An Economic Ship Routing System by Optimizing Outputs of Engine-Power based on an Evolutionary Strategy

An economic ship routing means to sail a ship with a goal of minimizing the fuel consumption by utilizing weather forecast information, and many such systems have been recently developed. Most of them assume that sailing is carried out with a constraint like a fixed output of engine-power or a fixed sailing speed. However, if the output of engine-power is controlled, it is possible to reduce the fuel consumption by sailing a ship under a relatively good weather condition. In this paper, we propose a novel economic ship routing system which can search optimal outputs of the engine-power for each part of a path by employing an evolutionary strategy. In addition, we develope an $A^*$ algorithm to find the shortest path and a method to enhance the degree of curve representation. These make the proposed system applicable to an arbitrary pair of departure and destination points. We compared our proposed system with another existing system not controlling output of the engine-power over 36 scenarios in total, and observed that the former reduced the estimated fuel consumption than the latter by 1.3% on average and the maximum 5.6% with little difference of estimated time of arrival.

전화전략기반 엔진출력 최적화를 통한 선박경제운항시스템

선박경제운항이란 기상예측정보를 활용하여 연료소모량을 최소화하도록 선박을 운항하는 것으로서 최근 많은 시스템이 이를 위해 연구되고 있다. 기존의 시스템에서는 문제의 복잡성을 줄이기 위해 엔진의 출력을 고정하거나 속력을 일정하게 운항한다는 가정을 기반으로 접근하고 있다. 그러나 엔진출력을 잘 조절한다면 더 좋은 기상환경에서 선박이 운항할 수 있게 되어 연료소모량을 더욱 줄일 수 있다. 본 논문에서는 진화전략 알고리즘을 사용하여 항로의 세부구간별로 최적출력을 탐색할 수 있는 새로운 경제운항시스템을 제안하였다. 또한, 지리적 최단 경로를 찾을 수 있는 $A^*$ 알고리즘과 곡선 표현의 자유도를 높일 수 있는 방법을 사용함으로써 임의의 출발지와 목적지에 대해서 제안된 경제운항시스템을 적용할 수 있도록 하였다. 총 36가지의 운항 시나리오에 대해서 이 논문에서 제안된 시스템의 성능을 기존의 출력고정 운항방법과 비교한 결과, 운항소요시간은 거의 차이가 없으면서도 연료소모량을 평균적으로 1.3%, 최대로는 5.6% 개선시킬 수 있음을 관찰하였다.