随着世界能源日趋枯竭和全球温室气体排放量的增加,节能减排是当今时代的重要主题。对于航运业而言,船舶营运过程中首先要满足当前IMO有关碳排放的要求,加上航运业的持续低迷,因而节能减排成为船舶营运过程中的首要任务。通过船舶营运时对油耗量的控制来提高船舶营运节能性是应对这些挑战常用的策略。本文以目标船舶"宇中海"轮某一航次为研究对象,通过航线分段和分段航速优化,以追求航次总油耗量最低为目标的方法来研究船舶航次内的节能性。首先,分析了船舶航行时受到的各种阻力,并给出了相应的计算方法。通过对柴油机特性分析以及船-机-桨之间的关系研究为下文系统建模仿真打下理论基础。其次,选取了目标船舶并进行了相关参数的计算,建立船-机-桨运动的数学模型。通过MATLAB/Simulink对系统中各子系统计算模型进行建模仿真,进而建立了船-机-桨的运动系统仿真模型。然后根据目标船主机台架试验中转速与油耗率之间的关系,通过最小二乘法拟合并修正之后建立了主机油耗率模型。再次,选取目标船舶的某一航次(大连-新加坡)作为研究对象,通过营运数据中的经纬度拟合航迹,找出航迹中的拐点;利用时间序列的聚类方法对气象条件相似的航段进行归类,通过拐点和聚类点确定航线分段点,完成航线分段。然后建立了航次油耗量与分段航速的关系模型。最后,结合上文分析,根据航次内总油耗量与主机转速关系模型建立以总油耗量最低为目标的优化函数,通过遗传算法算出优化结果,将优化结果中主机转速代入到仿真模型计算得出相对应的优化航速、主机油耗率等相关参数,进而计算出优化后船舶航行时间和航次总油耗量。计算结果对比表明:通过对整个航次内的船舶航速进行分段优化,给出船舶管理者相应的主机转速,对于提高船舶营运节能性有重要意义。