用于確定用于船只的路線的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定用于船只的路線的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。該方法包括定義船只的一個(gè)或多個(gè)性能變量和影響性能變量的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的步驟。獲得在船只的操作期間來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果和船只操作的信息并產(chǎn)生動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合。通過(guò)定義性能變量與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只的性能的模型。選擇要在模型中優(yōu)化的所述性能變量中的一個(gè)或多個(gè)以用于確定用于船只的路線。通過(guò)將新的測(cè)量結(jié)果用于產(chǎn)生要在模型中使用的新的輸入?yún)?shù)的集合并使用其值取決于路線的一個(gè)或多個(gè)所選性能變量而針對(duì)船只性能來(lái)計(jì)算模擬結(jié)果。找到對(duì)于其而言船只性能的模擬結(jié)果滿(mǎn)足針對(duì)所選性能變量設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路線。連同接收新輸入數(shù)據(jù)連續(xù)地更新該優(yōu)化結(jié)果以用于確定與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)具有更好符合性的路線。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行此類(lèi)方法的系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于確定用于船只的路線的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于用于船只的路線的優(yōu)化的方法和系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)程序。

【背景技術(shù)】
[0002]在遠(yuǎn)洋船中，使用例如油或有時(shí)天然氣之類(lèi)的燃料作為能源并使用柴油引擎作為主引擎。在大型海船中，可存在使船的發(fā)電機(jī)或主推機(jī)器旋轉(zhuǎn)的若干柴油引擎。燃料在港中或在航行期間通過(guò)燃料車(chē)(fuel tanker)輸送給海船。還可能存在可用的不同種類(lèi)的燃料和并行地且同時(shí)地驅(qū)動(dòng)的若干柴油引擎。
[0003]功率產(chǎn)生和推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)是用于連續(xù)調(diào)整、控制和監(jiān)視以便實(shí)現(xiàn)最佳效率的目標(biāo)。功率控制是船只的控制系統(tǒng)的基本部分。同樣地，控制推進(jìn)系統(tǒng)以通過(guò)使用可用電和/或初級(jí)能量(primary energy)來(lái)產(chǎn)生所需功率。然而,在實(shí)踐中，能量的充足性不如設(shè)備及其控制系統(tǒng)的效率那么關(guān)鍵。
[0004]通過(guò)控制船上的單獨(dú)設(shè)備的功率，可以高效地且經(jīng)濟(jì)地消耗能量。這例如適用于單獨(dú)推進(jìn)單元、泵送設(shè)備、照明和加熱設(shè)備及其他輔助設(shè)備。
[0005]很多因素影響海船的總能量效率且應(yīng)在船只的動(dòng)力設(shè)備的優(yōu)化和配置、燃料類(lèi)型的選擇、船只的調(diào)平和橫傾及規(guī)劃的路線中考慮在內(nèi)。
[0006]用于路線優(yōu)化的當(dāng)前解決方案通?；诤?jiǎn)單的船體和風(fēng)組模型。
[0007]由美國(guó)專(zhuān)利7，774，107提出了一種更高級(jí)的解決方案，其提出了一種用于借助于導(dǎo)航控制方法來(lái)引導(dǎo)例如船只的移動(dòng)平臺(tái)的方法和一種用于沿著路線模擬比如天氣預(yù)報(bào)的預(yù)測(cè)條件使得可以將遭遇的可能條件考慮在內(nèi)的方法。
[0008]日本專(zhuān)利文獻(xiàn)62279195的解決方案涉及由根據(jù)天氣、海洋天氣、海圖信息和推進(jìn)性能來(lái)規(guī)劃獲得最大能量節(jié)省的航線的導(dǎo)航程序控制設(shè)備來(lái)將操舵控制和主引擎控制集成。
[0009]WO公開(kāi)2008/096376提出了一種依賴(lài)于預(yù)定能量使用模型和接收的環(huán)境條件的路線選擇方法。
[0010]本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)用于路線優(yōu)化的多功能和多目的方法。
[0011]在本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)在申請(qǐng)正文中使用以下術(shù)語(yǔ)調(diào)平(TRM):縱向(俯仰)方向上的船只的浮動(dòng)傾度，即船只的船頭和船尾的下沉之間的差。
[0012]橫傾(LIST):橫向(滾轉(zhuǎn))方向上的船只的浮動(dòng)傾度。
[0013]吃水深度(DRAFT ):船只的船身中部下沉。
[0014]浮動(dòng)位置(FLOATING POSIT1N):調(diào)平、吃水深度或橫傾或調(diào)平、吃水深度和橫傾的任何組合。浮動(dòng)位置影響船只的排量(displacement)、濕表面和水阻力。
[0015]動(dòng)力設(shè)備配置(POWER PLANT CONFI⑶RAT1N):不同功率發(fā)生和消耗設(shè)備(例如柴油發(fā)電機(jī)、軸發(fā)電機(jī)、廢熱回收系統(tǒng)等)之間的負(fù)載的共享/分配。
[0016]最優(yōu)動(dòng)力設(shè)備配置(OPTIMAL POWER PLANT CONFI⑶RAT1N):履行諸如燃料消耗、排放等優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的不同功率發(fā)生和消耗設(shè)備之間的負(fù)載的分配。
[0017]船只行為/船只性能(SHIP BEHAV1UR/SHIP PERFORMANCE):描述船只的實(shí)際功能，包括例如船只的移動(dòng)、能量消耗、燃料消耗以及排放。
[0018]船只操作(SHIP OPERAT1N):描述了船只的機(jī)動(dòng)和操舵及控制動(dòng)作以便驅(qū)動(dòng)引擎和電氣設(shè)備并使船只移動(dòng)。
[0019]船(VESSEL)與船只(SHIP)以同義詞方式使用
海洋狀況(SEA STATE):由浪高、波浪周期、波浪方向、涌浪、風(fēng)致波浪(wind-1nducedwave)等確定的海洋狀況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]用于船只路線的確定的本發(fā)明的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法包括定義船只的一個(gè)或多個(gè)性能變量和影響該性能變量的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的步驟。獲得在船只的操作期間來(lái)自傳感器的船只操作信息和測(cè)量結(jié)果并產(chǎn)生動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合。通過(guò)定義性能變量與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只的性能的模型。選擇要在模型中優(yōu)化的所述性能變量中的一個(gè)或多個(gè)以用于確定用于船只的路線。通過(guò)將新的測(cè)量結(jié)果用于產(chǎn)生要在模型中使用的新的輸入?yún)?shù)的集合并使用其值取決于路線的一個(gè)或多個(gè)所選性能變量而針對(duì)船只性能來(lái)計(jì)算模擬結(jié)果。找到對(duì)于其而言船只性能的模擬結(jié)果滿(mǎn)足針對(duì)所選性能變量設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路線。連同接收新輸入數(shù)據(jù)連續(xù)地更新該優(yōu)化結(jié)果以用于確定與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)具有更好符合性的路線。
[0021]用于路線優(yōu)化的船只中的本發(fā)明的系統(tǒng)包括處理器單元，其具有通過(guò)定義性能變量與影響性能變量的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系來(lái)模擬船只的性能的模型。該模型具有用于在船只的操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果和船只操作信息且用于連同接收新的輸入數(shù)據(jù)連續(xù)地更新模擬結(jié)果以便找到與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)具有更好符合性的路線的裝置。也包括在系統(tǒng)中的計(jì)算單元具有用于相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)所選性能變量來(lái)優(yōu)化不同路線的裝置。此外，計(jì)算單元具有用于確定路線的裝置，該路線的模擬結(jié)果針對(duì)期望的性能變量被優(yōu)化。該系統(tǒng)還包括具有用于向模型發(fā)送描述測(cè)量結(jié)果的信號(hào)的裝置的傳感器。
[0022]本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在船只中的處理器單元中運(yùn)行，由模擬船只性能的模型組成。該模型定義關(guān)于船只性能的變量與呈現(xiàn)所述變量所依賴(lài)的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的參數(shù)之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品執(zhí)行步驟:在船只的操作期間從傳感器獲得船只操作信息和測(cè)量結(jié)果以用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合，選擇要在模型中優(yōu)化以用于確定用于船只的路線的所述性能變量中的一個(gè)或多個(gè)，計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果，由此，要在計(jì)算中使用的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)基于新的測(cè)量結(jié)果且所述一個(gè)或多個(gè)所選性能變量基于不同的路線，找到對(duì)于其而言船只性能的模擬結(jié)果滿(mǎn)足針對(duì)所選性能變量設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路線，并且連同接收新的輸入數(shù)據(jù)連續(xù)地更新模擬結(jié)果以便找到與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)具有更好符合性的路線。
[0023]計(jì)算單元和模型的功能被處理單元通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)程序或多個(gè)程序處理。在一個(gè)實(shí)施例中，由兩個(gè)程序來(lái)執(zhí)行方法步驟，由此，由一個(gè)程序來(lái)執(zhí)行模擬并由另一程序來(lái)執(zhí)行優(yōu)化。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具有從屬權(quán)利要求的特性。
[0025]優(yōu)選地由于已更新模擬結(jié)果而更新路線。該方法可能涉及到一步驟，其中，基于滿(mǎn)足用于所選性能變量的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的模擬結(jié)果來(lái)定義若干路線候選，由此，通過(guò)選擇路線候選中的一個(gè)來(lái)執(zhí)行所執(zhí)行路線的確定。在實(shí)踐中，所確定的所選路線使用于至少一個(gè)所選性能變量、諸如燃料或能量消耗的值最小化。
[0026]本發(fā)明使得可能基于模型而且還基于某些限制對(duì)每個(gè)時(shí)刻執(zhí)行導(dǎo)致優(yōu)化解決方案的此類(lèi)控制動(dòng)作(針對(duì)例如速度或方向)。本發(fā)明的方法給出控制動(dòng)作和路線兩者。然后可以在其后或同時(shí)地優(yōu)化不同過(guò)程的定時(shí)，例如水生產(chǎn)等。
[0027]優(yōu)化系統(tǒng)使用船只模型(或船模)，其基于用于借助于傳感器信號(hào)來(lái)獲得動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的數(shù)據(jù)的滿(mǎn)標(biāo)度船上測(cè)量?？梢允褂脺y(cè)量系統(tǒng)來(lái)提供輸入?？梢允褂媚軌虿蹲叫阅茏兞俊⒅T如船只推進(jìn)功率消耗與輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系的自學(xué)算法基于以上測(cè)量的船上數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練模型。
[0028]在某些實(shí)施例中，在訓(xùn)練時(shí)段期間且在操作時(shí)段期間基于多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)改變變量和參數(shù)以及它們的關(guān)系。所述變化和所述訓(xùn)練時(shí)段與所述操作時(shí)段之間的過(guò)渡是在有或沒(méi)有人的交互的情況下由所實(shí)現(xiàn)的方法確定的。
[0029]本發(fā)明提供了一種通過(guò)使用基于被用作輸入的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的船模來(lái)找到優(yōu)化所選標(biāo)準(zhǔn)的起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的最佳路線的方式。這樣，與傳統(tǒng)方法所做的相比，可以相對(duì)于滿(mǎn)足性能標(biāo)準(zhǔn)而更好地且更準(zhǔn)確地確定用于船只的路線。
[0030]當(dāng)計(jì)算最佳路線時(shí)，模型將使船移動(dòng)所需的能量以及輔助能量消耗考慮在內(nèi)，兩者都取決于外部操作條件且因此還有所選的路線。影響船只性能的操作條件被以更多變的方式考慮在內(nèi)，諸如船上的輔助設(shè)備的能量消耗的因素。所選路線及所需推進(jìn)和輔助功率確定可以用來(lái)產(chǎn)生淡水(fresh water)和蒸汽的廢熱的量。可以預(yù)測(cè)航行期間的廢熱量并相對(duì)于計(jì)算用以產(chǎn)生蒸汽、淡水等的最佳時(shí)間而優(yōu)化廢熱的回收。因此如果期望的話，提出的優(yōu)化系統(tǒng)還可以?xún)?yōu)化蒸汽和淡水產(chǎn)生以及使用廢熱來(lái)使用熱(或從熱能產(chǎn)生的電能)的其他過(guò)程，使得這些不需要用單獨(dú)的燃油燃燒器或電來(lái)產(chǎn)生。
[0031]在本發(fā)明中使用的模型優(yōu)化燃料消耗、能量消耗和/或在規(guī)劃路線時(shí)的材料流程的后勤(logistics)。用于優(yōu)化的其他標(biāo)準(zhǔn)可能是速度、時(shí)間、距離以及船只運(yùn)動(dòng)。
[0032]根據(jù)組成要饋送到模型中的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的大量數(shù)據(jù)來(lái)規(guī)劃燃料消耗、船只運(yùn)動(dòng)和航行，動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)諸如船只特性、天氣和海洋條件、天氣數(shù)據(jù)、海流、海洋深度、海面狀況、環(huán)境溫度、海水溫度、空氣濕度、日間時(shí)和/或操作條件，諸如船只運(yùn)動(dòng)、浮動(dòng)位置、負(fù)載條件、調(diào)平、推進(jìn)系統(tǒng)、船只的速度、燃料成本、效率曲線、排放值和/或操作模式。
[0033]本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)使用滿(mǎn)標(biāo)度模型來(lái)優(yōu)化船或船只的航行路線，其 (i )基于實(shí)際滿(mǎn)標(biāo)度操作數(shù)據(jù)(實(shí)際測(cè)量)
(?)隨著船只的技術(shù)條件改變而調(diào)整其本身(例如在推進(jìn)器改變時(shí)或者當(dāng)發(fā)生某個(gè)其他此類(lèi)維護(hù)動(dòng)作時(shí))發(fā)生或由于保養(yǎng)等而存在中斷)
(iii)包括用于推進(jìn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模型(移動(dòng)船只)以及例如相對(duì)于操作條件的主要輔助消耗設(shè)備
(iv)包括作為能量產(chǎn)生的函數(shù)的用于燃料消耗的預(yù)測(cè)模型在下文中，通過(guò)借助于附圖的某些詳細(xì)實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，本發(fā)明不限于實(shí)施例。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1以框圖形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例。
[0035]圖2呈現(xiàn)了本發(fā)明的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1以框圖形式呈現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例。其圖示出根據(jù)本發(fā)明的船只性能的模型的創(chuàng)建和如何在模型的創(chuàng)建中考慮船上條件。意圖是找到控制動(dòng)作，諸如速度和航線的序列，其導(dǎo)致最佳地滿(mǎn)足針對(duì)船只性能設(shè)定的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的從起點(diǎn)A至終點(diǎn)B的用于船只的路線。
[0037]該路線必須在某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，諸如在公差內(nèi)要滿(mǎn)足的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。該路線還可能具有關(guān)于例如水深排放的不同限制以及相對(duì)于例如用于途中的點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間和時(shí)間窗進(jìn)行定義的時(shí)間調(diào)度，諸如航道的使用(其必須被預(yù)先預(yù)留)等?？梢源嬖诓煌膬?yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，由此還通過(guò)優(yōu)化而提出不同的路線。
[0038]模擬模型被用于路線確定，該模型模擬船只的性能并描述不同的外部條件下的能量消耗、燃料消耗、船只運(yùn)動(dòng)以及船只操作等。因此，該模型定義操作期間的與船只有關(guān)的變量(諸如能量負(fù)載和能量分配)與呈現(xiàn)所述變量所取決于的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的參數(shù)之間的關(guān)系。
[0039]通過(guò)使用呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)、限制和優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的所述參數(shù)，找到最佳地滿(mǎn)足優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)路線。除優(yōu)化路線之外，在本發(fā)明的方法中可以獲得即時(shí)目標(biāo)速度、推進(jìn)器的操作速度和船只的航線，由此，船長(zhǎng)能夠操作船只。
[0040]可以在航行期間更新路線，并且可以連同用來(lái)獲得新的模擬結(jié)果的新輸入數(shù)據(jù)參數(shù)建議替代路線。
[0041]圖1的框圖圖示出在模擬結(jié)果的更新中和優(yōu)化中考慮的輸入數(shù)據(jù)。附圖由表示機(jī)器、傳感器、控制和管理單元以及數(shù)據(jù)處理單元的方框組成。來(lái)自方框的箭頭描述方框的輸出且到方框的箭頭描述方框的輸入。
[0042]參考數(shù)字2、3和4:能量消耗的輸入
船只中的能量消耗設(shè)備是與推進(jìn)能量有關(guān)的那些，其職責(zé)是將船只從出發(fā)港口移動(dòng)并引導(dǎo)至目的港。其他能量消耗設(shè)備部分地獨(dú)立于船只的移動(dòng)，諸如用于照明和泵送的輔助設(shè)備、用于生產(chǎn)和處理干凈水的裝置、廢水處理、蒸汽產(chǎn)生、用于船上廚房過(guò)程的設(shè)備、HVAC(供暖、通風(fēng)和空調(diào))等。
[0043]例如與船只的能量消耗有關(guān)的若干變量和參數(shù)在船只的實(shí)際操作中以及船上的不同引擎和輔助設(shè)備上的能量負(fù)載的分配中被考慮在內(nèi)。
[0044]能量消耗不僅由不同設(shè)備的共同作用確定，而且還受到諸如天氣和海流、波浪、海洋深度之類(lèi)的船只操作期間的外部條件以及受到操作參數(shù)的影響，該操作參數(shù)諸如速度、排放目標(biāo)、操作小時(shí)以及操作模式，比如港中的行駛、公海行駛或機(jī)動(dòng)行駛，其具有不同種類(lèi)的需要。
[0045]發(fā)電/電氣系統(tǒng)單元2針對(duì)船只的需要產(chǎn)生所需功率，并產(chǎn)生用于推進(jìn)器的推進(jìn)功率。因此，發(fā)電/電氣系統(tǒng)單元向推進(jìn)單元3并且向用符號(hào)表示為輔助單元4的所有功率消耗設(shè)備供應(yīng)能量。
[0046]在創(chuàng)建用于船只性能的模擬模型中，來(lái)自發(fā)電/電氣系統(tǒng)單元2的信息將被傳輸?shù)教幚砥鲉卧狪用于創(chuàng)建模型以獲得從負(fù)載點(diǎn)到可用功率的所有基本數(shù)據(jù)以便找到用于系統(tǒng)上的正確能量平衡的模型。例如，決定發(fā)電機(jī)的數(shù)目以在模擬模型中盡可能高效地產(chǎn)生所需功率。
[0047]參考數(shù)字7:路線信息的輸入
路線信息7、諸如港口數(shù)據(jù)給出關(guān)于從起點(diǎn)至目的地的港口和這些點(diǎn)之間的任何中間點(diǎn)的可用信息。可以計(jì)算考慮輸入數(shù)據(jù)和海船在從起點(diǎn)至終點(diǎn)的航行期間將面對(duì)的外力的路線規(guī)劃以及用于在船只的當(dāng)前操作中要使用的能量消耗的估計(jì)。此信息并不是模擬所需的而是在優(yōu)化中使用的，其中需要時(shí)間調(diào)度和航線點(diǎn)的信息。
[0048]參考數(shù)字8:海洋測(cè)量和預(yù)報(bào)的信息的輸入
在模型中還將海洋測(cè)量和預(yù)報(bào)的信息8考慮在內(nèi)，諸如天氣預(yù)報(bào)、實(shí)際天氣信息、海面狀況(例如波浪)、環(huán)境溫度、海水溫度、空氣濕度、海流數(shù)據(jù)、海洋深度和日間時(shí)以及給出地形數(shù)據(jù)的電子海圖14。
[0049]參考數(shù)字9:速度數(shù)據(jù)的輸入
在模型9的創(chuàng)建和模擬中將速度數(shù)據(jù)考慮在內(nèi)。
[0050]參考數(shù)字11:操作模式的輸入
操作模式11由定義海船根據(jù)其進(jìn)行操作的特定細(xì)節(jié)的數(shù)據(jù)和指令組成，例如公海模式或港口模式，如果這些能夠預(yù)先預(yù)測(cè)的話。
[0051]參考數(shù)字15:船只運(yùn)動(dòng)的輸入
船只運(yùn)動(dòng)是操作條件13的示例但在這里具有自己的參考數(shù)字。
[0052]參考數(shù)字13:其他操作條件的輸入
其他操作條件13包括浮動(dòng)位置(例如調(diào)平、橫傾和吃水深度)以及推進(jìn)系統(tǒng)信息。
[0053]參考數(shù)字12:其他操作小時(shí)的輸入
操作小時(shí)12定義不同操作模式的持續(xù)時(shí)間及它們的序列，并且還可以在初始模型中使用。
[0054]參考數(shù)字10:燃料成本的輸入
燃料成本10給出要使用的燃料類(lèi)型和過(guò)程。
[0055]參考數(shù)字6:燃料質(zhì)量的輸入
燃料/燃料質(zhì)量單元6具有對(duì)例如排放有影響的可用燃料及它們的特性的信息。
[0056]參考數(shù)字5:來(lái)自引擎的輸入
此外，模擬模型I可以具有來(lái)自引擎5的輸入，該輸入由實(shí)際速度/功率值組成，其在航行期間將改變?nèi)舾纱?，例如?dāng)船只改變航線或進(jìn)入淺水中或海流改變時(shí)。每單位功率是船只速度的函數(shù)。來(lái)自引擎5的輸入還由排放信息組成，由此，引擎的排放被輸入到模型，以便將排放與由規(guī)則或管理機(jī)構(gòu)設(shè)定的排放目標(biāo)相比較，并將排放的量限制在目標(biāo)值以下。
[0057]處理器I
用于模擬船只性能的單元I 用于優(yōu)化的單元2。
[0058]在此圖中由兩個(gè)單獨(dú)計(jì)算單元來(lái)處理模擬和優(yōu)化的功能，但是其也可以由一個(gè)單元處理。
[0059]用于模擬模型的輸入由在船只的操作期間來(lái)自船上傳感器的信號(hào)連續(xù)地給出以用于獲得以上輸入信息。該信號(hào)直接地被處理器單元I接收，其創(chuàng)建并更新模型且處理輸入數(shù)據(jù)。
[0060]所獲得的信號(hào)表示在船只的操作期間連續(xù)地從傳感器獲得的測(cè)量結(jié)果，并被用于產(chǎn)生將在用于路線優(yōu)化的更新中使用的新的動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)的集合。然后通過(guò)在模擬模型中使用所述產(chǎn)生的新輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算用于船只性能的優(yōu)化模擬結(jié)果，借助于此，如果結(jié)果與先前結(jié)果相比與設(shè)定優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)更好地符合，則更新路線。
[0061]如果期望的話，可以通過(guò)重新定義性能變量與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系連同通過(guò)在其中使用學(xué)習(xí)算法來(lái)獲得新信息來(lái)改進(jìn)該模型本身，所述學(xué)習(xí)算法能夠連續(xù)遞歸地或基于分批地重新定義與功率消耗、船上能量消耗設(shè)備的能量平衡、燃料/功率消耗和/或船只運(yùn)動(dòng)有關(guān)的變量與變量所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系，該動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是在船只的操作期間作為來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果而獲得的。這樣，模型改進(jìn)其本身(即是自動(dòng)改進(jìn)或自學(xué)習(xí)的。在遞歸方法中，僅用新數(shù)據(jù)來(lái)更新舊模型，并且在基于分批的方法中，每次僅僅再次訓(xùn)練模型且其包括舊數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)兩者。
[0062]通過(guò)使用如由傳感器給出的新測(cè)量結(jié)果輸入數(shù)據(jù)而在路線優(yōu)化中考慮所述新輸入數(shù)據(jù)，并且其包括之前所使用的相同種類(lèi)的輸入數(shù)據(jù)，即海洋信息8和路線數(shù)據(jù)7、港口數(shù)據(jù)、船只速度9、船只操作模式10、關(guān)于操作時(shí)間11、燃料成本10、操作條件13的信息和/或功率/速度信息以及來(lái)自引擎5的排放。當(dāng)然，某些輸入數(shù)據(jù)可能未改變。該模型可根據(jù)情況和實(shí)際條件而具有除這里提到的之外的其他輸入。在某些實(shí)施例中，可能并非提到的所有這些輸入在模型中都使用。所有變化都屬于本發(fā)明的范圍。
[0063]所創(chuàng)建的模型被用于相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化性能變量的路線確定。這在圖2中更詳細(xì)地呈現(xiàn)。
[0064]圖2以流程圖的形式呈現(xiàn)本發(fā)明。
[0065]本發(fā)明利用描述船只性能的模擬模型來(lái)確定相對(duì)于給定性能變量被優(yōu)化的路線。
[0066]必須找到在定義限制內(nèi)使給定標(biāo)準(zhǔn)最小化的路線?？梢圆粌H為船只的船長(zhǎng)或其他人提供最佳路線的信息，而且提供關(guān)于在給定區(qū)域上要使用的速度、航線、要使用的操作速度、動(dòng)力設(shè)備的設(shè)置、推進(jìn)器螺距等的信息。最重要的因數(shù)是關(guān)于在特定時(shí)間要使用的速度。用戶(hù)、例如船長(zhǎng)還可以獲得相對(duì)于航線、速度、推進(jìn)器操作速度和預(yù)測(cè)的調(diào)整的信息。
[0067]意圖是找到一系列控制動(dòng)作，諸如速度和航線，其導(dǎo)致最佳地滿(mǎn)足針對(duì)船只性能設(shè)定的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的從起點(diǎn)A至終點(diǎn)B的用于船只的路線。船長(zhǎng)在航行期間獲得新的信息并可以從最初的規(guī)劃更新和改變路線，如果本發(fā)明的系統(tǒng)建議這樣做的話。
[0068]在本發(fā)明的方法中，因此在步驟I中定義一個(gè)或多個(gè)性能變量和影響性能變量的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)。結(jié)合圖1提出了可能的輸入?yún)?shù)，諸如天氣和海洋數(shù)據(jù)、船只速度、燃料成本、關(guān)于操作模式和條件及操作小時(shí)的信息以及以能量和燃料消耗數(shù)據(jù)的形式來(lái)自引擎的信息和關(guān)于排放和目標(biāo)排放的信息。
[0069]處理器單元在步驟2中的船只操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果以用于產(chǎn)生將被用于創(chuàng)建模擬模型的初級(jí)動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合。在實(shí)踐中，從船只或其他相當(dāng)船只的一個(gè)或多個(gè)先前航行獲得在船只操作期間來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果。替代地，可以基于以另一方式或在預(yù)測(cè)中收集的早先知識(shí)來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合。
[0070]為了創(chuàng)建描述船只操作的模擬模型，本發(fā)明的系統(tǒng)在步驟3中使用學(xué)習(xí)算法，其定義初級(jí)輸入?yún)?shù)與此類(lèi)定義描述相關(guān)性的函數(shù)的性能變量之間的這些相關(guān)性。
[0071]然后在步驟4中選擇一個(gè)或多個(gè)性能變量以在模型中優(yōu)化以用于確定用于船只的路線。
[0072]然后在步驟5中使用該模型用于計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果，由此要在計(jì)算中使用的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是基于來(lái)自傳感器的新測(cè)量結(jié)果且所述一個(gè)或多個(gè)所選性能變量是基于不同的路線。
[0073]在步驟6中找到對(duì)于其而言船只性能的模擬結(jié)果滿(mǎn)足針對(duì)所選性能變量設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路線。
[0074]可選地，在步驟7中，確定用于控制性能變量的指令。
[0075]可以相對(duì)于在模型中考慮的一個(gè)或多個(gè)任何變量來(lái)優(yōu)化路線。
【權(quán)利要求】
1.一種用于用于船只的路線的優(yōu)化的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法， 3)定義船只的一個(gè)或多個(gè)性能變量和影響性能變量的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)， 0通過(guò)定義性能變量與動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系來(lái)創(chuàng)建用于模擬船只的性能的模型， 0在船只操作期間從傳感器獲得船只操作和測(cè)量結(jié)果的信息以用于產(chǎn)生的新的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合， (1)選擇要優(yōu)化的所述性能變量中的一個(gè)或多個(gè)用于確定用于船只的路線， 6?將該模型用于計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果，由此，要在計(jì)算中使用的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是基于測(cè)量結(jié)果的且所述一個(gè)或多個(gè)所選性能變量的值取決于路線， ^找到對(duì)于其而言船只性能的模擬結(jié)果滿(mǎn)足針對(duì)所選性能變量設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路線， 8)在操作期間連續(xù)地更新模擬結(jié)果連同接收新的測(cè)量結(jié)果以便找到與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)具有更好的符合性的路線。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征還在于步驟0其中作為步驟^的結(jié)果而更新路線。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征還在于被用于創(chuàng)建模型的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是基于在船只的實(shí)際操作期間來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果。
4.權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征還在與在步驟6)和0之間的另一步驟，其中，基于滿(mǎn)足不同優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的模擬結(jié)果來(lái)提出若干路線候選。
5.權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征還在于準(zhǔn)備用于船只的操作的指令。
6.權(quán)利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)由在公差內(nèi)要滿(mǎn)足的用于船只操作的優(yōu)化目標(biāo)組成。
7.權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的方法，其特征在于設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)另外由關(guān)于水深、排放和/或定義用于途中的點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間或時(shí)間窗的時(shí)間調(diào)度的約束組成。
8.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7的方法，其特征在于所述所選性能變量由預(yù)測(cè)的能量平衡、預(yù)測(cè)的燃料消耗、動(dòng)力設(shè)備的預(yù)測(cè)的能量消耗、推進(jìn)以及輔助設(shè)備、預(yù)測(cè)的船只運(yùn)動(dòng)、廢熱的量和回收、距離以及時(shí)間中的至少一個(gè)組成。
9.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8的方法，其特征在于所述動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)由船只操作期間的外部條件和/或操作條件的信息組成，外部條件諸如海洋信息，例如天氣數(shù)據(jù)、海流、海洋深度、海面狀況、環(huán)境溫度、海水溫度、空氣濕度、日間時(shí)，操作條件諸如船只運(yùn)動(dòng)、例如調(diào)平、橫傾和吃水深度的浮動(dòng)位置、推進(jìn)系統(tǒng)、船只的速度、方向舵動(dòng)作、燃料成本、關(guān)于功率和速度的效率曲線、排放值、船只推進(jìn)的狀態(tài)、輔助和機(jī)動(dòng)設(shè)備和/或操作模式。
10.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的方法，其特征在于在步驟6)中選擇使用于至少一個(gè)所選性能變量的值最小化的路線。
11.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的方法，其特征在于如果滿(mǎn)足用于至少一個(gè)所選性能變量的期望值，則所述確定的路線在給定公差內(nèi)滿(mǎn)足優(yōu)化。
12.權(quán)利要求3、4、5、6、7、8、9、10或11的方法，其特征還在于通過(guò)在其中使用自學(xué)習(xí)算法而在使用之前獲得新信息之后改進(jìn)該模型，所述自學(xué)習(xí)算法連續(xù)地重新定義與功率消耗、船上能量消耗設(shè)備的能量平衡、燃料/功率消耗和/或船只運(yùn)動(dòng)有關(guān)的性能變量與性能變量所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系，該動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是在船只的操作期間作為來(lái)自傳感器的測(cè)量結(jié)果而獲得的。
13.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12的方法，其特征在于所述模型還包括諸如天氣、海洋和交通預(yù)報(bào)之類(lèi)的附加輸入?yún)?shù)。
14.一種用于路線優(yōu)化的船只中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 3)通過(guò)定義性能變量與影響性能變量的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)之間的一個(gè)或多個(gè)關(guān)系來(lái)模擬船只性能的模型，該模型具有用于以下用于以下的裝置 ——在船只操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果和船只操作的信息，以及——連續(xù)地更新模擬結(jié)果連同接收新的測(cè)量結(jié)果以便找到與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)具有更好符合性的路線， 0計(jì)算單元，具有用于以下的裝置 ——相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)所選性能變量來(lái)優(yōu)化不同的路線，并且用于 ——選擇路線，其模擬結(jié)果針對(duì)所選性能變量而被優(yōu)化，以及 (3)傳感器，具有用于向模型發(fā)送測(cè)量結(jié)果的信號(hào)的裝置。
15.一種在船只中的處理器單元中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，由模擬船只的性能的模型組成，該模型定義與船只性能有關(guān)的變量與呈現(xiàn)所述變量所取決于的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的參數(shù)之間的關(guān)系，并執(zhí)行步驟 一在船只操作期間從傳感器獲得測(cè)量結(jié)果和船只操作的信息以用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)的集合， 一選擇要在模型中優(yōu)化的所述性能變量中的一個(gè)或多個(gè)用于確定用于船只的路線，一計(jì)算用于船只性能的模擬結(jié)果，由此要在計(jì)算中使用的動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)是基于新的測(cè)量結(jié)果且所述一個(gè)或多個(gè)所選性能變量的值取決于不同的路線， 一找到對(duì)于其而言船只性能的模擬結(jié)果滿(mǎn)足針對(duì)所選性能變量設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路線， 一連續(xù)地更新模擬結(jié)果連同接收新的輸入數(shù)據(jù)以便找到與用于優(yōu)化結(jié)果的設(shè)定性能標(biāo)準(zhǔn)具有更好符合性的路線。
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK104508427SQ201380040741
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】勒皮斯特 M., 特沃 K. 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司