一种基于动态航迹船只的燃油消耗模型估算方法技术

本发明专利技术公开的一种基于动态航迹船只的燃油消耗模型估算方法，属于信息处理领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态航迹船只的燃油消耗模型估算方法


[0001]本专利技术涉及信息处理领域中的船只燃油消耗模型生成技术，是一种基于动态航迹的船只燃油消耗模型估算方法
。
该方法利用多次监测到船只从补给完到再次补给过程中的航行数据，采用最小二乘法进行模型参数估算，形成燃油消耗模型后，支持后续对船只燃料消耗量估计
、
剩余航程计算以及补给的预测
。
该方法通过观测数据和船只固有属性，生成燃油消耗模型，易于工程实现和应用
。

技术介绍

[0002]由于实际在航行应用过程中，舰只的航速并非处于时刻恒定状态，且仅能掌握某船只实施补给过程以及其分段航迹信息，实测数据来源于监测的航行数据，主要包含的信息量为时间
、
航向
、
航速
、
位置信息以及发生补给活动的时刻
。
为确定其阶段的活动消耗，监控其活动趋势，需针对实际应用对模型进行估算
。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种应用于信息处理领域的基于动态航迹的船只燃油消耗模型估算方法
。
该方法根据同一类型船，其燃油消耗主要与航速有关，通过获取船只实时航迹数据和监控其补给地点和时间，构建燃油消耗和航速
、
时段关系模型，构建测量关系矩阵，利用最小二乘法进行模型参数估算，生成船只燃油消耗模型
。
[0004]本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种基于动态航迹船只的燃油消耗模型估算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤
1、
获取每次实时舰只动态航行数据，假设采集时刻
t、
位置序列
S
分别如下：
[0007][0008]其中
t
n
(n
＝1，2，
…
，
N)
为目标舰只活动过程中采集到的在位置
Sn(JDn,WDn)
处的时间点，其中，
JDn
为经度，
WDn
为纬度；
[0009]设时间段序列
、
行程距离序列分别如下：
[0010][0011]可计算得：
[0012]T
m
＝
t
m+1
‑
t
m
,m
＝
(1、
……
、N
‑
1)
；
[0013]计算每段航行距离，将位置经纬度
Sm(JDm,WDm)
信息按照
WGS84
转
UTM
公式转换得到投影信息
(x
m
,y
m
)
，则每个时间段中对应的行程距离为：
[0014][0015]步骤
2、
由于同一类型船，其燃油消耗主要和航速有关，依据步骤1中的结果计算得到速度为：
[0016]V
m
＝
D
m
/T
m
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]另设
T
b
为采集数据总时长，则存在下列关系式：
[0018][0019]步骤
3、
考虑舰只的能量流动过程，燃油消耗
F
通过发动机后输出制动马力
(BHP)
，制动马力在传动装置上损耗一部分后传递给舰只的能量称为有效马力
(EHP)
，有效马力推动船体克服阻力产生运动速度；
[0020]发动机油耗与航速之间满足凹函数或凸函数性质，用指数函数构造如下表达式：
[0021][0022]其中，
F
为燃油消耗量，
p0、p1和
p2为模型参数，
BHP
为制动马力；同一艘舰可认为其传动装置的传动效率为常量，即：
[0023]EHP
＝
α
BHP
，式中的
α
为能量传递系数
(0<
α
<1)
；
[0024]依据研究表明，
EHP
与输出航速之间存在的关系如下：
[0025][0026]其中
C
T
为固有阻力系数，
ρ
为液体密度，
S
为浸润的船体面积，
V
为航行速度；
[0027]根据舰只设计理论，舰只的固有阻力系数是船只阻力估算的一种重要方式，其表达式如下：
[0028][0029]其中
D
代表排水量，
Hp
为轮机的功率；
[0030]即可得到燃油消耗与航速的模型如下：
[0031][0032]其中
(0<
α
<1)
，对于同类型船只可认为是常数值；
[0033]步骤
4、
建立观测值与模型之间的链接关系，利用观测的时间序列和速度序列，计算船只的油耗量为
F
b
，根据推导得到的燃油消耗模型表示式，可推导得到总的燃油消耗
F
b
满足下式：
[0034][0035]利用公式
(1)、(2)、(3)
简化得：
[0036][0037]可令
[0038][0039]可得
[0040]F
b
＝
p0·
T
b
+p1·
f(T
m
、v
m
)
ꢀꢀ
(5
[0041]步骤
5、
利用步骤
1、2
中的数据形成测量矩阵：
[0042][0043]设
q
为监测到
q
次船只从出发到补给的过程，
i、j、k
为每次对应的时间段；
[0044]通过最小二乘法进行公式
(5)
中参数
p0、p1的估算值的估算值形成燃油消耗与时间段
、
速度模型参数估计
β
＝
(X
T
X)
‑1X
T
Y
，即形成燃油消耗模型；
[0045]其中，对于公式4中燃油消耗
F
b
，通过每次船只航行起始航行到观测其补给前航行对应动态航迹信息
。
其消耗的燃料可设置
F
b
＝
v0*D0*60
％，其中
v0为经济航速，
D0为经济航速下的续航力
。
[0046]本专利技术所取得的有益效果为：
[0047]1.
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于动态航迹船只的燃油消耗模型估算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
获取每次实时舰只动态航行数据，假设采集时刻
t、
位置序列
S
分别如下：其中
t
n
(n
＝1，2，
…
，
N)
为目标舰只活动过程中采集到的在位置
Sn(JDn,WDn)
处的时间点，其中，
JDn
为经度，
WDn
为纬度；设时间段序列
、
行程距离序列分别如下：可计算得：
T
m
＝
t
m+1
‑
t
m
,m
＝
(1、
……
、N
‑
1)
；计算每段航行距离，将位置经纬度
Sm(JDm,WDm)
信息按照
WGS84
转
UTM
公式转换得到投影信息
(x
m
,y
m
)
，则每个时间段中对应的行程距离为：步骤
2、
由于同一类型船，其燃油消耗主要和航速有关，依据步骤1中的结果计算得到速度为：
V
m
＝
D
m
/T
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
另设
T
b
为采集数据总时长，则存在下列关系式：步骤
3、
考虑舰只的能量流动过程，燃油消耗
F
通过发动机后输出制动马力
(BHP)
，制动马力在传动装置上损耗一部分后传递给舰只的能量称为有效马力
(EHP)
，有效马力推动船体克服阻力产生运动速度；发动机油耗与航速之间满足凹函数或凸函数性质，用指数函数构造如下表达式：其中，
F
为燃油消耗量，
p0、p1和
p2为模型参数，
BHP
为制动马力；同一艘舰可认为其传动装置的传动效率为常量，即：
EHP
＝
α
BHP
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟广，张涛，齐忠杰，钟麟，戎纪光，贾会超，张迎春，刘伟刚，张丙克，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：