基于YOLOv3的水下小目标自主识别

针对智能水下机器人作业时小目标自主识别的需求,提出基于深度学习的YOLOv3算法,通过对水下机器人实采数据进行神经网络权重训练,实现对水下小目标物快速、精确的识别与分类,从而解决在复杂的水下地形和未知作业环境中对水下目标识别问题。并分析算法学习率在水下海珍品数据集上对损失函数值的影响。实验结果表明,基于YOLOv3算法的水下海珍品的目标检测具有强实时性与高准确率,所有目标类别查准率高达99%,物体的查全率在90%以上,可达35帧/秒的检测速率;在网络训练过程中调整学习率有利于加速并降低损失函数值。

输入受限的网络Euler-Lagrange系统有限时间一致性

针对网络Euler-Lagrange系统的有限时间协调一致性问题,考虑控制力矩有界和速度信息不可测的实际情况。基于有限时间控制技术,利用双曲正切函数,设计出了网络Euler-Lagrange系统分布式有限时间一致性控制算法。利用代数图论、Lyapunov稳定性理论和齐次性理论,证明了设计出的控制算法能够使得所有智能体的位置和速度在有限时间内达到一致,并且满足控制力矩有界的条件。最后数值仿真结果表明在控制力矩有界和速度信息不可获取的情况下,所设计出控制算法的有效性和可行性。

水下目标三维点云生成优化方法

由于水下光衰严重、能见度低,导致ROV作业时采集的水下图像特征难以提取,重建的水下目标三维点云辨识质量低。本文提出一种改进SIFT尺度空间的水下目标三维点云生成优化方法,该方法增强了特征提取时颜色边缘特征信息的感知,提高了有效特征点匹配数。基于ROV拍摄的水下数据集实验结果表明,相比于SIFT传统算法,该方法图像特征点数量增加2.9倍,匹配数量增加1.78倍,点云数量增加1.04倍,三维重构模型效果显著。因此该方法可在一定程度解决水下图像特征点难检测及生成的三维模型质量差的问题。

“互联网+”时代虚拟船舶交互实验平台建设与实践

为改善船舶与海洋工程专业虚拟实验教学环境,丰富实验教学资源,基于互联网、虚拟仿真等新技术和虚拟交互设备等新媒介,按照"一个导向,两个特色,三个环境,四个阶段"的搭建思路,组建了虚拟船舶交互实验平台。通过虚拟仿真实验、翻转课堂教学、船厂实习、学生科技创新四位一体的教学模式,解决了教学手段缺乏改革创新、学生学习兴趣不高、优质教学资源匮乏等问题。

虚拟船厂、船舶交互仿真实验教学系统设计与应用

针对目前船厂实习路途遥远、实习内容有限、成本高且安全风险大等问题,基于互联网的开放共享特性、VR技术和可穿戴设备的沉浸式仿真效果,应用Unity3D和Visual Studio C#设计了虚拟船厂、船舶交互仿真实验教学系统。组建了学习、漫游、考评一体化的实验平台,将“互联网+”概念应用到特色实验教学中去,结合传统实验教学,探索了一种新型实验教学和考核模式,克服了教学手段缺乏改革创新、学生学习兴趣不高、优质教学资源匮乏等问题。

矢量推进水下机器人的推力分配方法

为了研究深海过驱动遥控水下机器人的推力分配方法,针对作业型ROV多个推进器成矢量对称布置的特点,建立了一种过驱动矢量推进系统的数学模型。提出了一种先将六自由度运动控制电压进行归一化处理,经过放大后再分别对水平面和垂直面进行直接逻辑推力分配的方法。通过数值仿真分析表明:该推力分配方法可实现过驱动作业型ROV的推力优化分配输出和六自由度运动控制,具有简单、准确、实时强和避免推力分配饱和输出等优点,对水下机器人及过驱动船舶推力分配方法的研究,具有一定的指导意义和工程价值。

作业型ROV矢量推进建模及推力分配方法

为了研究矢量推进遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle, ROV)的推力分配方法,根据总体结构中推进器的空间分布关系,推导出推进器推力和作用于ROV本体上合推力之间的关系,进而建立了一种过驱动ROV矢量推进系统的数学模型。在Matlab中构建了ROV运动控制的仿真模型,通过直接推力分配法验证了目标ROV矢量推进系统数学模型的准确性。提出了一种将六自由度控制量归一化和伪逆法结合使用的综合推力分配方法,通过仿真验证了该方法可有效解决直接伪逆法出现的推进器饱和问题,可直接应用于解决矢量推进水下机器人运动控制的工程问题。

动力定位船矢量推进器回转动力学响应分析

为研究全回转矢量推进器回转动力学系统的响应特性,对瓦锡兰某型矢量推进器的液压回转系统的组成进行深入分析,研究了泵控液压马达驱动齿轮减速机构带动推进器进行回转的工作原理,建立了矢量推进器回转动力学系统的数学模型,提出了一种全回转矢量推进器实现目标方位角快速跟踪的改进控制方法,构建了一种矢量推进器回转动力学异步控制频率仿真系统,分析了不同目标方位角时推进器的方位角、角速度、液压系统的动态响应特性,建立了矢量推进器回转响应的物理约束条件.仿真结果表明,建立的动力学模型可模拟真实矢量推进器的回转运动响应过程,同时可实现矢量推进器回转方位角的快速、准确控制,对全回转矢量推进器和动力定位船舶推力分配方法的研究具有较重要的指导意义和工程价值.

S型铺管力学计算方法发展现状及技术展望

基于S型铺管技术特点,介绍了国内外管道静力学与动力学分析计算方法、管道触地段与海床耦合分析以及管道与张紧器耦合分析发展现状,对比分析了各种计算方法的优点和使用局限性;在此基础上,指出了未来尚待解决的问题和今后技术的研究方向,为保证S型铺管作业安全和提高作业性能奠定了理论基础。

气垫船碰撞冲击动力学响应三维数值模拟

基于有限元法建立气垫船碰撞数值模型,选取适合于气垫船碰撞的主从面接触算法,模拟气垫船在进、出坞时与舱口栏杆及舱壁碰撞的整个过程。由于气垫船质量与母舰相比极小,因此忽略其对母舰运动的影响,将舱壁及舱口围壁简化为刚性结构。在此基础上,分析气垫船与刚性平面及刚性曲面碰撞过程中的变形损伤、重心位移、重心速度及碰撞力的大小。分析结果表明,气垫船的碰撞过程分为弹性和塑性2个阶段,在塑性阶段产生的损伤具有局部性,且气垫船与曲面碰撞时更易产生横向摆动。

考虑回转禁止域的动力定位船推力分配方法

为了研究动力定位船矢量推进系统的推力分配方法,根据海洋石油286船推进器系统的空间布置特点,推导并建立了一种包含全回转推进器的过驱动矢量推进系统的数学模型。针对全回转推进器回转禁止域约束条件下的推力分配问题,提出一种将控制量进行归一化处理、直接分配与伪逆算法相结合的推力分配方法。通过动力定位过程的推力分配数值仿真,分析表明:过驱动矢量推进系统数学模型的准确性;且可实现动力定位船的三自由度运动控制;本方法还可实现推力优化分配输出,可有效避免全回转推进器在其回转禁止域内输出推力,同时具有简单、准确、实时性强、避免推力饱和输出等优点。本方法对DP船舶运动控制和推力分配方法的研究,具有一定的指导意义和工程价值。

作业型ROV推进器动力学建模与响应分析

为研究深海作业型遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)液压推进器控制系统的动力学响应特性,建立了一种考虑螺旋桨动态负载影响的伺服阀控制液压推进器动力学系统的数学模型,提出一种伺服阀控制液压推进器的马达流量、压力、扭矩、转速、螺旋桨转矩和推力的求解方法.通过数值仿真,分析了不同控制电压下伺服阀、液压马达和螺旋桨的动态响应过程及特点,建立了推力分配方法中推力简化约束模型,并得到了期望推力和推进器控制电压之间函数关系的数学模型.与推进器水池试验结果相比,本文仿真结果准确可信.这种完整和准确的液压推进器动力学系统的数学模型,对实际水下机器人和动力定位船舶的运动控制方法、推力分配策略及推进器控制的研究,具有一定的指导意义和工程价值.

水下狭窄环境中ROV的自主返回控制

为满足缆控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)在水下狭窄环境中作业完毕后的顺利回收需求,研究仿真ROV的路径跟踪以及动力定位系统。基于非对称ROV构建数学模型,利用李雅普诺夫函数,采用反向递推和反馈线性化,设计了基于反步法的自适应控制器。该控制器通过反馈线性化,将已知非线性参数转化成线性参数,不确定的非线性参数应用自适应控制律进行放宽。通过仿真对该控制器应用于ROV的可行性进行验证表明:基于反步自适应控制以及视线导引的算法,ROV在水下狭窄环境中路径跟踪效果良好,动力定位稳定,鲁棒性良好,能够很好地解决ROV模型的不确定性与非线性问题。该控制器为ROV在水下狭窄环境中的回收作业提供了很好的解决方案。

关于海底S型管道铺设形态分析仿真研究

S型管道铺设形态分析一直是进行海底管道铺设的首要问题,由于管道各部分的受力不同影响了管道各部分形态,从而导致准确计算管道形态具有很大的难度。基于S型管道的形态特点将管道划分为五个部分,提出多分段形态模型数值方法,根据各部分的受力特点建立微分方程,利用管道的几何与力学连续性边界条件通过牛顿迭代法求解管道形态。通过将计算结果与商业软件Orcaflex进行对比,以保证所采用分析方法的准确性。然后考虑了管道嵌入土壤的形态情况,针对管道参数对S型管道形态的影响进行了仿真分析,仿真结果表明管道壁厚与管道直径的变化对S型管道的形态有重要的影响,而且管道嵌入土壤的形态也随着参数的变化具有显著差别。采用多分段形态模型数值方法进行的S型铺管的形态与仿真,对实际的S型铺管作业的管道构形具有很好的指导作用。

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。

钢悬链线立管舷侧安装过程动力学仿真及耦合分析

钢悬链线立管是目前最主要的深水油气开发立管形式之一,在钢悬链线立管的安装过程中,钢悬链线立管极有可能发生大变形导致其拉力与弯矩过大造成管道屈曲变形甚至安装缆绳断裂破坏。本文以陵水17-2工程中钢悬链线立管舷侧安装作业为依托,基于船舶时域运动学理论与有限元法,建立了船舶-钢悬链线立管-安装缆绳动力学模型。首先分析了5个安装阶段时的钢悬链线立管与安装缆绳的静拉力与弯矩情况,其次针对设计海况,在考虑船舶、钢悬链线立管与安装缆绳耦合作用时,对船舶运动与钢悬链线立管的受力与弯矩进行了计算。研究结果表明:在安装过程中钢悬链线立管的拉力与弯矩受船舶运动影响较大,此次研究的耦合动力学模型可以为钢悬链线立管的安装作业设计及施工风险分析提供一定的参考。

实时交互的海洋平台安装虚拟仿真实验设计与实践

根据海洋平台安装课题在实际教学中的需要,搭建实时交互的虚拟仿真实验平台。通过运用Unity 3D,GPU多线程渲染、WebGL等多项技术,实现了导管架海洋平台滑移装船、浮托安装等场景的模拟。以实际教学操作为例,展示了整个海洋平台安装实验的运行过程,将理论知识应用于实践操作,有助于全方位地培养工程应用型人才。

船舶与海洋工程学科导学思政探索与实践——以船舶与海洋工程设计制造学术团队为例

在双一流学科建设的时代背景下,各个高校的专业建设正迎来新的发展机遇,尤其对船舶与海洋工程等关乎新时代社会主义建设的国家特色专业更是提出了更高的人才培养要求,哈尔滨工程大学“船舶与海洋工程设计制造”兴海团队以建立科学高效的人才培养体系为目标,着手研究生所处环境、导师自身素质及学习培养模式等关键问题开展导学思政探索与实践,通过导师队伍建设、育人模式融合、奖助体系改革等手段对船舶与海洋工程专业课程进行教学改革,深入探索专业教学思政元素,将思想政治教育与船海专业课程融为一体,实现研究生价值引领与知识传播的有机融合,高质高效践行全员育人、全程育人、全方位育人的三全教学模式。

深水铺管起重船作业视景仿真研究

基于三维建模软件MultiGen Creator、实时仿真软件Vega Prime和程序开发软件Visual Studio2005开发深水铺管起重船驾驶模拟系统的视景仿真子系统,结合深水铺管起重船实际作业环境特点和训练要求,逼真模拟了深水铺管起重船的航行环境,以三通道视景显示技术直观再现船舶海上航行状态和作业场景,包括场景漫游、波浪仿真、海洋特效、大气环境仿真和碰撞检测,为驾驶人员的桌面级驾驶培训提供感官上真实生动的虚拟场景。

基于GL Studio的船舶驾控台仿真系统的开发

针对船舶驾控台仿真系统的开发难度高、逼真度低的特点,提出了一种基于GL Studio软件结合VC++混合编程的船舶驾控台虚拟面板开发方式。通过一个实例,介绍了GL Studio软件在开发船舶驾控台仿真平台的仪表建模和仿真过程。在工程实践中,基于GL Studio的船舶驾控台仿真能够满足客户的需求,研究成果满足开发效率高,效果真实美观的要求,具有工程实用性。