水下滑翔机在洋流扰动下的编队重构：一种增强型分布式模型预测控制算法

《Journal of Marine Science and Engineering》：Formation Reconfiguration for Underwater Gliders Under Ocean Current Disturbances: An Enhanced Distributed Model Predictive Control Algorithm

　　

岸电系统（OPS）可以减少船舶停泊期间辅助发动机的排放，但有限电气容量和投资资源要求对船舶进行优先排序。本研究开发了岸电实施优先排序指数（Index for the Prioritisation of Onshore Power Implementation，ILAPP），并将其应用于阿尔赫西拉斯港的渡轮和滚装船（Ro-Ro）交通。数据集包含2026年两个时期的27艘船舶的3901次有效靠泊；其中25艘船舶被保留用于能源、排放和欧盟排放交易体系（EU ETS）建模。ILAPP整合了六项准则：靠泊频率、航行燃料消耗、累计靠泊时间、通过OPS实现的净CO₂减排、总吨位和EU ETS敞口。来自五人专家组的权重与客观CRITIC权重相结合。经过与替代混合方案比较后，选择了60/40的专家–CRITIC配置。在中心情景下，OPS需求达到18.32吉瓦时，净减排量为11370.11吨CO₂，相当于常规靠泊排放的77.5%。符合条件船舶的CO₂相关EU ETS配额敞口总额约为172万欧元，而替代的靠泊排放相当于约74万欧元的潜在避免配额义务。Kattegat排名第一，其次是Tanger Express、Villa de Agaete、Nápoles和Wasa Express。时间一致性较弱，尽管Kattegat在两个时期及汇总样本中均保持第一。结果表明，仅靠靠泊频率是不够的，相关的能源、环境和监管准则需要均衡加权。ILAPP为识别短期和结构性OPS优先事项提供了一个透明的船级第一阶段框架，而最终投资决策仍需额外的技术、电气和经济评估。

论文解读：基于混合加权ILAPP框架的阿尔赫西拉斯港岸电优先排序研究

研究背景方面，国际海事组织2023年战略将港口侧措施纳入航运脱碳路径，岸电系统（OPS）允许停泊船舶关闭辅助发动机并使用港口电网供电，可显著减少靠泊期间大气污染物和温室气体排放。欧盟已自2024年起将航运纳入欧盟排放交易体系（EU ETS），并推出FuelEU Maritime等法规，提高了靠港船舶使用岸电的监管价值。然而，OPS部署涉及电网增容、电缆管理、船侧改造等基础设施投资，且港口电力容量和投资资源有限，因此需要对船舶进行优先排序。现有研究多关注单一维度，缺乏在受限条件下整合运营频率、能源强度、环境效益、船舶尺度及监管暴露的船级部署序列。为此，本研究在阿尔赫西拉斯港开展案例分析，该港拥有高频渡轮和Ro-Ro航线、异质船队特征及连接欧洲与非欧洲港口的短海航线，适合检验差异化条件下的OPS优先排序问题。研究目的是开发岸电实施优先排序指数（ILAPP），提供透明的船级第一级决策支持框架。

研究人员基于阿尔赫西拉斯湾港务局提供的2026年两个时期（M1：2–3月；M2：5–6月）运营数据，清洗后得到3901次有效靠泊，涉及27艘船舶，其中25艘具备充分技术信息用于能源、排放和EU ETS建模。研究方法可概括为五个关键环节。其一，采用基于功率的Tier 3方法估算航行和靠泊燃料消耗，结合船舶服务航速、航线距离和辅助负荷系数，计算每次靠泊的OPS电力需求和CO₂排放。其二，构建OPS–EU ETS模型，依据2026年监管条件对5000总吨及以上船舶应用100%配额上缴因子，并按航线地理覆盖系数区分靠泊与航程排放，估算EU ETS配额成本和OPS潜在避免配额义务。其三，设计ILAPP指数，整合靠泊频率、累计航行燃料消耗、累计靠泊时间、通过OPS的净CO₂减排、总吨位和EU ETS敞口六项船级准则，经min-max标准化和加权线性聚合得到0–100的优先得分。其四，采用专家启发与CRITIC客观加权混合策略，五人专家小组通过100分分配法直接给出权重，CRITIC则基于标准离差和相关系数衡量信息含量，比较70/30、60/40、50/50三种混合方案后选定60/40配置作为主分析权重。其五，采用Spearman秩相关、Kendall tau、方差膨胀因子（VIF）和留一专家分析检验排序稳健性，并使用共同船面板评估时间变异性。

研究结果按原文五个小节归纳如下。第一，运营样本与船舶特征方面，研究通过数据清洗和船舶技术匹配明确了样本结构：M1期919次靠泊、M2期2982次靠泊，分析样本为25艘船舶。靠泊频率和累计靠泊时间是相关但非等价的维度，高频短靠泊与低频长靠泊船舶可能产生相近的OPS需求。第二，能源、环境与EU ETS结果方面，中心情景下25艘船舶的OPS电力需求为18.32吉瓦时；常规靠泊辅助发电机排放14668.39吨CO₂，若由电网供电则排放3298.28吨CO₂，净削减量为11370.11吨CO₂，相当于77.5%的常规靠泊排放。EU ETS相关配额敞口约172万欧元，通过OPS潜在避免的配额义务约74万欧元。靠泊位置的筛选级最大单船OPS功率需求为0.8至1.8兆瓦。第三，专家权重与标准间依赖性方面，专家组给航行燃料消耗最高权重（23%），其次为累计靠泊时间（20%），而总吨位（16%）、EU ETS敞口（15%）、净CO₂减排（13.5%）和靠泊频率（12.5%）相对较低。相关性分析和VIF显示，航行燃料消耗、净CO₂减排和EU ETS敞口之间信息重叠明显（VIF>10），而累计靠泊时间和总吨位相对独立。第四，CRITIC加权与混合ILAPP排名方面，CRITIC客观权重偏向总吨位（32.54%），混合60/40权重则适度修正了冗余信息。最终Kattegat以82.76分排名第一，其后依次为Tanger Express、Villa de Agaete、Nápoles和Wasa Express；排序与仅专家权重方案高度一致（ρ=0.986），留一专家分析的ρ介于0.996至1.000之间，表明结果对专家组构成不敏感。第五，时间变异性与结构性优先方面，共同操作的十艘船舶在M1和M2之间的排名一致性较弱（Spearman ρ=0.091，Kendall tau-b=0.067），平均绝对排名变化为2.8位，最大变化达8位；但Kattegat在两个时期均保持第一，成为唯一的结构性优先船舶，而其他船舶的排名则随运营波动发生明显变化。

讨论部分指出，OPS的环境效益并非固有，其净减排取决于发电侧碳强度；ILAPP识别的是第一级筛选候选船舶，而非最终投资决策依据。限制包括观察期非连续、缺乏辅助负荷实测数据、专家小组规模有限且为探索性，以及未纳入码头侧电气详细约束和完整经济成本。研究结论可总结为：提出的ILAPP框架为阿尔赫西拉斯港OPS部署提供了稳健的船级优先基础；中心情景下OPS电力需求为18.32吉瓦时，靠泊排放从14668.39吨CO₂降至3298.28吨CO₂，净减少11370.11吨CO₂（77.5%）；符合条件船舶的CO₂相关EU ETS暴露约为172万欧元，潜在避免配额义务约为74万欧元；60/40专家–CRITIC混合权重在保留专业判断的同时部分修正了标准冗余，并产生高度稳定的船级排序；Kattegat以明显优势成为领先的OPS候选船，且在两个时期和汇总分析中均居首位，属于结构性优先对象。弱的时间一致性表明船舶优先排序随运营活动而变化，ILAPP应定期重算，并作为详细技术和经济评估的输入序列，而非自动投资决策。未来研究应基于全年或持续更新的运营数据集进行验证，纳入实测负荷数据、码头级电气兼容性建模以及更广泛的利益相关者参与，推动该框架从筛查工具向完整决策支持方法演进。