人工智能在船舶航行数学建模中的应用

为保障船舶在海上安全航行,提出人工智能在船舶航行数学建模中的应用。使用Maklink图论方法描述海上作业点分布,建立作业点Maklink连接图,生成船舶在作业水域内可航行网络图。建立船舶在海上作业区域航线规划数学模型,并设置约束条件;利用Dijkstra算法求解船舶在海上作业危险区域航线规划模型,得到船舶航行初始航线;利用人工智能算法内的蚁群优化算法对船舶航行初始航线实时优化处理,得到船舶航行最终航线,为船舶穿越海上作业区域实时导航。实验结果表明,该方法可有效生成船舶在作业水域航行网络图,得到初始航线并对初始航线优化处理,应用效果较佳。     

Weipa港至烟台港航线利弊分析

0引言澳大利亚Weipa港至烟台港有2条航线:(1)船舶离开Weipa港后穿越东印尼群岛,至Halmahera Muor岛(赤道附近)正横,经菲律宾东部西太平洋直插日本石垣岛,再直指成山头,全程3 513 n mile;(2)船舶离开Weipa港后穿越东印尼群岛,经马鲁古海、苏拉威西海、苏禄海、中国南海东部、巴士海峡、中国台湾东部、中国东海,再直指成山头,全程3 743 n mile。1航线介绍航线1称为西太平洋航线,简称"西太"航线;     

北极船型破冰来

极地船舶建造市场正成为世界造船业的竞争新"高地"。北极航线破冰而出,极地船舶建造也随之升温。然而,在北极地区航行的船舶面临着许多极地地区特有的风险。由于低温,从甲板机械、应急设备到海水吸入口的许多船舶组件的效能降低。一旦结冰,船体、推进系统和附属设施都将被迫承载额外的负荷。因此,穿越北极航线的船舶与普通远洋船舶有着不小差异。那么,目前极地船舶的设计、建造领域呈现出怎样的格局?未来哪些船型将更适合在北极航     

北极东北航道安全策略

东北航道（NEP）一般是指西起挪威北角附近的欧洲西北部,经欧亚大陆和西伯利亚的北部沿岸,穿过白令海峡到达太平洋的航线集合。东北航道是一个区域概念,非固定航线,船舶穿越东北航道视冰情,在不同海域可选择不同航线。由于东北航道海域存在冰、低温、高纬度、偏远等环境特点,现下还存在颇多船舶航行安全风险。对于业界关心的如何针对冰区对船舶进行改造,冰区航行操作等一系列问题,本文作者用亲历“永盛”轮首航北极东北航道的经验,向读者作出解答。     

船舶物流运输中的最优航线选取模型设计

为了解决传统船舶最优航线选取模型最优航线选取效率低、精准度差的难题,提出船舶最优航线选取模型研究。依据海上运输环境信息,通过全局航线规划算法对船舶运输安全区域进行划分,以此为基础,采用Dijkstra算法对船舶安全航线进行获取,以得到的船舶安全航线为依据,采用离散点法对船舶最优航线进行选取,实现船舶最优航线选取模型的构建。通过实验结果显示,与传统船舶最优航线选取模型相比较,构建的船舶最优航线选取模型极大地提升了最优航线选取效率与精准度,充分说明构建的船舶最优航线选取模型具备更好的性能。     

船舶航线规划数学建模及求解的人工智能算法

航线规划结果优劣直接影响船舶航行的安全以及成本,而当前船舶航线规划算法存在难以获得最优规划方案的缺陷。以获得理想的船舶航线规划方案为目标,提出一种人工智能算法的船舶航线规划方法。首先分析船舶航线规划研究的进展,设计船舶航线规划的约束条件,并建立船舶航线规划的数学模型,然后采用人工智能算法中的遗传算法模拟适者生存机制对船舶航线规划的数学模型进行求解,最后进行了船舶航线规划仿真实验。结果表明,人工智能算法能够在短时间内搜索到最优的船舶航线规划方案,相同条件下,相对于其他算法,不仅可以提高找到最优船舶航线规划方案的成功率,而且搜索到的船舶航线规划方案具有十分显著的优越性。     

船舶航线生成研究

基于减轻船舶驾驶航线绘制劳动强度,克服绘制过程中人为主观因素影响的考虑,引进了蚁群计算法自动生成船舶航线研究问题。利用电子海图、阐述更好信息、搜寻策略、划分网络、选取航线、不航航和算法流程的具体做法。案例验证证明：船舶航线生成运用蚁群计算法具有准确和时效性。该研究实现了运用专家的搜寻策略思维下的船舶航行航线绘制的自动化,为制定船舶航线的高效、安全提供了理论依据。     

船舶物流最佳航线智能选择算法研究

传统船舶物流航线的选择算法能够完成单批次、点对点船舶物流航线的确定,但针对多批次、多目的地、不同海洋运输环境的物流运输,传统船舶物流航线选择算法无法计算。为此提出船舶物流最佳航线智能选择算法研究。依托antcb数学模型控制k取值范围,构建理想状态下船舶物流航线的统计算法;扩展外在因素影响算法,对对渠道最佳航线计算进行动态修订,构建船舶物流最佳航线选择原则,完成船舶物流多点式最佳航线智能选择计算。通过实验表明,设计船舶航线智能选择算法比传统航线算法平均航线适用率提升68.93%,适合不同环境、多变量情况下最佳航线智能选择。     

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。     

海上交通高峰航线船舶疏导路径规划仿真分析

面对海上交通高峰航线船舶疏导路径规划复杂性,研究海上交通高峰航线船舶疏导路径规划仿真分析方法,以确定最佳的船舶疏导路径。构建以航程、安全性、平滑性最小为海上交通高峰航线船舶疏导路径规划目标函数,采用栅格法仿真模拟海上交通高峰航线船舶环境,利用仿真软件实施建模,经改进遗传算法寻找海上交通高峰航线船舶疏导路径规划模型的全局最优解后,采用非性规划求解海上交通高峰航线船舶疏导路径规划模型的局部最优解,确定最佳的船舶疏导路径,实现海上交通高峰航线船舶疏导路径规划仿真。仿真结果表明,该方法针对2种场景下海上交通高峰航线船舶疏导路径具有较好的方向性,所规划最优疏导路径安全性、平滑性、航程均最小,符合海上交通高峰航线船舶疏导路径目标函数。     

象山港大桥辅助通航孔通航净空尺度和技术要求论证

通过平面二维潮流数学模型和规范公式计算,对象山港大桥建设后桥区水流变化和海床演变及大桥辅助通航孔通航净空尺度进行了分析论证,结果表明:在象山港大桥主通航孔南北两侧各设2个辅助通航孔,通航1 000 t级及以下船舶,3个设计方案的通航净空尺度和水流条件均满足通航要求,通航航线可沿袭工程前的习惯航法。     

天津港复式航道的探讨

天津港主航道可双向航行25万t级船舶,目前大小船混行,船流密度太大。根据预测2020年吞吐量将达到7亿t,到港船舶将进一步增加,届时主航道将难以适应。通过分析多年实际到港船舶资料和预测,70%以上为万t级以下船舶,据此提出在现主航道南北2侧各挖1条万t级单向航道,专供万t级以下船舶使用,万t级以上船舶仍航行主航道。大小船舶分道航行形成的复式航道,可以适应今后吞吐量发展的需要。同时调整进港锚地,避免进出港航行交叉。     

Ship resistance when operating in floating ice floes: Derivation,validation, and application of an empirical equation

With the effects of global warming, the Arctic is presenting a new environment where numerous ice floes are floating on the open sea surface. Whilst this has improved Arctic shipping navigability in an unprecedented way, the interaction of such floes with ships is yet to be understood to aid the designing of ships and route planning for this region. To further explore this topic, the present work develops a procedure to derive an empirical equation that can predict the effects of such floes on ship resistance. Based on a validated computational approach, extensive data are extracted from simulations of three different ships with varying operational and environmental conditions. The ice-floe resistance is shown to strongly correlate with ship beam, ship buttock angle, ship waterline angle, ship speed, ice concentration, ice thickness and floe diameter, and the regression powers of each of the parameters on resistance are ascertained. This leads to a generic empirical equation that can swiftly predict ice-floe resistance for a given ship in a given condition. Subsequently, demonstrations are given on the incorporation of the derived equation into a set of real-time Arctic ship performance model and voyage planning tool, which can predict a ship's fuel consumption in ice-infested seas and dynamically suggest a route with the least safety concern and fuel consumption. Moreover, the equation is validated by providing ice resistance prediction for experimental and full-scale conditions from multiple sources, showing high accuracy. In conclusion, the empirical equation is shown to give valid and rapid estimates for ice-floe resistance, providing valuable insights into ship designs for the region, as well as facilitating practical applications for polar navigation.     

环日本海地区的航线优化研究

随着环日本海地区贸易往来的频繁,优化该地区航运网络结构,提升海运通达性,成为推动该地区经济发展的重要手段.因此,提出一个以航运企业利润最大为目标的航线网络优化模型.该模型综合考虑航线、船型与需求间的关系,以船舶的载重量为约束,优化航运企业的资源配置,设计航线及选择适宜船型.利用实际数据对该模型进行检验,结果显示,优化的航线网络以及确定船型在不同经济条件下有所差别,可为环日本海航线的开辟与运营提供借鉴.     

Analysis of ship drifting in a narrow channel using Automatic Identification System (AIS) data

With maritime transportation has played an important role in global economy development, ship traffic has become more congested. Therefore, ships navigate under risk conditions, and thus maritime accidents have occurred frequently. Especially, ship passing through a narrow channel is even more dangerous. Because, the ships are easy to be affected by external forces such as wind and currents that can cause ship drifts. Many latent risks are present during navigation. In order for the development of a sensible and appropriate traffic model for the safety and efficiency ship navigation, this study has focused on the actual ship behavior to understand the ship drift in the Kurushima Strait, Japan, which is one of the most dangerous routes in Japan. The analysis of ship behavior was carried out using the Automatic Identification System (AIS) data. As a result, the ships drift was understood in detail, and the latent risk was unveiled when ships pass through the narrow route. Moreover, the risk areas were obtained and visualized by the ship drift behavior analysis. The obtained results can be applied to ensure safe navigation and the development of an eco-friendly and economy efficient for ship navigation.     

超大型油轮过马鞭洲航道时安全航速的探讨

根据规划中马鞭洲航道的尺度,从理论上计算出25万吨油轮满载乘潮进港时,船舶安全通过马鞭洲航道时所允许的安全航速范围。安全航速范围对船长、引航员和驾驶员在操纵VLCC进出马鞭洲航道航道时具有重要的参考价值。     

从“GOLDEN ROSE”案看烟大航线的监管

这片水域俨然已经取代老铁山水道和成山角水域成为北方海域最为危险的区域,进一步考虑到烟大航线有众多的客滚船航行,一旦发生客船碰撞事故,后果将不堪设想。如何看待及评估这片水域的危险性,如何对该区域实施有效监管是摆在海事部门面前迫切需要研究和解决的问题。     

面向复杂环境的LNG码头合理布局规模仿真案例分析

LNG船舶通过限制性航道进出港时须采取一定的管控措施,具有显著的排他性,布局LNG码头时须确定合理的码头规模,以保障港区各类船舶通航效率。基于多智能体复杂系统的混合模拟仿真建模方法,以宁波舟山港六横港区南侧岸线新布局LNG码头研究为例,建立不同的仿真情境,通过设定的指标进行评价分析,研判在一定通航管控措施条件下六横港区南侧LNG码头合理布局规模,为港口码头布局和岸线合理利用提供决策依据。     

基于特定航线实际风浪条件的江海直达船舶结构强度技术标准制定方法研究

文中基于“载荷第一”和“安全水平相当”的原则,按照载荷、结构、响应及衡准的路径,从方法论的角度阐述特定航线江海直达船舶结构强度技术标准的研发体系,为量身定制江海直达船舶技术标准提供技术支持,同时也为其它船舶结构强度技术标准的制定提供方法参考。     

我国沿海关键水域设定分道的认识和探讨

我国沿海船舶活动频繁且通航密度大、航线设计交汇叠加、会遇局面频繁发生、船舶交通事故及险情多发,在这样的航路上,规划和设立分道是目前最有效的方式.文中就沿海关键水域设定分道通航进行了探讨,以期优化我国沿岸航行船舶航路,努力减少我国沿海的航行风险.