Tên luận án:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN NGẪU NHIÊN TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG VÀ KẾ HOẠCH CHẠY TÀU TỐI ƯU TRÊN CƠ SỞ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ THỜI TIẾT
Ngành:
Kỹ thuật
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này giải quyết tính cấp thiết của việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính từ tàu biển, phù hợp với các quy định quốc tế (MARPOL 73/78) và pháp luật Việt Nam. Mục đích chính là nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng thuật toán ngẫu nhiên để tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc "tàu đến cảng kịp lúc" (just in time - JIT), có xét đến ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết, nhằm bảo vệ môi trường biển.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Tổng hợp và khai thác thông tin thời tiết biển (sóng, gió toàn cầu từ Viện nghiên cứu Rish - Nhật Bản; dữ liệu dòng chảy đại dương từ Dự án Oscar - Mỹ), được mã hóa theo định dạng Grib 2 và netCDF, phục vụ tính toán tuyến đường.
- Ứng dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xác định đặc tính thay đổi tốc độ và tiêu thụ nhiên liệu của tàu biển trong từng điều kiện hành hải cụ thể (sóng, gió, dòng chảy, chế độ máy, mớn nước, hiệu số mớn nước).
- Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc JIT.
- Nghiên cứu, phát triển thuật toán vi khuẩn cải tiến (BFOA - Bacterial Foraging Optimization Algorithm) để tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu nhiên liệu theo nguyên tắc JIT.
- Phát triển phần mềm tính toán và mô phỏng kết quả để hỗ trợ sĩ quan hàng hải Việt Nam.
Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, cung cấp giải pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu quả khai thác tàu, giảm chi phí và tác động môi trường, đặc biệt cho các tàu chạy tuyến quốc tế, đi qua các khu vực có điều kiện thời tiết phức tạp. Các đóng góp mới bao gồm việc làm chủ dữ liệu thời tiết và dòng chảy toàn cầu, xây dựng cơ sở dữ liệu đặc tính tàu và phát triển thuật toán BFOA cải tiến cho bài toán JIT.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU.....................................................................................................................................1
- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN....................3
- 1. Các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính từ tàu biển..................................................................................................................................3
- 2. Một số phương pháp tính toán tối ưu được ứng dụng để tính toán tuyến đường chạy tàu..........................................................................................................................................4
- 3. Một số nghiên cứu về tính toán tuyến đường cho tàu biển...................................................4
- 4. Khái niệm về tuyến đường chạy tàu tối ưu, kế hoạch chạy tàu tối ưu, tuyến đường chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time “tàu đến cảng kịp lúc”.................5
- 5. Các yếu tố ảnh hưởng tới việc tính toán tuyến đường, kế hoạch chạy tàu tối ưu............5
- CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP THÔNG TIN THỜI TIẾT PHỤC VỤ TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG VÀ KẾ HOẠCH CHẠY TÀU TỐI ƯU................................................................5
- 2.1. Việc thu thập thông tin thời tiết ở trên tàu hiện nay.........................................................5
- 2.2. Thông tin thời tiết phục vụ tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu được nghiên cứu trong đề tài luận án...........................................................................................5
- 2.3. Khai thác thông tin thời tiết phục vụ tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu..........................................................................................................................................6
- 2.4. Kết luận chương 2..............................................................................................................7
- CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ VÀ ĐẶC TÍNH TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU CỦA TÀU BIỂN TRONG TỪNG ĐIỀU KIỆN HÀNH HẢI CỤ THỂ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG NHỎ NHẤT PHỤC VỤ TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG VÀ KẾ HOẠCH CHẠY TÀU TỐI ƯU.......................................................7
- 3.1. Đặc tính thay đổi tốc độ tàu biển trong từng điều kiện hành hải cụ thể............................7
- 3.2. Đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của tàu biển trong từng điều kiện hành hải cụ thể...............7
- 3.3. Xác định đặc tính thay đổi tốc độ và tiêu thụ nhiên liệu của tàu biển trong từng điều kiện hành hải cụ thể bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất.......................................8
- 3.3.1. Phương pháp bình phương nhỏ nhất..............................................................................8
- 3.3.2. Ứng dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất xác định đặc tính tốc độ và đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của tàu biển trong từng điều kiện hành hải cụ thể...........................8
- 3.4. Phần mềm và mô hình tổng hợp, phân tích đặc tính thay đổi tốc độ và đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của tàu biển trong từng điều kiện hành hải cụ thể phục vụ tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu..........................................................................................10
- 3.4.1. Tổng quan về phần mềm...............................................................................................10
- 3.4.2. Một số kết quả tổng hợp, phân tích..............................................................................11
- 3.5. Kết luận chương 3............................................................................................................12
- CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VI KHUẨN CẢI TIẾN ĐỂ TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG VÀ KẾ HOẠCH CHẠY TÀU TỐI ƯU NHIÊN LIỆU DỰA TRÊN NGUYÊN TẮC JUST IN TIME “TÀU ĐẾN CẢNG KỊP LÚC”....................................12
- 4.1. Tổng quan về thuật toán vi khuẩn (BFOA – Bacterial Foraging Optimization Algorithm)...............................................................................................................................12
- 4.1.1. Khái niệm......................................................................................................................13
- 4.1.2. Nguyên lý chung của thuật toán vi khuẩn (BFOA).....................................................13
- 4.1.3. Phân loại thuật toán vi khuẩn.......................................................................................14
- 4.3. Nghiên cứu, xây dựng thuật toán vi khuẩn cải tiến tính toán tuyến đường và kế hoạch chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time “tàu đến cảng kịp lúc”....15
- 4.3.1. Khái niệm về không gian tìm kiếm (hay mạng các nút), đường nút và tuyến Hàng hải......................................................................................................................................15
- 4.3.2. Sơ đồ khối nguyên lý tính toán tuyến đường chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time “tàu đến cảng kịp lúc” ứng dụng thuật toán vi khuẩn cải tiến.16
- 4.3.3. Hàm mục tiêu của tuyến đường chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time "tàu đến cảng kịp lúc"........................................................................................16
- 4.3.4. Thuật toán vi khuẩn tính toán tuyến đường chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time “tàu đến cảng kịp lúc”..................................................................17
- 4.3.5. Một số điều chỉnh (cải tiến) để tăng hiệu quả lựa chọn của thuật toán vi khuẩn.20
- 4.3.6. Tổng thể thuật toán xác định tuyến đường tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time “tàu đến cảng kịp lúc”....................................................................................21
- 4.4. Xây dựng phần mềm tính toán và mô hình mô phỏng kết quả tính toán tuyến đường chạy tàu tối ưu nhiên liệu dựa trên nguyên tắc just in time “tàu đến cảng kịp lúc” bằng thuật toán vi khuẩn cải tiến....................................................................................................22
- 4.5. Kết luận chương 4............................................................................................................23
- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..............................................................23