风帆助航船舶的典型航线可用风力资源分析

根据风帆空气动力学特性、航线、季风风场,提出将典型风帆(翼型帆)的能量转换效果指标——转换系数等值线叠加在风能密度图上的方法,对典型航线上的可用风力资源进行分析.首先,推导风能密度和翼帆推进力公式,提出推进功转换系数这一参数来评价翼帆对不同特征的风能的利用能力;然后,结合风能特征分布图和转换系数等值线,提出可用风力资源分析方法;最后,以宁波—中东航线为例,使用ECMWF的2014年风场数据对其可用风力资源进行分析计算.结果显示:船舶航向不同时,中国南海冬季、夏季的可用风力资源差别较大,夏季应采用W-E航向,冬季应采用E-W航向.孟加拉湾、阿拉伯海区域可用风力资源特征相似,夏季采用W-E航向能够更高效地利用风能.     

远洋船舶避台航线设计算法

为提高避台行动的安全性和经济性,借助气象统计中的目标圆理论,提出完整的远洋船舶避台航线设计算法,并在全球电子海图平台上对该算法进行模拟.结果证明,该算法能够根据避台人员要求自动设计避台航线,改变了目前避台航线依赖于人工的局面,对于提高避台航线设计的自动化程度和保障船舶安全具有十分重要的意义.     

装帆船舶航线优化方法

对安装翼型硬帆船舶航线优化方法进行研究.以节能功率为航线优化设计的目标函数,综合考虑航海地理、海洋风况等因素,提出一种装帆船舶航线优化方法.以新加坡-台湾航线为例,对参考航线与现有航线进行计算分析,提出一条节能功率最大的优化航线.结果表明,安装风帆船舶在本文提出优化航线上航行时可比现有航线节省功率3.23％.     

航线设计适任性的模糊综合评估

为确保准确、公正地评估船舶驾驶员航线设计能力,针对评估工作的复杂性和模糊性,利用模糊综合评判方法对由驾驶台资源、航行安全、经济、标绘、报告五要素所构成的航线设计系统进行评估.通过确定评估指标和隶属度,建立多层次的综合评估数学模型,最终给出船舶驾驶员是否具备航线设计能力的确定值.经评估验证,所得到的数学模型比较可靠.对海员适任评估方法改进具有一定的指导意义.     

基于模型预测控制的远洋海岛交通船舶充电调度方案

充分开发利用海洋资源逐渐成为世界各国的共同目标.远洋海岛群蕴藏丰富且分布散落的旅游资源,需配备每日通勤的交通船舶承担主要交通工具.对远洋海岛而言,由于柴油等常规能源补给困难且属于高排放能源,本着建设绿色海岛的理念,清洁化的全电驱动船舶是最佳选择.如果这类船舶的充电仍主要利用柴油发电机(柴机)发电,船舶运营商不仅要承担应补给困难导致的高昂用电费用,还背离了建设绿色海岛的初衷,但单纯利用风电进行充电又不能保障其出行时间.因此,需要研究一种基于柴机和风电联合充电的远洋海岛交通船舶的充电优化调度策略.针对风能固有的随机性和波动性,本文利用模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)在充电前对充电1h内的风电发电量进行预测,并针对不同的预测结果设计相关的调度策略,以实现在满足船舶出行条件的前提下增大风电的利用率的目标.进而减小常规机组的发电量,最终达到缩减充电成本的目的.算例仿真结果表明,本文所提策略实现了充电成本的减小,验证了调度方案的可行性.     

全任务航海模拟器的航迹保持算法

为满足全任务航海模拟器的功能需要,采用Visual C++重新进行设计,改进了原用C语言实现的船舶航迹自动舵.航迹保持算法采用间接式算法,超出偏差带时采用多模态控制,使船舶回到偏差带以内;航向保持采用常规PID控制算法.仿真结果表明,风力7级时,在超出偏差带或转向时船舶均能自动回到预定航线上,最大航迹偏差为2 n mile.采用VC实现的航迹自动舵可满足航海模拟器的功能要求.     

大圆航程与恒向线航程的比较分析

大圆航线和恒向线航线是远洋船舶常用的航线设计方法,理论上,可以通过航程节省率这个概念及计算公式,定量分析船舶航行时相同起止位置的大圆航线比恒向线航线节省航程。为了验证这个假设,分别采用墨卡托算法计算恒向线航程及大圆解析法计算大圆航程,比较二者的航程节省率,并用实例证实船舶在高纬度海区、航向接近东西向、横跨经度较大的情况下航行时,大圆航线更节省航程。     

机载GPS-R遥感海面风场实验

利用GPS导航卫星反射信号遥感海面风场是一种新的海洋遥感手段.对2009年在我国海南开展的机载飞行实验进行了介绍,为了验证该技术测风原理的正确性、反演算法的可行性和实际测风精度,利用飞行实验数据反演出了海面风速风向,并与同步获得的海洋站实测风场数据和卫星散射计风场数据进行了对比.统计表明,GPS-R反演风场与博鳌海洋站...     

基于实船监测数据的定航线船舶智能航速优化

针对固定航线船舶,以实船监测数据为基础,建立船舶油耗模型,结合船舶航线信息进行航段划分.通过离散化思想,建立以航速为自变量、燃油消耗量为应变量的航速优化模型,以满足船舶航期为约束条件,采用遗传算法进行优化计算.结果显示,在选取的12个航段内,建立的船舶油耗模型误差为0.9%.通过航速优化,能够节省1.9%的油耗量,并给出各航段建议转速.优化结果可为船舶操纵辅助决策提供参考.     

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.     

海洋卫星微波遥感技术发展现状与展望

 主动式和被动式微波遥感可以得到大量的地球物理参数和上层海洋信息,包括海表温度、海面矢量风、海面高度、海表盐度、海冰等。微波遥感可以穿透云层,全天候不间断观测海况信息。中国计划2011年发射运行的“海洋”2号（HY-2A）卫星有效载荷为3个微波遥感器,主要用来观测海面矢量风、海表温度和海面高度。HY-2A卫星将有效提高全球海洋卫星观测在时间和空间上的采样频率。本文介绍了与HY-2A卫星相关的海洋微波遥感技术现状,对微波遥感的优势和目前业务化运行的海洋微波卫星的局限性进行分析,总结了微波遥感的新技术进展和全球下一代微波遥感卫星的发射计划,最后指出发展中国立体海洋监测和中国“海洋”3号（HY-3）卫星（其主载荷为C频段多极化合成孔径雷达）对于更深入了解大洋和海岸带的必要性。     

海洋地区风频模型探索

目前，可以当做风频模型的分布函数很多，但它们都不能准确地描述海洋地区的风频分布规律。根据海洋地区风频分布的特点，在Ｗｅｉｂｕｌｌ函数的基础上建立起新的风频模型，并给出它的参数估算方法。     

海浪感应磁场的频谱特性

根据Maxwell电磁理论，在地磁场中运动的海水将产生磁场。从理论上计算出海浪在地磁场中感应磁场的频谱是一种窄带频谱，随着海水深度的增加或风速的增加，其频带宽度变窄、峰值频率向低频方向移动。     

Observing seasonal variations of sea surface wind speed and significant wave height using TOPEX altimetry

One year of ocean topography experiment (TOPEX) altimeter data are used to study the seasonal variations of global sea surface wind speed and significant wave height. The major wind and wave zones of the world oceans are precisely identified, their seasonal variability and characteristics are quantitatively analyzed, and the diversity of global wind speed seasonality and the variability of significant wave height in response to sea surface wind speed are also revealed.     

A parametric method of retrieving ocean wave spectra from synthetic aperture radar images

A parametric method that extracts the ocean wave directional spectra from synthetic aperture radar (SAR) image is presented. The 180° ambiguity of SAR image and the loss of information beyond the azimuthal cutoff can be overcome with this method. The ocean wave spectra can be obtained from SAR image directly by using iteration inversion mapping method with forward nonlinear mapping. Some numerical experiments have been made by using ERS-1 satellite SAR imagette data. The ocean wave direction retrieved from SAR imagette data is in agreement with the wind direction from the scatterometer data.     

基于交叉谱法的C波段机载SAR海浪反演

传统的初猜谱海浪反演方法,需要先使用海浪预报模式来获取初猜谱,其优劣直接影响着反演的精度。为了摆脱对初猜谱的依赖,在不需要先验信息的情况下实现海浪反演,提出了基于交叉谱法的海浪反演方案。该方案采用C波段全极化机载SAR探测数据,利用全极化信息反演海面风矢量,作为WVW算法的风场输入,再通过WVW算法获取海浪谱,进而提取海浪信息。研究结果表明,海浪反演精度得到显著提高,海浪传播180°模糊问题也得到了有效解决。该方案对机载SAR海浪反演业务化应用具有借鉴意义。     

海洋资料浮标波能供电装置数值模拟研究

海洋资料浮标的电源补给问题是亟待解决的关键技术之一。本文以浮标现有技术参数为基础,通过数值模拟研究以浮标标体作为能量吸收系统,传统齿轮齿条形式作为能量输出系统,永磁发电机配合滤波整流稳压模块作为电力输出系统的海洋资料浮标波浪能供电装置的可行性。计算结果表明,不考虑各阻尼,浮标体在波浪作用下可满足高转速、低扭矩的500 W三相交流永磁同步发电机的装机容量,同时理论计算发电机的输出电压可达到海洋资料浮标蓄电池14 V的充电要求。     

潮汐力的连续性特征

将地球的潮汐力分解为两个分力 FC1,FC2 ,在黄道坐标系内分别讨论其连续性特征 ,针对各分力振幅的连续性俯视特征 ,映射出各潮汐分力的全球性特征分布 ,进而讨论了各个特征曲线交点的属性 ;在直角坐标系内研究了海潮等振幅曲线的表示方法 ,论述了潮汐振幅极大点在地球公转过程中的位置变化 ,及在自转过程中的时间、地点变化特点 .最后指出 :1由潮汐分力导致潮汐波的振幅具有对称性 ;2潮汐等振幅线为环形线 ;3海潮极大点的绝对振幅主要受所在海域的海水质量控制 ;4大气、地幔潮汐振幅的连续性特点与海潮具有相似性 .     

中国地壳运动观测网络的海潮位移改正系数

大型GPS分析软件包GAMIT从10.0以上版本开始，正式采用由瑞典Onsala空间观测站Mr.H.G.Scher-neck提供的海潮位移改正系数表stations.oct,用来计算GPS测站的海潮位移改正，但是系数表中只包含少数中国的IGS站，不能满足国内高精度大地测量，特别是地壳形变监测等数据处理的需要，为此，利用NAO99b全球海潮模型和基于1066A地球模型的格林函数，计算了中国地壳运动观测网络全部25个基准站的海潮位移改正系数，将计算得到的系数替换或补充到原有的stations,oct文件中，就可以在计算海潮位移改正时减少测站坐标内插所带来的误差，提高GPS数据处理的精度。     

海洋动力系统数值模式体系及海浪-环流耦合理论

从系统科学的观点出发,把海洋运动按照时空尺度分解成小尺度(以海浪为代表)子系统、中尺度(以内波为代表)子系统、大尺度(以大洋波动和环流为代表)子系统,并把海洋和大气之间通过近海面海洋大气层进行相互作用的部分称为近海面海洋大气边界层子系统。考虑各子系统之间的相互作用,提出了从海洋动力系统观点出发发展海洋数值模式体系的科学思路。通过考虑海浪对环流的垂向混合作用,将海浪的运动混合作用解析表达为可以通过海浪数值模式直接计算的海浪谱形式,建立了海浪-环流耦合理论。这一理论不仅将普林斯顿环流模式全球上100米的模拟海温与Levitus资料之间的平均相关系数从0.58提高到了0.76,而且加深了我们对中国近海海洋环流系统的理解,同时对气候模式热带偏差这一共性问题有显著改善。该理论对海洋环境预报和全球气候变化预测具有重要意义。