态模型，通过分析求解得出船舶经济航速。论文主要研究内容如下：

（1） 分析基于航速优化的能效提升原理；