基于船舶模拟器的航道航迹带宽度计算方法

航迹带宽度是航道规划、设计的重要参数,一直是航道宽度计算的难点。针对现行规范航迹带宽度计算系数取值困难的问题,基于船舶操纵模拟器,通过采集模拟试验仿真数据,采用将船舶航迹带宽度分为航线偏移量和船舶本身占用空间来直接计算航迹带宽度的方法。结合台州湾大桥区航道,仿真计算了典型风、流工况的航迹带宽度,仿真结果与现行规范计算结果基本一致。表明该方法可行,且具有很好的实用价值。     

基于Unity3D的船舶航迹三维显示系统

传统的船舶航迹三维显示系统存在数据处理速率低、三维显示精准度低的缺陷,为此提出基于Unity3D的船舶航迹三维显示系统。系统的核心部分是软件部分,所以主要对系统软件进行设计。根据系统的目的提出航迹三维显示系统的总体架构,将获取的船舶航迹参数进行处理得到ADS数据,然后对其进行颜色处理,并将处理后的数据存储为KML文件。采用Unity3D游戏引擎对三维显示背景进行搭建,通过数据信息子系统的建立与三维显示背景的搭建,实现船舶航迹三维显示系统的运行。实验结果显示,设计的船舶航迹三维显示系统的数据处理速率与显示精准度均比传统系统高出30%及20%,说明设计的船舶航迹三维显示系统具备极高的有效性。     

基于航迹差和航向差的航迹自动控制算法

从研究引起航迹偏差的原因入手,对航迹偏差进行相关数理分析,对航迹自动控制结构和算法进行分析和对比。通过对目前比较流行使用的航迹自动控制结构和算法的优缺点进行比较,提出一种新的基于航迹差和航向差的航迹自动控制算法。该算法结合航迹直接控制和航迹间接控制结构的优点,不需要精确的船舶运动模型,具有结构简单、各参数物理意义明确、参数易于调整、航迹控制精度高,操舵次数少等优点。该算法在20世纪末已成功应用在某小型艇的航迹控制上,在航向受风浪干扰幅值达到4°的海况下,仍能取得在全航线上的航迹控制偏差小于5 m,平均操舵次数少于1次/2 min的效果。     

基于逆推方法的非线性船舶航迹跟踪控制

基于包括科氏向心矩阵和非线性阻尼项的、带恒值扰动的非线性船舶水面运动数学模型,采用带积分器的逆推(Backstepping)设计工具,设计船舶航迹跟踪控制律;并借助Lyapunov函数、应用相关引理证明了所设计的船舶航迹跟踪控制律使得最终的闭环航迹跟踪控制系统一致全局渐近稳定,达到航迹跟踪控制的目的.仿真研究表明,所设计的控制律使船舶能够克服恒值扰动跟踪期望航迹,且控制量合理,从而验证了所设计控制律的有效性.     

面向风帆助航的海洋风力资源分析方法

为分析风帆助航条件下海洋风力资源对远洋船舶的辅助推力,将风场与航线数据在电子海图上叠加显示.通过设计算法,建立任意航线上风向变化与色彩变化的映射关系,以色彩的变化直观显示航迹带内的风向分布特征,利用矩阵实验室(MATLAB)对海洋风场数据进行读取和可视化,并对风速进行统计分析.研究结果表明,海上风速、风向在一定海域内保持稳定,为航行船舶风帆助航的可行性以及最优航线设计提供了理论依据和数据支持.     

船舶避碰控制系统模型研究

将船舶避碰操作视为一类控制问题，建立运动船舶在随机障碍目标环境中的避碰闭环控制系统模型；其中运动船舶为被控对象，随机障碍目标的航迹检测由雷达、红外传感器及声纳传感器等完成，并作为该系统的输入，对运动船舶航迹的检测由GPS、GPS/INS等完成，而避碰的本质就是要维持一定的控制偏差。     

提升算法下船舶AIS航迹数据压缩方法

为保证船舶AIS航迹数据的有效管理,提升船舶管理水平,研究提升算法下船舶AIS航迹数据压缩方法。该方法通过IEC61162-1标准和ITU1371-1协议,转换AIS轨迹数据格式,采用基于偏序集的规则链方法清洗转换后的AIS数据,并完成数据中经度和纬度的坐标转换。将数据存储在SQLite数据库,并按照时间顺序将其导入提升算法中,通过该算法压缩船舶AIS航迹数据,获取船舶AIS压缩后航迹数据。测试结果显示：该方法的压缩率均在90.6%以上,数据长度损失率最大值为0.11%,压缩效果较好,并且可保证压缩后数据的完整性;压缩后可较好地保存船舶转向行为数据点,确保数据的效用成果,提升船舶的管理水平。     

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。     

基于NoSQL数据库的AIS航线设计研究

船舶运输需要充分考虑安全性和经济性,合适的航线能够为船舶安全运输提供有效保证,传统依靠纸质海图和电子海图的航线设计存在实时性不强、精度不够等问题。本文提出一种基于NoSQL数据库和AIS数据的航线自动设计方法,对其中的关键技术进行了研究,包括航线自动规划技术路线、NoSQL数据预处理以及航线自动规划方法。在航线自动规划方法中,设计了基于AIS的航线自动规划流程,使用DBSCAN算法对航迹数据进行了聚类分析。本文的研究成果可以为船舶航线自动规划提供有效辅助。     

船舶直线航迹预测变结构控制

船舶直线航迹系统受二阶不可积非完整约束,具有不完全驱动的特性,控制一直是难点。本文先采用变量重定义方法,将系统控制转化为对完全驱动系统的控制,证明了转变后系统的稳定性能保证原船舶直线航迹控制系统的稳定性;然后对新系统进行非线性连续预测变结构控制的设计。仿真结果表明,该方法具有良好的控制性能,使航向和横向位移同时稳定,即使系统航迹全局收敛,且在系统存在参数摄动和外界干扰时,同样具有良好的控制性能,控制具有强鲁棒性。