[发明专利]一种基于聚类分析的船舶航行工况划分方法

说明书

本发明涉及船舶航行工况划分技术领域，尤其涉及一种基于聚类分析的船舶航行工况划分方法。包括如下步骤，数据的获取；去除奇异数据值；对处理后的数据进行聚类处理；优化聚类数；完成聚类分析，得到聚类结果。利用上述方法，能够解决现有技术在船舶行业领域对船舶航行工况的划分方面，绝大多数方法是采用的人为经验划分方法，容易产生错误和遗漏的状况，实现有效划分船舶航行工况，为主机燃油消耗建模提供参考。

技术领域

本发明涉及船舶航行工况划分技术领域，尤其涉及一种基于聚类分析的船舶航行工况划分方法。

背景技术

船舶作为交通运输中运量较大的运输工具，其营运成本中的40-60％为燃油消耗，其中，最常见的船舶主机柴油机，作为船舶的动力“心脏”，其燃油消耗通常占全船燃油消耗的90％以上；以一艘远洋万吨轮为例，其每航行一天的低速柴油机燃油消耗达20-30余吨，其运行使用成本在船舶运营成本占较大比重。如何降本增效，成为各航运企业用户关心的重点；同时，燃油消耗与污染物的排放密切相关，过多的燃油消耗将必然导致氮氧化物排放的增加，影响运输海域的海洋大气环境。因此，如何有效进行船舶航行节能性优化和环保性提升，成为航运用户目前极为关心并亟待解决的问题。

对于船舶主机柴油机而言，能够在船舶实际运行过程中，做好对于主机柴油机的燃油消耗情况的建模评估和优化极具现实意义。船舶航行分成两个不同阶段。一是机动航行工况，又称过渡工况，过渡工况船舶机桨配合点处于变化中，这样的工况主要包括：系泊工况、起航加速工况、转向工况、倒航工况等。二是正常(定速)航行工况，商船95％以上的时间航行处于正常航行工况，船舶的航行条件(船舶阻力和主机工况)相对稳定，船舶的机桨配合点不发生大的变化。主机燃油消耗建模重点在于对正常航行工况建模，需要考虑影响主机燃油消耗的原因，除主机自身的因素(燃油供给系统，扫气、换气系统，燃烧室，定时控制系统，等)影响外，影响因素主要包括：

(1)船舶吃水(装载量)；

(2)船舶污底；

(3)气象条件(风浪情况)；

(4)船舶拖拽；

(5)窄航道或浅水航行等。

由于主机最低燃油消耗率在不同的工况下不同，因此在建立主机燃油消耗优化分工况模型之前，需要对主机在航行过程中遇到的不同类型工况进行分类，在航行工况完成合理划分的基础上进行下一步的分析，能够获得更加准确的模型和更加有效的优化结果。然而现有技术在船舶行业领域对船舶航行工况的划分方面，绝大多数方法是采用的人为经验划分方法，容易产生错误和遗漏的状况。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于聚类分析的船舶航行工况划分方法，用以解决现有技术多为人工经验划分工况，容易产生错误和遗漏的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于聚类分析的船舶航行工况划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集影响主机柴油机燃油消耗的因素数据；

对采集到的数据，进行数据的整理；

对整理好的数据向量进行聚类分析，通过k-means算法对数据进行处理并得到收敛的聚类结果；

通过得到的聚类结果，划分船舶航行工况。本发明有益效果如下：能够地真实反映船舶航行时主机面临的不同环境状况，符合船舶运行实际过程，得到的结果可用于测算主机实际最低燃油消耗率以及相应的主机转速，提供主机燃油消耗建模和优化的基础；同时，本方法可以提供对船舶航线多年运行数据分季节分航段整理分析的依据。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述影响主机柴油机燃油消耗的因素数据包括平均吃水量和相对风速的数据。