湄洲湾LNG船监管方案仿真系统设计与实现

为保障液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船舶的航行安全,利用地理信息系统(Geographical Information System,GIS)、虚拟现实(Virtual Reality,VR)等技术构建LNG船舶监管方案仿真系统.系统首先利用ARCGIS和PCI软件进行数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和数字正射影像(Digital Orthograph Model,DOM)处理,建立湄洲湾水域基础地形数据;然后处理水利工程、码头和建筑物等地类数据;数据经过优化后,选用Mutigen Creator三维建模工具创建湄洲湾三维场景.在三维场景中,集成水文气象、船舶、助航设施和码头等数据以及监管方案,实现各类数据在三维仿真系统中的实时关联.场景驱动采用VEGA 3.7平台开发,实现三维场景中的漫游和查询、航行过程的记录和回放、监管方案的演练和报警等功能.海事监管部门可在系统中制定和演练LNG船舶监管方案,根据模拟演练对监管方案进行调整和优化.实际应用表明,对LNG船舶的监管和仿真效果基本一致,该方案可为LNG船舶监管提供科学的辅助和支持.     

基于格序决策理论的LNG船舶进出港组织方案比选

为给液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船舶进出港组织方案选择提供决策依据,将多目标格序决策理论运用到组织方案评价比选中.结合LNG船舶操纵特点构建针对方案安全性、经济性、可操作性等管理因素的LNG船舶进出港组织方案比选的评价指标体系.运用熵值法计算指标权重,并结合实例对该方法进行检验与说明.结果表明该方法较为适用,对LNG船舶进出港组织方案的比选有一定借鉴价值.     

基于Arena软件的LNG船舶通航组织仿真

为提高液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船舶通航组织水平,通过分析LNG船舶通航组织的特点,建立仿真系统逻辑模型,运用Arena软件进行仿真实验.以珠海高栏港区为例,指定LNG船舶进港时间,对LNG船舶进出港的过程进行仿真,分析LNG船舶在不同时段进入高栏港对其他船舶产生的影响,获得受LNG船舶进港影响的船舶艘次和延误时间等参数,进而提出通航组织建议.实例说明,采用Arena软件进行离散仿真能够量化分析LNG船舶对航道通航的影响,可为LNG船舶通航组织提供科学依据.     

Q-Max型LNG船舶靠离江苏洋口港模拟

为解决Q-Max型液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船舶在靠离江苏洋口港的作业中存在的风险问题,对Q-Max型LNG船舶靠离洋口港LNG码头进行模拟.基于大型船舶操纵模拟器,通过Q-Max型LNG船舶子系统、环境子系统和拖船子系统之间的有机组合,通过大样本模拟试验找出对靠离泊操作影响较大的风、流、浪条件,加强拖船配置后再进行模拟试验.通过对试验数据和结果的分析,确定Q-Max型LNG船舶靠离洋口港LNG码头的限制条件,为拖船配置以及港口运营提供参考依据,保障LNG船舶靠离泊安全.     

基于干扰排队模型的LNG船舶进出港效率分析

为提高液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船舶进出港效率,考虑影响进出港效率的多种外界干扰因素,将干扰排队模型运用到进出港交通组织方案的仿真分析中.通过仿真分析结合实例对该模型进行检验.结果表明,该模型能较好地模拟航道船舶的通过状况.该方法可为LNG船舶进出港效率评价提供重要的技术手段.     

基于解释结构模型的LNG船舶进出港风险因素分析

为识别液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船舶进出港风险因素,建立LNG船舶进出港风险因素解释结构模型(Interpretative Structural Modeling, ISM).该方法从LNG船舶进出港全过程涉及的安全要素着手,由ISM专家小组确定16个风险因素;利用解释结构模型,建立风险因素的邻接矩阵和可达矩阵;将LNG船舶进出港的影响因素划分成6个层级.根据各因素之间的相互影响关系及不同层次之间的关系,分析LNG船舶进出港过程中存在的主要问题,对保障LNG船舶的航行提出安全措施建议.模型分析表明,该方法可以直观地把握对LNG船舶进出港作业产生影响的各因素的层次关系,可为有关部门保障LNG船舶进出港作业安全提供参考.     

LNG船舶预冷过程中冷却液的CFD模拟

为提高液化天然气（Liquefied Natural Gas, LNG）船舶的管理水平和营运效率,对预冷过程中的冷却液用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）软件进行模拟.该方法首先对LNG船舶液货舱的构造和换热环境进行假设,然后用GAMBIT对液货舱进行网格划分,模拟出温度图、冷却液质点迹线图和速度矢量图.对某LNG船舶液货舱预冷过程的调研表明,该方法所做的CFD模拟与实船的预冷过程和操作规章相符,预冷速度和预冷时间相差很小,能够真实反映实船预冷过程的实际情况.     

基于OSG和Bullet的船舶碰撞响应三维仿真

针对目前在航海模拟器中缺少对船舶碰撞响应的三维仿真,提出在航海模拟器中基于开源场景图形(Open Scene Graph,OSG)渲染引擎开发的三维视景中加入Bullet物理引擎的技术方案.根据刚体动力学、接触与碰撞动力学和能量守恒定律,基于Bullet刚体碰撞响应模型,建立船舶三维碰撞动力学模型;运用Projected Gauss-Seidel迭代算法,得到碰撞后船舶实时的六自由度位置姿态参数;根据碰撞检测阶段获取的碰撞点位置参数,实时绘制划痕并添加爆炸特效.该方案已成功应用于航海模拟器视景系统中,渲染效果良好.     

船舶变频传动系统远程状态监测和故障诊断系统

针对船公司无法实时获取船舶设备运行参数的问题,以某工程船舶变频传动系统远程状态监测与故障诊断系统为研究对象,分析系统的体系架构、主要功能、关键技术及实现方法,建立船舶变频传动系统远程状态监测和故障诊断系统.该系统基于CDMA和因特网网络完成数据远程传输,实现本船与远程监测和诊断,满足工程船舶机务管理要求.在起重船实际应用中表明,该系统兼具技术的先进性和实用性,运行稳定可靠,可推广至相似船舶的监测与诊断.     

基于AIS数据和LSTM网络的船舶航行动态预测

为进一步提高船舶航行动态预测的精度,提出将长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络应用到船舶航行动态预测。将船舶自动识别系统(automatic identification system,AIS)数据转化为航行动态时间序列数据用于LSTM网络的训练和测试。将预测结果与传统的航迹推算法、BP(back propagation)神经网络法等的预测结果进行对比,结果证明:基于LSTM网络的船舶航行动态预测模型具有精度高、鲁棒性强、通用性好等特点。预测结果可以为船舶交通管理中心(vessel traffic services,VTS)的监管提供参考,在预警船舶碰撞、搁浅等事故方面具有较高的实际应用价值。     

大型船舶在港口航道的操纵安全综合评价法

为给港口航道规划、大型船舶通航安全、船舶营运、船舶操纵提供科学依据,首先利用层次分析法和模糊综合评价法得出大型船舶在港口航道的操纵隐患指标评价值;然后通过运用大型船舶操纵模拟器和船舶航迹带生成系统的试验方法,获取模拟大型船舶运动参数和船舶航迹带运动轨迹,得出船舶在航道操纵过程中的风险指标评价值;最后把上述两指标评价值结合起来,得到大型船舶在港口航道的操纵安全性综合评价值.该综合评价值可用来分析评价现有的操船环境和改善后的操船环境对大型船舶操纵安全性的综合影响.     

危险品码头智能监控预警系统总体设计

为解决传统视频监控预警系统移植到危险品码头会存在监管不力,难以快速有效地从海量视频中筛选出有效信息的问题,引入智能视频识别技术,设计危险品码头智能监控预警系统.结合码头危险品作业监管的基本现状,分析危险品在码头作业期间各个环节的特点,设计系统主要功能,实现危险品作业全天24 h监控、自动目标检测、智能风险识别、态势评估分级、预警信息发布,辅助监管人员进行决策.     

面向船舶动态监控的全球3D场景管理关键技术

为克服目前船舶动态监控系统的不足,提高监控平台的直观性,提出使用3D可视化技术实现船舶在3D海域空间的直观管理.根据电子海图数据自动建立3D海域地理环境;利用基于Osg Earth的全球场景管理平台无缝融合陆上地貌与3D海域地理环境;利用金字塔技术有效组织影像数据,构建全球3D船舶动态监控系统.通过实验定量和定性分析了该方法的有效性,为面向船舶动态监控的全球3D场景管理提供了新的思路.     

海监船舶导航与监控管理信息系统

从技术实现角度出发,结合海监船舶航行方法、区域及受控监管等特点,对海监船舶导航及监控技术和信息需求做深入研究,设计并初步实现海监船舶导航与监控管理信息系统.     

航线动态优化算法在海上搜救中的应用

为节省搜救船舶的搜寻时间、提高搜救效率、减轻船员负担、提高搜救能力,提出搜救航线自动设计算法.该算法引入空间数据索引结构实现航行信息的快速检索,提出基于航行信息空间连通矩阵的改进蚁群算法快速计算最佳航线,最后根据搜救形势自动优化搜救船舶航线.实验结果表明,该算法在计算效率上比传统方法有很大改善,而且能够成功应用于各种复杂航行环境中搜救船舶的航线动态设计.     

基于虚拟现实技术的救助船对外消防培训仿真系统

针对救助船消防训练中存在的海况复杂,对外消防炮射流受风影响大,往往无法准确控制其射向目标区域的问题,在理想状态下射流理论的基础上探究风对射流轨迹的影响,建立自然风条件下射流轨迹的数学模型,模拟对外消防炮射流的运动情况。应用3ds Max构建船舶模型,用Unity3D构建救助船在面临大风浪、遇险船着火等状况时对外消防系统的工作场景,提出一种精确构建粒子系统轨迹的方法,使射流模型能精确体现在场景中。通过虚拟现实设备能实现救助船对外消防培训仿真系统的立体显示和人机交互,起到更好的虚拟仿真和培训效果。     

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。     

船上水文气象资料的融合

为及时综合利用最新水文气象信息,提高船舶航行安全和营运效益,根据数据融合原理,采用求取极大值融合的方法,对船舶现有的水文气象资料从像元级、特征级、决策层等3个不同层次进行数据融合,应用于航海水文气象资料并进行综合分析判断.通过"育锋"轮从韩国光阳返回江苏南京整个航程的传真报文资料分析与航行实际情况对比发现,实际情况与应用该方法综合分析判断的中值或平均值比较接近,证明该方法对正确利用船上现有资料,尽可能解读出符合实际海况的航海环境条件,提高分析和预报水平,保证航行安全、提高营运效益具有一定的参考价值.