Bilevel Optimal Infrastructure Planning Method for the Inland Battery Swapping Stations and Battery-Powered Ships

Green shipping and electrification have been the main topics in the shipping industry.In this process,the pure battery-powered ship is developed,which is zero-emission and well-suited for inland shipping.Currently,battery swapping stations and ships are being explored since battery charging ships may not be feasible for inland long-distance trips.However,improper infrastructure planning for battery swapping stations and ships will increase costs and decrease operation efficiency.Therefore,a bilevel optimal infrastructure planning method is proposed in this paper for battery swapping stations and ships.First,the energy consumption model for the battery swapping ship is established considering the influence of the sailing environment.Second,a bilevel optimization model is proposed to minimize the total cost.Specifically,the battery swapping station(BSS)location problem is investigated at the upper level.The optimization of battery size in each battery swapping station and ship and battery swapping scheme are studied at the lower level based on speed and energy optimization.Finally,the bilevel self-adaptive differential evolution algorithm(BlSaDE)is proposed to solve this problem.The simulation results show that total cost could be reduced by 5.9%compared to the original results,and the effectiveness of the proposed method is confirmed.

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。

京杭运河流域标准内河船舶建造市场分析

为了明晰京杭运河流域标准内河船舶的建造容量,基于现有内河船舶基地建设情况,通过统计分析的方法,开展京杭运河流域标准内河船舶建造市场分析。分析结果表明:京杭运河流域船舶具有绝对数量多、船龄偏大、标准船型占比偏低、船舶平均吨位不大的特点;随着船舶老化更替以及船舶小改大、油改气、散改集等发展,京杭运河船舶建造市场未来容量在2114艘/220万载重吨较为合适;考虑航运市场需求的发展,未来内河船舶建造基地应预留河海直达船舶的建造能力,同时考虑内河船舶修理和改装需求。研究结果可为建立现代内河船舶产业体系,制定内河船舶建造、运营和管理等相关政策提供参考。

内河航道视频监控系统设计

作为重要的水路运输通道,内河航道对于航运管理的安全监控至关重要。保障航道的安全监控对于确保水域船舶航行的安全性、预防船舶污染、提升海事管理和应急搜救能力具有重要意义。文章将借助LiveMedia平台接口对内河航道视频监控系统进行优化设计,旨在提高海事管理水平和执法准确性,使航道管理更加科学和高效。通过这种优化设计,系统将更好地服务于航道安全管理以应对复杂多变的航运环境,为提升水域管理水平和保障船舶安全航行提供技术支持与有效手段。

远程控制船舶内河航行风险评价研究

针对远程控制船舶内河航行风险定量评价问题,提出了一种不确定性建模与船模航行试验相结合的风险评价框架,分为模型构建、量化和验证3个部分。在模型构建方面,模型节点来自内河环境、通信、岸端、船端和风险5个方面辨识的船舶远程控制航行风险因素,根据专家经验和航行试验对初始模型结构进行迭代修正,形成了远程控制船舶内河航行风险评价的贝叶斯网络模型;在模型量化方面,为量化父子节点之间线性或非线性关系提出了条件概率计算方法,在内河连续桥区开展船模航行试验,获取了部分根节点的先验概率、航行事故或险情,以及试验人员对航行风险的评价等数据;在模型验证方面,从情景分析、敏感性分析、对比分析3个角度对模型进行了验证。结果表明:在统计的40起航行试验案例中,触碰/碰撞事故占比最高,试验发现了新的失效模式,即控制冲突、程序错误、信号丢失等;构建的贝叶斯网络模型能够有效评价不同情景下航行风险水平,并辨识了与远程控制船舶内河航行风险相关的重要节点。研究结果可以为实现内河船舶远程控制作业模式提供理论依据,也为内河远程控制船舶航行安全提供研究思路。

内河水运基础设施及船舶技术发展现状与展望

我国交通运输事业已步入全面建设交通强国的新发展阶段,内河水运在综合交通运输体系中的比较优势尚未得到充分发挥,而“双循环”新发展格局及“双碳”战略的实施将要求内河水运及其核心要素的船舶技术必须实现创新发展。该文通过梳理提炼国内外内河水运以及船舶发展的现状与相关政策演变,分析创新技术研究进展与典型案例,对内河水运基础设施及船舶技术发展趋势进行展望:未来内河水运基础设施与数字、信息和网络技术深度融合,岸基控制中心作为关键性设施和船舶能源供给设施网联化;船舶则向着船型标准化、谱系化、智能化、少人化、能源绿色化及多元化、电力推进主流化等方向演进;船舶编队航行成为创新运输模式。文中所探索的内河水运基础设施及船舶技术的变革方向,可为建设新一代内河水运体系和研发先进船型提供参考。

内河船舶绿色化评估体系及评估方法研究

为进一步完善内河船舶绿色化评估指标体系,提升内河船舶绿色化评估系统的科学性、准确性、可靠性、灵活性及效率,在全面、系统地分析绿色船舶内涵的基础上,结合绿色船舶技术的发展现状,归纳总结了绿色技术应用对整个船舶生命周期产生的影响。从船舶本体、应用效果、经济性三个维度构建了内河船舶绿色化评价指标体系,综合分析并确定了各项指标的评估方法,进而构建了各项指标的评估模型。以一艘内河混合动力散货船为研究对象,将实船测试数据带入搭建的评估模型开展实船绿色化评估验证,分析目标船舶的绿色化水平,相较于柴油动力系统,绿色技术应用可使目标船在营运年限内碳排放总量减少12.3%,成本减少8.9%,EEDI计算值(Attained EEDI)相比EEDI-Ⅲ阶段基准值下降约23.5%。

西江航运堵点分析及对策

目前西江干线通道面临着下游不畅、中游梗阻、上游和支流不通不畅等问题,对于保障珠江内河水运健康发展带来较大影响。基于广西内河货运量发展特点和相关货运量预测结论,从航道通过能力角度,对西江航运干线及主要支流开展堵点分析,系统分析分区段的航道通过能力计算公式,并结合实际情况总结西江航运干线及主要支流堵点对应问题,从改善基础设施条件、提高运行维护管理水平、促进船型优化发展等角度提出对策建议,为政府部门开展行业管理、提高航运服务能力等提供技术支撑。

大型水运枢纽船舶闸室连续排挡模型及算法研究

为提高内河通航设施船舶通航效率,提高通航设施工作能力,提出一种可以求解考虑船舶顺序入闸和不考虑船舶顺序入闸两种情况的船舶闸室连续排挡模型和算法。利用二维装箱问题模型建立船舶闸室连续排挡模型,采用贪婪策略思想,提出船舶闸室连续排挡模型求解算法。根据百色枢纽工程生成仿真到闸船舶船型数据,用算法进行闸室排挡计算。结果表明,在随机生成90艘船舶的情况下,考虑船舶到闸顺序的排挡结果需要使用47个闸次,闸次平均占用率为76.424%,不考虑船舶到闸顺序的排挡结果需要使用45个闸次,闸次平均占用率为76.821%,模型和算法能够对不同情况下船舶闸室进行有效连续排挡。

基于船舶-流场耦合作用的内河航段船舶航行虚拟辅助驾引

[目的]为进一步提高船舶航行的安全性,对船舶辅助驾驶决策相关内容开展研究。[方法]针对选取的两段内河典型航段,基于实时数字航道流场信息,考虑航行规则约束,模拟船舶-流场耦合作用下的复杂流场航段虚拟辅助驾引。模拟南京和东流航段的虚拟辅助驾引,给出相应的安全驾驶方案,在航行过程中对船舶速度、位置和航向等信息进行实时追踪。[结果]仿真结果表明,基于Fluent二次开发的船舶-流场耦合作用的算法可有效解决船舶多自由度运动耦合和船舶-流场多物理场耦合的解耦问题;遇见弯道或分汊时,操小舵角长距离航行可以在避免降速和较大横移的同时实现船舶的安全航行。[结论]该算法可以有效对接数字航道流场信息,开展复杂流场环境下内河航段船舶航行的过程模拟,结果可为内河航段船舶智能航行决策提供数据支撑。

新中国成立后河北省内河航运研究(1949-1970)

新中国成立后,在中国共产党的领导建设下,河北省内河航运业逐步明确了主要航运机构的行政隶属与职权划分,构建了相对完善的航运法规体系,同时对航运业运营模式与航运基础设施进行了优化与完善,使河北省内河航运业逐步恢复并发展成为社会主义建设的重要力量,在客货运输与灾害救治中发挥着重要作用。

船舶撞击内河桥梁下部结构力学特性研究

为研究内河桥梁下部结构在船舶撞击下的受力特性,依托安康市汉江一桥,开展水平冲击荷载作用下的单桩冲击力室内模型试验,在通过室内模型试验结果验证数值模型有效性的基础上,建立汉江一桥下部结构模型,研究分析其受船舶撞击下的船撞力、位移及损伤特性。研究结果表明:船桥碰撞产生的船撞力可分为直接撞击阶段与残余力撞击阶段,船桥碰撞问题的研究可仅采用直接撞击阶段;桥梁下部结构的刚度越大,船桥碰撞的接触时间越短、船撞力峰值越大;船舶撞击桥梁下部结构不同位置的最大位移变形主要出现在各部件的连接处,桩基的中性点主要出现在桩顶附近与桩身下半段;进行桥梁下部结构防撞设计时,应重点关注桥墩与承台连接处,承台与桩基连接处的强度问题。研究结果可为内河桥梁的防撞设计与相应的规范规程提供参考。

模糊推理系统在内河通航风险评价中的应用--以长江干线为例

为评估内河通航风险,对408件长江干线历史事故进行致因分析,构建分类分级的内河通航风险评价指标体系;在模糊推理系统(Fuzzy Inference System,FIS)中引入突变理论(Catastrophe Theory,CT),构建基于CT FIS的风险评价模型;对59个历史案例进行实证分析。结果显示:在59个样本中,中等风险及以上的样本数分数为88.1%;对各风险评价指标进一步分析发现,人的因素是影响长江干线通航风险的首要因素,货物和船舶因素相对于船员、管理和环境因素具有相对较低的影响;将人为可控的影响因素控制在安全状态时,系统的总风险可显著降低。

多类风险协同控制的内河危化品航运优化建模

为均衡提高危化品航运的经济性、安全性和环保性,考虑多类风险的协同控制,研究内河危化品航运组织的多目标优化建模与算法设计,解决航线设计、配船和货物配载的优化方案。研究针对危化品泄露事故,设计环境风险扩散模型;考虑船舶冲撞桥梁和危化品爆炸的联合作用,设计损毁风险度量模型。以经济收益最大化和风险最小化为目标,构建0-1混合整数非线性规划模型,并使用分阶段的遗传算法进行求解。最后,通过多个算例验证模型算法有效性。结果表明:危化品航运优化模型和算法能提供多个有效方案;相较于传统风险模型,新的损毁风险度量模型能增加3.97%的收益;相较于增广ε-约束法,新算法可缩短63.80%的求解时间,且保有一定的计算稳定性。

氢燃料电池动力内河集装箱船的经济可行性

对氢燃料电池动力船舶的技术和政策可行性进行分析,并以某300 TEU氢燃料电池动力内河集装箱船为例,对其经济可行性进行研究。对该船开展包含项目总投资额、总成本和总盈利额在内的全生命周期经济论证,并与同型纯锂电动力船舶的经济性相对比。研究表明,氢燃料电池运行所需氢气成本是影响氢燃料电池动力船盈利的主要因素。随着燃料电池技术的不断发展和氢燃料供给体系的逐步完善,燃料电池在船舶动力领域的应用前景会更广阔。

基于划分聚类算法的船舶实时能效分析

为了实现多因素影响下的船舶营运能效综合优化与提升,需要开展船舶能效数据的挖掘与分析,探索切实有效的船舶能效优化方法。以内河航运船舶作为研究对象,分析了船舶能效的主要影响因素,开展了船舶能效数据采集与分析,基于划分聚类算法将船舶通航环境划分为不同等级,并在此基础上进行船舶实时能效数据分析,加快推广船舶实时能效在船舶运营中的应用,为提高内河船舶的能效水平提供理论方法与技术支持。

内河混合动力船舶智能能效管理系统研制及应用

以7500吨级混合动力散货船为研究对象,开发一套适用于内河混合动力船舶的智能能效管理系统,通过采用能效评估算法和灰盒航速优化算法,实现能效分析评估功能和航速优化功能,并提供燃料信息管理和报告管理等辅助功能。在实船应用中经过模型训练和运营测试验证,该系统能够为船舶提供有效的航速优化建议,降低3.07%的油耗。

内河船舶实时能效营运指数在线监测系统设计

内河船舶在实际航行过程中,能效营运指数(EEOI)多为一段时间或几个航次的平均值,相比远洋船舶,内河船舶受航行环境影响更大,EEOI不能直接用于表征船舶实时能效水平。针对此问题,文章采用嵌入式开发和4G移动网络技术,设计开发内河船舶实时能效营运指数在线监测系统。该系统实现了对内河船舶营运能效的实时监测,并能够在岸端数据管理平台对船舶能效和航行状态等数据进行远程监测、实时存储、动态显示以及下载,为我国内河船舶营运过程中的能效数据监测提供了有效手段。

内河集装箱船船岸智能协同系统构建

针对内河航运面临的挑战,构建内河集装箱船船岸智能协同系统。从全息航行场景图单元、船岸智能协同装备单元、跨域计算平台单元、内河集装箱船设计与集成技术单元和船岸协同增强驾驶系统单元等方面对该系统单元结构进行论述。该系统可为内河航运的现代化和智能化发展提供重要支撑。

内河航运密集小目标船舶的图像检测方法

针对小目标船舶在密集性场景中检测的漏检率和误检率较高的问题,基于深度卷积神经网络,提出一种船舶检测方法。该方法选用YOLOv7模型作为算法参考框架进行改进,设计自适应锚框匹配算法,利用CIoU距离度量方式重构K-means聚类算法,以更好地适应船舶数据集中物体的尺寸和比例分布;增加一个针对小尺度目标的细粒度检测头,并使用分散注意力机制对网络模型结构进行重新设计;采用负片图像增强技术来扩充数据样本以获得更多训练样本。实验结果表明:与YOLOv7原模型相比,本文算法在内河航运船舶检测任务中的查准率和查全率分别达到92.8%和88.9%,分别提高10.9%和23.6%;mAP50达到92.6%,提高23.4%;FPS指标下降11.4;模型大小为47.1 MB,在PC端上单张图片耗时需要32.26 ms,实现了小目标船舶的高效检测。