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。

基于改进樽海鞘群算法的船舶避碰决策及仿真实验

文中针对多船会遇避碰决策中过渡依赖单一寻优决策的问题采用了加入自适应权重的樽海鞘群优化算法(weight salp swarm algorithm, WSSA),在算法中融入国际海上避碰规则(convention on the international regulations for presenting collisions at sea, COLREGs)和良好船艺的要求.使用速度障碍法判断船舶的碰撞危险度并将多船会遇避让的过程中避让的安全性、经济性以及船舶领域侵入程度作为建立避碰决策的目标函数.算法测试的结果中,WSSA与原始樽海鞘群算法(SSA)以及经典粒子群算法(partide swam optimization, PSO)相比较,WSSA算法在收敛的精度和速度方面都明显优于SSA和PSO算法.结果表明:WSSA在寻找最优碰撞路线的过程中迭代的次数更少,精度更高.

基于虚拟现实技术的船舶认知实验课程教学模式设计

针对传统的船舶认知实验课程教学存在的学生课堂参与度低、实践操作受限、教学效果不理想的问题,提出一种基于虚拟现实技术的沉浸式教学模式,构建了基于应用层、资源层、硬件层和用户层的全景式交互教学系统平台框架,探讨具体实施过程及课程考核评价方式。

基于航道-船闸系统模型的内河多线船闸调度优化仿真

为了缓解船舶过闸需求和船闸服务能力之间的矛盾,以内河多线船闸为研究对象,利用元胞自动机原理建立了包括顺直段和弯曲段的航道船舶交通流模型,在考虑闸室分配规则、BL排样算法和多闸室并行调度规则的基础上建立了多线船闸调度优化仿真模型,并利用内河航运系统船舶交通组织方法,将船闸与航道两个子模型看成系统模型中的节点和通道,建立了船闸-航道一体的多线船闸系统调度优化模型。以长洲水利枢纽四线船闸为研究对象,根据建立的船舶交通流模型和多线船闸系统调度优化仿真模型对航道船舶交通流时空分布特性、船闸调度优化指标等进行了仿真分析。试验结果表明:船舶上下行平均延误较实际分别降低了10.3%、8.8%,上下行闸室利用率分别提高了7.4%、7.1%。

一种基于IPSO优化ELM的内河船舶轨迹预测方法

文中针对现有预测模型精度和计算效率不高的问题,提出一种引入深度学习框架(ELM)和改进粒子群算法(IPSO)的预测模型,进行内河船舶轨迹预测.采用长江武汉段实测AIS数据并从中提取一系列典型轨迹,使用ELM方法对典型轨迹进行实时预测,考虑到ELM网络的超参数难以人工取到最优,提出采用IPSO算法对网络超参数进行寻优处理,利用最优网络参数构建轨迹预测模型(IPSO-ELM),并与SVM方法、LSTM方法和ELM方法进行对比实验.结果表明:IPSO-ELM有效提高了轨迹预测精度.

基于元胞自动机的内河弯曲航道饱和度仿真试验研究

为了解内河弯曲航道服务水平,提高内河运输经济效益,通过元胞自动机仿真方法进行内河弯曲航道离散化建模,将弯曲航道分为顺直航段、弯曲航段、单向控制段和分汊航段四个模块分别构建元胞运动规则。结合元胞自动机时空演变的多样性以及对船舶运动行为特征的准确模拟,使用编程语言Python搭建仿真试验环境并设置参数进行仿真试验,以长江下游尹公洲航道为案例进行仿真分析,得到尹公洲航道最大通过能力和航道服务水平,航道整体饱和度处于波动状态,存在明显的时间差异性。仿真结果表明建立的模型可准确表征航道达到饱和状态时的交通流特点,在特定通航条件下采用论文所建模型可对内河弯曲航道服务水平进行评价。

航海技术专业本科毕业论文通过率影响因素分析

针对某高校航海技术专业毕业论文未通过率较高的问题,对2019—2022年航海技术专业本科毕业生及指导教师进行调查和访谈,并基于事故树分析方法,以“毕业论文未通过”为顶事件,分析教师、学生等方面因素对顶事件的影响程度,进而从学生、教师及管理等方面提出提高毕业论文质量的策略和建议。

内河水域大型沉井浮运拖带作业关键技术研究

为保障内河水域大型结构物浮运拖带作业的安全性,以常泰长江大桥5#墩沉井出坞和浮运拖带作业为例,对大型结构物浮运拖带作业关键技术进行研究。在拖带作业开始之前,通过采取封底助浮、疏浚和扫测等措施,确保拖带水深满足要求;在出坞、离泊和浮运等3个阶段,通过合理确定拖船配置、拖带方式和起拖时机等作业要素,保障拖带作业的安全性。计算结果表明,合理有效采取这些关键技术有助于保障沉井安全地从江苏扬子鑫福船厂船坞浮运拖带至常泰长江大桥5#墩位,该研究可供内河水域大型构件的浮运拖带作业参考。

狭长通航隧洞船舶火灾人员应急疏散仿真研究

通航隧洞是一类为船舶穿越高山峡谷提供通航条件的新型通航建筑物,发生火灾时有害气体易于堆积、人员逃生路径狭窄、应急疏散难度大。针对待建的贵州乌江思林通航隧洞构建典型船舶火灾和人员疏散逃生模型,分析火灾事故发展过程中的特征参数变化情况,基于有毒有害气体和温度的安全限值,对横通道间距、船舶编队等因素影响下的人员疏散安全风险进行评估。结果表明:横通道间距为200 m时,3艘货船、2艘货船和1艘客船的编队情况符合人员疏散安全评估;横通道间距为300 m和400 m时,所有编队情况均无法满足人员疏散安全评估,其主要危险因素为持续吸入有毒有害气体。因此,在保障安全前提下,隧洞不宜设置300 m及以上横通道间距,客船疏散难度大,应采取下船翻坝运输的方式过坝。

双向门控循环单元在船舶轨迹预测中的应用

针对传统循环神经网络提取船舶轨迹序列特征能力不足,导致预测结果与实际轨迹之间的误差较大,影响船舶调度与航行安全的问题,将双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit, Bi-GRU)神经网络应用到船舶轨迹预测中。利用Bi-GRU神经网络模型具有的前瞻特性以及大量船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)数据,提出基于Bi-GRU的船舶轨迹预测模型。结果表明,Bi-GRU的预测精度较门控循环单元(Gated Recurrent Unit, GRU)有明显提升,均方误差降低13.0%,均方根误差降低6.5%,平均绝对误差降低16.5%。研究成果可为提高船舶交通服务系统安全管理水平、判断船舶交通风险程度及智能船舶碰撞预警提供理论支撑。

面向客船火灾的人员逃生路径规划研究

文中针对火灾蔓延对人员逃生过程的影响,提出一种客船火灾蔓延条件下基于改进蚁群算法的逃生路径规划算法.根据客船三维模型进行火灾蔓延模拟以掌握火灾蔓延态势,定义逃生人员火灾产物耐受限值进行可逃生区域识别,确定安全逃生节点.引入目标方向改进启发函数,避免陷入局部最优,加入最差蚁群的影响和信息挥发系数自适应化,改进蚁群算法的信息素更新机制.通过安全路径二次优化,减少规划出的路径中多余拐点.结果表明:改进后的蚁群算法可以有效地用于客船发生火灾时人员的逃生路径规划.

基于船舶轨迹数据的几何航路网络建模方法

文中提出了一种基于船舶轨迹数据几何航路网络构建方法,通过选取符合条件的船舶轨迹特征点提取航路点区域,结合轨迹聚类与边界提取构建航路点区域的连接方法,建立几何航路网络.结果表明:该方法能够构建航行水域的几何航路网络.

长江弯曲航道船舶航迹控制方法研究

文中建立考虑舵机伺服系统特性和风、流干扰的线性船舶动力学模型,确定仿真实验船舶的各个必要参数.引入最优控制策略,以航速为自变量设计不同航速下基于最优控制策略的PID(proportion integral differential)航向控制器OP-PID Controller(optimal PID controller),在不同航速下分别采取PID和OP-PID进行了航向控制仿真.在航向控制器的基础上,结合航段跟踪决策算法、改进的LOS(line-of-sight)制导方法获取航向偏差,以航向偏差驱动OP-PID间接航迹控制器.以OP-PID和改进的LOS组成的航迹控制方法进行了静水环境中和外界干扰下的航迹控制仿真实验.结果表明:基于改进LOS制导方法和OP-PID航向控制器可以较好地跟踪弯曲航道计划航线,舵角和转向幅度均小于现有航迹控制器.

基于黎曼球面投影变换的船舶会遇风险感知建模

文中提出一种基于黎曼球面投影变换的船舶会遇风险感知模型,将船舶相对运动轨迹投影为黎曼球面上的相对曲线运动,利用黎曼球上船舶的相对速度与相对距离构建会遇风险模型.基于三种会遇局面和实际事故案例进行仿真,并基于案例与传统模糊综合评价模型作对比分析模型可靠性.结果表明:所提模型能有效地评估船舶会遇风险,实时可视化输出更为直观,便于辅助船舶避碰决策.

基于博弈的干支交汇水域船舶汇入意图识别

文中基于博弈理论和船舶碰撞危险度量方法,构造包含安全收益、时间收益和规则约束的汇入决策收益函数,采用船舶冲突排序运算方法量化确定汇入决策时机,构建干支交汇水域船舶汇入意图识别模型.为精准估计模型权重,以决策收益最大化为下层目标,意图识别误差最小化为上层目标,设计基于双层优化方法的模型参数估计框架.运用长江江苏段实测数据验证了所提模型的有效性.结果表明:本文所提模型的汇入意图识别准确率达到了94.64%.

基于三维视频融合的智慧港口全景建模研究

针对港区监控视频图像之间联动性差与缺乏三维立体视觉感受等问题,提出一种基于三维视频融合的港口全景建模方法。首先,基于倾斜摄影对港区进行三维重建,在重建过程中利用体素滤波法处理点云数据,以构建轻量化模型;其次,提出一种改进SURF(Speeded-Up Robust Features)算法进行图像相似配准,以求解相机姿态,实现三维模型与视频的融合;最后,以武汉某港口为实验区域,基于Cesium开源引擎实现了三维全景模型可视化渲染。结果表明,上述方法可以将港口监控视频流以纹理的形式投影到实景模型上,构建含有实时视频数据的三维全景模型,解决港口监控现存问题,为实现智慧港口立体监控提供一种新思路。

基于改进DBSCAN的船舶会遇识别模型

为解决大数据下船舶会遇识别算法效率不高且存在误判等问题,提出一种融合国际海上避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea,COLREGs)的带噪声的基于密度的空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法,建立船舶会遇识别模型。在DBSCAN算法对邻域内的船舶数量进行统计时,计算船舶间的最近会遇距离(distance to closest point of approach,DCPA)和最近会遇时间(time to closest point of approach,TCPA),初步筛选邻域内的噪声点;基于模糊综合评价模型计算船舶会遇风险,对邻域内的船舶进行二次筛选,实现船舶会遇态势的提取。结果表明:改进后的DBSCAN算法过滤掉传统DBSCAN算法识别到的非会遇局面,并且在同一会遇局面下的船舶数量均保持在4艘以内;输出的会遇船舶风险演变趋势对实际水域内高风险船舶的监控适用性较好,能有效辅助船舶避碰。所提识别模型对保障航行安全和提高海事监管效率具有重要意义。

改进RRT^(*)算法的无人艇局部路径规划方法

文中提出一种改进RRT^(*)算法,该算法依据国际海上避碰规则计算本船与他船间DCPA与TCPA并判断会遇场景,限制采样空间.通过偏置采样在采样空间中选取采样点,增强目的性,加快搜索速度.依据线段公理和锚点采样的方式重新选择父节点,去除中间冗余的节点,减少路径转向次数和路径长度,使得最终生成的路径相对平滑.结果表明:改进RRT^(*)算法减少了81%以上的转向点和5%以上的路径长度.

一种复杂环境下UWB测距误差预测方法

针对复杂室内环境中,多径干扰和视距遮挡影响室内定位精度的问题,提出一种复杂环境下UWB测距误差的预测方法:根据超宽带(UWB)室内定位方法抗干扰能力强、定位精度高的特点,从理论上分析影响超宽带信号测距精度的因素;然后通过模型量化分析每种影响因素对测距误差的影响程度,改进以往通过信道脉冲响应特征分析单一的视距遮挡参数来提高定位精度的补偿算法;最后从数据挖掘和机器学习的角度出发,将多径效应、视距遮挡、标签与基站的距离、标签移动速度、标签与基站天线俯仰角以及气象因素(温度、湿度、压强)等对测距精度造成影响的重要因素作为特征进行分类和归类,并使用梯度提升决策树模型对数据集进行训练和预测。实验结果表明,该模型可以根据当前状态下的组合特征值估计出测距误差值,将当前预测的误差值补偿到测量值上,可以有效提高超宽带室内定位的精度。

复杂交汇水域船舶航路网提取方法研究

文中提出了一种适用于复杂交汇水域船舶航路网的提取方法.采用轨迹聚类算法获取水域主要船舶交通流,通过水域栅格化将各船舶交通流转化为栅格图像,运用图像细化的原理从不同交通流中提取对应船舶航路,以距离阈值为标准识别航路之间的交汇点,最终形成水域船舶航路网.结果表明:该方法不仅可有效提取水域内主要船舶航路以及航路交汇点,还可同时获取交汇点密集区域.