风翼助航船舶在规则波浪中的稳性

为研究风翼助航船舶在波浪中的稳性,以一艘46 000 t油轮为目标船,首先,根据目标船的船型数据,在Maxsurf软件中进行三维建模并验证其正确性;其次,将航行时船舶与波浪的相对位置分为4种情形,分析加装风翼后船舶在不同的船-波位置中的稳性变化.结果表明,波峰在船中部且波长近似于船长时,船舶稳性下降较大.最后,通过Matlab软件选取随机数的方法模拟船舶航行时的随机风浪,计算船舶在加装风翼后航行的安全可靠性.由船舶在8级风级下的最危情况可以看出,加装风翼后船舶的航行安全性要低于未加装风翼的船舶,并且存在4.77%的倾覆概率.     

基于船行波安全航速的限定

针对在受限水域中船舶航行时生成的船行波影响周围船舶安全及作业的问题,计算了船舶在不同航速时船行波的波高及其衰减程度,通过模型计算得到不同船行波对其他船舶影响的横摇数值,根据目标船与本船的距离,通过定量分析对周围目标船稳性、横摇幅度的影响,确定本船的安全航行速度及目标船的安全作业区域,对船舶在航道、港口等受限水域安全速度的控制提供理论依据。     

艏柱对高速船顶浪中水动力性能影响

依托NPL 4b船型的实验数据,分别验证了基于STF切片理论和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法计算程序的可信度.采用带尾端修正的STF切片法计算并分析了4种不同艏柱船型的高速船舶在顶浪、Froude数为0.8、遭遇频率为2~20rad/s条件下航行时的耐波性能,采用RANS方法得到在设计航速和波长为1.5倍船长的顶浪规则波中船舶运动的时历曲线,建立了顶浪规则波中,船体周围的兴波特性和船舶本身深沉、纵摇与船舶阻力(摩擦阻力和剩余阻力)的关系.同时,讨论了4种不同艏柱船型的水动力性能的优劣及其适用的对象船舶.结果表明,在高速航行中,NPL 4b母型船的摩擦阻力较小,斧头型艏船的兴波性能最佳,穿浪体型艏船在波浪中的总阻力最小.     

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。     

船在随浪航行时的稳性衡准

本文从船的稳性基本定义出发，应用运动稳定性理论的方法讨论了船在规则波上和不规则波上随浪航行时的稳性问题．提出了船在二维不规则波上随浪航行时稳性衡准公式文中归纳了稳性计算的步骤，推导了计算公式，并给出了两艘船的计算结果。     

船舶总纵强度的校核

充分考虑到船舶营运中的腐蚀对船舶的影响，从船舶防腐措施及航行状态等方面分析了利用船舶年平均腐蚀率估算其强度的不确定性．根据实船测试确定“育龙”号船的腐蚀率并对该船的船中剖面模数及船舶“压载出港”、“压载到港”两种营运状态允许承受的最大静水弯矩进行校核．根据计算结果提出并采取良好的改进措施．研究结论对充分考虑腐蚀对船体强度的影响，确保航行安全具有实际意义．     

一种船用波浪测量仪的设计

针对现有波浪测量仪在船舶航行中测波的局限性,提出了一种基于DSP的加速度式船用测波的方法。介绍了船用测波仪器的设计思路,并运用数字信号处理技术处理数据,实现了船舶在航行中实时地测量波浪、可靠地统计波浪资料。     

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。     

船舶航向控制的通用仿真数学模型及其仿真

本文分析比较当今世界现存的几种专用船的数学模型,提出了通用船仿真数学模型。该模型适用于现存的各种船舶仿真器,在模型中还考虑了船在大海航行中所受到的风浪等外界干扰对船航行的影响。文中还对苏联的“Fedjaevski—SoboLev”模型提出了修正。该通用数学模型在计算机上(Cromemco—Cs3)对不同类型的船进行了实时仿真实验,证明此模型对分析研究各种船的动态性质,或用来建立培训航行干部的船舶仿真器是方便、灵活、可靠的。     

无人驾驶船舶研究综述

对国内外无人驾驶船舶的研究现状进行梳理和分析,提出无人驾驶船舶的技术架构,总结归纳发展无人驾驶船舶所须突破的关键技术.本文将无人驾驶船舶的整体架构分为船端自主航行系统、高性能海上通信系统、岸基支持系统三部分:船端自主航行系统是无人驾驶船舶的核心,涉及智能感知和智能决策技术,并负责驱动执行机构执行决策;高性能海上通信系统负责在船岸之间传递信息和指令,涉及数据压缩技术、智能路由技术以及海上通信网络安全技术等;岸基支持系统包括监控中心和信息支持中心,负责无人驾驶船舶的遥测遥控和信息支持.最后,展望了无人驾驶船舶的发展前景.     

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．     

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。     

基于航行经验的内河稀疏AIS轨迹估计方法

内河航行环境中AIS信号拥塞和丢失现象严重,导致船舶AIS轨迹稀疏不连续,而传统的采用数值分析方法拟合船舶丢失运动轨迹,无法适应地形弯曲复杂的内河航道水域,容易出现穿越陆岸的问题.为此,本文提出一种基于航行经验的内河船舶轨迹估计方法,针对稀疏轨迹的相邻采样点,基于空间一致性、时间一致性和航向一致性,提取有效的他船航行轨迹,通过核密度估计方法建模航行经验—航行热度分布;然后,考虑船舶运动趋势,计算得到基于航行热度的最优路径,并将其作为近似估计轨迹.选取三种典型内河航道场景进行稀疏轨迹还原实验.结果表明,本文方法能够很好地适应内河航道的复杂地形.     

渔船随浪、尾斜浪下骑浪/横甩直接数值模拟

为了更加准确地评估船舶在波浪中航行的安全性,以四自由度操纵性方程为基础,研究增加艏向角和浪向角以改变船舶航向、增加舵角控制方程来模拟舵效下降、增加横摇角参数来判断船舶是否倾覆,以及打出最大舵角仍然无法保持航向等典型横甩现象.以国际船模试验池会议船(ITTC ship)A2渔船为例,在波长船长比为1、波陡为1/15的海况...     

基于非线性横摇运动的风翼助航船舶航行安全性研究

应用非线性动力学理论与随机理论，建立随机风浪作用下风翼助航船舶非线性横摇运动数学模型，分析风翼助航船舶在随机风浪作用下的非线性横摇运动。以一艘76000 DWT巴拿马型散货船为目标船，仿真分析其加装风翼前后在轻载和满载时的横摇特性。仿真结果表明，风翼助航船舶轻载状态较满载状态产生的固定横倾角大得多。风翼助航船舶应尽量避免轻载航行或轻载航行时应减少风翼数量，以提高船舶航行安全性。     

巴拿马型船过巴拿马运河时装载方案的确定

针对巴拿马运河当局对船舶吃水的要求和巴拿马型船的特点,阐述船舶在航行途中油、水消耗和舷外水密度变化引起船舶吃水、吃水差的改变,提出一种在装货港预置吃水差法以确保巴拿马型船顺利通过巴拿马运河的配载方法.经数十艘巴拿马型船营运证明,该方法是准确可靠的.     

在不规則波浪上的船舶波浪冲击

本文作者假設了下述船舶发生波浪冲击条件;剛會裸露水面的船艏底在重新进入波谷时,只有当船艏柱与其波面的垂直相对速度大于某一个临界值并且只有当在此一瞬时有不少于某一长度的船艏底几乎同时入水与水面发生碰击,换言之,船舶是否发生波浪冲击,将取决于船艏柱剛入水时与水面的垂直相对速度及此一瞬时船艏与波面的相对位置,为了能应用数学方法处理,作者建議取船艏柱处及船艏柱后0.1L长度处的剖面与波面的相对位置以及船艏柱与波面的相对垂直速度,作为衡量船舶是否会发生波浪冲击的准則。在上述船舶波浪冲击条件下,并以海浪为高司随机过程以及船舶反应仍然可认为綫性的假设下,在本文第一部分中提出了計算船舶航行于不規則波浪上时发生波浪冲击的概率或每单位时間內发生波浪冲击可期望的次数,本文第二及第三部分中則分別研討了船舶发生波浪冲击时,从工程观点上,最大水动冲击压力,水动冲击力所引起的船艏底板架荷重,及由水动冲击力引起的船体振动所产生的最大动力附加总纵弯矩等的概率分布。     

一种基于GAN的多船轨迹预测方法

为更好地预测船舶密集水域多船会遇避碰场景中的船舶轨迹，基于生成式对抗网络思想，提出一种多船轨迹预测模型——Vessel-GAN。针对船舶轨迹特点，Vessel-GAN模型基于时序卷积网络的多船历史轨迹编解码、船舶交互特征提取、终点信息引导和避碰损失函数等技术，通过在历史轨迹上的对抗训练，实现了能够拟合船舶航行行为数据分布的多船预测轨迹生成。基于琼州海峡近5000万条由AIS数据构建的船舶交互数据集的实验表明，相较Social-GAN基准模型，Vessel-GAN在计算速度方面提升了36%,平均位移精度、终点位移精度分别提升28%、41%,生成的多船预测轨迹更加符合船舶真实行为特征，且具有更好的预测实时性和稳定性。     

集装箱船波浪载荷的研究

通过船舶三维运动程序进行了船舶运动与波浪载荷的初步分析.以一艘5500 TEU集装箱实船为例,通过设置不同航行条件来确定与运动和载荷最大值对应的航向角,得到了单位规则波作用下的运动振幅以及各种航向角下中剖面的受力转换函数和受力转换频谱,得到了主要载荷参数最大值所在位置、数值以及相应的航行条件,最后运用波谱理论进行了长期波浪载荷分析,并与现行规范进行了比较.该结论可用于集装箱船极限载荷分析,也可为船体结构设计提供参考.     

船舶航行态势融合算法及平台开发

为使船舶航行操控人员或自动驾驶系统能够获得更为全面和精准的航行环境信息，提出一种融合雷达、船舶自动识别系统（automatic identification system,AIS）、可见光多源信息的目标融合算法，并开发可应用于实船的软件平台。首先，设计多源目标融合算法，根据同一性原理将雷达捕获目标与AIS解析目标融合，根据水平面坐标与垂直面坐标变换原理融合可见光目标；其次，设计船舶多源目标融合数据样本集制作原理，利用实船采集数据构建包含3种来源的数据样本，并开发多源目标识别算法；再次，设计船舶航行多源信息融合平台，开发可应用于实船的可视化人机交互界面；最后，利用实船开展算法验证和平台试验，验证融合算法的准确性和软件平台的有效性。多目标融合算法可实现3种来源目标的准确融合，融合软件平台可提供较为精准的可视化信息。