Robust Pareto - Optimum Routing of Ships utilizing Deterministic and Ensemble Weather Forecasts

Zur Gewährleistung eines sicheren, zuverlässigen und wirtschaftlichen Schiffsbetriebes kommen zunehmend Routing-Systeme zur Anwendung. Um sichere Aussagen über die Reisedauer, den Brennstoffverbrauch, Sicherheit oder auch den Komfort an Bord treffen zu können, spielen die Zuverlässigkeit von Wettervorhersagen und die der Simulation der Seegangseigenschaften des Schiffes eine große Rolle. Dieses führt letztlich zu einem nicht-linearen Optimierungsproblem mit mehreren, oftmals antagonistischen Gütekriterien. Der Lösungsraum ist zudem durch Nebenbedingungen beschränkt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein neu entwickelter Ansatz vorgestellt. Auf Basis von Bewegungssimulationen des Schiffes im Seegang und detaillierten Seegangsprognosen werden optimale Kurse und zugehörige Geschwindigkeitsprofile eines Schiffes identifiziert. Das Betriebsverhalten des Schiffes im Seegang wird dabei mit Hilfe von Übertragungsfunktionen und Seegangsspektren bestimmt. Zunächst kommen deterministische Seegangsvorhersage zum Einsatz; später werden diese durch Ensemble-Vorhersagen erweitert um das stochastische Verhalten möglicher Wetterentwicklungen abzubilden. Die Seegangsprognosen wurden vom European Centre for Medium-Range Weather Forecasts ECMWF zur Verfügung gestellt. Zur Beschreibung von Routenvarianten wird eine Perturbationsmethode verwendet. Sie basiert auf der Darstellung des Kurses und eines zugehörigen Geschwindigkeitsprofils durch B-Splines. Für die Lösung der Optimierungsaufgabe kommt die generische Optimierungs-Software modeFRONTIER zum Einsatz. Zur Bewertung optimierter Routen unter dem Aspekt sich widersprechender Gütekriterien, wird ein von dem italienischen Ökonomen Vilfredo PARETO vorgeschlagenes Konzept verwendet. Ein heuristisches Suchverfahren, der Genetische Algorithmus für mehrere Gütekriterien, zeigt gute Ergebnisse bei der Suche nach PARETO optimalen Routen, die zur Unterstützung der Routenplanung herangezogen werden können. Die neu entwickelte Optimierungsmethode wird am Beispiel eines Containerservices mit der CMS HANNOVER EXPRESS im Nord Atlantik erläutert. Die Auswirkungen verschiedener Wetterszenarien auf ein Optimierungsergebnis werden dargestellt. Empfindlichkeits- und Variationsstudien dienen der Validierung und zur Plausibilitätskontrolle.

Author dc:creator

• Hinnenthal, Jörn

Advisor dc:contributor.advisor

• Clauss, Günther

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-17916
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1822

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2119