海上丝绸之路环境影响船舶稳性安全分析方法

为了量化研究风浪因素对航行船舶横摇风险的影响,提出了一种面向航行环境的船舶稳性安全分析方法。基于Kriging插值与自适应加权平均方法,建立了海上丝绸之路航线风浪环境数据处理框架。结合历时22 a的海区气象资料,绘制了海上丝绸之路关键水域的船舶航行风险图,通过风浪环境要素对船舶横倾影响的定量分析,提出了评估船舶稳性安全的横倾风险指数。基于对典型船舶倾覆事故案例的分析模型重构,揭示了外部风浪环境对船舶稳性安全的影响。进一步开展同类货物运输案例的对照分析,发现了船舶内部环境对船舶稳性安全的影响,验证了船舶属性和货物性态在保证船舶稳性安全中的重要作用。船载货物性态的稳定性与船舶航行环境同等重要,应纳入船舶稳性安全影响体系。该研究对于建立以船舶航行安全为核心的海上丝绸之路航线交通韧性治理体系具有参考价值。     

大风浪中航行船舶非事故性损失的定量分析

选取了某公司中一日航线上的一条客货滚集装箱班轮，对其在黄海中、北部遭遇大风浪航行时，非意外事故性损失的历史记录进行了统计调查，由此得到一种对大风浪中航行船舶的非意外事故性损失进行定量分析的方法，进而提出一种对大风浪中航行船舶的非意外事故性损失矩阵进行估算的方法．为有效使用气象一经济决策理论对大风浪中航行船舶的航行方案进行评估，解决航行安全与经济效益之间的矛盾，提供了一种有效、可行的手段和重要依据．     

船舶优选航线的研究

给出了优选航线的方法和数学模型，确定了船舶在大风浪中航行的临界速度和船舶运动性能函数，利用接收到的传真天气图和最新气候资料作优选航线的数据源，进行了模拟计算，结果表明该方法是可行的，在生产实践中有使用价值。     

数字化潮流信息在航行计划支援系统中的应用

为了充分利用潮流信息,确保船舶航行安全性,缩短航行时间,节约燃料,提高船舶航行效率,提出了一种将潮流信息数字化的方法,给出了该方法的实现原理。利用此方法,可以迅速准确地获取指定海域的潮流信息。介绍了在此基础上实现的一种用于在内陆海等特定海域流行船舶航海计划制定的支援系统,并给出了具体实现的框图。利用该系统可以模拟预定航线的航行时间,从而可以确定最佳出航时间和航线。通过对某一特定海域内航舶航行时间的模拟实例,验证了该系统的有效性。     

灾害性天气规避及航行方案选优系统

为直观了解未来可能遇到的大风浪状况及对未来航线安全做出可靠评价,提出一种灾害性天气规避及航行方案选优系统.该系统根据多年来对网上气象信息的跟踪和研究,结合有关船舶驾驶员的问卷调查,使用风险分析理论和技术,利用VC++语言编程实现船舶-大风浪区动态显示和航线风险评价及选优等功能.仿真结果表明,该系统的结果与多位具有丰富远洋航行经验的船长研究讨论的结果基本一致.该系统可为船舶绕避灾害性天气系统时的航线选择提供重要的参考依据.     

工程船穿越航道时间计算模型与应用

为防止船舶穿越航道过程中因穿越时机选择不当而与航道通航船舶发生交通冲突,减小船舶碰撞风险,根据主航道的船舶航行环境、航行状态等因素,建立工程船穿越模型,并利用MATLAB软件对该模型进行编程,通过定量计算得出工程船的安全穿越时机,最后将建立的穿越模型应用于工程船穿越主航道的实际案例中,并对影响穿越时间的因素进行了分析。实例结果显示,该模型可根据通航船舶航行信息计算出合理的穿越时间段,为船舶穿越主航道的时机选择提供参考,还可以通过改变工程船穿越航道的相关航行参数对计算结果进行适当调整。     

数字化潮流信息在电子海图信息系统中的应用

提出了一种数字化潮流信息的方法,并且给出了实现原理.利用此方法,可以迅速准确地获得指定海域的潮流信息,模拟预定航线的航行时间,从而可以确定最佳的出航时间和航线.该方法的有效性通过模拟特定水域的船舶航行时间得到了验证.此方法可以作为附加功能引人到ECDIS系统中,完善其系统功能,更好地为船舶航运生产服务.     

干散货船在大风浪中的安全评价

为定量评价大风浪中干散货船的航行安全,对干散货船事故、船舶适航性的要求及PSC检查重点项目等方面进行研究分析,获得模糊综合评判指标.运用系统工程学原理和层次分析法(AHP),确定各评价指标对干散货船航行安全影响的重要程度,建立多级模糊综合评判数学模型并应用于实践进行模型验证.结果表明该模型有效、可靠.     

不同冰情影响下的北极船舶航速优化

为便于北极航行运营决策,在考虑冰区气象条件的基础上,为保证船舶安全性,降低船舶成本,建立不同冰情影响下的北极船舶航速优化模型.鉴于北极航运与冰区通航有严格的时间窗约束,利用离散时间元法,建立有向无环图,利用最短路径算法进行求解,极大地提高了模型求解精度.通过改变冰密集度,求得不同冰情下使航次总成本最小的最优航速,解决冰区航线航行经济性选择问题,可以进一步为北极航线船舶运营提供决策支持.     

船舶自动避碰仿真研究

针对海上交通环境复杂、内河航道易于碰撞的问题,研究可辅助船舶操纵的自动避碰系统.分析了船舶避碰的影响因素、船舶受力对船舶航行的影响,并对人工势场法进行改进,优化了船舶行驶路径.基于改进的人工势场法设计船舶路径规划流程,以长江水域为例进行弯曲航道的模拟.结果表明,采用人工势场法可以辅助船舶自动航行,在安全的情况下获得较短的避障路径.通过增加转向点可以减小人工势场法局部极小点的发生概率.     

向家坝库区风浪要素计算公式及变化规律

向家坝水库全面形成以后,蓄水至水电站正常运行水位380 m,库区干流航行条件得到本质改善;但随着库区水位与面积扩大,风大浪高现象渐显凸出,影响船舶安全航行。为了掌握库区的风浪要素的变化规律,评价风浪要素对船舶航行、停泊与作业的影响程度,通过国内外各水域的风浪要素计算方法及其计算理论研究分析,结合库区各典型断面的实测数据,拟合得到比较能真实反映向家坝库区库风浪要素变化规律的计算公式,并结合计算结果总结得到库区全年的风浪变化规律,为后期库区航道的建设管理及船型的开发设计提供了必要的基础资料。     

基于Backstepping的非线性船舶航迹跟踪控制器设计

针对船舶动态存在大惯性、时滞、非线性等特点,和船舶航行中易受海风、海浪、洋流等环境因素的影响的问题,考虑三自由度非线性船舶运动数学模型。基于Backstepping设计思想,设计了具有全局渐近稳定的船舶航迹跟踪控制器。Simu-link仿真结果表明,船舶实际航迹能够跟踪期望航迹,达到了满意的控制效果,验证了所设计控制器的有效性。     

基于灰色PSO-ANFIS模型的船舶横摇运动预报分析

为了准确高效的预测船舶在波浪中的航行状态以保证人员、货物和船舶的安全,提出了一种基于灰色模型粒子群优化算法的自适应神经模糊推理系统(Grey Particle Swarm Optimization-Adaptive Neural-fuzzy Inference System, GPSO -ANFIS)。GPSO-ANFIS预测模型使用模糊C均值聚类算法对输入样本进行聚类分析,得到模糊规则数量并建立神经模糊推理系统,再使用粒子群优化算法对建立的预测系统进行优化训练,从而得到最优的预测系统模型。其中灰色模型用于横摇数据的预处理,以便削弱横摇状态中的非线性影响因素。最后通过实船“育鲲”轮的横摇数据进行仿真实验,实验结果验证了GPSO-ANFIS模型的实用性和可行性,具有较高的预测精度。并为船舶航行智能化提供了一种有价值的理论依据。     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

波浪作用下船舶系缆力的计算方法

基于波浪作用下船舶系缆力的试验资料,分析了船舶特性、波浪参数对系泊船舶波浪力的影响规律,提出了作用于船舶上的波浪总力计算公式．参照《港口工程荷栽规范》（JTJ215—98）由风和水流产生的船舶系缆力的计算方法,提出了由波浪产生的船舶系缆力的计算方法．算例表明,船舶系缆力的计算值与试验结果吻合较好．本方法可为工程设计中船舶系缆力的确定提供参考,填补了《港口工程荷载规范》（JTJ215—98）缺少波浪作用下船舶系缆力计算的空白．     

无舱盖船舶甲板上浪的研究

研究船舶甲板上浪的问题是设计无舱盖船舶的重要前提。甲板上浪和近海建筑物的越浪相似，均为非线性物理现象，因此引入越浪理论对规则波激励下的航行船舶甲板上浪量进行推算，利用洪水波理论与越浪理论相结合的方法对甲板上浪越过舱口舷板的船舱进水量进行计算。模型实验表明，理论计算与实验结果较为吻合。     

振荡水翼波能回收在船舶节能推进中的应用

在船舶能效设计指数（EEDI）成为国际公约,造船界大力发展绿色船舶技术的背景下,提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼,借助船体和水翼在波浪中的摇荡运动回收波浪能产生推力的节能设想.基于势流理论建立了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型,以一艘集装箱船为例,对水翼 船体系统进行了理论分析和设计探讨,预报了振荡水翼所能产生的推力并分析了水翼对船舶耐波性的影响;利用模型研究了水翼位置、弹簧刚度、浸没深度等参数对波能回收效果的影响.结果表明：水翼位置对船舶的耐波性有较大影响;弹簧刚度则与水翼产生的推力密切相关;而水翼浸没深度的影响十分有限.本研究可为此类绿色船舶设计提供依据和参考.     

基于多源导航信息的三维辅助导航仿真系统

【目的】为模拟仿真海上航行可能遇到的各种天气状况,开发一款基于多源导航信息的三维辅助导航仿真系统。【方法】在接受电子海图的数据基础上,利用OsgOcean类库对图形生成迅速以及对硬件的依赖性较低的特点,设计效果逼真的三维海景,真实再现海风、海浪等常见的天气状况;利用OpenSenceGraph(OSG)粒子对场景的渲染效果,模拟现实情形;利用碰撞检测算法,提前预估碰撞的状况,避免碰撞,构建起较真实的驾驶场景。【结果】仿真实验表明,设计的原型系统能消除驾驶员对真实驾驶环境的依赖,不受天气限制,驾驶员可以随时进行模拟驾驶。【结论】仿真系统实现了三维模拟仿真的基本功能,能够提供简便、直观的船舶模拟驾驶。