随着集装箱运输市场的回暖,人们环境保护意识的不断增强。班轮公司如何在确保提高经济效益的同时减少污染物的排放已成为焦点问题。而航速作为影响航次变动成本和运营效率的主要因素,是解决该问题的关键。因此,开展航速优化的研究有利于班轮公司合理的控制燃油成本、有效的进行资源配置、提高经济效益。针对航速优化问题,本文总结归纳大量国内外相关研究成果,发现对该问题的研究未能与船舶航行的实际情况相结合,缺乏对风、浪外部影响条件的考虑。围绕上述问题,本文所做的工作主要如下:(1)为了有效地刻画风、浪对集装箱船舶航速造成的影响,根据能量守恒原则,构建了估算船舶减速的功率模型,实现了对风浪中船舶减速的量化。通过实例计算与现有的拟合模型进行对比,验证了构建模型的实用性,为下一步风浪中的航速优化奠定理论基础。(2)考虑了航行中风浪对航速造成的减速影响,以运营成本最小为目标,建立了基于恒向线航法的集装箱船舶航速优化模型,研究了在风浪影响下航速选择问题。由于构建的模型为混合整型非线性模型,结合航行中航速精度需求的实际情况,采用航速离散的方法将混合整型非线性模型转化为混合整型线性模型,在满足求解精度的前提下简化了计算。(3)考虑到大圆航线的航行水域宽广,航行约束较少,航线选择余地较大的特点,针对基于大圆航法的集装箱船舶,在船舶能够承受的风浪范围内构建了借助风浪条件的航线和航速联合优化模型。此外,为了根据风浪信息合理的优化航线与航速,设计了基于网络通用数据格式的航线气象信息提取算法,为航线与航速的联合优化提供数据支持。(4)由于构建的联合优化模型为NPHard问题,设计了基于随机扰动的修正差分进化求解算法。利用设计的随机扰动的修正差分进化算法,生成备选航线,采用线性模型求解备选航线的最优航速,二者嵌套,相互调整,进行进化计算获得最优航速与对应的航线。实验结果证明了算法的有效性和可行性。