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Enregistrement W4408430878 · doi:10.5194/egusphere-egu25-14039

A Hybrid Machine Learning Model For Ship Speed Through Water: Solve And Predict

2025· preprint· en· W4408430878 sur OpenAlexaff
Ayoub Atanane, Zakarya Elmimouni, Loubna Benabbou

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMaritime Navigation and Safety
Établissements canadiensUniversité du Québec à Rimouski
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceMachine learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The maritime transport industry faces a significant challenge: reducing its greenhouse gas (GHG) emissions by 50% compared to 2008 levels. A crucial factor in calculating and optimizing these emissions is accurately predicting ship speed through water. While various models exist, few effectively combine both physical principles and machine learning approaches, leading to limitations in prediction accuracy.The paper proposes a hybrid model with two main components: ''Solve'' Component: A physics-based approach that uses a Physics-Informed Neural Network (PINN) to determine the theoretical speed a ship would achieve in calm water conditions, based on fundamental physical principles and equations. ''Predict'' Component: A data-driven approach that takes the theoretical calm water speed and adjusts it based on real-world conditions using machine learning algorithms, producing actual speed predictions.The Solve Phase centers around a differential equation relating three key parameters: propulsion power (P), draft (T), and speed through calm water (Vw), the equation takes the form:The model uses a PINN to solve a differential equation that links propulsion power (P), draft (T), and calm water speed (Vw) to generate initial speed estimates. The PINN uses a loss function that incorporates both initial conditions and differential equation residuals. A major challenge arises because Vw is theoretical and cannot be directly measured. This issue is addressed using historical data by identifying periods when sea conditions were calm to use as training data.The model creates a bridge between its solve and predict phases. In the first approach, focused on training data generation, the system utilizes the trained PINN to generate collocation points. From these points, it creates training triplets consisting of propulsion power (Pi), draft (Ti), and calm water speed (Vwi). This approach uses a straightforward mean squared error loss function to train the neural network. The second approach takes a different path by using propulsion power (P) and draft (T) as direct inputs to the neural network. What makes this approach unique is that it incorporates the PINN directly into the loss function. This integration allows physical principles from the differential equation to directly influence the predictions, creating a stronger connection between the physical model and the machine learning component.The predict phase begins by taking the calm water speed predictions generated from the solve phase and enhances them by incorporating various real-world factors that affect ship movement. These factors include maritime conditions, meteorological data, and current conditions, providing a comprehensive view of the actual sailing environment. To process this combined data, we use machine learning algorithms such as Xgboost. The final output of this phase is the real speed through water (Vwr), which represents a more realistic prediction that accounts for all environmental factors affecting the ship's speed.The model offers a groundbreaking approach to maritime speed prediction by generalizing across vessel types and integrating physical principles with machine learning. By incorporating operational and meteorological data, it provides more accurate speed predictions that optimize fuel consumption and support the maritime industry's greenhouse gas emission reduction goals, bridging environmental protection with operational efficiency.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,877
Score d'incertitude au seuil0,891

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,023
Tête enseignante GPT0,248
Écart entre enseignants0,225 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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