当前，气候变暖已成为全世界面临的共同挑战，而温室气体（Greenhouse Gas, GHG）的排放是人类活动影响全球气候的主要方式。海上运输作为交通运输的重要组成部分，具有运量大、成本低等特点，在国际贸易中具有重要的地位。然而近年来，随着船舶大型化的发展以及船舶数量的增加，船舶向大气排放的GHG也增长较快。在世界海运节能减排以及发展绿色航运的背景下，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）提出了四个自愿使用的导则，其中就包括能效营运指数( Energy Efficiency Operational Index, EEOI)导则。新规则的逐步实施，必将对航运企业产生巨大的影响，为积极履行国际公约，航运企业采取能效管理措施，降低GHG排放已迫在眉睫。　　作为衡量营运船舶能源利用效率的权威指标，EEOI已受到了各方的普遍重视，研究EEOI的优化对于提高能源利用效率、减少碳排放已变得十分重要。本文立足于船舶EEOI计算公式，引入精细化、动态化、实时化管理的理念，研究了基于实时环境场预报的船舶EEOI优化问题。总的来说，论文主要完成了以下工作：　　（1）提出了船舶实时碳排放计算模型。借助耦合数值模式模拟预报的海洋环境场，分析了海洋环境中船舶实际船速的变化规律，研究了基于船舶 AIS系统（Automatic Identification System）航速信息和实时环境场信息的船舶航速修正模型。在分析船舶碳排放特性的基础上，提出了基于 AIS和实时环境场预报的船舶二氧化碳排放计算模型，选用个例，对模型进行了验证。　　（2）构建了船舶 EEOI实时优化模型。首先，论文分析了船舶 EEOI的影响因子，并识别出影响因子间的耦合关系，根据船舶二氧化碳实时计算模型和EEOI影响因子作用原理，提出了船舶EEOI最优化的数学模型，并对优化模型进行了推导求解。接着研究了模型求解方法，采用离散化的思想将问题展开，得到了离散化的求解结果，同时将模型推广到连续性的情况，利用变分法求解了船舶最优EEOI泛函模型，推算出了求解关系式。最后，论文还拓展延伸了航段EEOI概念和航段EEOI权重概念。　　（3）研究了基于实时环境场预报的船舶最优EEOI控制。首先，根据EEOI优化模型，本文分析了船舶最优航速控制的方法和原理。其次研究了基于熵权物元模型实时最优航线控制问题，在安全的前提下，设计了船舶最优EEOI航线控制算法，并对设计的EEOI航线进行了优化。最后，结合当前推进迅速的北斗卫星导航系统，论文提出了基于BDS系统（BeiDou Navigation Satellite System）的船舶EEOI在线监测平台框架，该系统集合数据采集、分析、显示、控制、决策支持等功能于一体，可以实时对船舶EEOI进行监测和优化。