基于物元模型的航道枢纽拥堵风险评估

航道枢纽作为构建综合交通运输体系的重要组成部分,其拥堵性评估将为整个航道的畅通安全运营提供决策依据。针对航道枢纽随时可能产生拥堵的风险,系统分析了与之相关的影响因素,通过建立物元模型,应用区域关联函数分析方法及层次分析法,对枢纽的拥堵性进行评估,以此为基础制定出相应对策来提高通过效率,并有效保障船舶在营运过程中的畅通与安全。

基于速度特征的内河LNG船舶三维动态安全区建模方法

为提高LNG船舶安全区设置的科学性,保障内河水域LNG船舶的通航安全,提出了一种基于速度特征的内河LNG船舶三维动态安全区建模方法。基于LNG船舶航行方向和速度变化的特点,将传统速度的线性分布模型改进为随机分布模型;利用区域分解法,将复杂的三维几何区域分解成若干个子区域,建立相应的边界方程;基于船舶间极限通过设定约束条件,根据其几何形状,运用停船视距理论、船舶漂移计算方法和富余水深计算方法对安全区内部结构不同方位的安全距离进行数值求解。针对某内河LNG船舶,通过设置不同速度条件进行仿真验证。研究结果表明:该模型能较真实反映船舶安全区在速度影响下的差异变化,为内河LNG船舶航路规划起到参考作用。

基于自回归推广模型的海风预测方法分析

为准确预测海上风速和风向数据,提升船舶海上航行的安全性,针对现有海风预测方法存在的预测精度不高的问题,提出一种基于自回归(Auto-Regressive,AR)推广模型的海风预测方法。将风速和风向看作风矢量的2部分,在确定2组数据的依赖性之后,分别采用差分整合移动平均自回归(Auto-Regressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型和向量自回归(Vector Auto-Regressive,VAR)模型这2种AR推广模型对风矢量进行预测。试验结果表明,VAR模型的预测结果中有34.17%的数据落在误差允许范围内,而ARIMA模型的预测结果中有61.25%的数据落在误差允许范围内,该方法可供海上风速和风向预测参考。

脉动风作用下船舶风载荷数值仿真

为评估船舶所受风载荷并进行船舶安全性预报,以某散货船为研究对象建立船舶三维模型,采用数值模拟计算方法进行研究。借助有限元分析软件WorkBench建立合理的风场计算域,进行网格划分、边界条件设置,湍流模型采用Standard k-ε模型,利用MATLAB编程结合谐波叠加法设置参数生成随机脉动风,提出了脉动风作用下船舶风载荷数值仿真方法,入口边界条件采用脉动风进行船舶风载荷仿真,相比平均风更贴近海洋真实风场环境。计算脉动风作用下不同风向角的风载荷并进行对比分析,结果表明,不同风向角的船舶风载荷力是不同的。通过不同时刻的船体及流场脉动风压分布情况进行对比分析得到船舶脉动风载荷分布特性。船舶脉动风载荷仿真方法可为相似船型船舶的风载荷预报提供参考。

基于TCN-BLSTM-TPA模型的不规则波中船舶运动预报

为了提高不规则波浪中船舶运动预报精度,将时序卷积神经网络和注意力机制双向长短期记忆神经网络相结合,建立能够挖掘时序特征并聚焦局部信息的网络结构,用于预报不规则波浪中船舶运动,并提出一种自适应粒子群优化算法用于神经网络超参数优化。以5级海况下船舶在横浪中的横摇运动和迎浪中的垂荡和纵摇为测试算例,验证该模型的有效性。研究结果表明:改进的粒子群算法增强了模型对不同提前预报时长的适应性,有效提高了模型的预报精度;在提前预报时长达到15 s时,相较于注意力机制双向长短期记忆神经网络模型,所提出模型在船舶横摇、垂荡和纵摇运动预报精度上至少提升了29%、31%和44%。该研究成果可为船舶在不规则波浪中运动短期预报提供参考。

潜空跨介质无人航行器研究现状与分析

潜空跨介质无人航行器是一种不仅可以在空中飞行又可以在水下航行并可以完成多次跨介质运动的无人航行器,为解决因水体环境和空气环境差异引发的问题,对其展开分析。该文介绍近年来国内外潜空跨介质无人航行器的研究成果,分析航行器研究过程中的关键技术和难点。潜空跨介质无人航行器需要设计一套水空一体化的控制器用于平稳地进行多次跨介质运动,并需要解决水下能源和通信问题。潜空跨介质无人航行器集无人飞行器和无人潜行器的优点于一身,在民用领域和军事领域均有着广阔的应用前景。

船舶定线制设计方案评价

为推进船舶定线制的规划和实施,结合近年来进行的长江口船舶定线制研究工作,建立船舶定线制设计方案评价模型.该模型用群体决策方法确定定性评价指标值;用熵权法确定方案定量指标值;用逼近理想解排序法实现方案的排序和优选.通过对6种不同的船舶定线制设计方案的评价表明,该模型对船舶定线制设计方案评价具有适用性.

基于神经元控制的桥式起重机吊重防摆系统

重物在吊运过程中由于存在惯性不可避免的产生摆动,传统减摆方法是当出现摆动后,靠负载自重使摆动幅度自然减弱后再继续操作,这样往往付出了降低工作效率的代价。为提高工作效率和减小作业风险,对桥式起重机吊重摆动问题进行研究,通过建立其Lagrange动力学微分方程,对吊重摆动规律和影响因素进行分析。同时,提出一种单神经元PID控制策略,分别对小车的位置和吊重的摆角进行控制,利用神经网络自学习功能克服传统PID控制参数无法在线整定的局限。分析结果表明,与传统方法相比,单神经元PID控制策略可有效实现小车精确定位和快速消除吊重摇摆,鲁棒性好,为实际应用提供理论依据。

水面无人艇避碰方法回顾与展望

水面无人艇因其具有体积小、速度快、较好的隐身性、较高的智能化等特点被世界各国广泛应用.随着其应用价值的不断提高,水面无人艇日益成为国内外研究的焦点.避碰技术作为水面无人艇的核心技术之一,是实现无人艇安全航行正常执行任务的重要前提.针对水面无人艇的避碰问题,从水面无人艇全局路径规划和局部避碰的角度,分别阐述了国内外主要研究成果,并且总结了水面无人艇避碰方法目前存在的一些问题,同时对未来的研究方向进行了展望.

船舶受非均匀风力的计算方法

在船舶航海性能及航泊机动的定量分析中,通常以均匀风取代实际的非均匀风,从而影响了定量分析的精度及分析的可靠性。现提出一种新的计算作用在船舶非均匀风力的方法。仿真表明,该方法是可行的。

基于GPS测量系统的舰载作战系统动态航向对准技术研究

针对舰载导航系统对准的实际需求,介绍一种在舰艇动态条件下,利用GPS完成导航系统航向对准的方法,对其中的对准过程和数据处理方法进行详细介绍。通过精度分析,证明该对准方法满足航向对准的要求,同时对保障条件要求低,便于操作,为舰载作战系统的航向对准提供了新的选择。

密度跃层对潜艇操纵运动的影响及应对措施研究

针对海洋密度跃层严重影响潜艇水下变深操纵运动规律,易引发失控、掉深等险情,严重威胁潜艇航行安全,基于中国海密度跃层分布特征统计资料和潜艇空间运动数学模型,采用计算机仿真的方法,分析了正跃层和逆跃层分别对潜艇变深操纵的影响以及逆跃层中潜艇受扰后的自由运动规律,提出了相应的操纵注意事项和应对措施。结果表明,正跃层有利于潜艇保持深度和进行悬停操纵,若需转换深度长时间航行则应及时均衡潜艇;逆跃层对潜艇航行安全威胁最大,指挥员需密切关注海水密度及潜艇深度变化情况,深度发生异常时则应及时增速并均衡潜艇。

一种舰船实际航速的计算方法

在舰船航线设计、舰船机动等领域,舰船在不同海况下沿不同航向航行的实际航速计算都是一个关键性问题。在近岸、近海区域,舰船实际航速的计算涉及到海流计算、舰船在风浪中的失速计算、浅水失速计算等多个方面。本文通过分析影响航速计算的主要因素,给出了适用于舰船实际航速计算的具体模式。

考虑螺旋桨倒车特性的船舶港内操纵数学模型及仿真应用

为提高港内船舶操纵数学模型的准确性,给出一种考虑螺旋桨倒车特性的船舶数学模型。该模型吸取了MMG分离建模的思想,考虑了浅水、低速、环境扰动的修正以及船、舵、桨等各部分的相互干扰,引入了较为实用的能够体现右旋单桨倒车特性的螺旋桨推力模型,并利用三次样条插值算法对在小漂角常速域与大漂角低速域之间的过渡速域的流体力进行了计算。最后,以某液化气船为例进行了旋回、紧急停船仿真,以及基于非线性反馈算法的停车航向跟踪控制仿真。经与实船海试数据比较,仿真结果能够较为真实地反映实船运动规律,既验证了模型的有效性,又实现了无螺旋桨推力条件下的航向跟踪控制。论文可为提高航海模拟器精度、预报船舶港内的操纵性以及设计较为准确的港内船舶操纵控制器提供一定的理论和工程基础。

基于水上交通冲突技术的船舶定线制警戒区安全评价

针对以分道通航制为主的船舶定线制没能解决各主要交通流汇集区域的船舶会遇问题,结合我国船舶定线制发展的特点,分析了交通冲突技术应用于船舶定线制警戒区安全研究的有效性,提出了一种以水上交通冲突技术(VTCT)和灰色聚类为理论依据的船舶定线制警戒区交通安全评价方法。应用该方法,对宁波-舟山港核心港区深水航路船舶定线制的共4个警戒区及1个环形通道的交通安全状况进行评价,评价结果为安全诊断和优化船舶定线制的设计方案等提供了依据。

小风区水域波浪预测方法的探讨

根据已有的试验和研究成果,运用等效风区的概念,提出了小风区有流水域波浪要素的计算方法,并以25总吨的钢质拖网渔船为例进行计算,且对计算结果并结合北方水域小型渔船作业的特点进行分析,其目的是使驾驶员通过估算波浪要素,了解作业水域的波浪,这对保证渔船安全生产有一定的实际意义。

隧洞通航风险评价指标体系构建

针对隧洞船舶通航风险影响因素的复杂性、多层次性和不确定性的特点,以乌江构皮滩通航隧洞为例,采用鱼骨图分析法,找出隧洞通航风险的影响因素。应用层次分析法确定各指标的重要程度,结果表明,隶属于人为因素的人员失误仍是是隧洞通航安全问题的主导因素;子因素中改善的重点应集中在防止船舶超速,提升应急管理人员及现场处置人员应急处置能力,严格检查船舶适航与货物适运,确保监管设施设备及通风系统正常高效运营等方面。

大地线航法在智能船舶上的应用

沿最短路径航行是建立高效和清洁航运的手段之一。大地线(又称测地线)是空间曲面上两点之间的最短路径。由于在地球椭圆体上采用大地线航法计算复杂、且航向不定,加之与恒向线相比,平均航程仅缩短了5%,导致大地线航法几乎无法应用于传统航海实践中。利用智能船舶的计算、数据获取、航向控制等能力,能最大限度地利用大地线航法路径最短这个优点。本文首先采用了一种快速且高精度的大地线正反解算法,其计算时间为微秒级;其次,利用智能船舶当前实时位置动态及终点计算所需大地线航向,并将新航向指令发送给自动舵。最后,提出不同策略下的航向变更限制机制(ACRM),避免频繁转向以降低自动舵的工作负荷。仿真结果表明,ACRM有助于在最短航程与最少转向次数之间取得平衡。

游艇活动水域通航安全保障研究

借鉴国际上关于游艇活动范围的一般规定,结合天津港及游艇船型实际,利用数学模型计算分析大型船舶的船行波对游艇安全的影响规律,给出游艇活动水域范围。结合水域通航安全管理实际,提出保障游艇活动水域通航安全的主要措施与建议。

一种基于改进回声状态网络的船舶摇荡预报

利用改进的回声状态网络方法,引入小波函数对数据进行预处理,对船舶的实测摇荡时历进行处理,提高了预报的精度。试验结果表明:与传统回声状态网络方法相比,该方法的预报精度和可靠性得到了提高。