基于全景视觉的无人船水面障碍物检测方法

无人船航行时水面障碍物检测因视角不足,导致漏检或误检,同时为满足无人船安全正常作业的需求,提出基于全景视觉的无人船水面障碍物目标检测方法。与传统的单目和双目视觉相比,全景视觉具有水平方向大视场监控的优点。基于多目全景视觉系统获得待拼接图像,在加速稳健特征(SURF)算法的基础上进行图像配准,引入k维树来构建数据索引,实现搜索空间级分类并进行快速匹配。通过M估计样本一致算法对匹配点进行优化,剔除误匹配点。对于图像融合中重叠区域出现的拼接缝隙或重影问题,设计一种基于圆弧函数的加权融合算法。提出改进的水面障碍物目标检测模型DS-YOLOv5s,将拼接好的全景图像作为训练好的模型作为输入,从而检测目标障碍物。实验结果表明,改进后的SURF算法与SURF算法相比特征点的匹配正确率提高11.47个百分点,在匹配时间上比SURF、RANSAC算法缩短5.83 s,DS-YOLOv5s模型的mAP@0.5达到95.7%,检测速度为51帧/s,符合实时目标检测标准。

基于图像增强和YOLO的船舶火灾检测方法

为提高船舶火灾检测的响应速度,针对海洋环境下船舶火灾的特点,提出一种基于图像增强算法和YOLO算法的海上船舶火灾检测方法。构建一套面向海上船舶火灾的数据集,对数据集图像进行增强处理,以突出火焰细节。对网络的头部结构进行改进,只保留其中的特征金字塔网络(feature pyramid network,FPN)结构,在保证模型精度的前提下减少模型参数,加快计算速度。通过实验进行验证,结果表明所提出方法的检测精确度达到97.2%,平均检测时间缩短至6.9 ms。与改进前的YOLOv5s相比,其检测精度提高了,检测速度提升了22.5%。所提出方法能对火焰进行实时监测,识别准确度高,检测速度快,能提供一种在海洋环境下有效的船舶火灾检测及救援技术方案。

基于磁梯度张量的滑坡监测方法

滑坡监测是滑坡防治的有效技术手段,针对钻孔测斜仪在滑坡深部发生大位移时失效的问题,提出一种基于磁梯度张量的滑坡监测方法。该方法以磁梯度张量理论为基础,使用了十字形阵列进行监测,通过测得的磁感应强度三分量得到轴心的梯度值,再根据反演计算出目标磁源的空间坐标,通过实验验证了该方法的可行性。在测量前将磁传感器阵列固定并计算偏离角,之后使永磁体按照矩形轨迹缓慢运动,并选取一定的测量点验证了该方法的精度,三轴平均绝对误差在0.1m以内,三轴最大误差在0.2m以内。最后分析了该方法存在误差的原因。

基于细菌觅食-改进蚁群优化算法的水面无人船路径规划

为了解决水面无人船全局路径规划问题,提出了一种细菌觅食-改进蚁群优化算法(bacterial foraging-improved ant colony optimization algorithm,BF-IACOA)。相较于传统蚁群优化算法(ant colony optimization algorithm,ACOA),该算法在路径搜索策略上考虑水面无人船航行需要尽可能减少转向次数和完全规避过大转向角的约束,引入转向角启发因子,综合求解转移概率;同时引入细菌觅食算法的繁殖操作和趋化操作,改进信息素浓度的更新方式,解决传统ACOA容易陷入局部最优解和收敛速度较慢的问题。仿真结果表明,相较于传统ACOA,BF-IACOA的全局搜索能力得到较大幅度的提升,并且收敛迭代次数减少超过30%;在实际水域环境模型下,BF-IACOA可以通过14次迭代为无人船规划出全局可行路径。

一种基于Madgwick-EKF融合算法的卫星姿态测量方法

针对低地球轨道卫星姿态测量时,传感器易受噪声干扰、陀螺仪漂移等问题,提出一种基于Madgwick扩展卡尔曼滤波合算法(EKF)的卫星姿态测量方法。该方法采用陀螺仪、加速度计、磁强计等多传感器数据进行融合,并结合Madgwick算法和EKF算法的优点,实现姿态测量。首先,通过Madgwick算法,利用多个传感器测量数据计算初始姿态。然后,基于初始姿态和实际测量数据,应用EKF算法进行数据融合和噪声滤除,以获得最终准确的姿态估计。实验结果表明:相较Madgwick算法,本算法在测量精度上提升了65.8%,且具有较高的鲁棒性,为低地球轨道卫星姿态测量提供了一种有效的方案。

油电混合动力船舶动力系统研究

为了响应国家对航运业绿色可持续发展的需求,以某小型油电混合动力客船为研究对象,进行动力系统研究。根据船舶基本参数与设计指标,给出混合动力系统总成方案。在满足船舶动力性指标要求的前提下,对船舶混合动力系统进行参数匹配;并进一步提出了油电混合动力船舶能量控制策略,最后在混合动力实验平台上进行仿真试验验证。实验结果表明,相同工况下,混合动力船舶会比柴油发动机作为主机的船舶消耗更少的燃料,可以有效提高船舶的经济性并改善其排放性能。

混合动力船舶的能量管理与控制策略

考虑到能源和环境的问题日益突出,开发低能耗、低排放的绿色船舶成为当今船舶工业的首要任务,设计混合动力船舶电力推进系统的架构,研究一套基于规则的混合动力船舶能量管理策略,提出AC/DC与双向DC/DC变换器的协同控制方法.该能量管理策略成功应用于混合动力船舶.能效数据分析证实,该混合动力船舶具有排放少、能耗低、噪声污染少的优点,具有很好的实际应用与推广价值.

混合动力船舶电力推进试验平台设计

为满足混合动力船舶电力推进系统的开发与试验需求,搭建集柴电机组、锂电池组、光伏电池混合动力系统以及测功机控制器于一体的试验平台,给出试验平台的架构及其功能特点,提出一种混合动力能量管理控制策略。试验结果证明,该平台可以很好地满足船舶混合电力推进系统开发的试验研究需求,为在实验室环境下验证混合动力船舶电力推进系统的动力装置配置、结构优化和控制策略提供一个可靠、有效的测试平台。

基于Petri网的锂电池故障诊断系统

为了提高锂电池故障诊断系统的效率,提出一种基于Petri网的锂电池故障诊断系统。通过对锂电池组在充放电过程中会出现单体电池间电压不一致的故障进行分析,建立了基于Petri网的故障诊断模型。该系统能够根据传感器检测到的异常信号,诊断出相应的故障原因。利用state flow根据所建立的故障诊断模型绘制出相应的控制逻辑图,并用simulink进行仿真。模型验证和仿真的结果表明该诊断系统对导致电压不一致的故障原因能够给出更加细致的诊断结果,从而提高电池管理系统的工作效率。

基于模型预测控制的混合动力船舶能量控制策略

为提高混合动力船舶的燃油经济性,选取马尔科夫模型对混合动力船舶需求功率进行预测。运用动态规划的方法以总油耗量最小为目标进行柴油发电机组和动力电池组功率分配优化,并将油耗量与基于模糊逻辑控制策略的油耗量作对比。仿真表明,采用所提出的控制策略时混合动力船舶的燃油经济性得到明显提高,说明基于马尔科夫模型的预测控制在混合动力船舶能量分配上是可行的,且具有良好的实用性。

内河船舶无线远程监测嵌入式控制器研制

目前,航运公司和海事监管部门对内河航行船舶设备工况还缺少有效的监测手段,难以遏止内河航行船舶的水上交通事故。在研究嵌入式系统、无线接入技术和网络技术的基础上,研制了一种适用于内河船舶的无线远程监测嵌入式控制器;该控制器成功应用于实际船舶,获得良好效果,解决了内河航行船舶与航运公司、海事监管部门的实时信息交互问题,增强了内河船舶监管的科学性,提高了内河船舶航行安全管理水平和事故应急处理能力。

一种调整簇阀值的加速聚类分析算法及其应用

针对航运信息中大样本聚类问题,根据k-means聚类过程中大部分簇的调整发生在初始迭代阶段的特性,提出了一种调整簇阀值的加速聚类方法,并对该算法进行实例测试,实验结果证明了该方法在满足原有的聚类精度的基础上,减少了聚类的计算量。本文将该方法应用到船舶航线设计中。

基于北斗卫星通信系统的船载终端串口通信

针对船舶航行在山区内河及湖库等危险区域时,一旦遇到恶劣天气能见度降低,给航行安全带来隐患的问题,利用北斗卫星通信系统的定位和文字通信功能,通过对北斗卫星通信系统的船载终端串口通信协议的详细剖析,设计1套串口通信和数据处理软件,将PC机通过串口与船载终端进行通信,实现本船船位和其他船位的实时监测以及船岸通信.

混合动力船舶负载功率预测模型研究

为了实现混合动力船舶的各动力源之间的最佳负载功率分配,构建了一种基于多分辨率小波神经网络(MRA-WNN)的混沌时间序列短期预测模型。将小波函数与尺度函数共同应用于网络基函数之中,首先从较大尺度上逼近时间序列的整体趋势,然后根据负载功率波动的大小,在不同尺度上逐层加入细节逼近,提高预测精度。由多分辨率解确定小波基函数的平移和伸缩参数,并结合多分辨率学习算法,能减少训练参数,提高计算速度。实验结果表明,MRA-WNN具有较高的预测精度,是混合动力船舶负载功率预测的一种有效方法。

船用BLM电动起货机电气原理分析

文章根据BLM电动起货机控制系统的结构,分析了该起货机的调速控制工作原理.着重讨论了BLM电动起货机的起升、变幅、回转机构驱动电机的开环转子电阻切换调速与闭环定子调压调速拖动控制系统的综合调速方式.

混合动力新船舶Z源电力推进系统

为了解决船舶排放的废弃物对环境的污染问题,提出以光伏电池为主电源超级电容作为辅助电源的混合动力的新能源船舶,其电力推进逆变器采用新型Z源逆变器。研究了这种混合动力船舶推进系统的工作原理和控制策略,推导了Z源逆变器的小信号模型,采用双环控制器维持直流链电压稳定,给出了控制器的设计方法,研究了Z源逆变器稳定性问题。采用三层的BP神经网络预测光伏电池的输出功率,通过控制直通占空比和调制因子来控制光伏电池和超级电容的输出功率,最后进行了仿真和试验。从仿真及试验结果可以看出,在船舶运行时,光伏电池提供平均功率,超级电容提供瞬态功率且还吸收制动功率,从而验证了理论的正确性。

混合动力船舶能量管理系统的最优控制

针对由发电机组和动力电池两种不同的电源组合而成的混合动力船舶供电系统,在功率需求给定的情况下,合理地分配两种电源的功率输出,使得混合动力船舶在整个航行周期内的总耗油量达到最小是能量管理系统需要解决的问题。采用一种动态规划的方法优化两种电源的功率输出比重,通过建立包含动力电池等效油耗的最小油耗量的目标函数得到柴油发电机的最优控制序列,从而计算出整个航行周期内柴油发电机的最小油耗值。仿真结果表明,与开关式控制策略相比,该方法能有效降低混合动力系统的油耗量。

可回转双桨船舶的等效舵效模型

常规船舶通过操舵获得舵效来控制船舶航向,而对于可回转双桨船舶,由于桨-舵合一,船舶的回转运动依靠双桨的回转或双桨的推力差所产生的舵效完成。针对这种取消了常规舵的可回转双桨的船舶运动,根据船舶分离型运动建模方法,建立了可回转双桨船舶的运动方程及其在船舶纵荡、横荡和艏摇3个自由度上的作用力;通过分析船舶常规舵受力情况,并与可回转双桨船舶回转力进行比较,提出可回转双桨船舶等效舵效的概念,导出了可回转双桨作用下的船舶等效舵效模型。对可回转双桨船舶在此等效舵模型下的运动状态进行了数值仿真,对比了不同舵效下船舶运动的差异,验证了可回转双桨船舶等效舵效模型的有效性。

混合动力电动船舶模糊逻辑控制策略

混合动力电动船舶对于纯电动船舶具有较好的续航能力,适用于航线较长且具有随机性的船舶工况,同时对于工程作业船舶其可以降低船用柴油发电机组功率,减少燃油消耗与排放。分析上述两种不同船舶工况特点,并针对该工况采用串联式混合动力结构作为船舶动力系统结构并设计了相应的模糊逻辑控制策略。运用MATLAB/Simulink搭建了系统仿真模型。仿真结果表明,串联式混合动力系统及其模糊逻辑控制策略能够在上述两种船舶工况下实现控制要求。

船舶变频传动系统远程状态监测和故障诊断系统

针对船公司无法实时获取船舶设备运行参数的问题,以某工程船舶变频传动系统远程状态监测与故障诊断系统为研究对象,分析系统的体系架构、主要功能、关键技术及实现方法,建立船舶变频传动系统远程状态监测和故障诊断系统.该系统基于CDMA和因特网网络完成数据远程传输,实现本船与远程监测和诊断,满足工程船舶机务管理要求.在起重船实际应用中表明,该系统兼具技术的先进性和实用性,运行稳定可靠,可推广至相似船舶的监测与诊断.