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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林后鈺
研究生(外文):Hou-YuLin
論文名稱:以船舶耐海性為基礎開發船舶氣候航程規劃之研究
論文名稱(外文):The Development of the Ship Weather Routing Planning Based on the Ship Seakeeping Characteristics
指導教授:方銘川方銘川引用關係
指導教授(外文):Ming-Chung Fang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:系統及船舶機電工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:氣候航程船舶耐海性航線規劃
外文關鍵詞:Weather RoutingSeakeeping CharacteristicRoute Planning
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摘要
由於燃油價格上升與溫室效應問題逐漸成為嚴重的問題,節省船舶航行中的耗油量將成為重要的題。在過去的十年,世界上知名的造船廠或航運公司,以氣候航程的概念開發導航輔助系統,不僅提升能源使用效率,同時提升船組人員、船舶與貨物之安全性。本研究使用相同概念進行航線規劃。
本研究以2D截片理論為基礎計算船體運動之反應振幅運算因子(RAO),並結合ISSC能量波譜計算船體運動有義值,依據不同海況下所計算的有義值運動量,預先建立一套全航速之動態反應資料庫,在航線規劃過程中根據不同遭遇海況、航速及相對波向角在資料庫中搜尋相關運動量,以此達到快速規劃航線之效果。
規劃航線過程中,以人員與船舶之間的安全為首要考量。依據NOAA所發佈的即時海氣象資訊,模擬船舶在預測海況下的航行狀況,以不同的規劃方法進行模擬,比較各個模擬結果之間的安全性與燃油使用效率後,選出最佳的規劃航線,並提供相關航行建議,輔助船舶以安全且較省油的方式到達目的地。基於節能減碳及航運成本之考量,航商以省油為目標規劃航線將成為未來趨勢。
本研究中的各種航線規劃方法,相關的使用限制與規劃結果將以案例分析方式進行討論與說明。

Abstract
The rising fuel price and the greenhouse effect on the environment gradually become serious problems. Reducing fuel consumption will be an very important issue in sailing. Over the past decade, the world's major shipbuilding and shipping companies, such as Samsung Heavy Industries, Kawasaki Heavy Industries and Global Shipbuilding, etc., applied the concept of weather routing to develop navigation support systems to improve energy efficiency, safety of cargos, ships and ship crew. This thesis creates an analytical software including the ship seakeeping characteristics to extend the concept.
In the present study the ship motion response characteristics calculated in the form of Response Amplitude Operator (RAO) and combine the ISSC spectrum to establish the database which includes the significant motion and mean added resistance. In the simulation, the database can offer several optional solutions of safe route planning with respect to the real-time weather information in every waypoint and the optimal route can be finally suggested.
Optimization models are constructed for deterministic minima with respect to the distance and the fuel consideration. An container ship is selected as the calculation model and realistic solutions for the ship routing planning are obtained based on real-time weather information from NOAA’s forecast.
Several algorithms are used in this thesis and different comparisons of fuel-efficiency are already made. Some conclusions of the limitations of the prediction models are also made according to the present results.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 IX
符號說明 XV
第一章 緒 論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 本文架構 6
第二章 船舶耐海性能數學預估模型 7
2-1 座標系統 7
2-2 基本數學理論 8
2-3 運動方程式 10
2-4 附加阻力 10
2-5 實際海況之運動值與平均附加阻力 11
2-6 風力 13
2-7 船體動態反應資料庫 14
第三章 航法介紹 16
3-1 航法種類 16
3-2 航海學名詞解釋 17
3-3 航向角與航向轉換 19
3-4 大圈航法 20
3-5 中緯度航法 23
第四章 氣候航程之航線規劃方法 25
4-1 航線的基本設計概念 25
4-2 大圈航線 25
4-3 安全航線 27
4-3-1規劃模式A:轉向優先於減速 27
4-3-2規劃模式B:減速優先於轉向 27
4-4 低附加阻力航線 29
4-5 推薦航線 31
4-6 耗油量預估 33
4-6-1燃油消耗率與熱值比 33
4-6-2耗油量之估算 34
4-7 海氣象資料 35
4-8 全球陸地及海床地形資料(ETOPO5) 38
4-9 航期之建議速度 39
第五章 航線規劃結果與分析討論 41
5-1 計算船型 41
5-2 主程式模擬流程圖 43
5-3 2011年04月(日本東京-美國舊金山)
航線規劃結果-無風力考量 44
5-4 2011年10月(日本東京-美國舊金山)
航線規劃結果-無風力考量 54
5-5 2012年01月(日本東京-美國舊金山)
航線規劃結果-無風力考量 64
5-6 2011年04月(日本東京-美國舊金山)
航線規劃結果-加入風力考量 74
5-7 2011年10月(日本東京-美國舊金山)
航線規劃結果-加入風力考量 84
5-8 2012年01月(日本東京-美國舊金山)
航線規劃結果-加入風力考量 94
第六章 結論與未來展望 104
參考文獻 106
附錄一 遭遇海況組合 109
附錄二 航線代號-航線名稱 110
附錄三 船舶之運動性能 111
附錄四 輸入檔資訊 113


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[25]美國大氣海洋總署(NOAA)海洋大氣網站( http://polar.ncep.noaa.gov/waves )

[26]Study of Place ( http://www.studyofplace.info/common/Home.cfm )


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