现如今,在航运市场依旧萧条的背景下,节能减排成为航运业面临的重要课题。为了减少船舶的营运成本,船公司采用降速航行的策略,通过减少主机燃油消耗量来实现节能减排,同时降低船舶营运成本。因此,选择船舶最佳航速是研究降速航行的关键所在。本文针对减少船舶在营运过程中主机燃油消耗量的问题,研究了远洋船舶分段航速优化及其智能算法,为船公司进一步提高船舶营运经济性提供了理论基础和技术支持。本文首先分析了船舶在风浪中航行的各种阻力以及阻力对船舶航行的影响。在建立船舶阻力的计算模型以后,从船舶失速的理论意义出发,建立了船舶在风浪中的失速计算模型,为航线分段打下了基础。基于目标船舶实际营运数据,利用三维曲面插值得到准确度高的主机燃油消耗率数据库。通过对船舶航行阻力的计算以及主机燃油消耗率的查找,得到在定速航行状态下的主机燃油消耗量模型,为分段航速优化研究提供了数据基础。其次,从欧洲中期天气预报中心获取目标航线上的气象信息,通过线性插值得到目标船舶随时间变化的气象数据。航线航段的划分是分段航速优化的基础。本文基于时间聚类的理论,研究了以船舶在风浪中的失速值为时间序列的航段聚类,并且结合船舶的物理转向点把目标航线划分为12个航段。本文以航次主机燃油消耗量最小为目标,建立了分段航速优化模型。最后,从分段航速优化模型的特点和计算量的角度出发,本文基于模拟退火思想提出了分段航速优化智能算法,对模型进行求解。研究了求解分段航速优化模型时的算法最佳配置参数;并根据本文选取的目标船舶目标航线,对分段航速优化模型进行求解和仿真。仿真结果显示,最优分段航速下的航次主机燃油消耗量比目标船实际营运的主机燃油消耗量减少2.4%;比按照平均航速航行策略下的主机燃油消耗量减少1.7%。本文的研究成果可以有效的解决远洋船舶分段航速优化的问题,不仅可以指导船员操纵船舶,而且可以提高船公司的营运经济性。