多变环境要素耦合作用下的船舶能效动态智能优化算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51909020
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1102.船舶工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Intelligent optimization of ship energy efficiency is an important part of promoting energy conservation and emission reduction as well as ship intellectualization in shipping industry. In this research, the large bulk carrier is selected as the research object, and the dynamic intelligent optimization algorithm of ship energy efficiency under the coupling effect of multiple varying environmental factors is studied. The data of navigational environment, navigational state and ship energy consumption are obtained, in order to achieve the analyses and prediction of ship energy efficiency state based on the multi-source information. According to the theory of ship propulsion, the coupling mechanism between multiple environmental factors and ship propulsion is studied by a combination of empirical formula and numerical simulation. The mathematical model and simulation model of ship energy efficiency under the coupling effect of multiple environmental factors are established. The rolling optimization of the parameters of the energy efficiency model under different navigational conditions is realized by on-line self-learning parameter identification method, so as to improve the accuracy and effectiveness of the model. Based on the real-time perception and prediction of multi-source information, an online prediction model and a dynamic optimization model of ship energy efficiency based on real-time multi-source information are established. The intelligent autonomous decision making and on-line rolling optimization of ship energy efficiency are realized by designing the dynamic intelligent optimization algorithm based on model predictive control and swarm intelligence. This research can realize real-time analyses, evaluation and intelligent decision-making of ship energy efficiency, and lay a theoretical and technical foundation for the intelligent management of ship energy efficiency, contributing to the development of green and intelligent ships.
船舶能效智能优化是促进航运业节能减排与船舶智能化发展的重要一环。本项目以大型散货船为对象,研究多变环境要素耦合作用下的船舶能效动态智能优化算法。通过获取通航环境、船舶航行状态及能耗等数据,开展基于多源信息的船舶能效状态数据挖掘分析与预测。根据船舶推进理论,采用理论计算和数值仿真相结合的方法,研究多环境要素与船舶推进系统之间的耦合作用机理,建立多环境要素耦合作用下的船舶能效机理模型与仿真模型,通过在线自学习参数辨识方法实现不同航行条件下能效模型参数的滚动优化,从而提高模型的准确性与有效性。基于多源信息的实时感知与预测,建立基于实时信息的船舶能效在线预测模型和动态优化模型,通过开发基于模型预测控制和群智能的能效动态智能优化算法,实现船舶能效的智能自主决策与在线滚动优化。本研究可实现船舶能效的实时分析、评估与智能决策,将为船舶营运能效的智能管理奠定理论与技术基础,服务于船舶的绿色化与智能化发展。

结项摘要

船舶能效智能优化是促进航运业节能减排与船舶智能化发展的有效措施之一,也是落实国家“双碳”发展战略的迫切需要。本项目以提升船舶能效水平为目标,开展了多变环境要素耦合作用下的船舶能效动态智能优化算法研究。通过获取通航环境、航行姿态及船舶能耗等数据,开展了通航环境与船舶能效数据特征挖掘分析研究,揭示了不同航行状态下船舶能效主要影响因素及其影响关系,建立了航行工况辨识模型与能效状态评估模型,实现了基于多源信息的船舶航行状态智能识别,以及船舶动力系统能耗特性分析和能效状态评估;基于航行环境信息和船舶推进系统运行参数数据,分析了不同环境条件下推进系统运行特性及其能量转换关系,研究了不同通航环境和航行状态下的船舶阻力特性、螺旋桨特性及推进系统能量传递特性,分析了不同航行状态下的多环境要素与船舶能效的动态响应关系,揭示了多环境要素与船舶能效耦合作用机理;建立了考虑多因素的船舶能效机理模型,实现了不同航行条件下船舶能效水平的有效表征。开展了基于人工智能的船舶能效智能预测模型研究,提出了基于智能算法参数优化的船舶能效智能预测方法;通过建立考虑多变环境要素的船舶能效动态联合优化模型,构建了多变环境要素耦合作用下的船舶能效动态智能优化策略与优化算法,可实现多变环境要素耦合作用下船舶能效的智能决策与动态联合优化。相应研究成果可为船舶能效的智能管理奠定理论与技术基础,对促进船舶的绿色化与智能化发展具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(3)
基于改进K近邻算法的船舶通航环境智能识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    上海海事大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王壮;李嘉源;黄连忠;王凯;姜雅乔;马冉祺
  • 通讯作者:
    马冉祺
A novel bi-level distributed dynamic optimization method of ship fleets energy consumption
一种新颖的船队能耗双层分布式动态优化方法
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2019.106802
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Kai Wang;Jiayuan Li;Xinping Yan;Lianzhong Huang;Xiaoli Jiang;Yupeng Yuan;Ranqi Ma;Rudy R.Negenborn
  • 通讯作者:
    Rudy R.Negenborn
船舶智能能效优化关键技术研究现状与展望
  • DOI:
    10.19693/j.issn.1673-3185.01942
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国舰船研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王凯;胡唯唯;黄连忠;蔡玉良;马冉祺
  • 通讯作者:
    马冉祺
A novel dynamical collaborative optimization method of ship energy consumption based on a spatial and temporal distribution analysis of voyage data
基于航次数据时空分布分析的船舶能耗动态协同优化方法
  • DOI:
    10.1016/j.apor.2021.102657
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Applied Ocean Research
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Kai Wang;Hao Xu;Jiayuan Li;Lianzhong Huang;Ranqi Ma;Xiaoli Jiang;Yupeng Yuan;Ngome A. Mwero;Peiting Sun;Rudy R. Negenborn;Xinping Yan
  • 通讯作者:
    Xinping Yan
A comprehensive review on the prediction of ship energy consumption and pollution gas emissions
船舶能耗与污染气体排放预测综合评述
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2022.112826
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Kai Wang;Jianhang Wang;Lianzhong Huang;Yupeng Yuan;Guitao Wu;Hui Xing;Zhongyi Wang;Zhuang Wang;Xiaoli Jiang
  • 通讯作者:
    Xiaoli Jiang

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其他文献

迁移因子分析在齿轮箱变工况故障诊断中的应用
  • DOI:
    10.13382/j.jemi.2016.04.005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电子测量与仪器学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢骏遥;王金江;赵锐;段礼祥;王凯
  • 通讯作者:
    王凯
硒对铝诱导小鼠脾脏氧化应激和炎症反应的颉颃作用
  • DOI:
    10.16431/j.cnki.1671-7236.2021.05.039
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国畜牧兽医
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祝星意;林芳卉;徐京楠;林丽明;杨正涛;曹嫦妤;王凯
  • 通讯作者:
    王凯
SIRT1通过调节FoxO3a/BIM通路减轻心肌细胞高糖缺氧复氧损伤
  • DOI:
    10.13507/j.issn.1674-3474.2018.05.004
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华实用诊断与治疗杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冷燕;吴洋;赵博;李文远;熊永红;王凯;夏中元
  • 通讯作者:
    夏中元
成年侧柏和刺槐对春季干旱的适应策略
  • DOI:
    10.13292/j.1000-4890.201711.013
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王凯;赵成姣;邓杰
  • 通讯作者:
    邓杰
全风化花岗岩地层单-双液浆加固试验研究
  • DOI:
    10.11817/j.issn.1672-7207.2018.12.019
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张健;李术才;李召峰;杨磊;张庆松;王凯;齐延海;林荣峰
  • 通讯作者:
    林荣峰

其他文献

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复杂航行条件下船舶“风-机-电”混合动力系统能效协同优化机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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