分析航行效率技术领域
本公开一般涉及船舶操作，并具体涉及分析船舶性能的方法和设
备。还更具体地，本公开提供用于在起点和目的点之间行进时分析和
比较船舶的航行效率的计算机实现的方法、设备和计算机可用的程序
代码。
背景技术
商船从一个港口运载货物、货品、乘客和/或材料到另一港口。商
船可包括例如油轮、散装货轮、集装箱轮和客轮。全世界数以万计的
船只从一个港口到另一港口在海上航行。典型的货船无论在哪里每年
都做出10到30次航行。经常地，在任何时候，1000到3000艘商船
在海上。
在船舶晚于预定的时间到达目的地时可出现问题。例如，可能不
能使用计划的泊位和港口。结果，船舶可能必须等待另一泊位另外的
时间。进一步地，船舶晚于预定到达目的地也可干扰坞边劳动设施的
工作调度。也可失去连接，并且到卖主的产品输送被延迟。这些类型
的问题可增加用船舶运输货物的成本。
通过提高船速从而早到达，船舶可能仍必须在港口等待预定泊位。
进一步地，提高速度而早到达可降低燃料效率。在一些情况下，船舶
可准时到达但可能需要也可降低燃料效率的速度爆发。这些状况也可
增加航行需要的成本。
在航行时，希望以提高安全性、效率和/或较低燃料消耗的方式航
行。天气预报、历史数据、海图和优化软件应用程序当前被用来生成
达到这些目标和/或关于进行航行的船舶的其它目标的路线。然而，这
些类型的处理依赖天气预报。然而，天气预报在预报进一步不及时的
时候变得更不正确。
可能难以识别可为特别船舶提供最优结果的解决方案。识别为船
舶提供最优效率的解决方案可减少航行的成本。另外，更好的解决方
案也可增加准时到达的发生和减少在港口混乱的可能性。
因此，具有应对上面讨论的问题中一个或更多的方法和设备是有
利的。
发明内容
在一个有利实施例中，给出分析航行效率的方法。获得船舶已完
成航行的历史数据。使用船舶模型和历史数据用在处理器单元上执行
的软件应用程序为已完成航行生成基线航行解决方案。基线航行解决
方案和用于已完成航行的实际航行解决方案相比较从而形成比较结
果。
在另一有利实施例中，数据处理系统包含具有存储在其上的程序
代码的存储装置以及与存储装置通信的处理器单元。处理器单元执行
程序代码来获得船舶已完成航行的历史数据。处理器单元进一步执行
程序代码来使用船舶模型和历史数据用在处理器单元上执行的软件应
用程序为已完成航行生成基线航行解决方案。处理器单元进一步执行
程序代码来比较基线航行解决方案和用于已完成航行的实际航行解决
方案从而形成比较结果。
在还另一有利实施例中，分析航行效率的计算机程序产品包含计
算机可记录存储介质和存储在计算机可记录存储介质上的程序代码。
可给出用于获得船舶完成航行的历史数据的程序代码。也可给出用于
使用船舶模型和历史数据用在处理器单元上执行的软件应用程序为已
完成航行生成基线航行解决方案的程序代码。进一步地，可给出用于
比较基线航行解决方案和用于已完成航行的实际航行解决方案从而形
成比较结果的程序代码。
特性、功能和优点可在本公开的各种实施例中独立实现，或可在
其它实施例中组合实现，其中参考下面的描述和附图可见进一步细节。
附图说明
被认为是有利实施例的特征的新颖特性在权利要求中阐述。然而，
有利实施例及其用法的优选模式、进一步目标和其优点通过参考在结
合附图阅读时的本公开有利实施例的下面详细描述将被最佳理解，其
中：
图1是根据有利实施例的数据处理系统的图示；
图2是根据有利实施例的模型开发环境的图示；
图3是根据有利实施例的航行分析环境的图示；
图4是根据有利实施例的船舶模型的图示；
图5是图解根据有利实施例的历史数据的图示；
图6是图解根据有利实施例的航行解决方案的路线的图示；
图7是根据有利实施例分析航行效率的处理的流程图；
图8是根据有利实施例分析航行效率的处理的流程图；
图9是根据有利实施例比较航行解决方案的处理的流程图；以及
图10是根据有利实施例识别对船舶的修改以提高船舶性能的处理
的流程图。
具体实施方式
现在参考附图并具体参考图1，根据有利实施例描述数据处理系统
的图示。数据处理系统100是可用来实施不同有利实施例的数据处理
系统的例子。数据处理系统100可设置在船舶上、总公司或一些其它
合适位置。数据处理系统100可根据不同有利实施例中一个或更多实
施例实施分析航行效率所需的处理。
在该图解例子中，数据处理系统100包括通信架构102，通信架构
102在处理器单元104、内存存储器106、持久存储器108、通信单元
110、输入/输出(I/O)单元112、传感器113和显示器114之间提供通
信。
处理器单元104用来为可加载到内存存储器106中的软件执行指
令。处理器单元104可以是一组一个或更多处理器，或可以是多处理
器核，这取决于特定的实施。进一步地，处理器单元104可使用其中
主处理器与二级处理器在单芯片上的一个或更多异构处理器系统实
现。作为另一图解例子，处理器单元104可以是含有同类多个处理器
的对称多处理器系统。
内存存储器106和持久存储器108是存储装置109的例子。存储
装置是能够临时和/或永久存储信息的任何硬件块，信息例如是但不限
于数据、功能形式的程序代码和/或其它合适信息。在这些例子中，内
存存储器106可以是例如随机存取存储器或任何其它合适的易失或非
易失存储装置。
持久存储器108可采取各种形式，这取决于特定的实施。例如，
持久存储器108可含有一个或更多组件或装置。例如，持久存储装置
108可以是硬盘驱动器、闪存、可重写光盘、可重写磁带或以上装置的
某个组合。持久存储器108使用的介质也可以是可移除的。例如，可
移除硬盘驱动器可用于持久存储器108。
在这些例子中，通信单元110提供与其它数据处理系统或装置的
通信。在这些例子中，通信单元110是网络接口卡。通信单元110可
通过使用物理和无线通信链接中的一个或两个来提供通信。
输入/输出单元112允许与可连接到数据处理系统100的其它装置
输入和输出数据。例如，输入/输出单元112可通过键盘和鼠标为用户
输入提供连接。另一例子是传感器113的使用。传感器113可以是专
用传感器例如多轴运动监视器。此外，输入/输出单元112可向打印机
发送输出。显示器114提供向用户显示信息的机构。
操作系统和应用程序或程序的指令位于持久存储器108上。这些
指令可加载到内存存储器106中，以便由处理器单元104执行。不同
实施例的处理可通过处理器单元104使用可设置在内存存储器例如内
存存储器106中的计算机实现的指令来执行。这些指令被称为可通过
处理器单元104中的处理器读取和执行的程序代码、计算机可用程序
代码或计算机可读程序代码。在不同实施例中的程序代码可收录在不
同物理或实体计算机可读介质上，例如内存存储器106或持久存储器
108上实施。
程序代码116以功能形式被设置在计算机可读介质118上，并可
加载到或转移到数据处理系统100，以便由处理器单元104执行。在这
些例子中程序代码116和计算机可读介质118形成计算机程序产品
120。计算机可读介质118也是存储装置的例子。处理器单元104可与
存储装置通信从而执行程序代码116。处理器单元104也可使用通信架
构102与存储装置通信。
在一个例子中，计算机可读介质118可以是实体形式，例如插入
或放置到是持久存储器108的一部分的驱动器或其它装置的光盘或磁
盘，以转移到存储装置，例如是持久存储器108的部分的硬盘驱动器
上。在实体形式中，计算机可读介质118也可采取持久存储器的形式，
例如连接到数据处理系统100的硬盘驱动器或闪存。计算机可读介质
118的实体形式也被称为计算机可记录的存储介质。
可替换地，程序代码116可从计算机可读介质118通过到通信单
元110的通信链接，和/或通过到输入/输出单元112的连接转移到数据
处理系统100。在图解例子中通信链接和/或连接可以是物理的或无线
的。计算机可读介质也可采取非实体介质的形式，例如含有程序代码
的通信链接或无线传输。
在数据处理系统100中图解的不同组件不表示提供对可实施不同
实施例的方式的架构限制。不同的图解实施例可在数据处理系统中实
施，该数据处理系统包括为数据处理系统100图解说明的组件之外的
组件，或替代为数据处理系统100图解说明的组件的组件。在图1中
示出的其它组件可不同于示出的图解例子。
不同实施例可使用能够执行程序代码的任何硬件装置或系统实施。
例如，数据处理系统可包括与无机组件集成的有机组件，和/或可完全
由除人类之外的有机组件组成。例如，存储装置可由有机半导体组成。
作为另一例子，在数据处理系统100中的存储装置是可存储数据的
任何硬件设备。内存存储器106、持久存储器108和计算机可读介质
118是实体形式存储装置的例子。在另一例子中，总线系统可被用来实
施通信架构102，并可由一条或更多总线，例如系统总线或输入/输出
总线组成。
当然，总线系统可使用在附连到总线系统的不同组件或装置之间提
供数据转移的任何合适类型的架构实施。另外，通信单元可包括用来
传输和接收数据的一个或更多装置，例如调制解调器或网络适配器。
此外，存储器可以是例如内存存储器106或缓存，例如在可存在于通
信架构102中的接口和存储器控制器集线器中找到的那些。
不同的有利实施例认识和考虑到分析或评估用来计划航行的软件
的能力是有用的。不同的有利实施例认识和考虑到通过分析用来计划
航行的软件的能力，分析可被用来改善和/或改进该类型的软件。即，
不同的有利实施例认识和考虑到理想的是具有分析用于航行优化的软
件执行得有多好以及给定改变条件时航行被优化得多好的能力。
不同的有利实施例可提供分析航行效率的方法和设备。可为船舶的
已完成航行获得历史数据。可使用船舶模型和历史数据用在处理器单
元上执行的软件应用程序为已完成航行生成基线航行解决方案。基线
航行解决方案可和用于已完成航行的实际解决方案比较从而形成比较
结果。借助该信息，不同有利实施例中的一个或更多可能能够分析软
件应用程序的性能，并可能识别改善。此外，不同的有利实施例可用
来比较不同软件应用程序，从而识别可提供某个期望性能水平的一个
或更多应用程序。
现在参考图2，根据有利实施例示出模型开发环境的图示。模型开
发环境200可使用一个或更多数据处理系统，例如图1中的数据处理
系统100实施。模型开发环境200可用初始模型202开始。模型创建
处理201可用来创建初始模型202。在这些图解例子中，初始模型202
可以是船舶的模型。
初始模型202是可用来为船舶执行模拟和/或生成航行解决方案的
模型。如在此使用的，航行解决方案是船舶从起始点到目的地旅行的
计划。计划可包括例如，但不限于若干速度、若干方向和/或用于执行
航行的其它相关因素中的至少一个。航行解决方案可以是静态的，或
可在航行发生时改变。
模型创建处理201可改变初始模型202，从而提高船舶模拟的精确
性。模型，例如初始模型202，可纳入详细的船舶特定数据。该船舶特
定数据可包括例如船体形状、附件例如舭龙骨和稳定片、发动机功率
特征、螺旋桨曲线、耐海性模型、用户定义的安全操作限制、船舶吃
水和纵倾、稳心高度和可用试车以及其它测试和/或航行数据。可选船
载传感器通过自适应的学习处理提高模型精确性。
在这些图解实施例中，模拟处理204可用初始模型202执行模拟
206。Jeppesen的航行和船只最优化解决方案(VVOS)是一个这样的
模拟应用程序。在这些图解例子中模拟206也使用历史数据208。可为
船舶的先前完成的航行获得历史数据。例如，历史数据208可含有关
于航行210的信息。历史数据208可包括航行210的环境信息212。在
这些例子中，航行210是已完成的航行。环境信息212可包括例如，
但不限于在航行210期间存在的天气条件、波高、海流和/或其它相关
环境信息。
该环境信息可以是例如后报(hindcast)。后报是天气的精确历史
记录。后报风和波浪是使用基于预报或记录的天气数据并通过物理数
据验证的现有技术水平数值模型生成的风速和方向和波高、速度和方
向的分析预测。在这些例子中该数据可从Oceanweather公司获得。
天气信息可包括例如但不限于表面风速和方向；波高、速度和方向；
表面海流速度和方向以及其它相关信息。历史数据208也可包括航行
210的实际路线214。该数据也可包括记录的天气信息。记录的天气信
息是实际记录的天气数据，并可具有与天气预报相同类型的信息。通
过使用船载传感器225和到现有的船用仪器226的接口，实时数据可
被包括。环境信息也可包括海流数据。海流数据是例如但不限于潮汐
和/或主要海流方向、路线和速度。从除天气和/或后报数据之外的来源
获得该数据。
模拟处理204可使用环境信息212和实际路线214执行模拟206，
从而创建模拟航行216。模拟航行216含有来自模拟206的结果。例如，
模拟航行216可包括燃料使用218、到达时间220和/或其它相关信息
中的至少一个。如在此使用的，短语“中的至少一个”在与一列条目
一起使用时，表示可使用条目中一个或更多的不同结合，并且可能需
要列表中每个条目中的仅一个。例如，“条目A、条目B和条目C中
的至少一个”可包括例如但不限于条目A或条目A和条目B。该例子
也可包括条目和条目B和条目C，或条目B和条目C。
通过模型创建处理201，模拟航行216可与航行210比较。模拟航
行216与航行210的比较可包括将信息例如燃料使用218和到达时间
210与在航行210的历史数据208内的对应信息比较。
模型创建处理201可从模拟航行216与航行210的比较生成相关系
数222，在图解例子中航行210是实际航行。相关系数222可被用来改
变初始模型202。例如，相关系数222可被用来调整初始模型202从而
匹配实际记录的船舶性能。船舶性能可以是例如但不限于燃料效率、
速度、按时到达目的地的可能性中的至少一个。
相关系数222也可针对改变而被调整，例如对船体设计做出的修
改、船体或螺旋桨粗糙度改变、燃料质量或使用不同船体涂层材料。
此外，相关系数222也可被用来针对缺少或错误的数据纠正模型。由
于为船舶性能收集另外的数据，因此相关系数222可被重调整。可从
与传感器和/或船用仪器接合和/或在维护或修理之后收集另外的数据。
例如，船体粗糙度的相关系数可以以螺旋桨伴流因数表示。假设螺
旋桨没有损坏，在轴马力、船速和每分钟发动机转数之间具有固定关
系。该关系遵循包括伴流因数的螺旋桨曲线。使用关于轴马力、速度
和每分钟转数的测量数据，可得出伴流因数。
当船舶是新船时，螺旋桨伴流因数范围可从大约20％到大约25％。
在由于污垢而使得船体状况恶化时，螺旋桨伴流因数可增大到超过
40％。该改变可导致增加的实滑移(true slip)，实滑移对于相同船速
要求增加的马力。增大的螺旋桨伴流因数可在性能模型中被更新，以
调查在螺旋桨抛光上的投资回报，从而基于船舶的未来航行减小伴流
因数、要求的马力和燃料消耗。
在这些例子中，多个相关系数，例如相关系数222可通过模型创建
处理201识别，从而生成和/或修改模型224。多个系数，例如相关系数
222被用来校准模型模拟结果从而匹配实际测量的航行性能。系数可被用
来例如纠正由于船体或螺旋桨粗糙度、吃水差、纵倾或对船舶的修改、
发动机调节状态，和/或燃料质量引起的阻力误差。
在执行这些改变之后，可使用模拟206运行额外的模拟，从而使用
对初始模型202的改变模拟航行。这些额外的模拟可使用船舶的航行
210和其它已完成航行执行。这些模拟、比较和改变可重复执行，直到
模拟航行216在期望的精确度水平内对应航行210。在模拟完成时，模
型创建处理201可然后形成模型224。
模型224可被用来根据一个或更多有利实施例识别航行解决方案
和/或执行比较。耐海性和速度保持模型是可用来实现模型224的模型
类型的例子。这些模型是舰船设计师已知的，例如在Principles of Naval
Architecture，Society of Naval Architects and Marine Engineers
(SNAME)，ISBN 0-939773-00-7(I)、0-939773-01-5(II)和
0-939773-02-3(III)中找到的模型。
现在参考图3，示出根据有利实施例的航行分析环境。在该例子中，
航行分析环境300可使用一个或更多数据处理系统实施，例如在图1
中的数据处理系统100。
在该图解例子中，在航行分析环境300内的分析处理302可使用历
史数据304和模型306，从而执行航行的分析。例如，在历史数据304
中的已完成航行308可通过分析处理302获得。历史数据304可含有
相似于图2中历史数据208的信息。
历史数据304可包括例如但不限于在航行时段期间为航行经过位
置记录的环境信息、航行的实际路线和其它相关信息。环境信息可包
括例如但不限于天气条件、波高、海流和其它相关环境信息。在这些
例子中，该环境信息可采取后报的形式。
已完成的航行308含有船舶已完成的航行的历史数据。在分析处理
302中的路线选择处理310可使用已完成航行308的历史数据和模型
312生成基线航行解决方案314。可用来实现路线选择处理310的软件
应用程序的例子是可从波音公司的Jeppesen获得的Jeppesen的船只和
航行优化解决方案(VVOS)。模型312是生成已完成航行308的历史
数据304的船舶的模型306内的模型。
基线航行解决方案314可与已完成航行308的历史数据304中的实
际航行解决方案316比较。在这些图解例子中，实际航行解决方案316
可以是已完成航行308遵照的实际计划。实际航行解决方案316可人
工生成，或使用路线选择处理例如路线选择处理326生成。
分析处理302可比较基线航行解决方案314中的若干参数318与实
际航行解决方案316中的若干参数320。在此使用的若干数量指一个或
更多条目。例如，若干参数318是一个或更多参数。若干参数318可
以是形成基线航行解决方案314时分析处理302生成的参数。若干参
数320可从已完成航行308生成。
在这些例子中，若干参数318和若干参数320可采取性能参数的形
式。这些参数可包括例如但不限于燃料消耗、速度、到达时间和/或识
别航行性能的其它相关参数。
在这些例子中选择若干参数320来对应若干参数318。若干参数318
和若干参数320的比较可导致比较结果322。比较结果322可包括航行
效率324。在比较结果322中航行效率324可识别若干参数318和若干
参数320的效率。
航行效率324可表达为给定特定一组限制或参数的船舶消耗的最
小可能燃料量对给定相同组的限制或参数的相同船舶消耗的实际燃料
量的比率。在这些例子中，百分之百航行效率是在实际消耗燃料量与
最小可能消耗燃料量相同时的航行效率。较低百分比表示小于最优效
率的效率。即，实际消耗的燃料多于最小可能燃料量。
例如，如果在被比较的参数中的参数是燃料使用，那么航行效率
324可计算如下：
V＝O＝(E×P×H)＝优化的/实际消耗的燃料
其中，V是航行效率，O是操作效率，E是发动机效率，P是螺旋
桨效率并且H是船体效率。E、P和H通常通过现有的船用仪器监视。
如果仪器不存在于船上，那么可安装另外的传感器。可通过监视关于
输出轴扭矩和每分钟转数(RPM)的燃料消耗来测量E。
该燃料消耗可以是例如以轴马力(SHP)为单位。可通过监视相对
于轴马力和速度的每分钟转数来测量P。可通过监视关于轴马力的船速
来测量H。O是给定航行的给定分段的全部不同的发动机效率、螺旋
桨效率和船体效率的总和。总的V是从起始地到目的地的给定航行每
个分段的全部操作效率的乘积。
百分之百的航行效率表示优选的最优化航行。即，百分之百的航行
效率在实际消耗的燃料量与航行应该消耗的最小燃料量相同时出现。
小于百分之百的航行效率表示小于最优航行的航行效率。在这些实施
例中较低百分比表示低于最优效率。例如，与应该消耗的最小燃料量
相比，实际消耗的燃料可更多。
最优基线航行是提供最大航行效率的船舶模拟航行的路线、速度和
方向。该效率可以是例如在给定和船舶执行实际航行相同的出发和到
达时间、起始地和目的地、负载、吃水、纵倾和其它限制时的最小燃
料消耗。
在这些例子中，使用的参数可包括例如但不限于船舶模型中的不同
参数。这些参数可以是例如但不限于船体形状、船体涂层、螺旋桨设
计、船体和螺旋桨粗糙度、吃水、纵倾、发动机性能、耐海性、速度
保持以及安全操作限制、起始地和目的地、出发和到达时间、地理限
制、天气、波浪和海流的海洋条件、特殊风暴警报和/或其他相关参数。
这样，不同的有利实施例提供确定与基线航行解决方案314相比在
实际航行解决方案316中使用多少燃料的能力。例如，实际航行解决
方案316可已经由路线选择处理326生成。这样，可用允许识别哪个
路线选择处理可能是对于为特殊船舶执行路线选择理想的或更好的路
线选择处理的方式，执行路线选择处理310和路线选择处理326之间
的比较。
进一步地，不同的有利实施例也可被用来做出对现有船舶的改进。
例如，分析处理302可修改模型312中的性能参数328，从而确定是否
可发生提高的效率。性能参数328可包括例如发动机330、船体332、
螺旋桨334和/或其它相关参数。
例如，船体332可被调整从而考虑重漆船舶的船体。螺旋桨334
可被调整从而考虑不同的螺旋桨、添加若干新螺旋桨、变化间距和/或
当前螺旋桨的抛光。发动机330可被更改从而考虑关于发动机的维护、
对发动机的改进或其它修改。
这些改变可形成新模型336。新模型336可然后与历史数据304中
的已完成航行308一起使用，从而生成新航行解决方案338。新航行解
决方案338可然后与基线航行解决方案314和/或实际航行解决方案
316比较，从而形成新比较结果340。分析处理302可分析新比较结果
340和比较结果322，从而确定对新模型336的修改是否为船舶提供更
好性能。如果识别性能充分提高，那么新模型336中的改变可在针对
新模型336的实际船舶中实施。
在这些例子中，路线选择处理310可为具有固定的运输持续时间的
从起始点到目的点的航行生成航行解决方案。例如，出发和到达时间
可以是固定的。使关于船舶性能的风、波浪、海流和其它环境条件的
优点最大化的理论最优通路可用满足出发和到达时间限制同时使燃料
消耗最少的方式识别。
路线选择处理310可通过创建限制内的网格的或若干跟随的可能
解决方案，发现最优航行解决方案。该路线选择处理比较可针对最小
燃料消耗北京该网格的每个分支。路线选择处理310考虑的参数可包
括例如但不限于船体设计、发动机功率特征、螺旋桨曲线、船舶吃水、
安全操作限制和/或其它相关参数。
不同有利实施例中的一个或更多可使用航行分析环境30，0从而提
供基准检查或比较通过不同路线选择处理生成的航行解决方案的能
力。例如，路线选择处理310生成的路线选择解决方案的比较结果可
与路线选择处理326生成的路线选择解决方案的比较结果进行比较。
在这些例子中，路线选择处理326为已完成航行308生成实际航行
解决方案316。路线选择处理310可然后从已完成航行308的历史数据
304创建基线航行解决方案314。分析处理302可比较这些航行解决方
案从而生成航行效率324。在这些图解例子中，航行效率324可被用来
识别哪个路线选择处理提供更好的路线选择解决方案。该类型的比较
可用许多不同类型的路线选择处理形成，从而识别与其它路线选择处
理相比可提供更好路线选择解决方案的特殊路线选择处理。
现在转到图4，根据有利实施例示出船舶模型的图示。在该例子中，
模型400是可在模型开发环境200和/或航行分析环境300中找到的模
型的例子。例如，模型400可用来实现初始模型202、模型224、模型
312和新模型336。
模型400含有关于船舶的信息，并可被用来模拟船舶性能。模型
400可包括例如船体设计402、发动机功率特征404、螺旋桨曲线406、
船舶吃水和纵倾408、稳心高度410和/或其它相关信息。
发动机功率特征404可被用来识别船舶的发动机效率。螺旋桨曲线
406可被用来识别螺旋桨效率。船体设计402、船舶吃水和纵倾408和
稳心高度410可被用来识别船舶的船体效率。这些不同效率可被结合
从而在路线选择处理或其它模拟工具使用模型400时形成船舶的操作
航行效率。
现在参考图5，根据有利实施例示出图解历史数据的图示。历史数
据500含有已完成航行502的数据。
已完成的航行502可包括数据，例如环境信息504、路线506和航
行约束508。环境信息504是已完成航行502发生期间相同时段的信息。
环境信息504可包括例如但不限于天气510、波浪512、海流514、温
度516和/或在已完成航行502执行期间存在的其它相关环境信息。
路线506可包括例如但不限于起始地518、目的地520和在起始地
518和目的地520之间的路径522。航行约束508是对船舶运转和/或移
动的方式的约束或限制。例如，但不限于，航行约束508可包括出发
时间524、到达时间526、最大速度528、最小速度530、最大横摇532、
最大纵摇534和其它相关约束。
限制是航行的限制和/或规范。限制可以是例如但不限于在船舶模
型中使用的参数，例如船体形状、船体涂层、螺旋桨设计、船体和螺
旋桨粗糙度、吃水、纵倾、发动机性能、耐海性和速度保持、安全操
作限制、起始地和目的地、出发和到达时间、地理限制、天气的海洋
条件、波浪的海洋条件、海洋和潮流的条件、特殊风暴警报和其它相
关信息。
在图2中的模型开发环境200、在图3中的航行分析环境300、在
图4中的模型400和在图5中的历史数据500的图解不意味着暗示对
可实施不同有利实施例的方式的物理和/或架构限制。一些有利实施例
可包括除图解组件之外的其它组件或替代图解组件的其它组件。进一
步地，在一些有利实施例中，组件中一些可以是非必需的。
例如，在一些例子中，在图2中的模型开发环境200可在与图3
中航行分析环境300相同的数据处理系统上执行。在其它图解实施例
中，这些不同环境可分布在可通过通信介质例如网络相互连接的许多
不同数据处理系统上。作为另一例子，在一些有利实施例中，除在图3
中的航行分析环境300中图解的两个路线选择处理之外，可比较或基
准检查另外的路线选择处理。进一步地，不同模型，例如在图2中的
初始模型202、在图2中的模型224和在图3中的模型312是表示实际
物理船舶或船舶设计的模型。
现在参考图6，根据有利实施例示出图解航行解决方案的路线的图
示。在该例子中，路线600可以是在船舶605的起始地602和目的地
604之间的船舶航线。路线600是实际完成的航行。路线606是分段
608、610和612的总和，并可以是使用已完成航行的历史数据生成的
基线航行解决方案，该已完成航行使用路线600。该历史数据可以是例
如在图3中的历史数据304。
在计算路线606时，路线可分为较短分段，例如分段608、610和
612以便分析。每个分段都可被分析从而为特别的参数组识别航行效
率，该参数例如是但不限于在保持准时到达时的燃料消耗。路线600
的实际运行效率可然后与路线606的基线效率比较。
在其它有利实施例中，可计算每个航行段的效率。例如，已完成航
行的基线航行解决方案的每个分段可和用于已完成航行的实际航行解
决方案的对应分段比较。可通过组合每个航行段的效率计算整个路线
上的总航行效率。
现在参考图7，根据有利实施例示出分析航行效率的处理流程图。
在图1中图解的处理可在处理例如在图2中的模型创建处理201中实
现。模型创建处理201可以是软件组件。在一些有利实施例中，模型
创建处理201可包括用户或设计师执行的操作。
通过创建船舶的初始模型开始处理(操作700)。该处理然后获得
船舶先前完成的航行的历史数据(操作702)。
接下来，使用初始模型模拟船舶先前完成航行的模拟从而形成模拟
航行(操作704)。先前完成的航行的性能数据与模拟航行的性能数据
比较从而识别相关系数(操作706)。
然后确定相关系数是否为所需的相关系数(操作708)。如果相关
系数是所需的值，那么该处理存储初始模型为船舶模型(操作710)，
此后该处理终结。该模型可被用来生成航行解决方案和在路线选择处
理之间做出比较。
再次参考操作708，如果相关系数不具有所需的值，那么该处理使
用相关系数改变初始模型(操作712)。对模型的其它可能改变包括例
如添加缺少的数据、纠正错误数据、添加或修改模型参数、提供另外
实际记录的航行数据，以及与专门传感器和/或其它船用仪器接合。
海流数据是潮汐和/或主要海流方向、路线和速度。该数据从天气
和/或后报数据之外的来源获得。记录的航行数据是路线、速度、方向、
出发时间、到达时间、负载、吃水、纵倾、燃料消耗、发动机转速、
每分钟发动机转数、马力和与完成或在进行过程中的航行关联的其它
相关数据。该处理然后返回操作702以执行另外的模拟。
现在参考图8，根据有利实施例示出分析航行效率的处理流程图。
在图8中图解的处理可在处理例如在图3中示出的分析处理302中实
现。处理可包括软件和/或用户实施的操作。
通过获得船舶已完成航行的历史数据开始处理(操作800)。该处
理然后使用船舶模型和历史数据以在处理器单元上执行的软件应用程
序生成已完成航行的基线航行解决方案(操作802)。该处理然后比较
基线航行解决方案和用于已完成航行的实际航行解决方案，从而形成
比较结果(操作804)，此后该处理终结。
现在参考图9，根据有利实施例示出比较航行解决方案的处理流程
图。在图9中图解的处理是图8中操作804的更详细图解。
通过识别针对基线航行解决方案的第一数量的参数开始处理(操作
900)。该第一数量的参数是感兴趣的参数数量。例如，但不限于，第
一数量的参数可以是燃料消耗。该处理然后识别针对用于已完成航行
的实际航行解决方案的第二数量的参数(操作902)。该处理然后比较
第一数量的参数和第二数量的参数，从而形成比较结果(操作904)。
比较可包括识别第一数量的参数和第二数量的参数之间的差异，从而
形成表达为百分比的比较结果。此后该处理终结。
现在参考图10，根据有利实施例示出识别提高船舶性能的对船舶
的修改的处理流程图。在图10中图解的处理可使用处理例如在图3中
的分析处理302实现。该处理可采取软件和/或用户实施的操作的形式。
通过获得船舶的已完成航行的历史数据开始图10中图解的处理
(操作1000)。该处理然后为已完成航行生成基线航行解决方案(操
作1002)。该处理然后比较基线航行解决方案和实际航行解决方案(操
作1004)。
该处理然后改变船舶模型从而形成船舶的新模型(操作1006)。
然后使用船舶的新模型和历史数据为已完成航行生成新航行解决方案
(操作1008)。在新航行解决方案和实际航行解决方案之间做出比较
从而形成新比较结果(操作1010)。
确定对模型的改变是否充分的(操作1012)。如果对模型的改变
不充分，那么该处理可返回操作1006。如果对模型的改变充分，那么
可对船舶做出对模型做出的改变(操作1014)，此后该处理终结。
在不同的示出实施例中的流程图和框图图解说明设备、方法和计算
机程序产品的一些可能实施的架构、功能和操作。在这点上，流程图
或框图中的每个方框都可表示包含用于实施特定功能或多个特定功能
的一个或更多可执行指令的计算机可用或可读程序代码的模块、分段
或部分。
在合适时方框也可包括用户实施方操作。在一些可替换实施中，在
方框中提到的功能或多个功能可以以图中提到顺序之外的顺序发生。
例如，在一些情况下，顺次示出的两个方框可基本同时执行，或方框
可有时以颠倒顺序执行，这取决于涉及的功能。
这样，不同的有利实施例中的一个或更多可被用来识别对船舶的改
善。这些改善可包括对船舶的船体涂漆、清洁船舶的船体、抛光螺旋
桨、改变螺旋桨、执行对发动机的维护、修改自动驾驶仪、稳定翼片
功能和/或其它相关处理。
进一步地，如先前提及的，不同的有利实施例可被用来比较不同软
件应用程序，从而识别可提供某个期望水平的性能的一个或更多应用
程序。软件应用程序可具有在方框中识别或在各实施例中先前描述的
功能中的一个或更多。源自第一船舶的航行解决方案的比较可用源自
若干船舶的航行解决方案的比较来分析，从而确定软件应用程序是否
比若干其它软件应用程序更精确。
例如，处理器可执行程序代码从而获得第一船舶的第一已完成航行
的第一历史数据，并生成第一已完成航行的第一基线航行解决方案。
用第一软件应用程序使用第一船舶的第一模型和第一历史数据生成第
一基线航行解决方案。通过比较第一基线航行解决方案和用于第一已
完成航行的第一实际航行解决方案，形成第一船舶的第一比较结果。
处理器进一步执行程序代码从而获得若干船舶的若干已完成航行
的历史数据，并为若干已完成航行生成若干基线航行解决方案。使用
若干软件应用程序，使用若干船舶的若干模型和若干历史数据生成若
干基线航行解决方案。通过比较若干基线航行解决方案和用于若干已
完成航行的若干对应的实际航行解决方案，形成若干比较结果。最终，
分析第一比较结果和若干比较结果，从而识别第一软件应用程序和若
干软件应用程序中哪个更精确。
仍进一步地，不同的有利实施例也可被用来识别船舶模型和船舶何
时性能偏离。该偏离可被用来识别在使用期间已经对船舶发生的、不
可在模型中反映的改变。例如，随时间推移，在船舶的船体上的油漆
可劣化。该劣化可导致实际航行偏离通过路线选择处理生成的航行解
决方案。通过使用不同有利实施例中的一个或更多做出对已完成航行
的比较，在航行解决方案和实际结果之间随时间推移发生的偏离可被
用来表示对模型的更新，和/或可能需要对船舶执行维护。
进一步地，不同的有利实施例也可被用来为源自燃料燃烧的排放
物，例如二氧化碳和其它温室气体(GHG)建立基线。源自基于石油
的燃料燃烧的碳排放直接与燃料消耗成比例。该排放系数可然后被用
来监视、记录和/或证明温室气体排放量的改变，以便符合操作规定和/
或碳信用交易。
因此，不同的有利实施例提供分析航行效率的方法和设备。不同有
利实施例中的一个或更多提供比较不同的路线选择处理从而识别特定
路线选择处理是否可生成更好路线选择解决方案的能力。不同的有利
实施例通过使用模型和已完成航行的历史数据识别效率或其它参数之
间的差异来生成比较结果。
在不同的有利实施例中，可比较和基准检查的参数之一是燃料消
耗。不同的有利实施例提供比较最优燃料消耗和实际燃料消耗的能力。
如上面描述的，不同的有利实施例可使用记录数据重创建实际船舶航
行，并然后使用路线选择处理发现最优解决方案。实际航行或航行解
决方案的比较和通过路线选择处理做出的解决方案比较。
不同的有利实施例可采取完全硬件实施例、完全软件实施例或含有
硬件和软件元件的实施例的形式。一些实施例可以在包括但不限于例
如防火墙、常驻软件和微代码形式的软件实现。
此外，不同的有利实施例可采取从提供程序代码的计算机可用或计
算机可读介质可存取的计算机程序产品的形式，该程序代码通过或连
同执行指令的计算机或任何装置或系统使用。为了本公开的目的，计
算机可用或计算机可读介质可通常为任何实体设备，其可含有、存储、
传递、传播或运输通过或连同指令执行系统、设备或装置使用的程序。
计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、
电磁、红外或半导体系统或传播介质。计算机可读介质的非限制例子
包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储
器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可包括压缩
盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩盘-读/写(CD-R/W)和DVD。
进一步地，计算机可用或计算机可读介质可含有或存储计算机可读
或可使用方程序代码，以使在计算机上执行计算机可读或可用程序代
码时，该计算机可读或可用程序代码的执行导致计算机经由通信链接
传输另一计算机可读或可用的程序代码。该通信链接可使用介质，例
如但不限于物理或无线介质。
适合存储和/或执行计算机可读或可用程序代码的数据处理系统包
括通过通信架构，例如系统总线直接或间接耦合到存储器元件的一个
或更多处理器。存储器元件可包括在程序代码实际执行期间采用的本
地存储器、大容量存储器和提供至少一些计算机可读或可用程序代码
的临时存储从而减少代码执行期间可从大容量存储器重获代码的次数
的缓存存储器。
输入/输出或I/O装置可直接或通过介于其间的I/O控制器耦合到系
统。这些装置可包括例如但不限于键盘、触摸屏显示器和指点装置。
不同通信适配器也可耦合到系统，从而使数据处理系统能够通过介于
其间的私有或公共网络耦合到其它数据处理系统或远程打印机或存储
装置。非限制例子是调制解调器和网络适配器，并仅是少量当前可用
类型的网络适配器。
为说明和描述的目的已经给出不同的有利实施例的描述，并且不希
望详尽于或限于公开形式的实施例。许多修改和变化对于本领域技术
人员来说是明显的。进一步地，不同的有利实施例可提供与其它有利
实施例相比的不同优点。
选择的实施例或多个实施例经挑选和描述以便最优解释实施例的
原理、实用的应用，并使其它本领域技术人员能够理解具有适合预期
特殊使用的各种修改的各种实施例的公开内容。
可由本说明支持的其它权利要求是：
15.一种数据处理系统，包含：
存储装置，其中所述存储装置包括程序代码；以及
与所述存储装置通信的处理器单元，其中所述处理器单元能够执
行所述程序代码，从而获得船舶的已完成航行的历史数据；使用所述
船舶的模型和所述历史数据用在处理器单元上执行的软件应用程序为
所述已完成航行生成基线航行解决方案；以及比较所述基线航行解决
方案和用于所述已完成航行的实际航行解决方案，从而形成比较结果。
16.根据权利要求15所述的数据处理系统，其中在执行所述程序
代码从而比较所述基线航行解决方案和用于所述已完成航行的所述实
际航行解决方案从而形成所述比较结果时，所述处理器单元能够执行
所述程序代码从而识别为所述基线航行解决方案生成的第一数量的参
数；识别为用于所述已完成航行的所述实际航行解决方案生成的第二
数量的参数；以及比较所述第一数量的参数和所述第二数量的参数，
从而形成所述比较结果。
17.根据权利要求16所述的数据处理系统，其中在执行所述程序
代码从而比较所述第一数量的参数和所述第二数量的参数从而形成所
述比较结果时，所述处理器单元能够执行所述程序代码从而识别在所
述第一数量的参数和所述第二数量的参数之间的差异，从而形成表示
为百分比的所述比较结果。
18.根据权利要求15所述的数据处理系统，其中在执行所述程序
代码从而比较所述基线航行解决方案和用于所述已完成航行的所述实
际航行解决方案从而形成所述比较结果时，所述处理器单元能够执行
所述程序代码从而比较所述已完成航行的所述基线航行解决方案中多
个分段的每个分段和用于所述已完成航行的实际航行解决方案中多个
分段的对应分段，从而形成所述比较结果。
19.根据权利要求15所述的数据处理系统，其中所述船舶是第一
船舶，历史数据是所述第一船舶的所述历史数据，所述已完成航行是
第一已完成航行，所述基线航行解决方案是所述第一船舶的第一基线
航行解决方案，所述软件应用程序是第一软件应用程序，所述模型是
所述第一船舶的第一模型，以及所述比较结果是所述第一船舶的第一
比较结果，以及其中所述处理器单元进一步执行所述程序代码从而获
得若干船舶的若干已完成航行的历史数据；使用所述若干船舶的若干
模型和所述历史数据，用若干软件应用程序为所述若干已完成航行生
成若干基线航行解决方案；比较所述若干基线航行解决方案和用于所
述若干已完成航行的若干对应的实际航行解决方案，从而形成若干比
较结果；以及分析所述第一比较结果和所述若干比较结果，从而识别
所述第一软件应用程序和所述若干软件应用程序中哪个更精确。