基于AIS航海模拟器目标船服务器的设计与实现

针对现有航海模拟器目标船航线设计需要教练员人工设定以及所制定航路带有一定主观盲目性的缺陷,设计基于自动识别系统(AIS)真机的目标船生成服务器系统。该系统可实现港口范围内船舶AIS信息的实时接入,达到航海模拟器仿真系统模拟真实海上交通流的的效果。实际仿真训练表明,该方法提高了交通模拟的逼真度,有效仿真了真实操船环境带来的压迫感;同时,仿真系统自动生成海上通航环境,切实提高了航海模拟器训练中训练场景编制的工作效率。

基于室内GIS和定位技术的消防一体化指挥系统

为了提高大型公共建筑和高层建筑内的消防应急救援能力和透明化指挥水平,研究室内地理信息系统(GIS)和定位技术是十分必要的。针对目前室内外GIS数据模型表达不一致、室内地图更新困难和室内外路网无法有效集成问题,探讨标准GML对消防室内GIS数据模型进行统一表达,采用开源Web GIS服务对消防室内地图进行定期更新,并通过一体化路网实现由室内外空间的最短救援路径分析。针对目前室内定位精度不高的问题,研究通过融合定位算法提高基站室内定位精度。以天津滨海高新区应急指挥中心作为应用示范,建立了基于上述室内GIS和定位技术的消防一体化指挥系统,研究结果表明,提出的技术方案结果精度较高,示范系统具有良好的应用价值。

基于纹理识别的航海雷达溢油监测系统

为了实时监测海面溢油情况,根据航海雷达特点,梳理出一条利用航海雷达进行溢油监测的技术路线,主要涵盖系统框架设计、核心油膜提取算法等.其中,系统框架采用DSP处理芯片,对雷达视频信号进行采样处理,选用PCI接口便于拓展应用,选取基于纹理识别的方法用于油膜提取.该技术路线理论可为后期深入研究和系统开发提供理论基础.

基于深度神经网络的船舶交通流预测

为了准确预测船舶交通流量,构建一种利用特定数据集进行船舶交通流量预测的深度学习模型。选定海域横断面,统计规定时间段内穿越该海域横断面的船舶AIS数据,将这些数据筛选后作为数据集。选取GRU(gate recurrent unit)模型最佳结构和参数,对一天内的船舶流量进行预测,并选取LSTM(long short term memory)循环神经网络模型和SAES栈式编码器预测模型作为实验对照组模型,在合理参数范围内对不同参数组合进行实验。实验结果表明,与LSTM模型和SAES(stacked auto-encoders)模型相比,GRU模型预测精度更高,能适应数据规律性较弱的船舶交通流量预测的要求。

基于DEM和SAR的航海雷达地形回波仿真

由于仿真地形数据库制图工作量巨大,因此目前航海雷达仿真中物标雷达反射率模拟的工程应用受到极大限制。提出基于DEM(Digital Elevation Model)和同波段SAR(Synthetic Aperture Radar)数据反演,获取物标反射率信息,作为地表雷达反射率仿真的依据,结合雷达方程,建立航海雷达地表反射率模型;考虑雷达回波地形的高程遮挡关系,给出了航海雷达地形回波生成算法,GPU编程实现。通过与传统仿真方法和真实雷达回波图像的比较,表明该算法与真实雷达回波更接近,更能体现地表回波图像的雷达反射率细节和不同量程下的回波图像变化。

移动对象轨迹预测

为了帮助人们了解移动对象轨迹预测研究领域的成果,并准确预测移动目标运动趋势,对国内外相关文献进行了系统梳理和归纳。从基于物理机理建模、基于移动对象行为建模和基于移动个体交互建模三个方面对移动对象轨迹预测技术进行了分析。分别阐述了相关算法的核心原理方法,以及在轨迹预测中的适用范围和优缺点,指出移动对象轨迹预测研究所面临的挑战和研究重点。

电子海图网格化算法研究

ECD IS的发展使得海图数据量越来越大,单个S57数据文件大小也随之相应增大。几兆的数据加载到PC机上一般可以比较好的运行。但是如果推广到嵌入式平台或者网络平台,数据量就显得过大、占用内存太多,严重制约电子海图的推广应用。文章提出了对海图数据继续进行物理网格分割,并通过试验证明可以有效地降低内存和CPU的使用,提高系统的性能。

基于层次分析法的液货船安全评价

提出了利用层次分析法对评价对象层次结构化,再利用计算机计算出各相关因素对液货船安全问题的影响权值。所述方法在程序实现时允许评估员在实践过程中不断地根据经验合理地修正这些权值,从而最终得到一个合理的评价指标。从而从技术上能够保证在提高评估效率的同时确保评估结果的科学性和公正性。

船舶拟人智能避碰决策理论框架的研究

基于十多年来在船舶智能避碰的研究基础,论述了船舶拟人智能避碰决策(Personifying Intelligent Deci-sion-making for Vessel Collision Avoidance PIDVCA)的内涵,提出了PIDVCA的研究目标;根据船舶避碰的基本过程,提出了PIDVCA理论的基本思想和总体构架,重点论述了PIDVCA的自动化原理及其实现方法,最后概括了PIDVCA理论的特点。

一种新型船用智能避碰导航仪的设计与研究

结合在船舶自动避碰决策系统和电子海图显示与信息系统等方面的研究成果,提出了一种新型船用智能避碰导航仪(Vessel Intelligent Collision Avoidance Navigator,简称VICAN)的设计方案,重点阐述了VICAN的系统组成、功能设计及其工作流程,随后对将来的研究内容进行了一些展望。VICAN在继承了传统ARPA功能的基础上,提升了ARPA的智能性,可以大大减轻船舶驾驶员的工作负担,在一定程度上解决人为因素问题对船舶航行安全的困扰,从而提高航海的总体安全性。

船舶自动避碰仿真平台(VACASP)的构建与实现

应用Multi-agent技术和理论以及多本船航海模拟器技术,采用Microsoft Visual C++开发平台,构建和开发了船舶自动避碰仿真平台(Vessel Automatic Collision Avoidance Simulation Platform,VACASP),提出了基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议的I/O完成端口(Input/Output Completion Port,IOCP)和基于UDP(User Datagram Protocol)的广播端口相结合的通信网络架构,并在应用层提出了一种基于UDP广播和TCP/IP的仿真专用协议及相应的通信机制。VACASP平台为用户提供了自行设计和开发自动避碰决策算法的接口,用户可以根据自己的研究成果,采用面向对象技术,在Visual C++平台上实现相应的决策算法,然后将其编译为动态链接库,集成到VACASP平台中,就可以借助VACASP平台的功能实现避碰决策算法的仿真验证。

高压变频在峰峰集团九龙矿主要通风机中的应用

为使轴流通风机更好地适应煤矿井下巷道通风阻力的变化,始终运行在最高效区,基于高压变频技术的发展和在煤矿大型设备上的不断应用实践,采用高压变频技术对通风机实现调速控制。主备扇为一拖二运行方式,在用通风机风叶和变频配合调整到最佳角度,备用通风机角度调至工频供电时的12°,当高压变频器发生故障时,可通过操作旁路柜直接切换到工频电控系统启动备用通风机,在3 min内完成通风机可靠切换,确保矿井通风安全。结果表明:在不影响主要通风机运行可靠性的前提下,通风机在高效角度下以较低转速运行满足了矿井通风要求,节约了大量电能,经济效益显著。

船舶碰撞过程动态仿真系统的研究与应用

为了对船舶碰撞事故进行过程再现,基于船舶操纵模拟器技术提出了一种船舶碰撞过程动态仿真系统的设计方案,并对系统结构、关键技术和动态仿真的研究步骤进行了详细的论述,最后应用所开发的系统对发生在长江口北槽航道的一起碰撞事故进行了动态仿真和分析.该系统的研究与应用可为海上安全主管机关调查和处理船舶碰撞事故提供一种新的途径.

九龙矿野青灰岩坚硬顶板爆破弱化效果分析与应用

九龙矿4～#煤层直接顶缺失,基本顶为坚硬难冒落的野青灰岩,在开采过程中多次出现因顶板周期来压大而造成工作面液压支架大面积压死现象。以15445综采工作面为工程背景,运用数值模拟（UDEC4.0）和现场试验相结合的研究方法,对野青灰岩坚硬顶板爆破弱化后应力分布规律及其对工作面支架的影响进行研究。研究表明顶板爆破弱化后,工作面上方和前方压应力和高应力集中区域缩小,顶板下沉量减少,周期来压步距5～15 m,来压峰值降低,压架现象减少80%以上。

BP算法在三维地形生成中的应用

用BP神经网络方法解决航海操纵模拟器中三维地形的生成问题,得到较好的效果,而且随着系统性能的提高,该算法的灵活性使今后实现三维地形的实时生成成为可能。

ECDIS模拟器实训的智能评估模型与系统实现

为提高ECDIS实操评估考试的客观性、公正性,减少评估员的工作量,解决ECDIS受训人员数量多、师资少的突出问题,提出利用ECDIS模拟器仿真数据和学员的操作记录数据,并结合ECDIS评估大纲和航海实践,建立ECDIS评估项目的评估模型。该模型的建立成功实现了ECDIS实操评估考试的计算机智能评估,经过测试与实际使用,证明效果良好。

船舶行为异常检测研究进展

船舶行为异常检测对于海上安全、海域的智能监管具有重要意义。异常检测算法不能满足轨迹大数据挖掘在实时性、准确性和鲁棒性等方面的需求。将异常行为进行分类,分析目前几类主要的异常检测方法:统计分析在对数据分布做出正确假设时根据概率分布获取异常情况,确定合适的异常阈值较为困难;预测法基于对历史数据的了解程度,易受多种因素影响;机器学习依赖数据特征、计算复杂度高。基于此,总结可能提高统计分析、机器学习和预测法检测效果的方法,指出将在线实时检测引入船舶检测,并展望数据处理、轨迹表示、挖掘分析和情境语义在异常检测中的可能研究方向。

基于遗传算法的渡船横渡航法寻优模型

目前,渡船横渡内河水域主要依赖船长的经验,依据周围水域的实时态势做出决策,无法对整条横渡航线进行整体把握。因此,所选择航法经常使渡船在航道中间,处于低速等待穿越时机的状态,横渡航行风险相对较高。建立安全评价模型,结合研究添加重要判据求得实际最近会遇距离,加入船舶尺度建立安全评价指标作为适应度函数阈值。应用遗传算法(Genetic Algdrithm, GA)建立基于遗传算法的内河横渡模型,综合考虑经济性、转向角度和转向点数量求取路径的适应值并执行遗传操作。试验选取长江某渡口真实交通流数据作为输入进行模型验证,导出迭代所得路径关键参数,经过专家对关键参数进行分析比对,所得航线的经济性、及时性和安全性均较为合理,构建的模型可应用于渡船横渡内河水域航法寻优中。

基于灰狼优化支持向量回归的船舶航迹预测

为提高船舶航迹预测精度,利用灰狼优化(grey wolf optimization,GWO)算法求出支持向量回归(support vector regression,SVR)模型的最优参数,构建基于GWO-SVR的船舶航迹预测模型。选取福建漳州古雷港水域某船航迹的AIS数据。将该模型与其他模型的预测结果进行比较。实验结果表明,与SVR、灰狼优化最小二乘支持向量机和粒子群优化最小二乘支持向量机等3种模型相比,GWO-SVR模型的预测精度分别提升2.61%、10.93%和0.22%,预测误差分别降低0.022、0.303和0.172。本文方法提高了船舶航迹预测精度,可为海事监管人员及时作出正确决策和保障航行安全提供支持。

航海模拟器三维视景中双吊杆操作的仿真研究

现代航海教育已经离不开航海模拟器,船舶双吊杆操作的仿真研究对提高双吊杆实际装卸货物专项操作训练具有重要作用。运用笛卡尔坐标系变换算法,构建双吊杆操作的算法模型;结合OSG三维渲染引擎技术,建立求吊货点空间坐标的算法模型;提出QT槽信号机制与OSG相结合,实现船舶双吊杆操作系统仿真的交互。通过获取各点三维坐标值,拟合出操作中各点轨迹并进行比对,结果表明模型交互具有较高逼真性,操作误差小,能够满足操作训练和模拟系统的需求。