基于e-航海的无人驾驶船舶技术

为了有效地提高海上运输安全水平,将无人驾驶船舶与e-航海相结合,阐述了e-航海总体技术架构。通过分析无人驾驶船舶技术与e-航海技术之间的共性:感知、数据、标准和传输,提出基于e-航海的无人驾驶船舶系统技术总体架构。探讨了基于e-航海的智能感知、智能决策和智能通信无人驾驶船舶技术的发展思路。结果表明:e-航海技术的应用为无人驾驶船舶的发展奠定了基础,而无人驾驶船舶的发展也促进了e-航海战略的实施。     

自主船舶航行系统信息空间安全：挑战与探索

针对自主船舶航行中船-岸、船-船间发生数据交换而形成的信息空间,讨论了此信息空间的安全问题,以及保障信息空间安全在自主船舶这类安全紧要系统中的重要性．阐述了在自主航行的技术趋势下,船舶、岸站形成的动态机会网络特性和搭建可靠、可信和可管控的数据交换体系应具备的条件．从通用的信息安全理论出发,结合自主船舶航行系统的运行特点,梳理了自主航行中由于信息安全缺失而导致的各类隐患及其表现形式．论述了基于现有信息安全中的成熟框架来提供相应解决方案的技术路线．综述了当前受到广泛关注的区块链技术如何应用于自主航行系统并用于解决信息空间中各类实体之间的互信程度问题．     

近海船舶航行辅助显示系统设计研究

为了方便船舶驾驶人员更好地观察航行态势,提出一种基于云计算的近海船舶航行辅助显示系统。利用船载摄像头拍摄航行环境,对航行数据进行采集;利用改进的YOLOv3算法,检测航行环境中的船舶;结合增强现实技术,将船舶航行姿态及AIS数据信息叠加到航行视频环境中。实践表明,开发的船舶航行辅助显示系统可为船舶驾驶人员、岸基工作人员提供简洁、有效的航行环境信息。     

基于甚高频数据交换系统的船舶编队通信网络最优路由方案

甚高频数据交换系统(VHF data exchange system,VDES)是国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)主导的e-航海战略与水面自主航行船舶的基本通信方式之一,计划2021年左右发布正式技术标准;其可提供船-船之间自组织高速数据交换,将有效推进船舶编队通信联网技术发展.为此,在分析海上真实船舶运动特征基础上,提出了一种船舶编队群组移动模型.以此为基础,研究了船舶编队通信网络特征,重点对基于VDES联网编队的自组织网络路由协议性能进行了仿真分析.结果 表明,相对DSR(dynamic source routing)协议及DSDV(destination-sequenced distance-vector)协议,AODV(Ad Hoc on-demand distance vector)协议在路由开销及分组投递率方面具有显著的性能优势,能更好地适应基于VDES的船舶编队通信网络,满足船舶编队通信应用需求.     

北斗RDSS在海洋工程数据传输中的应用

海洋一直是传统通信技术的最大盲区.因为缺乏有效的通信手段,造成船岸之间信息交流困难,高度信息化的海上工程船舶成为漂浮在海上的信息孤岛.北斗卫星导航系统将导航与通信集成,为解决船岸一体化提供了可行的技术途径.本文基于北斗RDSS(Radio—Determina—tion Satellite Service,卫星无线电测定业务)短报文通信原理,提出了北斗集群数传解决海洋工程船大数据量传输的技术方案.通过制定通信协议,建立有效的数据处理算法和压缩算法,将包含船机状态数据、施工工况数据、船位信息等数千个物理量实时发送到岸上指挥中心,实现了海上作业的船岸一体化,为海上作业船舶的生产调度和业务管理提供了信息技术保障.     

基于改进PPO算法的船舶自主避碰决策

为减少船舶避碰决策过程中人为失误导致的海难事故，提出一种基于改进近端策略优化(PPO)算法的船舶自主避碰决策。在传统PPO算法广义优势估计基础上加入自适应基线调整，并且使用长短期记忆网络(LSTM)改进网络结构。船舶的航行信息和激光雷达矢量线被应用于神经网络输入，航行制导、角度偏差及《1972年避碰规则》均被纳入改进的奖励函数设计。两船和多船会遇场景仿真实验表明：本文提出的避碰决策可使船舶实现自主航行，并在避碰过程中符合《避碰规则》,为处理复杂局面下的船舶避碰决策提供了参考。     

船舶智能航行技术研发进展

 船舶智能航行是航运业的重大革命。为厘清国内外船舶智能航行技术发展现状,找准中国船舶智能航行的发展路径,分析了欧洲、日本、韩国、俄罗斯等国家和地区近年来在船舶智能航行领域的重大技术进展和典型实践案例,阐述了国际海事组织、国际水道测量组织、国际航标协会对于船舶智能航行的相关立法和规则。梳理了中国船舶智能航行在技术研究、装备开发、实船应用等领域的进程与案例,并比对了国内外技术发展思路的差异,总结了中国船舶智能航行发展的主要特点。分析了智能航行技术的发展趋势。     

基于模糊逻辑方法的多船会遇安全态势评估

为了提高水上交通安全,减少船舶碰撞风险,基于模糊逻辑理论提出一种多船会遇安全态势感知评估方法。首先,基于船舶自动识别系统数据判断船舶会遇等典型交通场景下船舶避让优先级;然后,利用船舶相对距离、航速、船速比(本船与他船的航速比值)和相对方位(本船与他船的航向比值)等因素建立模糊评价规则,利用模糊综合评价法量化会遇态势下船舶的碰撞危险程度;最后,基于给定的风险阈值给出船舶航行安全风险预警。基于AIS数据对上海洋山深水港水域附近的多船交叉会遇和多船对遇局面进行仿真实验,实验结果表明所提出的方法能有效评估不同交通态势下船舶安全风险程度,可为智能船舶智能航行决策和安全预警提供数据支撑。     

基于AIS的船舶三维显示与避碰系统研究

介绍了基于AIS的船舶三维显示与避碰系统的功能特点和关键技术.通过研究多分辨率地形绘制技术和海浪运动模型等虚拟现实技术,实现三维海床的实时绘制和逼真海面的模拟生成.通过对AIS报文解析,获取周边船舶的位置和态势信息,最终实现了海床、海面和周边船舶组成的三维场景一体可视化;并通过在逼真的海上三维场景上叠加显示AIS信息和避碰辅助决策信息,更直观有效地保障了船舶航行安全.     

基于AIS的船舶智能避碰专家系统的研究

充分利用AIS的优越性，并以专家系统技术为主，设计具有一定智能的船舶避碰专家系统。该系统通过对海上两船间会遇局面进行分析，判断且能给出合理的避让方案，能有效解决避碰问题，保证了航行安全。     

电子航海系统结构

对电子航海的三个组成部分:船载系统、岸基系统和通信链接分别进行了深入研究.结果认为,技术整合是船载系统的关键;岸基系统应包含安全、保安、应急反应、防污染和商业服务五大功能;数字全球宽带海上通信是未来的发展方向.给出了电子航海的整体系统结构图.     

基于人工势场法和模型预测控制的船舶变速避碰研究

针对船舶在狭窄水域航行时,提出一种基于人工势场法和模型预测控制的船舶智能变速避碰算法。通过对周围环境建模,使用人工势场法建立势场,结合《国际海上避碰规则》对船舶避碰的对应规则要求,快速计算出符合避碰规则的建议航向。其次,利用模型预测控制,根据《国际海上避碰规则》对船舶变速的相关要求,在狭窄水域船舶行动受限的条件下,预测迭代一定时间内的避碰情况,给出最符合要求的速度值。经过仿真表明：算法提供的航速和航向决策能实现狭窄水域范围内的多船有效避让,为船舶驾驶员的避碰决策提供参考与支持。     

多船紧迫危险局面的智能避碰决策与仿真

基于"船舶拟人智能避碰决策"理论基础,采用船舶相对运动几何分析与仿真试验相结合的方法,着重研究多艘船舶陷入紧迫危险局面下,避让重点船的智能避碰决策及其实施方案的校验与优化算法;借助航行安全与自动避碰(NSACA)仿真测试平台进行仿真实验,验证了理论分析结果的正确性.     

小型LNG船通信系统方案设计

船舶自动化程度及通信技术对船舶正常航行有非常重要的作用.目前,对船舶通信的要求已不仅仅局限于局部的、单一的、独立的监控和管理,而是对大范围、多层次、集中式的系统提出了更高要求.LNG运输船对自动化程度及安全有更高的要求,需提供LNG运输船与船之间、船与陆地之间的有线及无线通信系统.以海洋石油301船为例,通过设计一套完...     

智能船舶航行风险评估研究现状与发展趋势

对智能船舶航行风险类别及来源进行汇总，介绍智能船舶航行风险评估研究的发展历程及目前的研究热点，并按研究方法对智能船舶航行风险评估的研究成果进行分类；提出智能船舶航行风险研究存在的问题，并从多角度、从方法到体系对智能船舶航行风险评估研究未来的发展趋势进行分析。本文可为智能船舶的风险评估、智能航行系统开发及推广应用等提供理论参考和实践支撑，提升智能航运新业态下的海上交通安全。     

船舶初步设计阶段智能决策支持系统的应用

提出了用于辅助船舶设计者在获取船型要素信息量有限情况下，进行船型方案优选决策的支持系统理论体系框架和模型。将该系统应用于某实船船型方案优选决策，证明该方法是可行的、可靠的。此外，对未来智能决策支持系统在船舶初步设计中的应用前景进行了展望和预测。     

AR-HUD技术在船舶值班瞭望中的应用

为帮助船舶驾驶员快速获取船舶避碰信息以及航行中其他物标信息,利用增强现实抬头显示技术和增强信息投影算法,分析驾驶员、目标船和本船挡风玻璃三者之间的空间关系,建立了从海面会遇船舶到投影设备屏幕坐标,以及与人眼几何投影关系的数学模型,提出了一种基于AR-HUD的辅助瞭望系统架构。通过计算机仿真,建立本船与两条目标船会遇局面,并根据驾驶员观察的方向,投影对应避碰信息。仿真结果验证了AR-HUD技术在船舶值班辅助瞭望中具有较强的适用性。     

基于AIS和ECDIS的自动避让系统的研究

人为失误是发生海上碰撞事故的主要原因，建立完善的船舶自动避让系统是减少人为失误、提高航行安全的关键。快速、正确、详细地采集目标船和周围的环境信息是自动避让决策的基础。通过对现代航海技术AIS和ECDIS功能的分析，提出利用AIS和ECDIS解决自动避让系统信息采集问题的观点，以期对自动避让系统的开发研究有所帮助。     

海洋气象观测技术研发进展

 海洋覆盖地球70%以上的面积,由于没有陆地上布设气象观测站网的便利性,使得海上气象观测资料严重不足,难以支撑对海上和来自海上高影响天气过程的深入研究以及预报准确性的提高。为了加强海上气象观测能力的建设,本文对气象海洋卫星、大气探测飞机、岛屿气象站、海上浮漂和岸基雷达等观测平台及技术进行了综述,并对未来基于无人驾驶平台的智能海洋气象探测技术进行展望。     

基于事件驱动的船载智能信息平台架构设计

 现有船载信息平台受限于设备接口限制、数据标准等问题，民用船舶信息平台的发展缓慢，难以处理复杂数据和多任务。智能船研制过程中，传统的船载信息平台在架构上的不足使其难以支撑船舶在复杂工作场景下的分析任务。提出了一种基于事件驱动的船载信息平台架构设计方案，根据“感知-认知-决策-控制”的闭环，针对智能功能完成了事件流程建模，提高了随机、不确定事件的处理效率，降低了系统耦合度，使信息平台能够提升任务处理能力并降低硬件资源需求。