上海船舶运输科学研究所机舱自动化技术的新进展

在上海船舶运输科学研究所建所50周年之际,回顾近十几年来在舰船机舱自动化方面所做的工作,总结在船舶自动化领域五大方面的技术进展。展望未来,满怀信心,坚信船研所将为推动我国船舶自动化的技术进步再立新功。

远程控制船舶内河航行风险评价研究

针对远程控制船舶内河航行风险定量评价问题,提出了一种不确定性建模与船模航行试验相结合的风险评价框架,分为模型构建、量化和验证3个部分。在模型构建方面,模型节点来自内河环境、通信、岸端、船端和风险5个方面辨识的船舶远程控制航行风险因素,根据专家经验和航行试验对初始模型结构进行迭代修正,形成了远程控制船舶内河航行风险评价的贝叶斯网络模型;在模型量化方面,为量化父子节点之间线性或非线性关系提出了条件概率计算方法,在内河连续桥区开展船模航行试验,获取了部分根节点的先验概率、航行事故或险情,以及试验人员对航行风险的评价等数据;在模型验证方面,从情景分析、敏感性分析、对比分析3个角度对模型进行了验证。结果表明:在统计的40起航行试验案例中,触碰/碰撞事故占比最高,试验发现了新的失效模式,即控制冲突、程序错误、信号丢失等;构建的贝叶斯网络模型能够有效评价不同情景下航行风险水平,并辨识了与远程控制船舶内河航行风险相关的重要节点。研究结果可以为实现内河船舶远程控制作业模式提供理论依据,也为内河远程控制船舶航行安全提供研究思路。

智能船舶网络安全及防护技术研究综述

智能船舶信息化与自动化的快速提升,降低了航运公司的运营成本,提升了智能船舶系统的运行效率,但也引入了新的网络安全风险,使智能船舶更容易受到各种网络攻击。为此,对现代智能船舶的网络结构和特点进行详细描述,论述智能船舶存在的网络安全漏洞;此外,对近年来智能船舶遭受的各种网络攻击情况进行调查,并重点介绍有效防御船舶网络攻击的应对方法;最后,对智能船舶网络安全技术研究进行总结并对未来的研究工作进行展望。这项研究能为智能船舶的网络安全规划和建设提供支持和参考。

基于双向A^(*)-APF算法的船舶路径规划研究

为解决目前船舶路径规划算法中存在的全局非最优解和局部最优解等问题,在双向A^(*)算法的基础上加入了优化函数PathOptimization和IsClear,以去除冗余拐点,缩短全局路径距离;在人工势场法(artificial potential field,APF)的基础上,设定离散化步长函数、斥力感应阈值和临时终点,以避免局部最优解和震荡问题;实现两种算法的融合算法(双向A^(*)-APF算法),在MATLAB模拟的相同栅格图中,对比算法改进前后的模拟试验数据。结果表明,融合算法平均减少了50%的冗余拐点,平均减少了47.5%的算法搜索时间,平均缩短了7%的路径距离,能够同时安全规避动态障碍物和静态障碍物。研究表明,双向A^(*)-APF算法可用于解决船舶路径全局非最优解和局部最优解等问题。

基于多元宇宙融合算法的船舶电网重构研究

本文提出了一种基于改进的多元宇宙(Multi-Verses Optimization, MVO)和优劣距离法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)融合算法的船舶电力系统故障重构方法。在多元宇宙算法基础上引入变异操作,融合TOPSIS算法,对多个宇宙的适应度进行评价,选出最优个体。通过实例分析和仿真验证表明,所提出的算法不易陷入局部最优,收敛速度快,在求解船舶电力系统故障重构问题上具有较强的优越性。

减排背景下船舶航线网络运营优化研究综述

随着IMO等国际组织以及政府部门对碳、硫减排的规定越发严格,海运企业如何在确保运输排放达标的前提下追求运输的经济性和服务的可靠性成为了新的挑战。围绕海运业减排的大背景,本文分别从战略、战术和运营层面对航线网络运营管理以及运筹优化方面的研究进行分析,并总结分析了研究和发展趋势。在战略层面,从航线网络优化、船队配置、航运企业间的合作与联盟等3个方面进行了文献综述;在战术层面,对班轮航速优化以及燃料加注策略优化等方面进行了综述;在运营层面,对ECA影响下的航线运营优化进行了综述。综述的分析结果表明,后续的研究工作应考虑CO_(2)和SO_(2)减排目标以及经济性目标下的航运网络优化问题,将多目标优化作为决策手段来兼顾经济与环境,促进航运业可持续发展;应探索更加环保的船舶在船队配置和航线优化方面所发挥的作用;应加强推进班轮联盟,通过促进航运公司运输资源的共享和利用,进而减少排放;可以利用仿真、人工智能等手段对船舶油耗与航速、载重等的关系进行更精细化的刻画,从而提升航速决策的有效性,进而来减少因油耗而产生的排放;通过船舶的动态路径规划等技术,提高运输效率,减少不必要的油耗和排放。

船舶故障自动控制报警监测技术应用研究

本研究旨在设计一套基于PLC的船舶故障自动报警监测系统,以提高船舶机舱设备监测和故障处理效率。采用西门子S7-200PLC作为控制器,结合梯形图和STL语言进行程序编辑,利用EM231拓展模块解决信息干扰问题。系统通过模拟量实时监测机舱设备状态,并实现自动报警处理,同时利用打印机显示报警信息,便于船员维修管理。模块化设计提升系统可拓展性,确保监测与报警系统的准确可靠性,为船舶安全运行提供有效支持。

船舶柴油机故障诊断技术研究

论述了船舶柴油机故障诊断的意义,针对国内外一些常见的柴油机状态监测与故障诊断的方法及其原理和特点,总结出船舶柴油机故障诊断中新技术的应用,并对柴油机故障诊断技术的发展趋势进行了展望。

船舶能量管理系统PMS研究

详细介绍了船舶能量管理系统PMS的功能组成、结构及管理策略。首先阐述了能量管理系统PMS的功能组成模块及各模块的功能要点;其次以船舶电力系统为例,叙述了能量管理系统PMS的双层冗余网络体系结构;最后详细介绍了PMS系统能量优化管理的策略。

上海城市森林综合评价研究

近年来,许多国家把发展城市森林作为实施城市可持续发展战略的一项重要内容。城市森林的综合评价在城市森林的理论研究、规划、设计和管理中具有重要的实践意义。根据城市森林评价的特点和实际,依据信息系统建设的原则和方法,以VB为开发平台,采用ESRI公司的ArcObjects组件技术,设计开发了上海城市森林综合评价信息支持系统,探讨了在系统开发过程中的主要技术问题,包括系统分析与设计的原则、方法,以及系统的结构、功能设计和系统的实现等。并利用该系统对上海城市森林进行了尝试性评价,认为:上海城市森林的协调性相对较好,而城市森林生态结构有待进一步提高。

全电力推进船舶推进控制技术研究

全电力推进船舶是当今国际造船业发展的一个热点,而迄今为止国内尚无此类船舶的推进控制产品,为此设计了一种全电力推进船舶推进控制系统。根据全电力推进船舶的特性,对推进控制、转舵控制进行了深入研究,特别是鉴于电力推进船舶其推进系统的动力是由船舶电网直接供给的,因此重点分析了如何保证在推进负荷突变时船舶电网供电的安全与稳定,并给出了有效的解决方法。此外,系统还进行了模块化设计以提高其可靠性、集成性和可扩展性。

船舶推进装置实时仿真系统的研究

船舶推进装置实时仿真系统由386－DX／40计算机及接口、气电转换和变频电机等组成，开发的仿真软件采用离散相似法、并面向结构图，程序中采用高级语言与汇编语言相结合、浮点与定点相结合的算法，具有灵活高速的特点。根据准稳态的概念建立了增压柴油机及船、桨并考虑海况条件的多阶非线性数学模型。该实时仿真系统已用于推进装置监控系统的调试，它是仿真训练器的关键技术。

船舶在规则波中自航因子变化规律的模型试验研究

随着船舶业节能减排受到越来越多的关注,船舶在实际海浪中的性能也受到人们的重视,进行波浪中推进性能的精细研究成为新的需求。为此,进行了规则波中自航试验,研究了规则波中自航因子随波长船长比(λ/L_(pp))的变化规律。研究发现波浪的存在使得推力减额比静水中值有所增加,伴流分数、船身效率、敞水效率、推进效率比静水中值有所降低,并且峰值或谷值出现在λ/L_(pp)约为1.2附近。特别地,对于该船舶来说谷值处波浪中推进效率比静水中减小约40%。此外,规则波中波浪增阻、转速增加、推力增加、扭矩增加和功率增加无因次系数都随着λ/L_(pp)先增加后减小,在λ/L_(pp)约为1.2时达到峰值,且推力增加无因次系数与增阻无因次系数几乎相同。这些变化规律有助于深化波浪中船舶推进性能的研究。

船舶交通管理系统(VTS)等级划分的研究

在对影响港口 VTS 需要程度和管理功能各因素定性分析的基础上,应用海上交通工程方法论,确定了 VTS 按需要程度排序、按管理功能分级的原则,并利用 FUZZY 数学建立了 VTS 总体等级划分的 FUZZY 综合评判模型。计算机模拟结果比较符合实际,具有良好的综合决策效果。

船舶操纵模拟中视景仿真的研究

视景仿真是船舶操纵模拟的核心技术之一,也是操纵仿真逼真程度的体现。我们以航海模拟试验系统为背景,阐述了开发航海模拟器的实时虚拟视景的方法,重点介绍了视景仿真中需注意的几个关键技术及其解决的方法、并提出建模的一般方法。最后根据经验提出了一些在开发中应注意的问题。视景仿真在航海模拟系统中的应用对其他应用场合也有一定的参考价值。

破损船舶结构校核方法研究

船舶破损属于危险状态,快速准确地校核破损船舶结构强度对于应急救援等工作有着重要意义。以某散货船破损工况为例,分别采用等值梁法与有限元法评估破损船舶的结构强度。计算表明,传统的等值梁法未能真实反映船舶破损后的变形及横向构件的应力,具有一定的局限性,有限元法则弥补了此项不足,该方法可为今后船舶破损的计算分析提供参考。

基于SFN-SD的北极冰区船舶航行风险传递路径研究

为明晰北极冰区船舶航行风险传递路径,从人员、船舶、环境、管理4方面识别北极冰区航行风险因素,并应用空间故障网络(SFN)理论和决策试验与评估实验室(DEMATEL)方法,分析船舶北极航行风险事件;采用主观数据获得风险传递概率和传递路径,构建北极冰区船舶航行风险传递网络模型;基于永盛轮北极航行记录数据,运用系统动力学(SD)方法,仿真并验证北极冰区船舶航行风险传递网络模型。结果表明:船舶北极航行风险事件中,8种为边缘事件,14种为过程事件,8种为最终事件;从边缘事件到最终事件有15条网络传递路径;经实例验证,所构建的风险传递网络模型可靠;通过该模型能够描述风险事件的传递效应和传递路径,获得最终风险事件的动态概率曲线,揭示北极冰区船舶航行风险传递的规律,为风险防范措施的制定提供技术支持。

超浅吃水肥大型船舶试验研究

超浅吃水2万吨级肥大型运煤船为我国“八五”攻关项目。作者针对该船超浅吃水的特点，根据快速性、耐波性与操纵性的要求来确定其主尺度，并设计了三种前体线型和四种后体线型，进行了多种方案组合在压载和满载状态下的阻力、自航试验及尾部伴流场测试研究，优选出适合我国港口航道的超浅吃水肥大型船舶的设计线型。实船试航结果表明，该船水动力性能优良，且阻力性能与模型试验结果吻合良好。

船舶交通事故复现仿真系统的研究

为正确直观地对船舶交通事故进行分析和责任判定,提出了一种基于船舶操纵模拟器的船舶交通事故复现仿真系统的开发方案。在综合分析方案设计原则和关键技术的基础上,提出了实现交通事故复现的具体步骤。该系统的研究开发可为海上主管部门对事故的调查和总结的科学性提供客观依据。

世界液化天然气船舶市场研究分析

随着天然气资源的发现,天然气的使用越来越广泛。液化天然气(LNG)贸易也随之快速发展。在全面分析研究世界天然气需求的现状及发展、世界LNG需求的现状及发展、LNG贸易量发展趋势、世界现有LNG船队结构及发展趋势的基础上,通过对LNG出口国在建拟建生产线、现有LNG船舶订单的分析,预测未来世界LNG船舶的需求,结合世界LNG船舶的建造能力,分析LNG船舶市场的供需平衡,提出中国应扩大LNG船舶建造能力。