基于航迹推演的船舶动态智能避碰方法

针对受限水域船舶动态智能避碰问题,将航迹预测与改进速度障碍相结合,提出一种船舶动态智能避碰方法。建立两船相对运动模型并实时计算船舶避碰运动参数,基于三自由度船舶操纵运动数学(MMG)模型和Kalman滤波算法分别预测本船(OS)和目标船(TS)下一时刻运动状态;然后结合《国际海上避碰规则》(简称《规则》)、良好船艺、航迹预测模型、速度障碍算法和航向控制系统等分析设计船舶动态智能避碰决策模型;通过仿真试验验证动态智能避碰决策模型的可行性和有效性。结果表明：该算法可满足受限水域两船和多船复杂会遇局面下船舶智能避碰,实现动态避碰条件下的船舶安全航行。     

基于航行数据的船舶油耗优化

以一条丹麦籍客滚轮的实测数据为基础,通过人工神经网络建立案例船的油耗黑箱模型。基于该油耗模型,进一步采用动态规划算法获得规定航线上的最佳航行策略,有效提高案例船的EEOI能效指数,达到减排节能的目标。该项研究所建立的油耗优化系统框架完全以实测航行数据为基础,可以直接应用于不同船只,具有较普遍的适用性,对于SEEMP能效管理计划的实施具有重要意义。     

基于大数据技术的船舶油耗监测系统设计

为适应IMO关于船舶记录油耗数据的强制性要求,分析船舶油-机-环境系统的监测参数集,建立基于大数据技术的、具备船舶油耗数据分析能力的船舶油耗监测系统,使该系统可对船舶油耗信息进行收集、整合和挖掘,向有关部门提供优质的船舶油耗监测服务和实时的节能管理咨询服务。利用无线传感器采集数据监测船舶能耗并开发船舶能耗数据库,不仅为船舶运营管理提供参考依据,还有助于船舶所有人更直观地掌握船舶实时动态信息,更方便地调度和管理船舶。     

一种融合遗传算法和二分法的船舶航速优化方法

面对越来越高的节能减排要求,研究特定航线营运船舶的航速优化方案,对于船舶所有人来说具有重要的现实意义.提出一种融合遗传算法和二分法的船舶航速优化方法,考虑实时气象和风浪条件,构建简化油耗模型,深入阐述遗传算法和多约束条件下的航速快速寻优方法.根据实船反馈的数据动态调整每日航速优化建议并将其推送至船端,通过比较目标航次数据与优化航次数据,验证该方法的有效性.结果表明,采用该船舶航速优化方法能达到降低全航路油耗的目标.     

基于显式模型预测控制的无人船航迹控制方法研究

针对模型预测控制在线计算量大，难以满足无人船实际航行中的实时性要求的问题，提出了一种基于显式模型预测控制的航迹控制方法。首先利用视线制导算法（line of sight, LOS），根据无人船当前位置和期望航迹信息，设计了无人船艏摇角的参考值，将无人船航迹控制简化为艏向控制；其次，将显式模型预测控制算法应用于无人船艏向控制问题中，该算法既保持了模型预测控制方法的优势，又提高了计算速度；最后通过仿真试验验证了所提出的方法可以显著提高无人船航迹控制的实时性。     

近海石油平台支援船主机油耗优化模型的建立

针对近海石油平台支援船进行研究,建立了近海石油平台支援船关于风、浪、潮汐的船舶数学运动模型并计算了目标船裸船体阻力和附体阻力；根据主机功率的传递过程以及船舶有效功率的估算方法,建立船舶主机油耗优化模型；之后运用基于遗传算法的多目标优化方法对主机油耗优化模型进行计算与验证,结果表明优化后的主机油耗模型具有良好的节能效果。     

不同碰撞角度下水-船-墩流固耦合数值模拟研究

为研究不同碰撞角度下流体对船桥碰撞过程的影响，本文建立了水-船-墩精细化流固耦合模型，流体域采用ALE描述，船-桥结构采用Lagrange描述，通过罚函数算法实现结构-流体间的耦合。通过数值造波结果与解析解对比，验证了数值水池和耦合接触算法的可靠性。随后在0°～45°范围内开展了碰撞数值模拟，并与附加质量模型在能量转化、碰撞力、桥墩内力及位移、船舶损伤及航迹方面进行了对比。结果表明：流体对碰撞力影响较小；附加质量模型会略微夸大桥墩位移，但差别较小；两种模型的船舶撞损差别较大，不考虑流体时将夸大船舶撞损程度，最高可达21%；流体对船舶航迹与姿态会产生显著影响，流固耦合模型中船舶会明显滞后于附加质量模型。     

基于机器学习的船舶能耗智能预测方法验证分析

船舶能耗智能预测是实现船舶能效智能评估与优化决策的基础和前提。大数据、人工智能、机器学习等新兴技术促进了船舶能耗预测方法的不断发展，为分析不同基于机器学习的船舶能耗预测算法的预测精度与效果，进行了不同预测算法的实例验证分析。结合船舶油耗及其影响因素实船采集数据，通过采用不同机器学习算法对船舶能耗进行预测分析，验证了各算法的特点和优势，从而为选择合适的船舶能耗预测算法提供参考。     

一种基于AIS数据的船舶航线自动规划方法

为采用航线自动规划技术设计出最优船舶航行路径,提出一种基于船舶自动识别系统(Automatic Identifi-cation System,AIS)数据和航行区域栅格化地图建立环境模型,结合蚁群算法求解最优航线的航线自动规划方法.对航行区域地图进行栅格化处理,利用海量AIS数据定义可通航栅格和障碍物栅格,结合邻接矩阵...     

基于输入状态线性化的船舶航迹系统鲁棒控制及仿真

本文将Hoo环增益成形鲁棒控制与输入状态精确反馈线性化结合,针对船舶航迹控制系统的非线性数学模型,采用Nomoto船舶模型,给出了一种鲁棒控制器的设计方法。这种算法是对船舶航迹非线性系统进行输入一状态线性化的基础上,然后与闭环增益成形算法相结合而设计出来的控制律。以某船为对象,利用Matlab／Simulink工具箱对新的控制器进行数值仿真,结果表明该控制规律有比较理想的控制效果,在加入扰动后,该控制器能使船舶行驶在预设航迹上,对外界风浪干扰有较强的鲁棒性。     

24000t运木散货船球首及尾部节能装置试验…

改善船舶快速性，提高节能效果，从而提高船舶营运经济性日益受到国内外船东的关注。一０八所设计的出口船２４０００ｔ运木散货船由于船东对主尺度的限制比较苛刻，引起航速紧张，经我所船模试验研究改进后，达到并略超过了船东要求的先进技术指标，较８０年代日本建造的同类型船的每号海里油耗降低４５％－５７％，并此１９９５年日本新建的同型船的油耗低２％－２３％。介绍该船线型优化、球首设计及前置节能导管有节能装置的试验     

考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法

因无人船航迹数据数量级较大,导致现有航迹跟踪算法的跟踪控制误差较大,难以满足现今航运业的需求。故设计了考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法。首先定义无人船运动模式,并根据运动模式相关定义构建无人船航迹描述模型。以此为基础,依据运动模式将无人船轨迹划分为3个集合,提取相应运动模式下的轨迹特征属性,然后计算无人船航迹与期望航迹之间误差,再利用滑模控制器进行误差补偿,实现了无人船航迹的实时跟踪控制。实验结果显示:与现有算法相比较,本文算法横向位置误差降低了1.04 m,航向角误差降低了8.29°,舵角误差降低了8.86°,充分说明本文算法的控制性能更佳。     

24000t运木散货船球首及尾部节能装置试验研究

改善船舶快速性，提高节能效果，从而提高船舶营运经济性日益受到国内外船东的关注。七○八所设计的出口船２４０００ｔ运木散货船由于船东对主尺度的限制比较苛刻，引起航速紧张，经我所船模试验研究改进后，达到并略超过了船东要求的先进技术指标，较８０年代日本建造的同类型船的每吨海里油耗降低４５％～５７％，并比１９９５年日本新建的同型船的油耗低２％～２３％。介绍该船线型优化、球首设计及前置节能导管舵球节能装置的试验结果。     

近海石油平台支援船主机油耗优化模型的建立

对近海石油平台支援船进行研究,建立近海石油平台支援船关于风、浪、潮汐的船舶数学运动模型,并计算目标船裸船体阻力和附体阻力。根据主机功率的传递过程以及船舶有效功率的估算方法,建立船舶主机油耗优化模型。运用基于遗传算法的多目标优化方法对主机油耗优化模型进行计算与验证。结果表明,优化后的主机油耗模型具有良好的节能效果。     

基于数据驱动的船舶航线实时优化

为了给不同海况下的船舶安全航行提供保障,设计基于数据驱动的船舶航线实时优化方法。利用数据驱动方法采集船舶历史航线、海域风速、风向、波高等海况数据,选取K-means聚类算法聚类海况数据,构建海况知识库。依据海况知识库内的船舶航线信息与航线转向点信息,划分船舶航线为不同航段。依据船舶航线的航段划分结果,以航行总时间最短以及总油耗最低为目标函数,设置船舶航速约束与转向点位置约束作为约束条件,构建航线实时优化模型。选取蚁群算法求解所构建的优化模型,输出航线实时优化结果。结果表明,该方法可以实时优化航线,降低船舶的航行时间与主机油耗,适用于不同海况的船舶航行。     

渤海海峡船舶流的调查与分析

综合考虑渤海海域的船舶流量、船舶种类、船舶尺度,分析该海域船舶航迹分布特征,包括船舶航迹的离散程度及主船舶流的宽度等,给出渤海海峡水域船舶交通流模型,为渤海海峡的船舶交通管理及船舶定线制规划提供参考依据.     

基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划

路径规划是无人船自主导航的核心问题。由于无人船当前位置以及目标位置的确定受到障碍物影响,最佳航行路径的获取难度较大。为此,提出基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划方法。采用栅格法构建无人船工作环境模型,由上至下、由左至右的对栅格完成编号处理,划分安全区域与障碍物区域。构建无人船航行路径自主规划数学模型,设定地形与威胁、航程上限以及路径平滑度等约束条件。针对蚁群算法初始搜索效率差等问题,将其与粒子群算法相结合,提出混合蚁群算法。利用该算法求解无人船航行路径自主规划数学模型。实验结果显示,研究方法具有较高的路径规划准确性,路径长度、平均能耗及路径规划时间指标均较优。     

基于ESO和动态逆的欠驱动船舶航迹跟踪控制设计

针对欠驱动船舶航迹跟踪控制问题,考虑船舶动态不确定性、未知时变外部扰动和速度不可测的情况,将输出重定义方法、扩张状态观测器(extended state observer, ESO)和动态逆控制方法相结合,设计欠驱动船舶航迹跟踪控制律。输出重定义方法用来解决系统欠驱动问题；构造ESO,估计由船舶动态不确定性、未知时变外部扰动以及船舶各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动和船舶速度；基于上述,采用动态逆控制方法,设计航迹跟踪控制律,使欠驱动船舶跟踪期望航迹,并保证航迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界。以一艘欠驱动船舶为例进行仿真研究,仿真结果验证了所设计的航迹跟踪控制律的有效性和优越性。     

船联网信息模型与能力分析

主要研究船联网信息模型,通过对现有船舶信息化平台与设施的学习,给出一种AIS与VTS相融合的船联网信息模型。该方法利用AIS能够精准获取船舶位置信息的优点,结合VTS善于捕捉船舶动态信息的特点,形成了特征级融合的船联网信息模型。航迹跟踪的准确度说明本文给出的船联网模型具有较强的数据处理能力。     

动态规划和模糊算法在船舶航速最优调度中的应用

随着海洋网络复杂度及对船舶节能性要求的提高,对船舶航行速度的控制要求也越来越精确。目前的航速调节主要是基于经验,不能够最大限度地提高航行效率和降低能源消耗。因此为了获得船舶行驶的最优速度,本文将动态规划算法和模糊算法应用于船舶,通过对船舶航行建立动力模型,然后使用优化的算法模型进行处理,获取船舶航速最优调度方法,使得船舶在有效航程中油耗最少。