AIS数据驱动下的渡船横越场景识别与碰撞风险建模

为定量评价渡船横越航道过程的碰撞风险,提出了基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据的渡船会遇识别和碰撞风险评价模型。首先根据船舶航行轨迹识别出会遇场景,然后利用模糊综合评价法构建船舶碰撞风险评价模型,实现船舶碰撞风险的实时量化,最后基于长江南京段汽渡船舶进行案例分析。结果表明渡船在横越过程中会遇态势复杂,平均碰撞风险一般随会遇船舶数量的增加而增大。提出的模型可以分析渡船横越过程中的碰撞风险变化趋势和不同会遇场景下的碰撞风险水平,为渡船碰撞风险感知与路径规划提供支撑。

基于自适应步长快速搜索随机树算法的船舶避碰路径规划

快速搜索随机树算法被广泛应用于船舶避碰路径规划。针对传统快速搜索随机树算法在复杂水域条件下搜索效率低的问题,提出了基于自适应步长快速搜索随机树算法的船舶避碰路径规划模型。首先,引入船舶领域模型,并基于《国际海上避碰规则》为让路船设置虚拟障碍。其次,引入时间序列并建立动态障碍检测机制。采用启发式采样策略,减少无效节点的生成。最后,建立障碍物密集度与搜索步长的映射关系,以上一步采样步长作为已知条件预测当前步采样步长,并利用采样点周围障碍物密集程度修正当前最优的采样步长。仿真试验结果表明,相较于传统的快速搜索随机树算法,采用自适应步长快速搜索随机树算法的船舶避碰路径规划模型在采样成功率、搜索路径耗时、路径段数和路径总长度等四个方面均表现最优,在提高算法效率的同时能够实现更高质量的路径规划。

基于概率分布的长江干线水上交通事故分析

为深入探寻水上交通事故在时间和空间上的规律性,对2006-01/2010-06有记录的长江干线水上交通事故数据进行统计分析,得出长江干线碰撞和搁浅事故占总事故的80%以上。以10d为1个统计周期,通过对所有周期内发生事故数量分别用正态分布和对数正态分布拟合,发现对数正态分布能够更加准确地描述事故发生规律。另外,长江下游月平均事故数最多为15起;长江中游发生事故的波动性最大。研究结果对管理人员准确评估水上交通的总体安全形势,以及对长江干线事故应急和搜救资源的合理布置和调度具有参考作用。

海上风电场对航海雷达探测性能影响研究

海上风电场的建设会对船上雷达和岸基雷达的观测造成影响,由此对通航安全构成一定威胁,对此进行研究具有重要意义.利用雷达性能参数和雷达绕射理论对回波特性进行理论分析,研究风电项目对航海雷达影响程度.研究结果表明,当雷达与风机距离在200 m以上时,阴影区对雷达观测的影响很小,但是雷达观测和跟踪风电场内部和周围的物标存在较大困难.

无线传感网络节点定位中的导标动态移动策略

在基于移动导标的无线传感器网络节点定位中,导标的移动路径将直接影响到节点定位的效率和精度.考虑到无线传感器网络节点通信能力和计算能力有限性,着重研究一种基于网络局部拓扑信息的导标移动虚拟力修正模型.模型中,导标对邻居节点进行筛选,并进一步收集有效节点与导标的距离、有效节点拥有邻居节点数目等参数,在此基础上建立移动导标虚拟引力模型,该模型能使导标的移动具有较强的自适应性.更进一步,针对节点虚拟引力基本模型存在的导标无引力情况和冗余遍历情况,通过加入接近因子及已定位区域边界曲线拟合的方法,对基本模型进行修正.仿真实验表明,提出的路径规划算法与典型的传统路径算法相比较,导标遍历网络的路径长度缩短了20%～30%,较大程度节约了定位过程中导标节点遍历网络所需的能量开销.

水上交通事故中人为因素研究综述

75%~96%水上交通事故是由人为因素引起,探寻船员在工作环境下的生理和心理状态与水上交通事故之间存在内在的联系,对降低船员失误率、保障航行安全具有重要意义。通过阐述水上交通事故人为因素研究内容,介绍水上交通人为因素研究手段(如脑电图EEG、近红外反射光谱NIRS技术等),对生理信号检测与人为因素的相关研究进行综述,阐述船员的工作负荷、注意力、情绪、压力、疲劳与神经生理特征数据变化的关联。讨论了人为因素研究趋势,利用新型测量技术研究船舶驾驶员行为特征、预警船舶航行人为差错、优化船员培训体系、改进值班制度,为减少海事领域人为失误、保障船舶航行安全提供帮助。

基于粒子群-遗传优化算法的船舶避碰决策

为能在开阔水域中提升船舶驾驶员在多船会遇场景下的避碰决策能力,按照国际海上避碰规则(Convention on the International Regulations for Prerenting Collisions at Sea,COLREGs)的要求,综合考虑船舶航行的安全性与经济性,提出一种基于粒子群-遗传(Partide Swam Optimization-Genetic Algorithm,PSO-GA)的混合优化避碰决策算法。基于最近会遇距离(Distance of Close Point of Approaching,dCPA)和最近会遇时间(Time to Close Point of Approaching,tCPA)确定船舶碰撞危险度(Collision Risk Index,ICR)的计算方法,基于转向幅度与航行时间建立避碰决策目标函数。基于PSO-GA算法具有提高收敛精度和加速全局寻优的特点,当ICR≥0.5时,启动PSO-GA算法,获得让路船舶在全局范围内的最佳转向幅度和在新航向上的航行时间。仿真结果表明:与单独使用PSO或GA算法相比,PSO-GA算法能够以较少的迭代次数找到安全经济避碰航线。提出的避碰决策算法能够为船舶驾驶人员在避碰决策中提供参考,有助于提升船舶航行的安全性和降低船舶碰撞事故发生的风险。

基于模糊规则库和证据推理的内河通航风险评价

提出一种将模糊规则库和证据推理相结合的风险评价方法,用于解决不确定条件下内河运输系统的通航风险评价问题。首先以定性和定量相结合的方式建立内河运输系统的层次型通航风险识别模型;然后通过构建模糊规则库将量化数据转换成定性评价结果;最后运用证据推理自下而上合成各层级的评价结果,实现对通航安全水平的整体评价。通过评价和比较长江干线三个不同航段的通航安全水平,对所提方法的有效性进行验证。

基于AIS数据的船舶航迹多维预测方法

目前,船舶轨迹预测存在数据噪声严重、缺乏考虑历史轨迹的相似性的问题,导致预测精度不高,难以满足实际需求。针对该问题,从船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据去噪、在预测模型中考虑历史数据两个方面提高船舶轨迹单步预测的精度和可靠性。根据相邻时刻的AIS数据修复当前时刻的船舶运动参数;使用二维长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)算法分别从时间和空间的角度将当前船舶的航迹数据和历史轨迹数据相融合,建立航迹预测模型和区域预测模型;利用试验数据验证模型的综合性能。试验结果表明:该模型可获得精度较高的船舶航行轨迹。

移动导标条件下的无线传感器网络节点定位方法

针对无线传感器网络定位目标和要求,提出了一种新的利用移动导标节点广播信号来实现未知节点位置估算的方法.1个或多个移动导标节点随机游走于网络区域,并间隔性地广播自身位置信息,未知节点利用接收到的广播信息位置估算边界线进行节点定位.仿真实验结果表明,新算法比传统算法具有更小的计算代价和更高的可靠性、稳定性.

基于模糊层次分析法的枯水期长江通航风险评价研究

长江干线水路运输在服务沿江经济发展的同时,其通航风险也得到了越来越多的关注,特别是枯水季节带来的航道出浅、船舶搁浅等问题。文中结合离散模糊集和层次分析法,利用专家调查数据从人、船舶、环境和管理4个角度对可能影响枯水期长江干线水上交通风险的因素进行了逐层分析。研究结果表明,遵守法律法规、船员适任、通航尺度以及船舶适航这4个因素对枯水期通航风险的总贡献率达到了55%以上,是枯水期长江通航风险的关键要素。利用风险识别的结果对风险控制方案的效用进行了比选,实现了基于风险评价的决策支持。

基于Monte Carlo的多能量级移动节点定位算法研究

提出了一种基于Monte Carlo的移动无线传感器网络节点定位算法,即移动导标周期性发射不同能量级的广播信号,未知节点接收感知范围内的导标定位信息,以确定自己所处的限定区域。利用改进的Monte Carlo方法,采用较少样本实现了节点的位置估计。为避免导标共线时出现节点定位失效的情况,引入共线度限制因子,提出了一种导标共线度约束策略。仿真实验结果表明,提出的算法具有较低的定位误差,算法在导标节点密度、运动速度、测距误差等影响因子下表现出了良好的适应性。

水路交通中风险评估与通过能力研究进展

针对水上交通具有很大地域特征这一特点,论述了海湾、海峡、港口和内河船闸水域船舶交通流在风险评估和通过能力方面的国内外研究进展,并指出航道通过能力和交通风险存在内在的联系,在研究中需要将这两方面综合考虑.而在方法层面,在Bayes理论框架下建立风险模型,以及采用系统仿真的方式评价水域安全形势和通过能力是当前水上交通流研究中最为常用的方法.

通航安全仿真中航道及相关要素三维建模技术

航道整治工程中各种护岸丁坝等设计参数对船舶航行安全的影响是工程设计中的关键问题。为验证护岸建筑设计的合理性及建成后的有效性,通常会在设计阶段,利用设计参数和相关实测数据进行模拟仿真。通航安全仿真的关键是航行相关要素的三维建模,其中最重要的就是航道、水流、船舶等对象的建模及相关的交通流模型。重点研究三维航道建模技术、水流建模技术,利用航道测量和设计数据自动生成三维航道模型过程中的河床曲面生成、航行船舶定位坐标变换等相关技术。最后,依托荆江长江大桥水域的测量数据,构建了基于全球坐标系的船舶航行有效航宽自动生成平台。

无线传感器网络中的信标优化选择算法

针对无线传感器网络中节点定位精度的问题,提出了一种基于距离和Cramer-Rao下界的信标优化选择算法。该算法通过分析信标与节点间的距离和位置拓扑关系对定位精度的影响,选择CRLB值最小的信标子集进行位置估计,减少节点定位误差。仿真结果表明,该方法较大地提高了定位精度,降低了计算量,为合理选择信标子集提供了依据。

海事监控传感网络中的节点管理方法研究

针对目前海事监控系统的特点和存在的不足之处,提出了将无线传感器网络技术应用到海事监控系统中的体系框架,并着重对海事监控传感网络的节点动态管理方法进行了初步的研究。针对LEACH拓扑形成算法存在形成的簇头分布不均匀和数量不稳定两个方面的缺陷进行改进,提出了一种新的拓扑控制方法,即改进LEACH算法(IM-LEACH)。仿真结果表明:IM-LEACH算法每轮选举出的簇头节点数量稳定,而且分布也比较合理,能够有效节省节点能量,延长网络的寿命。

从第13届PSAM国际会议的动态展望概率安全评估发展

自2015年东方之星翻沉事故和天津港爆炸事故发生后,交通安全研究越来越受到学术界的广泛关注和重视。介绍了第13届概率安全评估和管理国际会议(13th International Conference on Probabilistic Safety Assessment and Management,PSAM 13)的概况。通过对该国际会议的大会报告和所发表论文进行分类统计,围绕系统安全研究的主题,对概率安全评估、人因可靠性分析、工业安全、交通运输安全和不确定性等研究热点问题的总结。旨在探讨"一带一路"大背景下,如何通过概率安全评价等理论的研究提高交通系统安全水平。对交通系统概率安全评估未来的发展趋势和目标进行探讨,提出了基于概率安全评估的交通系统安全评价框架,为预防交通事故、提升交通系统安全水平提供帮助。

学科交叉融合驱动下的水路交通领域研究生培养实践

立足当前世界科技创新发展现状与趋势,围绕水路交通领域未来技术与产业需求,以武汉理工大学航运学院为例,探讨学科交叉融合驱动下的水路交通领域高层次人才培养改革创新,通过学科内涵拓展为牵引、师资建设及课程模块改革为驱动、多元化实践平台与科研团队构建为保障,有力推动水路交通领域高层次人才培养质量持续提升。

海事安全研究发展动态——第13届船舶导航与海上运输安全国际会议综述

海事安全是水上交通运输中重要的研究方向之一。第13届船舶导航与海上运输安全国际会议(TransNav 2019)在波兰格丁尼亚召开,会议的主要目标是寻找海上航行、船舶导航、物流与能源、基础设施、海洋环境、航海保障以及航海经济方面的主要问题和解决方案。以海事安全为主题,对此次会议的200篇论文进行梳理,从船舶航行安全、应急安全保障和防治船舶污染3个方面探讨当前海事安全研究的热点问题。在船舶航行安全方面,从水上交通风险评估、人为因素、船舶避碰和自主船舶航行安全4个角度详细论述了该领域的研究动态。并从水上交通风险评估、船舶避碰风险量化、多船会遇局面避碰算法和自主船舶风险评估等角度分析未来热点研究方向,对未来的研究重点提出建议。

海事风险评价软件功能框架设计

针对已有的海事风险评价相关理论和方法在航运、海事等领域实际应用中仍面临瓶颈的问题,开发一套功能完备、简单易用、界面美观的海事风险评价软件,以促进海事风险评价的实际应用,并为解决工程问题提供参考。在系统分析相关软件的基础上,借鉴各软件的优点,开展海事风险评价软件的核心功能框架设计,并通过案例说明软件的预期功能。该研究是海事风险评价软件开发的积极探索,可为后续软件开发提供一定的参考。