经济航线的设计与优化是实现船舶智能航行的关键技术,也是保证船舶航行安全性与经济性的重要手段。近年来,随着智能船舶概念的提出,以及船舶智能技术的逐渐成熟,各国都先后开始着手智能船舶方面的研究,船舶智能化已然成为全球航运业发展的必然趋势。根据“中国制造2025”的要求,我国也已开始发展智能船舶技术,为此,中国船级社编制了CCS《智能船舶规范》,其中智能船舶的智能航行模块的基本功能要求是为船舶设计经济且安全的航线。因此,船舶经济航线的设计与优化研究对推动智能船舶的发展,提高船舶航行的安全性与经济性,具有十分重要的意义。分析了船舶实际航行时航速、主机油耗与通航环境间的响应机理,搭建船舶营运性能预测模型;对目前经济航线设计方法提出改进措施,基于动态规划方法建立经济航线设计模型,并进行仿真研究。论文的主要研究工作如下:(1)提出了一种相对简洁的船舶营运性能预测模型建模方法。在考虑通航环境的前提下,利用船-机-桨匹配原理,建立了船舶失速预报模型与主机油耗预测模型,通过将两个模型结合得到了船舶营运性能预测仿真模型。分别利用两个不同航次实测数据对模型的有效性进行了验证,研究结果显示:(1)航速预测值与实测值最大误差为8.87%,平均误差为4.46%;(2)单位海里油耗预测值与实测值最大误差为6.36%,平均误差为3.46%;表明所建的船舶营运性能预测模型可以较为准确的预测船舶的实际航速与主机油耗,适用于船舶经济航线分析中。(2)进行了船舶经济航线设计方法研究。提出了一种航区离散化方法,并基于该方法对航线优化时航区内级点的天气、海况数据计算方式进行了改进;然后,利用动态规划算法建立了船舶经济航线设计模型,并给出求解方法。(3)选择不同航线、不同开航时间下,对模型进行仿真分析,仿真结果与三维动态规划算法(three-dimensional dynamic programming,3DDP)算法的仿真结果对比发现:(1)相对于3DDP求解方法,改进后的经济航线设计方法更能节约燃油;(2)航线的通航环境越恶劣,通过改进后的航线设计方法得到的经济航线节油率越高。