基于人工神经网络的极地船舶冰阻力预报方法

极地船舶冰区航行时,冰阻力的准确预报在保障船舶航行安全方面起着重要作用.近年来,机器学习在船舶方面的应用越来越广泛,其中,人工神经网络(ANN)是机器学习领域中一种常用的方法.本文的重点是设计一个用于预报极地船舶冰阻力的ANN模型.参考传统的经验和半经验公式,选择合适的输入特征参数,通过大量的船舶模型试验数据来训练神经网络,搭建径向基(RBF)神经网络模型,并选用遗传算法(GA)进行模型优化.研究表明,基于7个特征参数输入的遗传算法优化径向基(RBF-GA)神经网络模型具有良好的泛化效果,与模型试验和实船试验数据对比,平均误差在8%左右,具有较高的精度,可作为冰阻力预报工具.

极地系泊钻井平台动力响应分析及优化设计

极地油气资源钻探要求系泊钻井平台具有较好的定位性能,目前许多极地作业的钻井平台是敞水平台经抗冰改造而来的.为了研究极地有冰和无冰两种环境下不同海况对系泊钻井平台动力响应的影响,基于环向裂纹法对海冰与系泊平台的相互作用过程进行了数值模拟,结合系泊分析软件ANSYS AQWA进行二次开发,对不同环境载荷下钻井平台和系泊系统进行时域分析,分别得到极地有冰和无冰环境下系泊钻井平台的动力响应,并对两种环境下的响应进行了对比研究.为保障经抗冰改造后的钻井平台在极地环境下的系泊安全性,以极地极端海况为场景设计正交试验,得到系泊参数对平台响应的影响规律,研究结果表明:合理选择系泊缆数量、锚链夹角和预张力可减小平台漂移量、增大安全系数;提出了满足规范要求的极地有冰环境下系泊系统设计方案,可为实际工程提供参考.

基于解调重构的跳频信号辐射源个体识别方法

现有跳频信号辐射源个体识别方法大多围绕跳变瞬态的特征进行讨论,其捕获和精准定位的难度较大。因此,提出了一种基于解调重构的跳频信号辐射源个体识别方法,能够有效利用跳频信号的稳态信息进行辐射源个体识别。首先对跳频信号进行跳变定时,提取出各跳的基带波形;然后解调出各跳的符号,并将其经过理想成型滤波器,得到理想的重构基带波形;最后将原始波形和重构波形一起送入神经网络,得到分类结果。给出发射机畸变模型和畸变参数范围,经过多次测试给出网络参数的建议取值范围,并进行验证实验。实验结果表明,该方法能够有效地完成跳频信号辐射源个体识别任务。

航道碎冰条件下极地船舶冰压力分布特性

[目的]为研究船舶与碎冰作用过程中船体冰压力的分布情况,对航道碎冰条件下的极地船舶进行数值模拟分析。[方法]采用离散元法(DEM)对船舶与碎冰进行建模,假设碎冰是由理想的二维圆盘构成,并考虑海流对碎冰单元的浮力、拖曳力及附加质量的影响;利用MT Uikku号冰水池模型试验结果对数值模型进行验证,对比分析不同航速和冰况对船体区域冰压力的影响。[结果]结果显示,当船舶在航道碎冰中运动时,冰载荷主要集中在船首;船首区域的冰压力随冰厚、航速和碎冰密集度的增加而增大,其中冰厚是影响冰压力幅值最大的因素;碎冰区航行船舶的首部区域冰压力影响最大,船首过渡区冰压力影响显著。[结论]所提数值分析方法可为极地船舶安全航行和结构设计提供一定的参考。

针对雾霾天气的铁路调度视频图像智能化分析预警技术研究

为实现在雾霾天气下铁路调度视频图像的智能化分析预警,针对性地提出一种铁路视频异物检测方法。首先针对部分视频中存在的雾霾退化问题,引入基于深度网络的恢复模型,可得到清晰视频,用于进一步检测;其次引入YOLOv5目标检测模型,针对铁路场景进行重新训练,并采用冻结训练和串联模型策略,使模型在具有异物检测能力的情况下,保留对常规目标的检测能力;最后针对铁路视频真实数据中缺乏异物的问题,采用数据增强技术,加强铁路视频识别异物的能力。试验结果表明:该检测方法显著提升了在雾霾条件下的铁路视频异物检测效果,有助于提高人员闯入、异物入侵等安全隐患的实时识别能力。

近场动力学在冰区船舶与海洋结构物中的应用进展与展望

近场动力学作为一种非局部理论,能够通过键的失效来自发模拟材料的失效、破坏,其在海洋工程领域已取得初步的研究成果,尤其是在冰区船舶与海洋工程领域,更显出了该方法的优越性。为了更好地了解近场动力学在冰区船舶和海洋工程中的应用,对近场动力学在冰区船舶与海洋工程应用中的问题进行梳理,主要包括冰材料本构模型、冰−结构作用模型、冰−水耦合方法、结构物力学模型、水下爆炸破冰应用及结构表面覆冰除冰的应用等。同时,在全面回顾已有研究成果的基础上,分析其特点和面临的挑战,探讨相应的解决思路和未来的研究方向。

受限水域中船舶自动避碰模型及应用

为解决船舶自动避碰问题,应用碍航物的领域概念以及结合动界理论,建立静态碍航物的领域模型和船舶动态领域模型,由领域模型推导相应的船舶碰撞危险度量化模型,并得到考虑浅底、岸壁、风和流等综合环境下的船舶碰撞危险度量化模型.以本船为观察点,将静态碍航物和动态目标的碰撞危险、本船的操作性能以及当前的环境等因素综合考虑与评价,同时将势场理论与船舶避碰领域理论、船舶动界理论相结合,建立受限水域中的船舶自动避碰模型.通过船舶避碰航行仿真实例验证,结果表明:建立的船舶自动避碰模型能够较好地支持受限水域中船舶的安全航行,各领域模型尺寸参数选取适合,解决了传统势场模型的几个局限性问题.

基于一阶剪切板理论的FGM板刚柔耦合动力学建模与仿真

对作大范围运动功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)厚板的刚柔耦合动力学问题进行了研究,基于一阶剪切变形理论,从连续介质理论出发,计及了变形位移场中的二次耦合变形量,利用Lagrange方法推导了FGM厚板的刚柔耦合动力学方程,该方程适用于普通均质板和FGM板的动力学分析.采用20自由度矩形单元对变形场进行离散,对不同转速下的悬臂板进行动力学仿真,比较了本文建立的基于一阶剪切理论的模型和基于经典薄板理论的模型,验证了本文模型的正确性以及经典薄板理论的一些不足.研究了不同功能梯度指数下,FGM厚板的横向变形、速度响应频率和固有频率.结果表明,随着转速增大,剪切项对结构动力学行为影响变大;考虑横向剪切项的情况下,计算结果更偏柔性.

继电保护电磁干扰问题分析及解决方案

随着微机继电保护的广泛应用,继电保护装置和二次回路的电磁干扰问题越来越受到重视。本文以湖南某电厂500 kV升压站微机保护装置受电磁干扰影响而发生误动为案例进行分析,探讨了骚扰源的形成、特征及其传播到二次回路的途径。并结合现场实际提出有针对性的处理意见和防御电磁干扰的措施,以期对优化设计及现场安全运行提供参考。

含黏粒风积沙路用性能研究

为解决含黏粒风积沙作为沙漠边缘及绿洲区公路建设中常用筑路材料的应用受限问题,依托新疆G0612若羌至民丰沙漠高速公路工程项目,通过开展筛分试验、承载比(CBR)试验以及回弹模量试验,分析了不同黏粒含量对风积沙工程特性的影响。试验结果表明:1)随着黏粒含量不断增加,颗粒粒径差距逐渐增大,不均匀系数逐渐增大,风积沙颗粒级配逐渐转为良好;2)随着黏粒含量的增加,风积沙的CBR值逐渐提高,可满足高速公路路基承载比规定;3)随着黏粒含量的增加,风积沙的回弹模量逐渐升高,当风积沙中黏粒含量不小于8%时,可满足极重交通荷载路基顶面的回弹模量规定;4)不同黏粒含量风积沙路用性能试验给出了不同黏粒含量风积沙路基结构分类应用推荐表。该结果可供现场选用不同黏粒含量风积沙用作路基填料参考。

海上平台超临界二氧化碳泄放工艺研究——以渤中25-1海上平台为例

近年来,在双碳目标背景下,二氧化碳捕获、利用与封存技术开始应用于海上油气生产,新技术引入带来了超临界二氧化碳泄放过程由于剧烈温度、压力变化导致的材料脆性断裂,以及剧烈相变生成干冰,冲蚀和堵塞管线等问题。基于此,以渤中25-1海上平台注气管汇超临界二氧化碳泄放问题为例,使用K-spice软件搭建了超临界二氧化碳直接泄放动态仿真模型,分析泄放过程工艺参数影响因素,进而提出多级泄放工艺过程及参数控制方案,对不同方案及参数设置进行了优选,并分析了选定方案在不同工况下的适应性。结果表明,所提出的超临界二氧化碳多级泄放工艺方案能够将最低泄放温度提升至-46.0℃,可有效避免干冰生成;所选方案在低温控制方面优于其他方案,且适用于高二氧化碳伴生气、不同初始泄放温度及泄放阀故障工况。本研究为海上平台的超临界二氧化碳安全泄放工艺流程设计与工程建造提供了参考。

联合深度学习和专家先验特征的信号调制识别

自动调制识别在智能信号分析中起着关键作用,目前研究方法主要有专家先验特征和深度学习。这两者存在各自的优劣势,但难以有效结合实现优势互补,因此提出一种联合深度学习和专家先验特征的信号调制识别算法,提高复杂信道干扰下多种调制类别信号的识别准确率。将设计的神经网络代替决策树的分类判决门限,并结合输入的专家先验特征实现分层分类。实验表明,该算法性能要优于现有方法,在多径衰落信道下也可以取得较高的识别准确率。

基于卷积原型网络的通信辐射源个体开集识别方法

针对通信辐射源个体开集识别问题,提出一种基于卷积原型网络的辐射源个体开集识别方法。将接收到的信号进行信噪比估计并处理为灰度矢量图输入至卷积原型网络计算出特征点。分析不同损失函数和判决准则,选取三维原型的特征提取层、DCE作为损失函数、DR作为判决准则的开集识别模型。对该方法进行了仿真实验,结果表明,该方法在开集识别场景下比传统CNN预测概率更有优势,归一化准确率提升约20%,证明该方法的有效性。

血清IL-1β、CXCL-13、VEGF水平与HBV复制及肝功能的相关性研究

目的探讨慢性乙型肝炎(简称乙肝)疾病进程中血清白细胞介素-1β(IL-1β)、趋化因子-13(CXCL-13)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)水平与乙型肝炎病毒(HBV)复制及肝功能损伤的关系。方法将该院2018年8月至2020年8月97例确诊的慢性乙肝患者纳入研究,根据患者疾病进展情况分为慢性乙肝组(41例)、肝硬化组(35例)、肝癌组(21例)。采用实时荧光定量PCR检测血清HBV-DNA载量,采用酶联免疫吸附试验检测血清IL-1β、CXCL-13、VEGF及肝功能主要指标[包括血清总胆红素(TBIL)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)]。结果各组IL-1β、CXCL-13、VEGF、ALT、AST水平,HBV-DNA载量比较差异均有统计学意义(P<0.05),TBIL、ALP水平差异无统计学意义(P>0.05)。各组IL-1β、CXCL-13、VEGF水平:由高至低依次为肝癌组、肝硬化组、慢性乙肝组(P<0.05);HBV-DNA载量:肝癌组、肝硬化组均低于慢性乙肝组(P<0.05);ALT、AST水平:由高至低依次为肝癌组、肝硬化组、慢性乙肝组(P<0.05)。血清IL-1β、CXCL-13、VEGF水平与AST呈正相关(r分别为0.429、0.387、0.354,P<0.05),IL-1β、CXCL-13、VEGF水平与ALT呈正相关(r分别为0.411、0.356、0.377,P<0.05)。IL-1β、CXCL-13、VEGF水平与TBIL、ALP水平、HBV-DNA载量无相关性(P>0.05)。结论慢性乙肝患者血清IL-1β、CXCL-13、VEGF水平可在一定程度上反映肝功能损伤程度,但对判断HBV复制水平无辅助价值。

基于YOLACT的冰体环向裂纹尺寸识别方法

[目的]在使用环向裂纹法计算冰载荷时,裂纹的尺寸都是采用经验公式的方法进行估算,在选择经验参数时往往存在很多不确定性,为此提出一种基于YOLACT的环向裂纹参数计算方法,以准确获取海冰裂纹尺寸。[方法]通过YOLACT网络识别随船拍摄图像中的冰块,然后对检测到的掩膜进行边缘检测,得到冰块裂纹形状,对裂纹进行圆弧拟合获取破冰半径和破冰角。[结果]计算结果表明,半径的识别准确率达96.12%,破冰角的识别准确率达96.58%。[结论]该方法可在基于环向裂纹法计算冰载荷时,为环向裂纹法提供裂纹尺寸的精确输入,有助于极地船舶和寒冷地区海洋结构物的初始设计。

海上无人井口平台开闭排系统优化研究

为确保海上无人平台开闭排系统满足安全需求,并简化工艺流程,对已建的海上无人平台开闭排设计进行分析,并针对南堡某油田的一座无人井口平台,利用ANSYSFluent和AspenHYSYS软件开展冷放空扩散研究、开排闪蒸气风险分析以及开排溢油风险分析。根据该平台特点,采用全压设计并优化开闭排流程,节省闭排泵和相应占地空间,为海上无人井口平台开闭排系统优化提供参考。

基于双谱熵和聚类分析的转子系统故障诊断

转子系统在故障状态下的振动信号往往呈现很强的非线性,其在频域上主要表现为不同频率之间相互耦合,产生合频、差频等组合频率。为了解决传统频谱分析只关注信号中的频率成分及其幅值大小,而忽略信号相位信息的问题,采用双谱方法对振动信号进行分析。双谱包含信号相位信息并且对非线性敏感,可以将早期故障的微弱非线性放大,检测出频谱中不同频率之间的非线性相位耦合关系。通过对ZT-3转子实验台植入不同类型的故障,采集系统在不同状态下的加速度信号,从振动信号的双谱中提取各频段的信息熵,采用模糊聚类方法进行故障识别。结果表明,双谱熵作为特征参量可以准确识别转子系统的故障类型,验证了方法的可行性。

低气温条件下极地船舶舷侧压载舱温度场数值模拟研究

[目的]旨在分析极地低气温环境温度及压载水容量对极地船舶压载舱温度场分布的影响。[方法]采用流体体积法(VOF)模型模拟气-液两相,标准k-ε湍流模型模拟流体运动,建立极地船舶压载舱热传递的数值分析模型,分析低气温条件下压载舱温度场的动态变化过程,揭示多环境温度和多装载高度对压载舱温度场的影响机制。[结果]随着热传递的持续发生,舷侧压载舱水线以上区域的温度快速下降,降温区分别沿横向向舱内延伸和沿舱壁向下延伸;当压载水较多时,由于水的热容大,舱室温度场相对稳定,但空气热容低、温度场变化大,易出现气旋并进一步影响计算域的温度场分布;在相同压载水容量条件下,外界环境温度越低,内外温差越大,热交换越剧烈,压载舱温度变化越迅速。[结论]采用VOF两相流模型和标准k-ε湍流模型可以较好地揭示极地低气温环境下压载舱温度场的时空演化特征,分析内、外部热边界条件变化对压载舱温度场变化的影响,可为极地船舶压载舱防寒/防冻结提供必要的技术参考。

基于YOLOX的跳频信号检测

现有跳频信号检测算法大多针对固定参数的跳频信号检测,而面对可变参数的跳频信号检测时,其每跳时长及带宽的不确定性导致这些算法的适用性下降。为此,提出了一种基于YOLOX的跳频信号检测算法。该算法适用于固定参数跳频信号和可变参数跳频信号,判断跳频信号的存在性。首先将观测时间内的信号进行短时傅里叶变换获得灰度时频谱图;然后将时频谱图经过目标检测网络YOLOX,获得各个信号的预测框;最后根据跳频信号各跳点的时间连续性,筛选出跳频信号各个跳点,根据连续跳点个数判断跳频信号的存在性。对算法的检测流程进行了仿真,以验证算法的可行性。实验结果表明,该算法可以较好地完成盲检测任务,且能够通过增加较少的先验信息以提高检测性能。

基于HYSYS Dynamic的离心压缩机动态模拟分析

为降低天然气离心压缩机组的调试成本,提高防喘振性能,优化开停车程序,对压缩机开展了动态模拟研究。基于HYSYS Dynamic搭建了天然气离心压缩机系统动态仿真模型,重点分析了压缩机入口阀门堵塞、紧急关断和压缩机启动工况下,压缩机控制系统和相应设施的响应情况,确定了合适的防喘振阀和热旁通阀的尺寸,以及相应的控制策略。通过动态模拟研究优化了防喘振控制参数、辅助防喘振阀门选型及启动流程,并寻找出故障原因,为天然气压缩系统的设计提供参考。