互见中基于AIS数据的船舶领域

为确定船舶领域,根据琼州海峡船舶自动识别系统(AIS)数据,再现该水域内船舶航行过程.依据海上避碰规则,判断会遇船舶间避让义务关系,建立船舶避让行为和最近会遇点位置间的关系模型.利用数理统计和模糊数学方法,获得不同避让度下船舶领域的边界曲线,建立海上船舶领域模型.     

基于AIS数据挖掘的受限水域船舶动态领域研究

为了研究船舶长度和速度对船舶领域的影响,基于AIS数据,建立受限水域内船舶动态领域模型。首先选取目标船舶,统计每一时刻他船到目标船的距离和相对方位,获得单船船位分布图,然后根据船舶长度和速度对目标船进行分类,对同一类型单船船位分布图进行叠加,采用数理统计方法确定船舶领域的边界,最终建立受限水域船舶动态领域模型。以舟山港螺头水道为例,共挖掘出15种不同类型的船舶动态领域模型。结果表明:船舶领域的长度随着船长,船速的增加而增加,当船舶长度相等时,船舶速度越大,船舶领域增加的幅度越大;船舶领域长度与船舶长度的比值并非为定值,而是随着船长,船速的增加而递减,船速越大,递减的幅度越大。     

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。     

船舶在规则波中回转运动的研究

研究了船舶在规则波中的回转性能．首先进行约束模型试验，得到了水动力系数，然后计算船舶在规则波中的回转圈．计算时考虑了波浪漂移力，并讨论波高一定时波长、舵角、船速对回转圈漂移的影响．     

桥墩绕流特性对船舶运动受力的影响

为了揭示桥墩绕流特性对船舶运动受力的影响,基于三维Navier-Stokes方程,通过求解6DOF方程,结合虚拟单元浸入边界法和水平集法构建被动型动船模型,模拟分析在高雷诺数下船墩间距、船速与流速对船舶运动状态和受力的影响.分析结果表明:船墩间距的增大促使船舶艏摇力矩值迅速减小;船速变化对最大负艏摇力矩值的影响不明显,而船速减小会使偏航角度增大,船速增大使船舶横漂距离增大;流速的增大将促使船舶艏摇力矩值增大,且在船舶经过桥墩中部时所受负艏摇力矩增量最为显著.研究结果对于桥区船舶的安全通航问题具有一定的参考价值.     

船舶变速避让行动与时机的确定

船舶机动航行时，经常利用改变速度的方法避让目标船．其中，涉及到避让行动的大小和避让时机的问题、过早行动没有必要，也不符合船长和驾驶员的避碰心理，过晚行动会产生船舶之间的不协调行动和碰撞结果．为此，从船舶变速避让行动数学模型出发，给出了确定船舶最佳避让时机和行动的方法．避让时机用到目标船的距离表示，避让行动利用船舶改变速度的大小表示．因而，对避碰规则中的“早、大、宽”给出了定量的概念，避免了无谓的精神负担，符合驾驶员的避碰心理．使驾驶员在采取避让行动时能够预知避让结果，做到心中有数．     

船舶最佳避让时机与行动的确定方法

从船舶避碰数学模型出发，给出了确定船舶最佳避让时机和行动的方法．避让时机用到目标船的距离表示，避让行动包括转向和变速，并给出了转向的角度和改变速度的大小．对避碰规则中的“早、大、宽”给出了定量的概念，避免了无谓的精神紧张和航程浪费，符合驾驶员在采取避让行动时能够预知避让结果，做到心中有数。     

最小安全会遇距离决策模型

概述了最小安全会遇距离的研究现状．系统分析了会遇形势、能见度、会遇双方船长、船速比、两船间距离和本船避让责任对最小安全会遇距离的影响,提出相应的决策模型．该模型的决策结果,不仅更加符合航海实际情况。同时也可有效地减少碰撞危险决策中的不确定性．     

基于集合划分的航速可变不定期船舶调度模型

基于不定期船多货物、多船舶、多挂靠港口和多航线的运营组织特征,综合考虑船速对航次时间、航次成本的非线性影响,提出了不定期船舶调度的非线性网络规划模型,用于解决航速可变的船舶选线与调度规划问题.针对模型的结构特点,设计了基于集合划分方法的两阶段求解算法.通过案例计算验证了模型和算法的效果.计算结果表明：考虑船速可变,制定的船舶调度方案能使营运收益提高10%~25%.新建立的模型能够对船舶运行计划、货载选择、包运货物运输组织方式和船速等进行统筹规划,制定详细的船舶运行时刻表,为不定期船舶调度实务提供决策支持.     

基于线性变参数的船舶运动H∞控制及仿真

为确定船速变化对船舶操纵控制的影响,提出线性变参数H∞航向控制算法.通过变量代换,得到显含船速项的Nomoto船舶运动方程,以船速作变参数,转换为连续线性变参数系统方程.将其凸分解为多胞表示,利用线性矩阵不等式方法,对多胞的各顶点分别设计满足H∞性能和动态特性的输出反馈航向控制器,综合顶点控制器得到具有同样多胞结构的全局连续变增益控制器.仿真结果表明,该控制器能有效控制船舶航向.     

上海港水域船舶避让决策知识库的构建

为了使机器决策能有效模拟有经验驾引人员的避让操船决策,针对上海港航行水域船舶密度大且船舶类型复杂等特点,采用专家咨询、问卷调查与理论分析相结合的方法,通过问卷收集上海港水域引航人员在典型会遇态势下的常用避让决策,利用几何分析从理论上论证更为合理及有效的避让方法,综合考虑上海港引航站引航文化"立足自我,主动避让"、上海港...     

桥墩防撞导偏轮受撞后作用力及能量转换特性

为了避免船舶直接撞击运河桥墩,设计了一种适用于京杭运河航道的新型桥墩防撞导偏轮设施。依据船桥碰撞相关理论,通过不同船型与该新型防撞导偏轮设施碰撞过程的三维数值模拟,对船舶和防撞导偏轮设施碰撞后的作用力、能量转换及主要构件的碰撞损伤等特性进行了深入分析和评估。结果表明,该设施延长了撞击作用时间,可较好地保护碰撞船舶及桥墩,能够满足京杭运河桥墩防撞要求,并具有易更换、占地小和吸能效果明显的优点,适用于不同水深、流速、桥位的情况,可为内河桥墩防撞设计提供参考。     

多目标船会遇实验自动生成算法研究及应用

为验证船舶拟人智能避碰决策（personifying intelligent decision-making for vessel conllision avoidance,PIDVCA）算法的合理性,基于船舶智能操控（ship intelligent handing and control,SIHC）仿真研究平台,通过对雷达标绘中矢量三角形绘图方法逆推分析,初步形成多目标船会遇实验自动生成算法。该算法可以根据验证需求自动生成所需要的实验方案,使得设置多船会遇实验更为便捷、客观和全面。     

高速船碰撞危险模型

利用船舶避碰几何的数学方法,建立高速船碰撞危险范围数学模型,并对高速船的碰撞危险范围进行预测,得出高速船碰撞危险范围与船速比及dCPA之间的关系及变化规律,使船舶驾驶人员迅速了解与高速船舶可能发生碰撞的区域,提高判断碰撞危险的效率.     

船舶避碰智能决策自动化研究

简要论述了实现船舶自动避碰的意义、自动避碰的基本过程及其研究内容,重点分析了国内外船舶避碰智能决策自动化的研究现状和动向、存在的主要问题与对策,指出了船舶避碰智能决策自动化尚待研究的课题．     

目标船碰撞危险及模型

针对目标船间的碰撞危险提出一种利用本船观测获取的目标船数据,解算目标船间dCPA和tCPA的方法,通过建立的目标船间碰撞危险数学模型可直接获得周边水域目标间的碰撞危险信息,为值班驾驶员及避碰专家系统提供更加有效的避碰决策信息,有利于提高船舶避碰决策的正确性.     

E-Navigation系统中的MIP-AIS技术

为解决内河与沿海非公约适用船舶的避碰和安全航行问题,弥补现有基于VHF通信方式的AIS系统在该领域应用的缺陷,提出一种基于公众移动IP网络的AIS技术(MIP-AIS).研究实现基于MIP-AIS技术的两种船舶自动识别模式-S-C模式和S-S模式,以及其对通信网络带宽的需求模型.仿真试验与实际系统的实现均表明:MIP-AIS技术可经济可靠地提供沿海船舶与内河船舶之间以及船舶和MIP-AIS控制中心之间的信息交互;基于S-S模式的船舶自动识别系统的信息传输性能优于基于S-C模式,但是前者的船载终端设备的复杂度要高于后者.     

港内船舶低速航行时的舵效

为研究船舶在停车淌航时的舵效,采用MMG建模方法,将常速域和低速域数学模型相结合,建立适于港内船舶运动的数学模型,并考虑浅水、低速、漂角等因素的影响,利用MATLAB软件进行算法实现.对三种船型在港内停车淌航时的舵效进行仿真,通过对仿真结果的分析与比较,得出影响舵效的系列结论;同时,综合专家意见,得出三种船舶有舵效的最低速度,可为驾引人员在实际工作中提供参考.     

基于AIS信息的航道内船舶速度分布统计分析

为了定量地揭示航道内航行的各种类型船舶所采取的安全航速的分布规律,以船舶AIS信息为数据来源,在SQL数据库中计算得到船舶通过航道门线时的速度.在此基础上,运用直方图法、折线图法分析船舶的速度分布规律,定量地揭示出航道内不同类型船舶采取速度的分布范围,并以青屿水道内航行的货船为例,计算得出航道内不同长度的货船速度分布的均值、方差与船舶长度呈正相关的关系.可为进出航道的船舶采取安全航速,为港航管理部门制定相关制度提供决策依据.