多自由度本船操纵运动仿真

为在航海模拟器中充分体现船舶操纵运动的响应特性,提高模拟逼真度,保证教学效果,对船舶多自由度操纵运动进行建模与仿真研究,其中较为完整地考虑了耦合的纵向、横向、艏向、横摇及纵摇运动.根据MMG建模思想分析船舶耦合的横摇和纵摇运动规律,在常规的三自由度船舶运动方程的基础上,建立多自由度耦合船舶运动方程,并设计相应的数值求解方法.针对一个双桨双舵小型目标本船,根据经验公式并结合实船操纵经验,建立具体的本船操纵运动模型;通过数值仿真定性研究其在各种情况下的操纵运动.仿真得到的运动规律与实船运动规律一致,说明运动方程及本船模型可以较为真实地反映实船运动规律.     

基于ARIMA-BP神经网络的船舶交通事故预测

为提高船舶交通事故的预测精度,提出将自回归综合移动平均(autoregressive integrated moving average, ARIMA)模型与BP神经网络组合的船舶交通事故预测方法。该方法考虑船舶交通事故的复杂性和非线性因素,充分结合ARIMA模型与BP神经网络的优势,分别从简单加权和残差优化角度对ARIMA模型与BP神经网络的不同组合方法进行比较研究,并将其应用于2000—2018年英国籍船舶交通事故预测中。结果表明:与ARIMA模型、BP神经网络和ARIMA-BP的简单加权组合预测方法进行对比,ARIMA-BP的残差优化组合预测方法的预测精度最高,其均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差分别为7.16、6.0和4.9%。本文提出的船舶交通事故预测方法可以为相关人员的决策提供指导。     

双桨双舵船横驶靠泊方案

为提高靠泊安全性、降低靠泊成本、减少靠泊过程中对外力的依赖,基于MMG建模方法建立不同风、流情况下的配备双桨双舵和艏侧推器的船舶自主靠泊数学模型,得出横驶靠泊的左右桨及侧推器的动力配比.在此基础上对某实验船在不同风、流环境条件下的横驶靠泊方案进行研究,并给出具体的靠泊参考方案.     

基于Copula函数的船舶融资租赁资产证券化违约风险度量

为研究船舶融资租赁等航运金融发展模式,在分析我国船舶融资租赁发展需求的基础上,指出拓宽船舶融资渠道的一种创新模式为资产证券化运作.在我国的法律和政策背景下,较为可行的船舶融资租赁资产证券化运作模式为构建相关的专项资产管理计划.基于这种模式,采用Copula函数对其违约风险进行度量.通过信用评分模型构建单项资产的信用函数,并在对违约因素进行归类分析的基础上建立多因素Copula函数模型,为船舶融资租赁资产证券化违约风险的实证研究提供模型支持.该方法可为将来资产证券化运作在国内船舶融资租赁中的运用提供理论上的支持和借鉴.     

船舶溢油应急决策系统软件集成性的实现

为实现具有预测、仿真和数值计算等复杂功能的船舶溢油应急决策系统,采用Delphi 7作为开发平台,集成地理信息系统,溢油模拟系统,SPSS,Matlab,Extend等专业应用软件,开发包含事前预测、预案生成与评估、事中溢油模拟、应急计划生成与评估及事后索赔等完整船舶溢油应急决策系统.集成技术为完善船舶溢油应急决策系统提供很好的支持,也为其他集成性系统提供很好的参考思路.     

内支线船舶岸电系统改造策略及经济影响因素研究

绿色港口建设背景下,为促进港口节能减排,航运公司面临是否对其经营的船舶进行岸电改造的问题.选取内支线船舶为研究对象,以寿命期内船舶在泊期间用电成本净现值最小为目标,构建考虑排放约束的船舶岸电改造策略动态优化模型.采用逐年比较法求解该模型得到最优策略,并研究环境税、岸电价格对改造决策的影响.算例结果表明:船舶剩余寿命大于14 a时,进行岸电改造是经济可行的,且越早实施改造越经济;船舶在泊期间的排放成本约占总用电成本的0.8%~4.0%;环境税征收标准对岸电改造决策影响较小;从经济角度看,低于1.14元/(k W·h)的岸电收费标准宜于船舶岸电系统改造的推广.研究方法及结果可为航运公司运营船舶提供决策参考.     

航行环境对船舶主机运行参数的影响

从船舶航行环境包括气候带、船舶阻力、舵角变化、吃水、海流流向等方面对船舶主机运行参数的影响进行讨论和分析,并提出相应的管理方法.     

基于船舶领域的碰撞危险度评估模型

为解决船舶避碰决策中对碰撞危险度计算精度不足和对危险目标船辨识性差的问题,使用基于Coldwell船舶领域的危险识别参数改进多船避碰危险度评估模型,比较改进前后模型的精度。使用VC++实现船舶MMG运动模型,对基于改进模型的四船交叉会遇态势作避碰决策仿真。仿真结果表明:对同一危险船,改进模型的精度更高;在多船会遇中,改进模型能够识别运动参数相似的危险目标船,辨识性更高。改进模型可为更复杂的多船避碰决策提供理论支持。     

船舶偏航运动控制策略

为使船舶沿预定的航向航行,应根据船舶偏离航向的情况适时合理地改变舵角以修正航向.对舵角的控制既要考虑导致船舶偏离航向诸因素,又要考虑不同船舶在不同装载状态下的操纵性能.在建立船舶偏航运动模型的基础上,对偏航运动规律进行分析,提出适时合理地采用舵角进行偏航控制的策略.     

结合速度和干扰观测的船舶路径跟踪模型预测控制

针对船舶路径跟踪控制中的舵角需优化﹑舵幅和舵速受约束等问题,提出模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。为处理系统高阶状态值不易测量以及环境干扰问题,设计高阶非线性观测器,同时对船速和包含模型不确定项和外界干扰的总未知项进行估计。以引入舵机响应系统的MMG模型作为预测模型,不仅能提高预测精度,而且更符合船舶运动控制的实际情况。仿真结果表明,所设计的控制器在风浪流时变干扰下仍能跟踪参考路径,舵角幅值小且其变化是光滑的,速度值和总未知项也均能被准确地逼近,验证了所提算法的有效性。     

VTS与船舶操纵综合模拟器构建关键技术

为满足船舶交通服务系统(Vessl Traffic Services,VTS)人员培训和评估需求,提升VTS的监控和服务水平,构建一个VTS与船舶操纵联合模拟的综合模拟器.该模拟器通过突破传统单一VTS或者船舶操纵模拟器的局限性,解决VTS雷达回波模拟,多源目标数据跟踪、融合和误差仿真,以及船舶操纵模拟器、教练员控制台子系统的关键技术;提出多层次数据通信模型,实现多VTS子系统与多船舶操纵子系统集成.该系统不仅可为VTS值班人员和引航员培训提供有效的途径,而且可为研究船舶交通管理新方法提供有效的分析决策平台.     

基于任务要求的海警船船型论证

为使海警船性能满足新形势的要求,建立以满足任务要求且使单位投资与使用成本最低为目标的海警船船型论证模型.利用回归分析方法找到船舶主尺度的变化规律和船舶主要要素对投资与使用成本的影响规律.利用该模型可以实现对船舶主尺度的优化.以一艘设计排水量为4 500 t的海警船为例进行船型论证,并将论证结果与国外类似船舶进行比较,分析差异及差异产生的原因.结果验证了该模型的合理性与实用性,表明该模型能够为海警船的论证选型提供决策支持.     

基于动态分阶势场法的船舶自动避碰系统

为使船舶在多船避让环境下适应航行环境的变化并自动复航,提出基于动态分阶势场法的船舶自动避碰系统。该系统基于动态势场避障规划算法,利用模糊综合评价法量化船舶碰撞危险度;依据《国际海上避碰规则》确定本船在不同会遇局面下的避让行动,并据此对斥力势函数进行调整。该系统将本船的避碰过程划分为航迹保持、避让和复航3个阶段,根据不同阶段的要求构建动态分阶势场;利用动态分阶势场法对船舶的航行环境进行建模,进而生成恰当的航向指令;利用自动舵产生舵角指令控制船舶完成避让、复航和航迹保持。仿真结果表明:该自动避碰系统可以引导船舶完成既定的避让行动,并能使船舶在安全会遇距离上驶过;该系统可以适应航行环境的变化,且具备航迹保持能力。     

一种主观的船舶碰撞危险度评价模型

为比较不同船舶对同一碰撞危险的认识,提出一种主观的船舶碰撞危险度评价模型.在最近会遇距离(Distance to Closest Point of Approach,DCPA)和最近会遇时间(Time to Closest Point of Approach,TCPA)作参数的碰撞危险度计算模型的基础上,加入船舶安全距离圈和最晚施舵时间等主观因素,建立新的碰撞危险度计算模型.利用该模型计算并比较安全距离圈大小和最晚施舵时间不同的船舶碰撞危险度.结果表明,安全距离圈大小和最晚施舵时间不同的船舶操纵者对同一会遇态势下碰撞危险的认识是不同的。     

基于线性自抗扰控制的船舶航迹积分滑模控制器

为解决欠驱动船舶航迹直线和曲线跟踪控制问题,选取能解决航向不稳定等非线性问题的Bech模型,借助双曲正切函数,构造期望艏向方程,将航迹控制问题转化为航向控制问题。设计3阶跟踪微分器,对期望艏向及其微分信号进行精确提取。采用变结构积分滑模面函数设计非线性误差反馈控制律,加快系统收敛速度,提出基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的船舶航迹积分滑模控制器。该控制器的线性扩张状态观测器对系统内外总扰动进行在线估计与实时补偿;引入Hurwitz多项式,减少需整定的参数。仿真结果表明,航迹收敛快速准确,无超调,对外界干扰具有较强的鲁棒性。控制器参数具有一定的普适性,故其适用范围广。     

基于SIHC仿真平台的船舶航向控制算法性能测试

为比较各种船舶控制算法的性能,利用船舶智能操控（Ship Intelligent Handling and Control,SIHC）仿真平台和MATLAB软件,分别从航向跟踪、航向保持两个方面对该平台集成的普通PID自动舵、模糊自 整定PID自动舵进行性能评判及控制性能测试.从测试结果可知,在航向保持方面,就一般船型而言,模糊自整定PID自动舵的性能优于普通PID自动舵;在航向跟踪方面,普通PID自动舵和模糊自整定PID自动舵的控制性能近乎一致,在某些环境或船型下,普通PID自动舵稍胜一筹.     

基于熵权的海上交通风险成因物元评价模型

为准确掌握和分析船舶事故原因,有效地进行船舶安全管理,以不同水域不同船舶事故成因的风险、频率和后果为基础,建立基于熵权的海上交通风险成因物元评价模型.通过该模型对船舶事故成因进行评价,得出船舶事故成因的重要度.实例证明,基于熵权的物元模型适用于海上交通风险成因评价,补充、完善了海上交通风险成因评价体系,为海事安全管理提供决策支持.     

2021年世界交通运输大会水运学部会议 基于随机森林的船舶避台失败原因分析

为提高船舶避台成功率,采用随机森林对船舶避台失败的原因进行分析,并与决策树进行对比。结果表明:随机森林和决策树对船舶避台失败事故的平均诊断率分别为84.23%和75.56%;随机森林对一般事故和重大事故具有更高的诊断率,分别达到90.0%和96.1%。事故原因分析表明:造成船舶避台失败的首要原因是船员责任感不强;船员责任感不强、决策出现差池和船舶日常管理混乱极易导致船舶避台失败事故。本文研究可为船舶实施合理避台措施提供一定的参考。     

基于SVM预测模型的汽车电子市场价值估计

为估计汽车电子市场的潜在价值,引入一种基于改进优化核函数参数支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的中国汽车月产量预测模型.SVM采用RBF核函数和ε-SVR回归方法;参数选择归结为使推广能力的估计值最小、对偶问题最大化的最优化问题.根据2005—2009年中国汽车月产量数据,预测2010年前3个月的中国汽车月产量,并估计中国轻型汽车电子市场的潜在价值.结果表明:该模型能够提高短期预测性能,可为汽车公司的市场决策提供有价值的参考.     

基于随机森林的船舶避台失败原因分析

为提高船舶避台成功率,采用随机森林对船舶避台失败的原因进行分析,并与决策树进行对比。结果表明：随机森林和决策树对船舶避台失败事故的平均诊断率分别为8423%和7556%;随机森林对一般事故和重大事故具有更高的诊断率,分别达到900%和961%。事故原因分析表明：造成船舶避台失败的首要原因是船员责任感不强;船员责任感不强、决策出现差池和船舶日常管理混乱极易导致船舶避台失败事故。本文研究可为船舶实施合理避台措施提供一定的参考。