前言

为系统总结发展成果、推广创新经验，智能新能源船舶技术创新产业联盟于2025年首次发起全国性创新案例征集活动。本次活动得到高校、行业科研院所、船舶制造企业、航运公司等单位的积极响应，经过严格评审，最终遴选出21项具有代表性的优秀案例，涵盖绿色船舶设计、技术装备研发、应用示范等多个领域，在技术创新性、经济效益、社会价值等方面均达到行业领先水平，充分展现了行业创新活力。

「 案例内容 」

长江干线船舶智能能效系统

完成单位：武汉理工大学、潍柴动力股份有限公司

完成人：尹奇志、刘杰、范爱龙、袁裕鹏、严新平、尹晓青、庞斌、张露、靳良真

01主要建设内容

本研究成果针对当前内河船舶智能能效管理系统硬件成本高、软件通用性低、油耗监测数据不准确、能效预测模型精度低、能效优化无法动态更新、船员执行率低等问题开展了相关的研究。提出了船舶能效监测系统的经济性设计方案；研究了船舶能效数据动态清洗方法和静态清洗方法，开发了参数化的船舶能效数据静态清洗软件和动态清洗软件模块；研究了共轨柴油机油耗和轴功率数据的修正方法，实现了共轨柴油机油耗和轴功率数据精度的提升；研究了船舶能效模型的动态构建方法和精度提升方法；研究了船舶能效动态分析、评估和优化方法；开发了长江干线船舶智能能效管理系统，并在内河示范船 “佳鑫8999”上成功应用。示范船见图1，系统硬件组成详见图2。该系统软件包括Winform版、B/S版和手机APP版三个版本，可同时在船端、网络端和手机端使用。相关版本的部分界面见图3。

 图1 系统应用示范船

图2 长江干线船舶智能能效提升系统硬件部分

a) Winform版

b) B/S版

c) 手机APP版

图3 长江干线船舶智能能效提升系统软件

02主要技术

船舶智能能效管理系统所包含的技术主要包括能效数据采集技术、能效数据清洗技术、能效分析技术、能效建模技术和能效优化技术。其中，能效数据采集技术包括传感器选型、传感器安装和数据通讯等；能效数据清洗技术包括普通清洗和深度清洗技术；能效分析技术包括船舶主要能耗设备能效分析、全船能效分析和驾驶行为人因分析；能效建模技术包括营运前期的机理建模技术、营运中期的机理与数据结合建模技术以及营运后期的基于数据建模技术；能效优化技术包括航段划分、优化模型和优化算法等技术。具体技术路线框架见图4。

图4 主要技术路线框架图

解决的主要问题及解决方案

03

（1）针对当前内河船舶智能能效管理系统硬件成本高等问题，提出了船舶能效监测系统的经济性设计方案。通过从共轨柴油机直接提取油耗、扭矩和主机转速数据等方式将内河船舶智能能效管理系统的硬件成本从30多万元降到5万多元，并根据不同用户需求提出了不同的经济性硬件配置方案。

（2）针对内河动力形式复杂多样，当前智能能效管理软件通用性低等问题，提出了智能能效管理软件模块化和参数化构建方法，开发了一种可配置化的船舶智能能效管理软件，提升了智能能效管理系统对多种类型船舶的适用性，降低了软件开发成本。

（3）针对共轨柴油机提供的能效数据准确性缺乏验证等问题，构建了共轨柴油机油耗和轴功率数据实船测试验证平台，提出了油耗和轴功率数据修正方法，实现了共轨柴油机油耗和轴功率数据精度的提升。

（4）针对部分能效数据覆盖率不足时能效模型精度低的问题，提出了一种机器学习与船舶能效性能实验数据相结合的船舶能效建模的方法，实现了能效模型精度的提升。

（5）针对当前内河船舶智能能效管理系统能效优化无法动态更新等问题，构建了船舶能效动态预测模型、动态优化模型以及提出动态优化方法，实现了船舶能效的动态优化，提升了船舶能效预测模型的精度和优化效果。

（6）针对当前缺乏对营运船舶柴油机能效实现动态评估等问题，提出了一种船舶营运期间主推进柴油机能效状态动态评估方法，实现了对船舶营运期间柴油机能效的动态评估和能效故障报警。

（7）针对当前部分船员不按船舶智能能效管理系统建议转速执行导致船舶能效智能能效管理系统利用率不高，船舶能效和经济性没有充分得到提升等问题，提出了一种船员船舶能效优化执行率计算方法，实现了船员船舶能效优化执行率的科学统计和分析，提升了船舶能效优化方案的实际执行率。

（8）针对当前船舶营运者无法获知不同航段船舶能效差异等问题，提出了一种长江航段百公里油耗分析方法，实现了不同航段百公里油耗的比较和分析，为船舶营运者科学评估不同航段的营运成本提供了技术支持。

（9）针对当前内河航线航段划分结果缺乏科学评估等问题，提出了一种基于能效优化的内河航道智能划分方法和航段划分结果评估方法，实现了对内河航线航段的智能优化划分和评估，提升了船舶能效预测模型的精度。

（10）针对当前智能能效管理系统展现方式单一，不能满足不同用户需求等问题，开发了船舶智能能效管理软件Winform版、B/S版和手机APP版三个版本，实现了同时在船端、网络端和手机端对船舶能效的监测和管理。

（11）针对当前内河船舶缺乏通航环境安全预警等问题，提出了一种基于船舶能效数据的水流速度、水深和大风预警方法，在船舶智能能效管理软件中开发了水流速度、水深和大风预警等模块，提升了船舶的营运安全水平。

成果示范应用效果

04

智能能效管理系统于2023年11月在“佳鑫8999”船舶上开始正式使用，使用前后的能效和经济性数据结果表明。采用本课题组开发的智能能效管理系统后，上水航次船舶能效提升30%，经济性提升118.5%；下水航次船舶能效提升14.8%，经济性提升3.2%。具体计算过程如下：

为了对比示范船“佳鑫8999”使用智能能效管理系统前后的能效和经济性的变化，对安装该系统前后的能效和经济性相关参数进行了对比。对船东调研的数据表明：示范船在安装能效系统之前，船员通常依靠经验来驾驶船舶。在船舶的下水航次中，船员通常采用单主机运行并且一般将主机转速保持在520 r/min左右；在船舶的上水航次中，船员通常采用双主机运行，并一般将双主机转速均维持在650 r/min左右。示范船在安装了船舶智能能效管理系统后，系统经过能效计算及优化后，提出了新的建议转速：建议船员在船舶单主机下水航行时将单主机转速降至约480 r/min左右。而在船舶双主机上水航行时，系统综合考虑了上水安全性以及各段限速区的因素，建议将最低转速控制在约530 r/min左右。两者具体参数值的对比见表1。

 表1  安装该系统前后的能效和经济性相关参数对比

根据表1中的对比数据，安装能效系统后，船舶在上下水航次中采用降速航行策略的航次每日利润及单航次总利润均有所提高。其中，在上水航次中，船舶采用530转比采用650转航行，可节省燃油成本24 450.07元，可增加单航次总利润15 073.87元，船舶营运经济性提升了约118.5%；在下水航次中，船舶采用480转比采用530转航行，可节省燃油成本7 668.84元，可增加单航次总利润4 137.36元，营运经济性提升了约14.8%，经济性提升了约3.2%。

「 核心技术装备情况 」

01核心技术装备名称

长江干线船舶智能能效管理系统

02核心技术装备参数

1.可实现在船舶营运过程中航速动态优化；

2.油耗预测模型精度超过97%；

3.航速预测模型精度超过于95%；

4.船舶能效提升超过10%。

03装备的特点、创新点及技术先进性

该系统动态性能好：能实现船舶能效参数的动态采集、动态清洗、动态分析、动态评估、动态建模和动态优化；与国内外同类产品相比，该产品具有硬件成本低，能效模型精度高，软件通用性好，同时具有Winform版、B/S版和手机APP版等多个版本、使用方便等优点，相关技术国际领先。

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