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。

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%。

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。

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。

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。

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。

内河船舶生活污水排岸接收问题及对策研究

通过资料分析和现场调研,从政策要求、技术手段和日常管理等方面提出促进内河船舶生活污水规范排岸接收对策,旨在推动排岸接收设施建设、畅通排岸机制并促进多方协作,共同解决船舶生活污水处理难题。

关于长江经济带内河港航资源整合发展的探讨——以湖南省港航资源整合为例

长江经济带是全国除沿海开放地区以外,经济密度最大的经济带,水系发达,发展航运得天独厚。通过分析长江中下游内河港航资源整合取得的实效,本文以湖南省港航资源整合为例,指出当前内河港航资源整合前存在的差距和共性问题,阐明在国内国际双循环相互促进的新发展格局下,推动内河港航资源整合发展、补齐现代综合立体交通运输体系短板、降低物流成本的必要性,对进一步深化内河港航整合提出指导性建议,以供参考。

一种基于IPSO优化ELM的内河船舶轨迹预测方法

文中针对现有预测模型精度和计算效率不高的问题,提出一种引入深度学习框架(ELM)和改进粒子群算法(IPSO)的预测模型,进行内河船舶轨迹预测.采用长江武汉段实测AIS数据并从中提取一系列典型轨迹,使用ELM方法对典型轨迹进行实时预测,考虑到ELM网络的超参数难以人工取到最优,提出采用IPSO算法对网络超参数进行寻优处理,利用最优网络参数构建轨迹预测模型(IPSO-ELM),并与SVM方法、LSTM方法和ELM方法进行对比实验.结果表明:IPSO-ELM有效提高了轨迹预测精度.

略论宋、元、明时期橹的发展——以文渊阁《四库全书》为中心的考察

根据航行水域与目的功能的不同,宋、元、明时期使用橹的船只可以分为内河行船、沿海战船和远洋海船三类。在内河船中,橹在宋代已遍布南北主要水系,元代承之,明代则进一步发展出适应各自水系的船型以及与之相配套的橹。橹的技术特点在宋、元、明时期较为稳定,没有显著变化。橹操作轻便,速度极快,声音响亮,数量上分为单橹、多橹,以双橹为常见,其局限性是不能航行于浅水且动力有限,不能在江河中逆流上溯。在东南沿海的抗倭斗争中,常配备多橹快船,但橹又须与风帆篙桨相配合以保持动力,并且由于火器的进步,至明末时小型战船往往又弃橹用桨,以保证水手的安全。在远洋航行中,风帆取代橹成为主要的动力工具,但橹又必不可少,故而针对橹又设有专门的管理操作人员和管理制度。

基于增广拉格朗日差分进化算法的长江内河船舶航速优化问题研究

航速优化作为内河船舶实现节能减排以及降低运营成本的有效措施之一,深受学术界的关注。本文以航行于长江航道的某7500 t内河散货船为研究对象,以实船设计数据为基础建立船舶阻力-主机-螺旋桨之间的能量传递关系模型;基于长江航道环境数据建立用于航速优化的长江航道数据模型;进一步地,以增广拉格朗日方程(augmented Lagrange equation)以及差分进化(differential evolution)算法为基础设计用于求解内河航速优化问题的ALDE算法。通过选取典型工况,分析7500 t内河散货船往返于江阴港与宜宾港之间的航速优化以及油耗结果。仿真结果表明:所设计的ALDE算法能够有效求解内河航速优化问题;通过实施航速优化,在指定航行到达时间的约束下能够节约2.76%的船舶柴油消耗。本研究可对内河船舶的节能以及降低航运成本起到重要的作用。

异构船舶编队航行的研究现状与技术展望

随着航运业智能升级和降本增效的需求日益增大,如何在减员增效的目标下最大限度提升船队运力成为主要挑战。以异构船舶编队航行为特征的编组运输是重要的解决途径之一。随着科学技术的不断进步,基于单船的少人化、自主化得到了广泛关注,以多船编队为核心的应用开始崭露头角。现有船舶编队研究大多停留在以小型无人艇为对象的同构编队理论研究上,在实际货运场景下,船舶存在特征参数、动力特征、智能等级、控制方式等方面的显著差异,形成了异构船舶的主要特性,致使现有编队理论缺乏实际可行性。为了实现异构船舶编队航行,通过分析异构船舶编队的应用场景,提出以提升运输效率、改善营运成本、降低碳排放为核心的异构船舶编队策略,深入探讨异构特性问题,分析异构船舶编队控制的难点问题,阐明了异构船舶编队实现的必须条件。

基于结构参数抽象模型的内河船舶结构强度校核软件设计

[目的]旨在设计一种内嵌规范的内河船舶结构自动校核软件,以解决采用手工规范计算方法进行结构设计带来的校核效率低、模型复用难等问题。[方法]软件基于模型-视图-控制器(MVC)框架,以船体模型为中心,开发结构数据库、可视化剖面、规范计算等核心功能模块。设计结构分层模型进行参数管理和共享,模型抽象化以表达特殊结构并与规范解耦,同时结合派生技术,便于软件更新和模型复用。[结果]算例分析表明,基于结构参数抽象的校核软件可保证规范计算的完整性和精度,实现对各类内河船型及规范的完全兼容与组合校验。与手工计算的结果相比,误差不超过0.06%。[结论]该软件可突破不同船型和规范的限制,实现内河船舶结构校核流程化和智能化,降低设计人员对繁杂规范的依赖,同时提高设计、审图质量和操作效率。与同领域软件相比,所提软件兼具计算准确和快速建模的优点。

近世后期日本回船贸易的发展及其对幕藩体制的冲击

江户时期,德川幕府通过大阪中央市场和特权商人集团管控国内贸易,维系幕府统治。到江户后期,随着沿岸航运的日渐发达,联通全国的航运交通网开始形成。西南诸藩借助西日本濑户内海的区位优势,依靠回船贸易成功摆脱了财政困境,同时又因位处迎击西方“黑船”的前沿位置,不得不积累财富并加强武备。回船贸易带来的财富积累,让西南诸藩具备了可以对抗幕府的经济实力,也让其统治者及有识之士坚定了贸易致富甚至开国通商的想法。由此,“黑船来航”成为西南诸藩主张开国通商的借口,更成为促使日本推行幕末改革、开启明治新时代的外部契机。“萨长同盟”则成为推翻幕府统治的内部政治力量,推动日本走上倒幕维新之路。

船行波作用下内河航道泥沙运动机理研究

内河航道中产生的船行波改变了原有的水动力条件,直接影响床面泥沙运动及河床演变。为认识船行波对泥沙运动的影响,针对泥沙起动和输移两个基本问题,采用理论分析和原型观测试验,重点研究航政艇和货船两类船舶引起的近底流速和床面剪切应力特性,以及船行波的挟沙能力。结果表明:航政艇产生的船行波次波对诱导的水流流速和床面剪切应力贡献最大,而货船产生的船行波主波贡献最大,凸现出两类船舶的船行波波列结构和能量分布的不同特征。以修正希尔兹参数为变量建立了船行波挟沙能力计算公式,可以计算出船行波作用下泥沙的悬浮量。研究成果对认识内河航道泥沙运动和断面演变规律具有一定的参考价值。

内河干线船舶混合动力系统匹配设计

针对内河船舶动力系统匹配设计粗糙,且河道工况复杂,对动力系统的功率需求多变等情况,提出一种并联式混合动力系统匹配设计方法。根据任务剖面分析、混动模式功率划分、动力系统指标分解、关键设备选型等环节实现系统设计。在航行试验阶段验证各模式的航速性能,全模式螺旋桨转速误差在5%以内,全模式航速误差在3%以内,可以满足实际的工程使用需求。

基于资料修复的内河船舶动态排放特性研究——以重庆水域为例

面对内河船舶排放清单研究中存在的船舶静态参数和运行轨迹缺失问题,提出基于极致梯度提升(eXtreme Gradient Boosting)算法的船舶静态参数修复方法和基于航道轨迹的长距离轨迹修复方法,并基于修复资料计算了重庆市长江水域的船舶排放清单,并揭示船舶排放的时空特征.研究结果表明,本文提出的方法在内河船舶资料修复方面表现优异,主机额定功率修复R 2=0.963,设计航速的修复R 2=0.871.同时在轨迹修复上提升了轨迹的完整性并将修复时间大幅度降低,为船舶排放研究提供了资料支撑.而船舶排放结果表明,重庆市内河船舶排放的污染物总排放量为1869.01t,各污染物中NOx的排放占比最高(81.8%),水域内的污染来源主要是干散货船和客船.不同行驶工况下的污染排放顺序为:巡航>停泊>机动操作.客船的排放特征与其它船型不同,客船的排放峰值集中在夜晚,其它船型在白天达到排放峰值.不同船舶的空间排放特征不同,集装箱船和危险品船只在长江干线上产生排放,而客船高排值集中在客流交汇处的客运码头.