船舶拥堵水域通行能力预测技术

针对船舶交通流量大、水域繁忙情况下,通行能力预测难度过高的问题,提出船舶拥堵水域通行能力预测技术。利用船舶坐标位置以及航行速度,确定船舶状态,建立船舶航行队列模型。依据船舶领域模型确定船舶航行对应的椭圆形区域,作为船舶拥堵水域的领域。确定船舶领域内,影响航道容量的相关因素。设置船舶密度、船舶航行速度等水域通行能力影响指标,作为长短时记忆网络的输入。长短时记忆网络通过遗忘门、输入门以及输出门3个门控单元,选择保留或遗忘输入的数据,输出船舶拥堵水域通行能力预测结果。实验结果表明,该技术能够有效预测船舶拥堵水域通行能力,提高航道利用率,保障水域交通安全性。

大幅宽SAR图像嵌入式舰船实时检测系统设计

针对星载或机载高分辨率合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)实时成像后的大幅宽SAR图像舰船实时检测的应用需求,传统的基于FPGA+DSP的嵌入式系统很难同时实现SAR成像处理和基于人工智能技术的大幅宽SAR图像舰船实时检测,为此设计了一种基于3U VPX FPGA+GPU架构的大幅宽SAR图像嵌入式舰船实时检测系统;提出了一种基于YOLOv5s的舰船检测模型,采用基于L2-范数稀疏性惩罚的缩放因子控制法进行轻量化,轻量化舰船检测模型的参数量减小了47.39%,计算量减少了18.67%,平均检测精度为0.968;将轻量化舰船检测模型应用于大幅宽SAR图像嵌入式舰船实时检测系统,并针对典型的10 km×10 km的大幅宽图像应用场景,设计开发基于多线程技术和基于GPU的众核并行计算技术的大幅宽SAR图像嵌入式实时检测系统软件;通过公开的SAR数据集进行功能验证和性能评估,该系统能够满足不同分辨率的大幅宽SAR图像舰船实时检测需求。

基于CAM-YOLOX的大场景SAR图像近岸场景舰船目标检测

针对大场景SAR图像近岸场景舰船目标检测中遇到的陆地目标虚警和岸边目标漏检等问题,基于YOLOX设计了一种轻量化的改进模型CAM-YOLOX。首先,在骨干部分嵌入CAM,增强舰船特征提取以保持较高的检测性能;其次,在特征金字塔网络结构中增加一个浅层分支,以增强对小目标特征的提取能力;最后,在特征融合网络中用Shuffle unit替换CSPLayer中的CBS和堆叠的Bottleneck结构,实现了模型压缩。在LS-SSDD-v1.0遥感数据集上进行实验,实验结果表明,本文改进算法相较于原始算法在近岸场景舰船检测的精确率P提高了5.51%,召回率R提高了3.68%,模型参数量减小了16.33%。本文算法能在不增加模型参数量的情况下,有效抑制近岸场景中陆地上的虚警和减少岸边舰船漏检率。

船舶主动式冷梁空调系统的热舒适性实验研究

为研究主动式冷梁(ACB)在船舶舱室的热舒适性,基于某船舶舱室环境,采用实验方法对不同送风参数下的船舶舱室ACB空调热舒适性进行研究,并与传统的风机盘管(FCU)空调进行对比。实验结果表明,送风温度、送风量和送风角度分别增加时,室内热舒适性均呈现先升高后下降的趋势。送风温度、送风量和送风角度为20℃、80 m3/h、120°,室内的热舒适性均达到最佳。同时相较于基准工况,送风温度能降低PMV-PPD绝对值50%和10%;送风量可以降低了60%的人员竖直空气温差(VATD),75%和77.4%的PMV-PPD绝对值,提高了9.6%的空气分布特性指标(ADPI);送风角度可以分别降低20%的人员VATD、55.5%和54.5%的PMV-PPD绝对值,提高9.8%的ADPI。此外,ACB的室内热环境参数比FCU更平稳,人员VATD降低了1.5℃,热舒适性更高。

混合动力船舶双向充电装置高性能控制策略

充电装置作为混合动力船舶最重要的组成之一,保证了系统主交流电网与主电池之间的能量转换。因此,研究其控制策略以及充电效率等问题对今后混合动力船舶的发展具有重要的指导意义。基于此,本文首先针对混合动力船舶充电装置的电路拓扑进行了分析。其次,重点对系统中不同工作模式的控制策略进行了研究,在充电和馈网模式下,提出了一种基于三相PWM整流器的预测直接功率控制的新型整体控制策略,对传统的控制策略进行了改进,简化充电/馈网模式的控制策略并提高了充放电效率和集成度。最后通过Simulink软件的仿真平台以及样机实验平台,仿真和实验分析验证了所提出控制策略的有效性和准确性。

船舶小零件自由边智能倒角单元的研制与应用

为解决目前倒角场地分散、物流运转周期长、工作量巨大和质量不稳定等问题,对船舶建造工艺流程现状进行分析,并研制一套船舶小零件自由边智能倒角单元。该倒角单元将关节臂机器人技术和复合视觉识别技术相融合,能够实现平板零件无序抓取上料、非焊接边双面倒角(两面分别倒)以及分拣下料全过程的自动化等功能。研究表明:该倒角单元可有效提高生产过程的安全性和工作效率,并能显著减轻人员劳动负荷。研究成果可为船舶倒角单元的设计提供一定参考。

船岸标一体智能航行实验系统设计与实现

针对船舶自主航行难题,设计与开发一种基于STM32微控制器的船岸标一体智能航行实验系统,包括航路标识模块、船载感知载荷模块、航行器控制模块。该系统能实现船舶在每个航路转向点前,仿真预报船舶操纵运动轨迹,使用PID控制航模操舵,以提升转向控制精度。经船舶自主航行测试,验证了船岸标一体协同控制可行性和实用性。研究结果可为新一代航运系统中船舶智能航行提供有益的参考。

基于永磁吸附的船体维护爬壁机器人设计

为了研制可适应大曲率工作环境且效率较高的爬壁机器人,代替人工对船体进行除锈抛光等工作,对一种用于船体维护的爬壁机器人开展了设计与研究。首先,对爬壁机器人的机械结构开展详细设计,该机器人主要由底盘、打磨头和可变形履带组成,并结合设计结果对其功能原理进行阐述;然后,对吸附单元的关键部件和整体框架结构开展了静力学和倾覆力验证计算;最后,利用COMSOL有限元分析软件中的AC/DC模块进行变形履带的磁吸附力分析,求得满足机器人安全工作的吸附条件,确定了以钕铁棚磁铁N35为吸附材料的可行性,并明确了用于隔振抗磨损的磁铁垫片最大厚度为3 mm时,一个磁体吸附单元最大可达34.2 N。研究结果为同类产品的开发提供了参考。

基于PLC的船舶主机供油单元控制系统设计

以船舶主机供油单元控制系统为研究对象,设计一种基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的船舶主机供油单元控制系统。分别对控制系统的功能、硬件和软件进行设计,实现对船舶主机供油单元的自动化控制与监测,提高船舶主机供油单元的效率与稳定性。

豪华邮轮典型空调系统及送风形式分析

以邮轮典型舱室空调系统为研究对象,着重研究分析风机盘管+新风空调系统、变风量空调(VAV)+带电辅热(ATU)系统、定风量空调系统和厨房空调系统,对转轮回收防交叉污染和空调器防污染提出建议。通过对比分析,最终确定其典型舱室空调系统及送风形式设计方案。

改进人工势场法的无人船航行自动避障系统

以保护无人船航行安全为目的,设计改进人工势场法的无人船航行自动避障系统。该系统利用信息感知与处理模块将无人船的航行计划、气象数据存储岸基础数据库后,通过卫星通信方式将其传输到船端数据库内,再通过反馈模块获取无人船航向、航速和航行环境图像后,通过信息感知与处理模块内的感知信息融合单元进行融合处理并存储到船端数据库内;决策模块通过调取船端数据内信息后,识别无人船航行环境中的障碍物并使用改进人工势场的碰撞路径规划方法规划无人船航行路径,然后将路径规划结果发送到避障控制执行模块内。该模型通过无人船载控单元控制无人船动力体系,实现无人船航行自动避障。实验表明,该系统运行稳定性较佳,可有效控制无人船躲避航行环境中的障碍物,应用效果较为显著。

基于无人船的多波束系统水下地形测量应用

为解决多波束测深过程中测区水域租用船只难、水下测深单元安装校准步骤繁琐、测量船难以严格按照预设航线航行等问题,开展了基于多波束测深技术和无人船技术的水下地形测量研究。简要介绍了多波束系统的主要组成部分、工作原理,分析了将多波束系统与无人船技术相结合并应用在水下地形测量中的诸多优势及其关键技术,在湖北省巴东县链子溪进行了将多波束测深系统搭载于无人船上的工程实践。结果表明,多波束测深技术与无人船技术的结合应用,简化了测深设备安装校准流程,提高了作业效率。

基于总线的船舶航行保障智能控制系统

当前船舶行业对自动化要求越来越高,多领域技术群体和交叉融合呈现增长趋势,船舶制造技术也正朝着数字化、网络化和智能化方向发展。为了保证船舶在航行和实际作业中的安全性、稳定性以及可靠性,针对船舶航行保障系统中各设备单元分散独立、智能化低和信息不共享等问题,对船舶驾驶室中航行保障控制系统进行研究与设计。该系统利用现场总线实现航行保障单元间的互联互通、协调工作,方便终端用户操作及监控,提高了船舶航行的可靠性。

散货船快速改装运载集装箱的系固设计及应用

针对散货船快速改装运载集装箱的系固设计难点,从安全和高效的角度,对2种加速度计算方法和3种系固方案展开对比。基于实船项目进行系固方案的计算分析,确立加速度计算方法的选用原则,总结各系固方案的优缺点,提出系固设计的要点及系固方案的选用建议,通过实船应用,验证2种系固方案的可行性。

基于时空注意力机制的STA-GRU船舶轨迹预测方法

船舶轨迹预测的精度关系到船舶智能航行水平。针对门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)提取船舶时空信息数据能力不足,导致轨迹预测精度不佳的问题,研究了基于时空注意力机制的GRU船舶轨迹预测方法(spatial-temporal attention mechanism-gated recurrent unit, STA-GRU)。将传统GRU中的激活函数改进为加权激活函数组,以保留更完整的船舶轨迹数据;引入空间注意力机制模块提取船舶空间位置信息的特征,以船舶经纬度及相对经纬度数据作为输入序列,计算对应的空间权重注意力因子,获得空间特征向量;再引入时间注意力机制模块挖掘观测时段内历史轨迹特征向量的时空依赖性,以历史轨迹数据中的航速、航向拼接空间特征向量作为输入序列,计算时空权重注意力因子,将获得的时空特征向量作为STA-GRU模型的训练数据集,用于船舶轨迹预测。采用青岛港AIS数据开展实验验证,以输入时长20 min,采样频率2 min作为输入条件,构建船舶航行轨迹数据集,结果表明:对比LSTM、AT-GRU、Bi-GRU算法,STA-GRU模型不仅在训练过程中收敛速度更快,而且在均方根误差、平均绝对误差、最终位移误差指标中均有大幅下降,预测轨迹时各项指标平均降低了50.2%,38.7%,48.3%;预测经度时各项指标平均降低了43.8%,50.5%,49.5%;预测纬度时各项指标平均降低了52.4%,48.4%,50.5%。因此,所提船舶轨迹预测STA-GRU模型的精度有显著提升,并能满足轨迹预测的实时性需求。

船舶主推进器故障及解析

针对船舶主推进器控制系统的两种故障现象,无法给与船舶动力及自动模式航行期间突然失去动力,分析了故障原因,提出了具体的解决措施,分别是更换DPV控制板及更换电磁阀。更换后系统功能恢复正常,表明解决方案正确。

LNG高压供气系统工艺方案研究

LNG(液化天然气)高压供气系统主要应用于大型LNG动力船舶,其中MAN ME-GI二冲程低速机一直受制于国外技术。为了打破这一局面,对典型的LNG高压供气系统工艺进行分析梳理,提出了2种新型LNG高压供气系统工艺替代方案。通过实际案例分析比较,对LNG动力船舶在航行、装卸、加注、港口和锚地工况的BOG(蒸发气)气体量进行平衡计算,对比了不同LNG高压供气系统关键设备的规格,推荐BOG再液化装置采用Turbo-Brayton型、BOG/LNG管式混合器替代传统BOG/LNG换热器,优选出方案2作为国产化的LNG高压供气系统,为后续实船验证提供了工程基础。

基于CNN-GRU混合模型的养殖工船水体溶解氧预测研究

溶解氧(Dissolved oxygen,DO)是影响养殖工船水产品健康生长的重要因素,准确预测DO对提高水产品产量和品质具有重要意义。为提高DO预测精度,以卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)养殖试验采集的数据为样本,使用卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)和门控循环单元(Gated recurrent unit,GRU)方法建立养殖工船水体DO预测混合模型,通过Pearsons相关性分析,选用DO、温度、pH和循环水流量4个预测因子进行训练和校准,预测了DO含量。通过与CNN、GRU和长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)模型进行对比,所建模型在各项评价指标中的性能均最优,其均方根误差(Root mean square error,RMSE)、平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)和决定系数R 2分别为0.119、0.084和0.976。结果表明,所建模型的预测精度最高,可以满足养殖工船实际生产中对DO预测的需求,为养殖工船生产过程中DO的监控和预警提供参考。

气垫船推进系统技术特点研究及未来前景展望

简要介绍了气垫船的技术特点、气垫船推进系统的总体组成,重点对高速柴油机及燃气轮机等推进主机及其技术特点进行了阐述,随后详细介绍了用于气垫船的各类推进器及其技术特点,并对气垫船推进系统未来的发展趋势进行了展望。未来,气垫船主机仍会以高速柴油机及燃气轮机等传统热力发动机为主流,并有望采用电力推进。核动力装置虽然能为船舶提供较强的动力性及续航力,但考虑到其高昂的成本、复杂的结构、庞大的尺寸及重量,以及核泄漏等安全性问题,一定程度上限制了其在气垫船等高性能船舶领域的应用。

模块化集装箱医院船改装设计要点

文章介绍了一种模块化集装箱医院船的改装设计方案。通过双船级符号设计,可使改装后的医院船在无需调整推进系统的前提下,航行于国际航区。整体的改装设计方案采用模块化集装箱医疗单元与固定式改装相结合的方式,根据集装箱船自身的结构特点,最大程度利用其整体空间,形成最优化的医疗流程。