Regularization method and immune genetic algorithm for inverse problems of ship maneuvering

Ship maneuverability, in the field of ship engineering, is often predicted by maneuvering motion group MMG) mathematical model. Then it is necessary to determine hydrodynamic coefficients and interaction force coefficients of the model. Based on the data of free running model test, the problem for obtaining these coefficients is called inverse one. For the inverse problem, ill-oposedness is inherent, nonlinearity and great computation happen,and the computation is also insensitive, unstable and time-consuming. In the paper, a regnlarization method is introduced to solve ill-posed problem and genetic algorithm is used for nonlinear motion of ship maneuvering. In addition, the immunity is applied to solve the prematurity, to promote the global searching ability and to increase the converging speed. The combination of regnlarization method and immune genetic algorithm(RIGA) applied in MMG mathematical model, showed rapid converging speed and good stability.     

Maneuverability Simulations for Twin-Waterjet Propulsion Vessel

Maneuverability is one of the most important sailing performances of vessels. In this article, a motion control model with three degrees of freedom(DoFs) for twin-waterjet propulsion vessel is proposed. The model is developed on the basis of maneuvering model group(MMG) maneuverability equations. A simulation environment is constructed on the Matlab Simulink platform. Standard turning tests and zig-zag tests are simulated by solving the motion control model, and the corresponding maneuverability parameters are calculated. Simulation results demonstrate that the maneuverability parameters are in accordance with the vessel maneuverability standard.The approach may be applied to the rapid prediction of vessel maneuverability.     

大型船舶操纵性能综合评价

选取 6种典型的大型船舶操纵性能试验数据 ,分析其影响因素 ,并运用 IMO有关船舶操纵性的衡准 ,确定综合评价指标 ,运用层次分析法对其操纵性能进行排序 ,然后对大型油船、散货船和集装箱船的操纵性能进行比较 ,总结出大型船舶的操纵特点 ,并得出对实际船舶操纵具有指导意义的结论     

开阔水域多物标动态自适应智能航行方法

考虑船舶操纵特性、《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺要求,提出了动态自适应目标船不协调避碰行动的开阔水域智能航行方法;将物标分类、建模并构建数字孪生交通环境,结合航向控制方法、操纵运动和复航模型构建了自动航行模型,推演了船舶非线性操纵运动;基于自动航行模型量化解析了《规则》要求,探究动态避碰机理,建立了可行航向求取方法;在多目标环境中,提出了目标船机动判别方法,研究了《规则》约束下构成自主航行方案的改向时机、幅度和复航时机等要素求取方法。仿真结果表明:依靠信息秒级更新的滚动计算,提出的智能航行方法可自适应剩余误差和目标船随机运动;提出的智能航行方法能将可行航向区间和改向幅度精确到1°;将程序运行和复航时机计算步长设置为1、10 s,设置多类静态物标和6艘保向保速目标船,在640、1 053、2 561和3 489 s,本船进行右转9°、复航、保向保速和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点;设置目标船在300 s采取不协调转向避让行动,本船在980、2 790、3 622、5 470 s时进行右转9°、左转12°、右转17°和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点。可见,任意初始状态下的船舶均可沿计划航线自动航行至终点,提出的方法能满足多个、多类动静态物标共存的真实开阔水域环境中的智能航行需要。      

基于OSG和Matlab的船舶启动阶段视景仿真研究

针对船舶操纵模拟器对船舶启动状态研究的需求,以开源工具OSG作为船舶航行模拟器的软件开发平台,以7000DWT油轮的推进装置和舵为研究对象,进行运动模型数学建模,利用MultiGen Creator建立船舶及地理场景模型,并利用OSG各个工作空间功能,对上述模型进行加载,构成临近环境要素。设计运动函数实现船舶从静止至到达额定航速的加减速、转舵和正倒车操作,用MFC对开发的系统进行封装,实现对虚拟船舶驾驶及周边视景的控制,并结合Matlab为船舶航行驾驶模拟器的开发提供一种新的解决方案。     

基于单参数自调节RM-GO-LSVR的船舶操纵灰箱辨识建模

为实现舵角小、试验数据少条件下船舶操纵辨识建模, 提出了一种船舶操纵运动灰箱模型; 搜集水动力系数已知的船舶运动数学模型作为备选参考模型(RM), 计算被辨识船舶与备选RM的相关系数, 并以此筛选合适的RM; 运用相似准则将观测数据映射到RM的输入值域, 建立被辨识船舶与RM的运动关联, 获得了RM的加速度项, 并使用线性支持向量回归(LSVR)机补偿被辨识船舶和RM加速度项间的误差; 分析了机理模型, 设计了合适的LSVR输入项, 使用全局优化(GO)算法自动调节了LSVR的不敏感边界参数; 基于自航模试验数据训练了灰箱模型, 并与约束模试验(CMT)结果和计算流体力学结果比较, 验证了灰箱模型的泛化能力和预报精度。研究结果表明: 在20°船艏向、20°舵角Z形试验预报中, 灰箱模型所得第一超越角精度至少比CMT、虚拟约束模试验(VCMT)和RM方法所得结果高1°, 灰箱模型所得第二超越角精度至少比CMT和VCMT所得结果高0.4°; 在35°舵角旋回试验预报中, 灰箱模型所得进距精度至少比CMT、VCMT、数值循环水槽试验(NCWCT)和RM方法所得结果高1%, 灰箱模型所得战术直径精度比CMT所得结果低4%, 比NCWCT所得结果高10%;RM方法有助于灰箱辨识建模, GO算法能够优化LSVR的不敏感边界参数, 建立的单参数自调节灰箱辩识建模方法能够实现小舵角、少数试验条件下的船舶操纵辨识建模。      

Parallel processing based on ship maneuvering in identification of interaction force coefficients

The parallel processing based on the free running model test was adopted to predict the interac-tion force coefficients (flow straightening coefficient and wake fraction) of ship maneuvering. And the multi-population genetic algorithm (MPGA) based on real coding that can contemporarily process the data of freerunning model and simulation of ship maneuvering was applied to solve the problem. Accordingly the optimalindividual was obtained using the method of genetic algorithm. The parallel processing of multi-populationsolved the prematurity in the identification for single population, meanwhile, the parallel processing of the dataof ship maneuvering (turning motion and zigzag motion) is an attempt to solve the coefficient drift problem.In order to validate the method, the interaction force coefficients were verified by the procedure and thesecoefficients measured were compared with those ones identified. The maximum error is less than 5%, and theidentification is an effective method.     

基于标准操纵的模拟器船舶靠泊培训在线评判

针对航海模拟器在操纵培训过程中无法及时有针对性的给出合理操纵建议的问题,提出基于标准操纵的在线评判,论述了标准操纵得概念和建立方法,分别对航向、航速、操纵和航迹进行在线评判,提高评判的及时性和培训的效率.     

桥墩主动防船撞系统的研究

为确保桥梁水域桥墩安全与船舶通航安全,通过对长江水域船舶通航环境与水域安全现状以及船撞桥事故统计分析,提出开展桥墩主动防船撞系统研究的必要性。利用船舶操纵理论与船间水动力干扰相关理论,建立了船间临界失控水动力干扰模型,并据此建立了桥墩主动防船撞系统,将桥墩由被动结构防船撞转变为非结构主动防船撞,并在此基础上开发出了桥墩主动防船撞系统原型。创新之处在于,首次利用船舶操纵理论与船间水动力干扰相关理论,建立了船间临界失控水动力干扰模型,首次将桥墩的被动防撞转变为桥墩主动防撞,并开发出桥墩主动防船撞系统原型。     

水面无人艇在风干扰下的操纵性能仿真

根据静水中完整的操纵运动数学模型,对无人艇载体平台滑行艇,在定常风假设下,建立了风干扰下简化的滑行艇操纵运动数学模型.利用数学模型对滑行艇在风压力及风压作用下在各个角度下的操纵运动进行仿真.     

船舶的制动和保向性研究

在狭窄或者受限制的航道或水域,如何既能够有效地对船舶制动,又能在制动的过程中不会产生较大的船舶偏转和偏移,在有限的航道或水域中对船舶进行有效的操纵．是保证船舶航行安全的要点,本文根据实际操船经验,介绍了船舶在航道或狭水道中制动时的保向措施。     

Numerical study on water depth effects on hydrodynamic forces acting on berthing ships

Due to the restrictions of ports, maneuverability of berthing ships will be affected significantly by water depth. In the present study, numerical simulation of the berthing maneuver of a ship with prescribed translational motion is performed by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations based on overset grid, and the effects of the quaywall and freesurface are taken into consideration. To validate the present numerical method, comparison is performed between our results and the other results or measurements. It is found that the agreement is significantly better than that resulting from previous CFD-based approach. Subsequently, the effects of various water depths are investigated to evaluate their influences on hydrodynamic forces. The present results can provide helpful guidance on safe maneuvering for vessels’ berthing and fender system design in quays.     

锚在船舶操纵中的作用

锚的作用非常重要,合理正确地使用它会给船舶操纵带来方便和安全保障。锚在船舶操纵中的用途大致可分为:泊用锚、港内助操用锚和应急操纵用锚三大类。本文就对锚在船舶操纵中的三大用途进行研究。     

大型船舶靠离泊操纵中拖轮助操的分析

在码头工程通航环境安全评估的专题研究中,建立大型船舶操纵运动的仿真模型;根据大型船舶操纵运动的特性,给出了大型船舶靠离泊操纵中拖轮具体的助操方法。在此基础上,运用大型船舶操纵模拟器,对20000DWT散货船靠离泊操纵中拖轮的应用进行了仿真试验,为大型船舶在靠离泊过程中拖轮的协调应用提供了科学依据。     

流态对江海直达船舶航行的影响

分析了江海直达船舶航行水域的流态特性,并对船舶操纵性能的影响进行了探讨,为保障船舶安全航行提出了相应的建议。     

内河集装箱港锚地—泊位资源配置多目标决策

鉴于锚地—泊位资源配置直接影响内河集装箱港的运作效率,且受到内河航道及岸线等设施资源制约,本文在考虑船舶通行安全的基础上,运用随机服务理论,以港口总成本和船舶在港等待时间最小为目标,建立内河集装箱港锚地—泊位配置的多目标规划模型,设计了一种针对非线性整数规划问题的实代码遗传算法,并以重庆某集装箱港作为算例,验证该模型的合理性和算法的有效性,同时分析了不同船舶到港强度和泊位服务强度下的锚地—泊位最佳配置关系,为建立和拓展内河集装箱港资源优化和配置提供理论基础.     

应用“五分钟操船法”准确调整船舶预计抵达时间（ETA）

操纵船舶到达港口领港站,对预计抵达时间（ETA）的把握关系到船舶操纵的安全。本文阐述应用＂五分钟操船法＂准确调整ETA,确保船舶航行安全。     

集装箱船舶支线运输航线优化算法

以枢纽港船舶限制时间和支线船舶容量为基础,分析了轴-辐式网络运输模式。以船舶最小总航行时间为目标函数,建立了混合整数规划支线集装箱运输模型。通过设计巡回路线方法实现杂交和变异,更新了解的构成,运用遗传算法求解模型。计算结果表明:当船舶容量为150 TEU时,在160次迭代后,总航行时间为708.6 h,航线数量为8条;当船舶容量分别为100、150 TEU时,在150次迭代后,总航行时间为714.6 h,航线数量为9条;对枢纽港船舶限制时间和支线船舶容量进行方差分析,F检验统计量的概率值均明显小于0.05;对支线船舶容量和运营成本进行敏感性分析,增大船舶容量能够减小航线数量和运行时间,但增大了运营成本,增大枢纽港船舶限制时间能够减小航线数量;考虑航行时间和运营成本,当船舶容量为150 TEU时最合理。     

内河船舶避碰路径优化研究

内河船舶碰撞事故导致重大生命及财产损失，已经引起人们的高度关注．提出一种内河船舶自动避碰路径优化的研究方法，建立了内河船舶操纵运动数学模型，将遗传算法运用到内河船舶避碰路径选优中，提出内河船舶避碰路径优化准则，并构建一种考虑内河航道中运动船舶及障碍物的适应度函数．优化结果表明了本方法的可行性。     

船舶航行安全影响因素量化分析

为了保障海上船舶航行安全,采用构建船舶航行安全影响因素鱼骨图,利用模糊层次分析法对环境条件、交通调查中船舶行为基本要素进行量化分析.运用交通模型研究不同自然环境条件下的船舶安全航行方法的特点,对基于海上船舶密度、航迹分布、交通流、交通量和船速分布、船舶到达规律、交通容量、船舶行为、船舶管理等基本要素,进行数学方法的定量...