VLCC船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法与流程

vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法
技术领域
1.本技术属于航海及海洋技术领域，特别属于航海领域的节能减排技术领域，具体涉及vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。


背景技术：

2.在航运企业，油耗成本占据大部分船队运营总成本。船舶营运所产生的二氧化碳排放量严重影响了全球环境。因此，为了提高vlcc船舶航行的能耗效率、控制并减少船舶营运产生的碳排放总量。需要对其燃油进行合理预测，监控，期望从而降低油耗、可显著增强船队的市场竞争力。
3.通常主要通过人工的经验判断来决定航行速度和航行方向，以降低油耗，对于大部分信息都是通过船上工作人员填报并录入信息系统，这样的作业过程不仅占用人力，会出现错报漏报，同时数据传回陆地的时间较长，船况、海况不能实时反馈，对监控船油耗情况并不理想。
4.随着信息技术的进步，也逐步采用信息技术进一步分析油耗情况。因此，对于航运企业来说，通过数据驱动，同时有效提高营运船舶的经济性和环保性，是大势所趋。


技术实现要素：

5.有鉴于此，一方面，一些实施例公开的技术方案为vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，该方法包括：
6.建立失速模型；
7.获取vlcc船舶的实时数据，对获取的实时数据进行过滤，得到需要的航行数据；
8.根据航行数据确定vlcc船舶所在位置的真风速、真风向、浪高、浪周期和浪向；
9.根据失速模型和获得的航行数据确定vlcc船舶在所在位置时的失速系数；
10.确定vlcc船舶所在位置的理想静水航速；
11.确定vlcc船舶日平均理想静水航速；
12.确定vlcc船舶在日平均理想静水航速下的理论日燃油消耗量，计算公式为：
[0013][0014]
其中，其中v
s0
为vlcc船舶的日平均理想静水航速，节；mefo(v
s0
)为v
s0
对应的vlcc船舶每日主机油耗，吨；t为vlcc船舶每日航行时间，小时；f
cargo
为载货量利用率，压载取为1；y1为船龄，年；n
mcr
为主机额定转速，rpm；y2为上次坞修至今时间，年；c1、c2、c3和c4为拟合系数，满载时c1为0.2276，c2为0.2351、c3为
‑
6.780、c4为0.035，压载时c1为0.1457，c2为0.1660、c3为
‑
4.155、c4为0.035；
[0015]
确定vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗量，计算公式为：
[0016]
[0017]
其中，fo(vref)为指令航速下vlcc船舶的理论日燃油消耗量，mefo为主机油耗，geboilerfo为辅机锅炉油耗，v
s
为vlcc船舶平均对水航速，v
s0
为vlcc船舶的日平均理想静水航速，v
ref
为指令航速，mefo(v
ref
)和mefo(v
s0
)为vlcc船舶在v
ref
和v
s0
下的理论日燃油消耗量。
[0018]
进一步，一些实施例公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，实时数据包括vlcc船舶海上航行速度、对岸航速、风速、风向、浪高、浪向、浪周期、主机转速、航行距离、航行时间、主机油耗、辅机锅炉油耗。
[0019]
一些实施例公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，真风速u
wind
由下式计算：
[0020][0021]
真风向δ由下式计算：
[0022]
δ＝atan2(v
wr sin(ψ
wr
α)
‑
v
g sinα，v
wr cos(ψ
wr
α)
‑
v
g cosα)
[0023]
其中，v
g
为vlcc船舶对地航速，m/s，α为vlcc船舶的航向，以弧度表示；v
wr
为风速，m/s；ψ
wr
为风向，以弧度表示；
[0024]
浪高由下式计算：
[0025][0026]
浪周期由下式计算：
[0027][0028]
浪向由下式计算：
[0029][0030]
其中，h
si
为vlcc船舶周围第i点的浪高，m；t
zi
为vlcc船舶周围第i点的浪周期，s；β
i
为vlcc船舶周围第i点的主浪向，deg；w
in
为第i点的位置总权重；i的取值为1、2、3、4；其中，w
in
由下式计算：
[0031][0032]
其中，w
i
为第i点的位置权重，由下式计算：
[0033][0034]
其中，d
i
为第i点与vlcc船舶的距离。
[0035]
一些实施例公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，失速系数由下式计算：
[0036]
其中：
[0037][0038][0039]
v
tw
＝u
wind
*cos(α
‑
δ)
[0040]
a
t
＝a
t0
(t0‑
t
m
)*b
[0041]
其中，f
loss
为失速系数；h
s
为浪高，m；t
z
为浪周期，s；β为浪向，rad；u
wind
为真风速，单位m/s；δ为真风向，以弧度表示；α为vlcc船舶航向，以弧度表示；tm为vlcc船舶平均吃水，m；b为vlcc船舶宽度，m；lpp为垂线间长，m；t0为设计吃水，m；a
t0
为设计吃水正迎风面积，m2，c
tz
为浪周期影响系数；c
wd
为浪向影响系数；v
tw
为正迎风风速，m/s；a
t
为正迎风面积，m2。
[0042]
一些实施例公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，理想静水航速由以下公式计算：
[0043]
v
s0
＝v
s
/(1
‑
f
loss
)
[0044]
其中，v
s
为实际对水航速，即风浪中vlcc船舶相对于水的实际速度。
[0045]
另一方面，一些实施例公开了包含计算机执行指令的计算机可读介质，该计算机执行指令经由数据处理设备处理时，该数据处理设备执行vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。
[0046]
再一方面，一些实施例公开了一种系统，该系统包括计算机可执行指令，该系统运行时处理计算机可执行指令，执行vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。
[0047]
又一方面，一些实施例公开了一种设备，该设备包括处理器、存储器以及存储在存储器上并可被处理器执行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。
[0048]
本技术实施例公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，基于获取的实施数据和建立的预测模型，能够准确高效确定vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗，并及时准确掌握燃油实际消耗情况，有利于合理确定航行速度和航向方向，降低油耗，提高vlcc船舶运行的经济性和环保性。
附图说明
[0049]
图1实施例1vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法流程框图
具体实施方式
[0050]
在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本技术实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本技术公开的内容。
[0051]
除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本技术中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。
[0052]
本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于
±
5％，如小于或等于
±
2％，如小于或等于
±
1％，如小于或等于
±
0.5％，如小于或等于
±
0.2％，如小于或等于
±
0.1％，如小于或等于
±
0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。本技术公开的方法中，涉及的步骤顺序仅为示例性说明该方法包括的内容，并不严格限定其实际操作中的时间顺序，除非以其他顺序进行时与上下文内容相互矛盾，或者发生逻辑错误。
[0053]
在本文中，包括权利要求书中，连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。连接词“由
……
构成”和“由
……
组成”是封闭连接词。
[0054]
为了更好的说明本技术内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本技术同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本技术的主旨。
[0055]
在不冲突的前提下，本技术实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本技术实施例公开的内容。
[0056]
在一些实施方式中，vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法包括：
[0057]
建立失速模型；一般地，可以以历史数据为依据，对历史数据进行回归，得到失速计算公式作为失速模型，一定量历史数据为基础得到的失速模型可以作为理论依据，结合获得的vlcc船舶实时数据，合理确定vlcc船舶的实际失速系数，进一步能够获得vlcc船舶的理想静水航速；
[0058]
获取vlcc船舶的实时数据，对获取的实时数据进行过滤，得到需要的航行、气象数据；一般地，实时数据包括航行数据、气象数据，作为可选实施例，每隔一小时获取一次航行、气象数据；对获取的实时数据按照设定的规则进行过滤，得到需要的航行数据、气象数据；
[0059]
根据航行数据确定vlcc船舶所在位置的真风速、真风向、浪高、浪周期和浪向；
[0060]
根据失速模型和获得的航行、气象数据确定vlcc船舶在所在位置处的失速系数；
[0061]
确定vlcc船舶所在位置的理想静水航速，一般地，每一个整点确定一次理想静水航速，例如，每小时一次；
[0062]
确定vlcc船舶日平均理想静水航速；
[0063]
确定vlcc船舶在日平均理想静水航速下的理论日燃油消耗量，计算公式为：
[0064][0065]
式(1)中，其中v
s0
为vlcc船舶的日平均理想静水航速，节；mefo(v
s0
)为v
s0
对应的
vlcc船舶每日主机油耗，吨；t为vlcc船舶每日航行时间，小时；f
cargo
为载货量利用率，即载货量除以载重吨，压载取为1；y1为船龄，即交船至计算时的时间，以年为单位；n
mcr
为主机额定转速，rpm；y2为上次坞修至今时间，年；c1、c2、c3和c4为拟合系数，满载时c1为0.2276，c2为0.2351、c3为
‑
6.780、c4为0.035，压载时c1为0.1457，c2为0.1660、c3为
‑
4.155、c4为0.035；其中，vlcc船舶每日主机油耗即为vlcc的理论日燃油消耗量；
[0066]
确定vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗量，计算公式为：
[0067][0068]
式(2)中，fo(v
ref
)为指令航速下vlcc船舶的理论日燃油消耗量，mefo为主机油耗，geboilerfo为辅机锅炉油耗，v
s0
为vlcc船舶的日平均理想静水航速，v
ref
为指令航速，mefo(v
ref
)和mefo(v
s0
)为vlcc船舶在v
ref
和v
s0
下的日燃油理论消耗量。
[0069]
作为可选实施例，实时数据包括vlcc船舶海上航行速度、对岸航速、风速、风向、浪高、浪向、浪周期、主机转速、航行距离、航行时间、主机油耗、辅机锅炉油耗。对实时数据进行过滤时，可以按照如下规则进行，例如：
[0070]
·
航行时间不少于15小时；
[0071]
·
对水航速&对地速度均需满足大于7节&小于16节，通常指gps航速；
[0072]
·
单日有效航行、气象数据数量规则：设备获取的有效数据条数需大于等于85％
×
航行小时，向下取整；
[0073]
·
当日平均的对水航速大于10kn&小于16节；
[0074]
·
当日平均对水航速、平均对地航速之差的绝对值小于2节；
[0075]
·
当日平均转速大于30rpm；
[0076]
·
浪高小于2m，通常指气象预报浪高；
[0077]
·
载况规则：满载时平均吃水介于19.5～23且载货量大于200000；压载时平均吃水介于8.5～10且载货量等于0；
[0078]
作为可选实施例，真风速u
wind
由下式计算：
[0079][0080]
真风向δ由下式计算：
[0081]
δ＝atan2(v
wr sin(ψ
wr
α)
‑
v
g sinα，v
wr cos(ψ
wr
α)
‑
v
g cosα)
……
(4)
[0082]
式(3)、(4)中，v
g
为vlcc船舶对地航速，m/s，α为vlcc船舶的航向，以弧度表示；v
wr
为风速，m/s；ψ
wr
为风向，以弧度表示。
[0083]
一般地，v
g
＝gps_speed，为设备读取到的vlcc船舶对地航速；α＝gps_track_degrees*3.1415926/180，为设备读取到的vlcc船舶的航向；v
wr
＝mwv_wind_speed，为设备读取到的风速；ψ
wr
＝mwv_wind_angle*3.1415926/180，为设备读取到的风向，转换为弧度制表示。
[0084]
浪的数据计算
[0085]
一般地，海上浪信息以间隔一定的时间间隔进行预报，在该时间间隔之内的动态浪信息并不能实时获得，为了便于计算，需要根据一定的算法，获取预报浪信息时间间隔之间的浪信息，以此作为模拟值，代表实际的浪信息。本实施例以四点插值法进行计算，以获得作为预测标准的模拟值，具体地，包括：
[0086]
(1)通过设备获取vlcc船舶海上位置：lon(经度)，lat(纬度)，时间t(utc时间)。
[0087]
(2)根据该坐标，寻找vlcc船舶周围4个坐标的浪信息：例如，确定距离船舶所在点(lon：113.6，lat：112.6，t：2020
‑
06
‑
06 11:33:56)最近的四个经纬度点p1～p4，对经纬度向下取整和加1，则获取的四个点坐标分别为：
[0088]
p1：(lon：113，lat：112，t：2020
‑
06
‑
06 11:33:56)；
[0089]
p2：(lon：114，lat：112，t：2020
‑
06
‑
06 11:33:56)；
[0090]
p3：(lon：113，lat：113，t：2020
‑
06
‑
06 11:33:56)；
[0091]
p4：(lon：114，lat：113，t：2020
‑
06
‑
06 11:33:56)；
[0092]
(3)根据这四点的浪信息计算其平均值，作为船舶所在位置的浪信息；
[0093]
具体地，查询某一时刻四个坐标点p1～p4的波浪参数，得到h
si
(计量单位为m)、t
zi
(计量单位为s)、β
i
(计量单位为弧度deg)三个波浪参数，采用四点方法插值得到该时刻vlcc船舶所在位置的波浪参数，插值方法如下：
[0094]
(3.1)计算p1～p4距离目标点vlcc船舶位置的距离d1～d4[0095][0096]
式(5)中lon
i
，lat
i
分别为第i个点的经纬度，i取值为1、2、3、4；
[0097]
(3.2)计算p1～p4的权重w1～w4[0098][0099]
式(6)中，d
i
为第i点与vlcc船舶位置的距离，其中，w
i
为第i点的位置权重，i取值为1、2、3、4；
[0100]
(3.3)权重归一化，计算最终的权重w
1n
～w
4n
[0101][0102]
式(7)中，w
in
为第i点的位置总权重，w
i
为第i点的位置权重，i取值为1、2、3、4；
[0103]
(3.4)根据权重系数计算目标点vlcc船舶位置波浪参数
[0104]
浪高由下式计算：
[0105][0106]
浪周期由下式计算：
[0107][0108]
浪向由下式计算：
[0109][0110]
式(8)、(9)、(10)中，h
si
为vlcc船舶周围第i点的浪高，m；t
zi
为vlcc船舶周围第i点的浪周期，s；β
i
为vlcc船舶周围第i点的主浪向，deg；w
in
为第i点的位置总权重；i的取值为1、2、3、4。
[0111]
获得的船舶所在位置的浪信息作为vlcc船舶在浪信息预测时间间隔内的实际浪
信息。
[0112]
作为可选实施例，失速系数由下式计算：
[0113][0114][0115][0116]
v
tw
＝u
wind
*cos(α
‑
δ)
……
(14)
[0117]
a
t
＝a
t0
(t0‑
t
m
)*b
……
(15)
[0118]
式(11)、(12)、(13)、(14)、(15)中，f
loss
为失速系数；h
s
为有义波高，m；t
z
为波浪平均周期，s；β为主浪向，rad；u
wind
为真风速，m/s；δ为真风向，以弧度表示；α为vlcc船舶航向，以弧度表示；t
m
为vlcc船舶平均吃水，m；b为vlcc船舶宽度，m；lpp为垂线间长，m；t0为设计吃水，m；a
t0
为设计吃水正迎风面积，m2；c
tz
为浪周期影响系数；c
wd
为浪向影响系数；v
tw
为正迎风风速，m/s；a
t
为正迎风面积，m2；
[0119]
作为可选实施例，理想静水航速由以下公式计算：
[0120]
v
s0
＝v
s
/(1
‑
f
loss
)
……
(16)
[0121]
式(16)中，v
s
为风浪中vlcc船舶相对于水的实际速度。
[0122]
一般地，获得的理想静水航速可以作为vlcc船舶在浪信息预测时间间隔内的速度，为了获取vlcc船舶在一天内的日平均理想静水航速，需要将一天内所有浪信息预测时间间隔点的理想静水航速进行平均，以获得日平均理想静水航速，例如，可以将vlcc船舶在航行中的经过的时区界限作为预测时间间隔，将每个时区的理想静水航速进行算术平均，得到的平均值作为日平均理想静水航速，计算vlcc船舶每日主机油耗。
[0123]
在一些实施例中，以vlcc船舶航行的当地时间的正午12:00开始计时，到第二日的正午12:00点结束，作为截取的时间段，确定vlcc船舶的日平均理想静水航速以及vlcc船舶每日主机油耗。
[0124]
另一方面，一些实施例公开了包含计算机执行指令的计算机可读介质，该计算机执行指令经由数据处理设备处理时，该数据处理设备执行vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。一般地，以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的一些实施例的计算机执行指令或程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言
‑
诸如java、smalltalk、c 、python，还包括常规的过程式程序设计语言
‑
诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0125]
再一方面，一些实施例公开了一种系统，该系统包括计算机可执行指令，该系统运行时处理计算机可执行指令，执行vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。
[0126]
又一方面，一些实施例公开了一种设备，该设备包括处理器、存储器以及存储在存储器上并可被处理器执行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现vlcc船舶在指
令航速下的理论日燃油消耗确定方法。
[0127]
作为可选实施例，可以是计算机设备，其上内置有计算机可执行的系统，该系统在计算机设备上运行时，执行vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法。
[0128]
作为可选实施例，可以是一种计算机设备，该包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口，其中，存储器可以包括非易失性存储介质和内存储器，存储器上存储有可被处理器执行的计算机程序；
[0129]
非易失性存储介质可存储操作系统和计算机程序。该计算机程序包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器执行任意一种vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法；
[0130]
处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备的运行；
[0131]
内存储器为非易失性存储介质中的计算机程序的运行提供环境，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法；
[0132]
该网络接口用于进行网络通信，本领域技术人员可以理解，具体的计算机设备可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置；
[0133]
应当理解的是，处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0134]
以下结合实施例对技术细节做进一步示例性说明。
[0135]
实施例1
[0136]
图1为实施例1公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法流程框图。
[0137]
具体地，实施例1公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法包括步骤：
[0138]
s1、建立失速模型；
[0139]
s2、获取vlcc船舶的实时数据，对获取的实时数据进行过滤，得到需要的航行数据、气象数据；
[0140]
s3、根据航行数据和气象数据确定vlcc船舶所在位置的真风速、真风向、浪高、浪周期和浪向；
[0141]
s4、根据步骤s1建立的失速模型和步骤s2获得的航行数据、气象数据以及步骤s3得到的真风速、真风高、浪高、浪周期和浪向，确定vlcc船舶在所在位置时的失速系数；
[0142]
s5、确定vlcc船舶所在位置的理想静水航速；
[0143]
s6、确定vlcc船舶日平均理想静水航速；
[0144]
s7、确定vlcc船舶在日平均理想静水航速下的理论日燃油消耗量；
[0145]
s8、确定vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗量。
[0146]
本技术实施例公开的vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油消耗确定方法，基于获取的实施数据和建立的预测模型，能够准确高效确定vlcc船舶在指令航速下的理论日燃油
消耗，并及时准确掌握燃油实际消耗情况，有利于合理确定航行速度和航向方向，降低油耗，提高vlcc船舶运行的经济性和环保性。
[0147]
本技术公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本技术的发明构思，并不构成对本技术技术方案的限定，凡是对本技术公开的技术细节所做的常规改变、替换或组合等，都与本技术具有相同的发明构思，都在本技术权利要求的保护范围之内。