Experimental Study on the Resistance of a Transport Ship Navigating in Level Ice

This study investigates the resistance of a transport ship navigating in level ice by conducting a series of model tests in an ice tank at Tianjin University. The laboratory-scale model ship was mounted on a rigid carriage using a one-directional load cell and then towed through an ice sheet at different speeds. We observed the ice-breaking process at different parts of the ship and motion of the ice floes and measured the resistances under different speeds to determine the relationship between the ice-breaking process and ice resistance. The bending failure at the shoulder area was found to cause maximum resistance. Furthermore, we introduced the analytical method of Lindqvist （1989） for estimating ice resistance and then compared these calculated results with those from our model tests. The results indicate that the calculated total resistances are higher than those we determined in the model tests.

Research on the Development Strategy of Ningbo Transportation Port &Shipping Industry

Firstly, the development background of Ningbo Transportation Port & Shipping Industry is analyzed on a spatial scale. Based on that, the strategic goal of Ningbo transportation port Port & Shipping Industry is put forward, and strategic path analysis of strategic objectives is carried out. Finally, with the dynamic resource view, the strategic integration model of Ningbo Port & Shipping Industry is proposed.

EDI Technique and its Application in Shipping Transportation

EDI is an abbreviation for Electronic Data Interchange. It can make different enterprise and organization interchange trade and commercial datas through Computers in according with the standardized specification. Since it can save various of documents,we also call it"paperless" operation. The development of information technique from primary to advanced, which computers had been used as main part,involves three stages: The first stage is that computers bad been used to replace man to process various of business and documents inside the enterprise. The second stage is the network sys-

船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

根据DS理论的船舶风险因素评估分析

针对船舶航行风险评估中存在许多不确定影响因素的问题,提出了在模糊风险评估证据理论基础上建立的风险评估方法。在证据集理论空间中,每一事件均可确认为模糊集合子集且融入了模糊概率理论,从而更全面地描述行业学者的专业经验或证据诠释,由此得出了模糊证据理论质量函数的描述法。最后应用其船舶安全系统,提出了船舶风险因素识别和风险评估详细程序。计算结果证明,此方法可有效避免决策失误,且简单、易行,有较强的推广和应用价值。

新一代航运系统的未来船舶技术展望

未来船舶技术对于新一代航运系统至关重要。为推动国际海事组织IMO所提出的航运智能化与绿色化进程,展望未来船舶技术发展方向。探讨未来船舶跨域协同架构关键技术,提出未来船舶发展的首要任务。明确以“船-岸-云”技术架构及“岸基驾控为主、船端值守为辅”运行模式为核心的未来船舶发展目标。强调我国应加快相关领域关键技术攻关,构建船舶岸基驾控系统,促进多领域合作,持续向造船强国和航运强国的发展目标迈进。

面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究

为科学指导渤海湾客滚运输船舶合理大型化,统筹过海运输发展与安全,厘清客滚船大型化发展历程,研判市场需求、企业运营、行业管理等影响因素与供需矛盾。系统梳理客滚运输航线及港口布局特征,分析客滚运输企业及船舶运力结构分布,找准船港航一体化发展需求导向。基于海港总体设计规范中通航基础设施尺度的计算方法,采用逆向工程思维推导船型计算式,匹配调整理论结果、归并数值,提出渤海湾4种客滚船大型化标准船型,确定船舶总长、型宽、满载吃水、吨级等主要参数,研判提出渤海湾30个客滚泊位的大型化船型并开展适用性评价。对引导渤海湾新建省际客滚船标准化、序列化发展,强化船舶适港、适航安全保障性具有技术支撑作用。

基于不同动力集装箱船的支线运输综合调度优化

在“双碳减排”战略和绿色航运背景下,为了对使用不同动力集装箱船的支线运输进行调度优化,以LNG动力船和燃油动力船为例,引入模糊时间窗刻画货主满意度,同时考虑支线船舶运输容量、港口限制时间等实际约束条件,综合考虑运输成本、货主满意度和碳排放量,构建了一种基于不同动力船型的混合整数规划模型。结合问题特征设计混合遗传算法进行求解,通过引入局部搜索策略提高求解质量,测试算例表明设计的混合遗传算法与最优解的平均误差为1.4%,案例计算结果表明:与遗传算法相比,混合遗传算法的收敛速度和寻优能力更强,可降低运输成本29 520元,减少碳排放38.474 t。可见,基于局部搜索的混合遗传算法的求解精度明显优于传统遗传算法,说明在实际应用中该方法可以实现船舶调度优化;同时与燃油动力船相比,使用LNG动力船可以实现降低运输成本和减少碳排放的目标。

海上跨域运载编队队形配置问题研究

无论是战争时期还是和平时期,海上跨域运载都是关乎国家利益的重要行动,而护航编队的队形配置是海上跨域运载行动中需要重点关注和考虑的问题。该文针对海上跨域运载编队的队形配置问题,采用定量分析方法,建立了护航军舰拦截海面目标模型,对双舰伴随跨域运载时编队规模和护航军舰位置进行了分析,得出了在保证拦截到目标情况下护航军舰与运载编队的队形配置条件,并结合实际情况给出海上跨域运载编队队形配置需要重点关注的问题。该结论不仅从定性方面,还着重从定量方面为海上跨域运载行动指挥提供决策支持。

运输能力受限下分段建造的时空调度问题

分段建造作为船舶整个建造流程的关键环节之一,其空间资源和时间资源的动态协调性严重影响着船舶建造周期和订单交付。针对分段建造船体车间空间有限、时间组织和空间组织不协调,以及以往分段建造时空调度相关研究忽略运输能力限制等问题,以最大完工时间最小、总提前与延期惩罚值最小为优化目标,以空间大小、加工小组的异质性、运输设备的差异性与运输限制为约束条件,构建多目标时空调度模型,并基于交付期优先规则、空间定位规则和关键阻碍规则提出混合粒子群算法进行求解,最终以某船厂分段建造为例进行实例验证,结果表明:所提出的模型与算法有效降低了分段完工时间,提高了分段建造的准时化水平。研究结可为船舶智能制造以及分段制造执行系统(MES)的实际应用提供一种方法基础。

基于改进蚁群算法的邮船舱室模块移运路径规划

针对大型邮船舱室模块运输过程中存在的移运路线长、路线混乱、舱室模块易与障碍物发生碰撞等问题,提出应用加入动态搜索模型的蚁群算法对邮船舱室模块进行路线规划,为运输舱室模块提供清晰、便捷的移运路线。对主竖区的障碍物进行分析,建立模拟实际工况的栅格地图,采用改进蚁群算法寻找移运路径。对不同位置所经过的栅格地图和蚁群数量进行动态调整。采用模拟退火算法寻找蚁群算法的参数。采用离散点分析确定移运路径的主、支通道。仿真试验结果表明,应用改进蚁群算法建立主、支通道进行舱室模块移运可有效提高舱室模块的运输效率。

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。

基于人工势能场的破冰船护航下船舶航行风险场建模

针对破冰船护航下船舶碰撞与冰困事故风险评估问题,本文根据破冰船与跟驰船之间、跟驰船与海冰之间的相互关系,并基于人工势能场理论提出破冰船护航下船舶航行风险场的概念和模型,其中包括破冰船风险场和海冰风险场。破冰船风险场量化破冰船与跟驰船之间的碰撞风险水平,海冰风险场量化跟驰船与海冰之间的冰困风险水平。根据该模型提出破冰船与跟驰船之间安全跟驰距离的计算方法。最后基于Tian You轮2018年北极编队航行数据,应用破冰船护航下船舶航行风险场模型开展仿真实验,仿真结果验证了航行风险场模型的有效性,证明了本文建模方法能够为破冰船护航下船舶安全跟驰研究提供理论方法支撑。

考虑船间效应和操纵性能的内河船舶追越风险模型及应用

针对内河在航船舶追越过程中碰撞事故频发的问题,构建考虑船间效应和操纵性能的内河船舶追越风险模型。对内河在航船舶追越过程进行情景分析,从纵向和横向距离两个方面综合考虑船舶追越风险。引入船舶纵向安全距离模型和紧急转舵距离,提出不同危险局面下的纵向距离计算方法。考虑船间效应和船舶保向性,根据力和力矩方程,提出不同会遇时刻的横向距离计算方法。构建基于模糊逻辑的内河船舶追越风险模型,选取100组长江典型追越案例验证模型的可行性。

考虑碳排放的海洋垃圾收集船路径鲁棒优化

针对海洋垃圾收集船路径优化问题中垃圾质量具有不确定性的特点,构建船舶路径鲁棒优化模型。该模型以总成本最低为目标,其中总成本包括运输成本和固定成本,同时考虑船舶载质量和时间窗等约束条件。通过鲁棒等价变化和对偶变化将不确定性模型转化为确定性混合整数规划模型,并设计一种节约里程算法、邻域搜索算法与模拟退火算法相结合的混合遗传算法进行求解。结果表明,所提出的模型能较好地抵抗垃圾质量不确定性的影响。所设计的混合遗传算法比传统遗传算法和模拟退火算法求得的总成本分别减少了5.94%和8.70%。对垃圾质量的不确定参数和碳税进行灵敏度分析,为决策者制定合适的碳排放政策提供参考。

基于固定/PTZ摄像机系统的开阔水域小目标船舶主动式跟踪方法

仅依靠当前的闭路电视(closed-circuit television,CCTV)系统,往往难以主动跟踪并拍摄内河船舶清晰的图像。针对上述问题,研究了基于固定/平移-倾斜-对焦(pan-tilt-zoom,PTZ)摄像机系统的开阔水域小目标船舶主动式跟踪方法。采用基于虚拟四边形的三层联合标定模型对固定摄像机和PTZ摄像机进行联合标定,将虚拟四边形内的图像坐标与PTZ摄像机的平移角和倾斜角一一对应;引入虚拟四边形的概念,有效过滤虚拟四边形外目标的干扰,提高小目标船舶的检测准确率;利用透视n点(perspective-n-point, PnP)问题算法和虚拟四边形顶点的图像坐标,得到图像坐标与世界坐标间的映射关系,再利用Pan-Tilt-Height(PTH)模型将虚拟四边形中目标的世界坐标转化为PTH坐标;在小目标跟踪过程中,通过连续检测虚拟四边形中船舶边框质心的图像坐标,即可计算得到PTZ摄像机的平移角与倾斜角,从而实现实时主动跟踪的目的,并尽最大限度的保持船舶目标处于PTZ摄像机图像的中心位置。选取湖北省孝感市春晖湖和武汉市汉江中法桥段这2处真实场景,进行可靠性和有效性验证,实验结果表明:①利用改进的目标检测方法对固定摄像机图像中的船舶进行检测,F1-Score分别为96.82%和97.62%;②利用研究的主动式跟踪方法跟踪运动船舶时,PTZ摄像机的跟踪失败率为4.63%。本文研究的主动式跟踪方法的跟踪速率可以达到18.55 fps。

“船闸+升船机”协同控制下的船舶调度优化

为提高“船闸+升船机”协同控制模式下的内河水运枢纽通航设施工作效率,分析该模式下通航设施和船舶过坝特点,提出一种用于“船闸+升船机”协同控制的基于滑动时间窗的船舶调度两阶段双目标整数规划优化模型。第一阶段采用滑动时间窗和先到先服务规则,设计不同船型的船舶过闸编队方案;第二阶段仍采用滑动时间窗,建立以船舶平均延误时间最短和最大泊位占用数最小为目标的双目标整数规划优化模型。使用带精英策略的非支配排序遗传算法(elitist non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)进行求解,分别对船舶稀疏过坝、船舶密集过坝、船舶部分时段集中过坝3种情形进行仿真分析,并与不采用滑动时间窗的排队论模型进行比较。结果表明,3种情形下船舶平均延误时间均缩短了15%以上。

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。

全国港航科技创新网络结构特征及演化

为探究港航科技创新合作特征及其变化规律,本文采用2007—2021年港口和航海领域科技创新获奖项目数据,根据奖励类别和获奖等级确定主体间合作关系的质量权重,构建基于合作质量的全国港口和航海科技创新无向加权网络;选取平均度、平均加权度、网络密度、特征路径长度及聚集系数指标,分析网络整体结构特征;构建加权度数中心度-加权中介中心度平面,识别网络个体的总体发展、不同组织类型的网络角色以及网络的核心节点;最后,根据合作伙伴的数量、强度和空间分布,揭示主体间合作的时空分异特征。结果显示:全国港口和航海科技创新网络呈现网络规模扩大、网络密度减小、合作伙伴增多及合作质量提高的趋势,港口科技创新网络具有“小世界”效应,航海科技创新网络呈现层次结构特征。全国港口和航海科技创新网络均形成有明确权力中心的网络结构,创新主体的信息控制和桥接能力不强。科研机构和高校更容易成为网络权力中心,企业在港口科技创新网络中发挥主导作用,公共机构和政府部门在航海科技创新网络中更具有影响力,部委直属或国有背景的组织在网络中占据核心位置。全国港口和航海科技创新主体的伙伴数遵循幂律分布,港口科技创新主体形成强强联合和强弱互动的合作局面,航海科技创新主体趋向异配合作。港口科技创新主体的同城合作质量更高,航海科技创新主体的同城和跨城合作质量协同提高。