Economic Ship Routing System by a Path Search Algorithm 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 there have been various systems which have been recently studied. For a successful economic ship routing system, it is needed to properly control an engine power or change a geographical path considering weather forecast. An optimal geographical path is difficult to be determined, though, because it is a minimal dynamic-cost path search problem where the actual fuel consumption is dynamically variable by the weather condition when the ship will pass the area. In this paper, we propose an geographical path-search algorithm based on evolutionary strategy to efficiently search a good quality solution out of tremendous candidate solutions. We tested our approach with the shortest path-based sailing method over seven testing routes and observed that the former reduced the estimated fuel consumption than the latter by 1.82% on average and the maximum 2.49% with little difference of estimated time of arrival. In particular, we observed that our method can find a path to avoid bad weather through a case analysis.

진화전략 기반 경로탐색 알고리즘을 활용한 선박경제운항시스템

선박경제운항이란 기상예측정보를 활용하여 연료소모량을 최소화하도록 선박을 운항하는 것으로서 최근 다양한 방법론이 연구되고 있다. 성공적인 경제운항시스템을 구현하기 위해서는 기상을 고려하여 적절하게 엔진 출력을 조절하거나 지리적 운항 경로를 바꾸는 방법이 필요하다. 그러나 지리적 운항 경로의 결정은 항해 시각에 따라 연료소모량이 변하는 동적 비용 문제임을 고려할 때 최적의 해를 찾기가 어렵다. 이에 이 논문에서는 매우 많은 지리적 후보 경로들 중에서 우수한 품질의 해를 효과적으로 탐색하기 위한 진화전략 기반 경로탐색 알고리즘을 제안하였다. 제안된 방법을 7개 노선에 대해 실험한 결과 최단거리 운항 방법에 비해 운항소요시간은 거의 차이가 없으면서도 연료소모량을 평균 1.82%, 최대 2.49% 개선시킬 수 있었다. 특히 사례 분석을 통해 제안된 방법이 악천후를 회피할 수 있는 지리적 경로를 탐색할 수 있음을 확인하였다.