نیروی دریایی نقشی ضروری در تجارت جهانی دریایی، لجستیک و حمل و نقل ایفا می کند [۱,۲]. برای اولین بار، مایکل و همکاران. [۳] نقش حیاتی انواع مختلف کشتی‌ها، مانند کشتی‌های فله‌بر خشک و تانکرهای نفت پاک را در بهبود شاخص‌های اقتصادی از طریق استفاده از متغیرهای هزینه خدمات لجستیک و حمل‌ونقل به‌دست‌آمده از شرایط عملیاتی واقعی کشتی بررسی کرد. با این حال، فقدان شرایط تست استاندارد برای کشتی‌ها، مقایسه معقول ویژگی‌های کیفی انواع مختلف کشتی‌ها را از نظر بهبود قدرت، صرفه‌جویی و آلاینده‌ها دشوار می‌کند. بر این اساس، تمرکز این مطالعه پیشنهاد یک روش چرخه بارگیری دریایی است که می تواند به طور موثر شرایط عملیاتی کشتی های واقعی را استخراج کند. انتظار می‌رود شرایط دوچرخه‌سواری هدفمند دریایی به روشن شدن تفاوت‌های عملکرد بین انواع کشتی‌ها، ارائه درک بهتر از عملکرد کشتی و منجر به ارتقاء سیستم قدرت کشتی و بهبود استراتژی کنترل کمک کند.

صنعت کشتیرانی تحت تأثیر مقررات مختلف مشابه MARPOL قرار گرفته است که نوسازی پیشرانه های کشتی ها، به ویژه هیبریدی های دیزل-الکتریکی را مجبور می کند. [۴,۵]هیبریدهای گاز-الکتریک [۶,۷]و هیبریدهای ذخیره انرژی [۸,۹]. اندازه اجزای سیستم دریایی و چگالی انرژی منبع انرژی بر بهبود بهره وری انرژی و افزایش قدرت در طول عملیات کشتی تأثیر می گذارد و یک سیستم مدیریت خوب می تواند عملکرد کشتی را متعادل کند. به این ترتیب، محققان عمدتاً بر انتخاب، تطبیق و توسعه استراتژی‌های مدیریت انرژی برای پیشرانه‌های هیبریدی تمرکز کرده‌اند.

از نظر تطبیق و انتخاب قدرت کشتی، وو و همکاران. [۱۰] یک روش انتخاب مولفه بر اساس ارزیابی چند نمایی و بهینه‌سازی ازدحام ذرات تک هدفه (PSO) پیشنهاد کرد که برای یک سیستم قدرت هیبریدی دریایی متشکل از یک موتور گازی متقابل و یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی اعمال شد. بهبود در بهره وری انرژی و اقتصاد پس از انتخاب با استفاده از شرایط تقاضای توان ۴۰۰۰۰ ثانیه آزمایش شد. نتایج نشان داد که مصرف سوخت و انتشار کربن را می توان به ترتیب ۱۷٫۱% و ۱۴٫۸% کاهش داد و روش پیشنهادی عملکرد قدرت سیستم را بهبود می بخشد. وانگ و همکاران [۱۱] یک مدل ریاضی مقیاس‌پذیر از یک موتور دیزلی/باتری/سیستم نیروی محرکه هیبریدی در ساحل ایجاد کرد. در همین حال، یک روش بهینه سازی مشارکتی سه هدفه شامل پارامترهای کلیدی تجهیزات طراحی شد. قابلیت اطمینان مدل ریاضی و اثربخشی روش بهینه‌سازی با استفاده از منحنی‌های سرعت واقعی یک کشتی معمولی، از جمله حالت‌های کروز و هم زدن تأیید شد. نتایج نشان داد که پارامترهای موتور دیزل، باتری و نسبت دنده تأثیر زیادی بر عملکرد پیشرانه هیبریدی دارند. لی و همکاران [۱۲] تفکر آشفته و اپراتور متقاطع تطبیقی ​​را برای بهبود انتخاب پارامترها برای بهینه‌سازی ظرفیت تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی در کشتی‌های الکتریکی معرفی کرد. روش بهینه‌سازی ظرفیت تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی با استفاده از بار الکتریکی کل کشتی، بار سرویس و بار پیشرانه و همچنین سایر پارامترهای واقعی شرایط کار موتور تأیید شد. هاسل طلب و همکاران [۱۳] سلول‌های سوختی اکسید جامد را برای اولین بار به سیستم‌های قدرت هیبریدی معرفی کرد و یک روش انتخاب جزء را برای تعیین رتبه‌بندی بهینه قدرت موتور گازی، باتری و پیل سوختی با در نظر گرفتن کامل پارامترهای اندازه و وزن منبع نیرو پیشنهاد کرد. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که پیشرانه همسان باعث بهبود مصرف سوخت تا ۲۱ درصد و کاهش CO2 می شود_۲ انتشار گازهای گلخانه ای ۵۳ درصد در مقایسه با کشتی های معمولی با موتور دیزلی. چن و همکاران [۱۴] یک استراتژی جدید مدیریت انرژی شامل یک ماشین بردار پشتیبان و کنترل فرکانس برای یک سیستم ذخیره سازی انرژی هیبریدی پیل سوختی دریایی، که عمدتاً بر ساختار قدرت هیبریدی و تطبیق ظرفیت تجهیزات تمرکز دارد، ارائه کرد. امکان سنجی استراتژی با استفاده از پروفیل های بار یک کشتی پیل سوختی ۳۶۰ ثانیه در حالت های ثابت و مانور تایید شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ساختار هیبریدی بهینه می تواند ۵٫۴ درصد در مصرف انرژی صرفه جویی کند و در عین حال طول عمر تجهیزات را افزایش دهد.

با توجه به تحقیقات استراتژی مدیریت انرژی، ژانگ و همکاران. [۱۵] یک روش مدیریت انرژی پیش‌بینی‌کننده دو مرحله‌ای برای پیشرانه هیبریدی دیزل-الکتریکی پیشنهاد کرد. تقاضای توان بارگذاری شده ۹۰۰۰s برای شبیه‌سازی جنبه‌های اقتصادی روش مدیریت انرژی، به منظور بهبود اقتصاد آن مورد استفاده قرار گرفت و نتایج نشان داد که عملکرد آن نزدیک به عملکرد به‌دست‌آمده از طریق بهینه‌سازی جهانی است. قیمیر و همکاران [۱۶] یک سیستم ارزیابی انتشار جدید برای کشتی‌های حفاری ارائه کرد که می‌تواند در سیستم‌های قدرت هیبریدی DC دریایی استفاده شود. قابلیت اطمینان و اعتبار سیستم ارزیابی انتشار پیشنهادی با استفاده از ۱۲۰ ساعت قدرت حفاری در سیستمی متشکل از ترانزیت، حفاری و ریمینگ تأیید شد. ژائو و همکاران [۱۷] ویژگی های کاری یک کشتی توریستی را برای پیشنهاد یک استراتژی تخصیص انرژی بر اساس یک استراتژی فازی بهبود یافته، که در آن دستگاه های اصلی حاوی انرژی خورشیدی، سلول های سوختی، ابرخازن ها و باتری ها هستند، ادغام کرد. استراتژی توزیع انرژی پیشنهادی با استفاده از ۱۲۰۰ ثانیه شرایط کاری توان بار شامل حالات اسکله و کروز تایید شد. نتایج نشان داد که نوسانات ولتاژ باتری و پیل سوختی را می توان سرکوب کرد و زمان کارکرد باتری را می توان افزایش داد. زی و همکاران [۱۸] یک راه حل کارآمد و سازگار با محیط زیست برای یک کشتی هیبریدی با ترکیبی از سلول های سوختی هیدروژنی و باتری ها ارائه کرد و یک سیستم مدیریت انرژی دو لایه را برای افزایش عملکرد اقتصادی کشتی طراحی کرد. اثربخشی سیستم مدیریت انرژی همراه با مطالعه موردی تقاضای برق یک سفر دریایی ۲۴ ساعته تأیید شد و نشان داد که صرفه جویی در سوخت تا ۲۸٪ می رسد. پلاناکیس و همکاران [۱۹,۲۰] یک استراتژی مدیریت انرژی با در نظر گرفتن مبادله بین مصرف سوخت و انتشار NOx بر اساس کنترل پیش‌بینی مدل ایجاد کرد و آن را در یک سیستم هیبریدی موازی دیزل-الکتریک به کار برد. اثربخشی استراتژی مدیریت با استفاده از مورد سرعت تقاضای ملخ تأیید شد، و نتایج تجربی نشان داد که بسته به وزن، می‌توان به یک مبادله بین مصرف سوخت و انتشار NOx رسید. خو و همکاران [۲۱] بازیابی گرمای اتلاف را برای افزایش بیشتر بهره وری انرژی یک پیشرانه هیبریدی دریایی و در عین حال توسعه یک استراتژی مدیریت انرژی با هدف به حداقل رساندن کل مصرف انرژی و بهینه سازی بازده موتور اتخاذ کرد. اثربخشی طرح پیشنهادی با استفاده از چهار چرخه رانندگی با اشاره به سرعت کشتی، به منظور به دست آوردن نتایج کمی تأیید شد. نتایج تجربی نشان داد که حداکثر صرفه جویی در انرژی سیستم قدرت هیبریدی دریایی با بازیافت گرمای اتلاف در مقایسه با سیستم پیشران موتور معمولی به ۱۳٫۷۴٪ رسید. لی و همکاران [۲۲] یک الگوریتم بهینه‌سازی مشترک چند هدفه تطبیقی ​​برای کشتی‌های محرکه الکتریکی ذخیره‌سازی انرژی هیبریدی برای دستیابی به حداقل‌سازی هزینه طراحی کرد. امکان سنجی الگوریتم بهینه سازی آنها با استفاده از شرایط تقاضای بار آلسترواسر تأیید شد. کالیکاتزاراکیس و همکاران [۲۳] یک استراتژی کمینه سازی مصرف معادل را برای یک سیستم قدرت هیبریدی برای یک کشتی منبع چند نیرو اعمال کرد. اعتبار تجربی استراتژی با استفاده از هفت پروفایل عملیاتی شبیه‌سازی‌شده یک یدک‌کش نشان داد که استراتژی پیشنهادی ۶ درصد سوخت را در صورت تقاضای بار ناشناخته صرفه‌جویی می‌کند. سان و همکاران [۲۴] طرح جدیدی برای یک سیستم قدرت هیبریدی گاز-الکتریک برای کشتی ها ارائه کرد و یک مدل استراتژی کنترل پیش بینی با ضرایب وزنی متغیر برای مبادله بین اقتصاد و قدرت پیشنهاد کرد. ویژگی‌های مبادله استراتژی مدیریت انرژی پیشنهادی در یک دکل آزمایشی با استفاده از شرایط آزمایش ۶۰۰ ثانیه تأیید شد.

شرایط آزمایش قایق های یدک کش [۲۵]، کشتی های مسافربری [۲۶]، و کشتی های مهندسی [۲۷] همانطور که در نشان داده شده است، از ادبیات برای بازتاب شهودی تر مشکل به دست آمد شکل ۱، شکل ۲ و شکل ۳. از این شکل ها می توان دریافت که انواع مختلف کشتی ها از شرایط آزمایش متفاوتی استفاده می کنند و هیچ استاندارد آزمایشی یکسانی حتی برای یک نوع کشتی وجود ندارد. به عنوان مثال، کشتی‌های مسافربری می‌توانند شامل کشتی‌های تفریحی لوکس، کشتی‌ها، و وسایل تفریحی دریایی باشند، که در آن‌ها الزامات طراحی و عملکرد می‌تواند بین آنها بسیار متفاوت باشد. فقدان استانداردهای هماهنگ بین‌المللی کالیبراسیون و استفاده از روش‌های مختلف تست توسط سازندگان و اپراتورهای مختلف منجر به نتایج آزمایش غیرقابل مقایسه شده است.

ISO 15016 [28]: ISO 15016 که توسط سازمان بین المللی استاندارد (ISO) توسعه یافته است، استانداردی بین المللی است که برای ارزیابی عملکرد نیروی محرکه کشتی ها طراحی شده است. این استاندارد الزامات جامعی را برای روش‌های آزمایش، پردازش داده‌ها و ارزیابی عدم قطعیت ترسیم می‌کند که همگی با هدف اطمینان از صحت و مقایسه نتایج آزمایش انجام می‌شوند. به‌روزرسانی‌ها و بهبودهای مداوم این استاندارد بر تعهد پایدار جامعه بین‌المللی به روش‌های آزمایش عملکرد کشتی تأکید می‌کند و پایه‌ای قوی برای پیشرفت‌های مستمر در صنعت کشتیرانی تشکیل می‌دهد. [۲۹].

ISO 19030 [30]: ISO 19030 بر استانداردهایی برای اندازه گیری جابجایی، سرعت و مصرف سوخت کشتی متمرکز شده است. این استاندارد دستورالعمل‌هایی را برای کشتی‌هایی که از نظر اقتصادی کار می‌کنند ارائه می‌کند، به اپراتورها این امکان را می‌دهد تا به طور مؤثر بر عملکرد کشتی نظارت کرده و بهبود بخشند، که در نهایت منجر به کاهش مصرف سوخت و انتشار آلاینده‌ها می‌شود. [۳۱].

EEDI (شاخص طراحی بازده انرژی): IMO شاخص طراحی کارایی انرژی (EEDI) را به عنوان معیاری برای ارزیابی کارایی طراحی‌های جدید کشتی معرفی کرد. این شاخص به تولیدکنندگان کشتی ملزم می‌کند هنگام طراحی کشتی‌های جدید، مجموعه‌ای از استانداردهای عملکرد را رعایت کنند و از افزایش بهره‌وری انرژی اطمینان حاصل کنند. اجرای EEDI به طور فعال به سوق دادن صنعت دریایی به سمت سازگاری بیشتر با محیط زیست و افزایش بهره وری انرژی کمک می کند. [۳۲,۳۳].

SEEMP (طرح مدیریت بهره وری انرژی کشتی): IMO مالکان کشتی را ملزم می کند تا برنامه های مدیریت بهره وری انرژی کشتی (SEEMP) را برای نظارت و بهبود بهره وری انرژی کشتی های موجود اجرا کنند. SEEMP شامل عناصر مختلفی از جمله شرایط آزمایش، ثبت داده‌ها و تجزیه و تحلیل است که همگی با هدف بهینه‌سازی عملکرد کشتی و کاهش مصرف انرژی هستند. [۳۴,۳۵].

بر اساس مطالب فوق، ساختار اصلی این مقاله به شرح زیر است. بخش ۲ دانش اولیه در مورد داده کاوی سری زمانی را معرفی می کند و روش جدید پیشنهادی برای استخراج داده ها بر اساس یادگیری ماشین را ارائه می دهد. علاوه بر این، روش پیشنهادی اعتبار سنجی شده و از طریق مطالعه موردی در مورد بحث قرار می گیرد بخش ۳. فصل پایانی در ارائه شده است بخش ۴.