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。      

基于航向控制系统的船舶动态避碰机理

为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律（避碰机理），研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理，确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下，本船可避让所有物标的航速矢量区间；建立了基于模糊自适应比例积分微分（PID）控制和船舶运动方程的航向控制系统，再现船舶改向过程中的航速矢量非线性变化；基于静态避碰机理和航向控制系统研究了船舶动态避碰机理，求解了符合船舶操纵运动过程的动态避碰改向区间. 研究结果表明，在开阔水域随机设置的多物标环境中，可得到符合航速矢量非线性变化的动态避碰改向区间集合 [?90°，?72°]、[31°，47°]、[62°，79°]，受动态船舶主要影响形成改向范围为（?72°，31°）、（79°，90°] 的碰撞航向区间，符合船舶操纵运动对改向避碰的影响规律，可为实现船舶避碰辅助决策、自动避碰和动态避碰路径规划提供基础理论和方法.      

面向动静态混合环境的智能车运动规划方法

针对存在动态和静态障碍物环境中的智能车运动规划问题，本文提出一种基于三维搜索的方法。该方法首先在笛卡尔坐标系中增加时间维度以建立时间-空间栅格，构建不同车速下的车辆运动基元；将智能车转化为多个圆心组成的线段，采用膨胀静态障碍物的方法进行不规则障碍物碰撞检测，运用时间间隔法将动态障碍物碰撞检测简化为线段交叉性检测；构建包含最大速度和加速度约束的速度启发式函数，用于引导搜索树在时空空间中快速到达目标位置和速度；最后基于启发式方法和局部运动规划方法在时空栅格中进行搜索，获取融合时间信息和“停止-等待”等决策信息的运动轨迹。实验结果表明：本文运动规划方法在动静态混合环境中能够引导智能车安全行驶，相比速度障碍方法，安全行驶的平均成功率提升23%；相比混合A*方法，平均成功率提升19%，行驶耗时缩短21%。     

高速列车多区间节能操纵优化研究

区间运行时间和操纵方法是实现高速列车节能运行的两个重要方面.本文构建了可调整区间运行冗余时间的高速列车多区间节能操纵模型.考虑到高铁枢纽车站和非枢纽站对列车到达时刻准点性的要求程度不同,模型中增加了枢纽车站的列车到达时刻与列车运行图定到达时刻一致性约束,以及非枢纽车站的列车到达时刻在一定时间范围内的约束.为了避免解空间中不满足定时约束的不可行解的数量影响算法效率,设计了一种三层编码的遗传算法来求解模型.通过1条包含3个枢纽车站、3个非枢纽车站的高速铁路线路验证,结果表明,本文所提出的高速列车多区间节能操纵方法能够保证枢纽车站列车到达时刻不变,非枢纽车站列车到达时刻在一定时间范围内变换时,求得多个区间的列车最优节能操纵速度轨迹.与基于牵引-惰行控制方法和单区间节能操纵方法在图定运行时分下的计算结果相比,本文所提出的方法节能率分别超过16%和4%.     

基于DA-SSD的有轨电车轨道小目标障碍物检测算法

城市有轨电车轨道障碍物的高精度、快速检测对保障城市有轨电车安全行驶具有重要意义。针对SSD算法检测轨道小目标障碍物精度较低的问题,提出了基于DA-SSD的城市有轨电车轨道小目标障碍物检测算法。在SSD目标检测算法的基础上,设计低层双段反卷积模块,丰富低层特征层的语义信息,增加自适应注意力机制模块,生成具有更强语义信息和精确位置信息的低层特征预测层,修正先验框生成方式,缩小各个特征层先验框的大小,增强轨道小目标障碍物检测的适应性。通过自制有轨电车轨道障碍物数据集进行训练与测试。结果表明：当R_iou=0.6时,DA-SSD算法的MAP达到78.17%,检测速度为23.4 f/s,相比SSD算法,该算法在保持高速检测的前提下,提高了有轨电车小目标障碍物的检测精度。     

列车动能闯坡的节能操纵优化

为了优化列车通过局部陡坡区段的操纵曲线,基于列车运行的动力学理论,充分考虑列车运行的速度、时间等限制条件,建立了基于连续变量的列车牵引能耗计算模型.该模型分析了列车在全区段的能耗构成及其影响因素,以速度、距离、功率为控制变量,满足运行时间和速度等约束,以区段总能耗最低建立了目标函数.通过模型离散化方法,以序列二次规划算法求解列车的动能闯坡点,实现满足区段行车条件下的运行优化.利用实例数据进行了数值仿真分析,结果表明,该模型求解的优化运行曲线,在已有优化的基础上,能再节约能耗1.771 8%,可满足限时、限速条件下列车在区段运行的节能操纵需求.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型,以降低列车总延误时间与运行能耗为目标,同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同,本文基于列车牵引计算,通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合,根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素,精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间,动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型,设计分段近似法将非线性约束进行重构,从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算,给出双目标问题的帕累托解集,与单目标优化方法对比,本文方法可以减少总能耗2.46%,降低运行总延误7.33%.     

基于几何尺寸的车辆自主导航路径规划算法

路径规划是车辆自主导航的一项关键技术，它的品质关系到整个自主导航系统的性能。为此，本文提出了一个在目标和障碍物都是动态的情况下快速产生行驶轨线的局部路径规划算法。该算法利用对象的几何尺寸建立环境模型，从而可以利用算术表达式快速计算出从起始点避开障碍物顺利到达目标点的行驶路线。此方法考虑了移动对象邻近周围障碍物的分布信息，提高了局部路径规划的可靠性。通过在程序上实验，表明该方法能够获得较为满意的效果。该方法的特点是计算速度快、实时性强。另外，本文提出对象轮廓的特征提取将对整个行驶过程中的航向调整有着直接的影响，这一点也将是本文未来算法的一个改进点。     

动态环境下的移动机器人避障策略研究

近年来针对传统人工势场法(artificialpotentialfield,APF)易陷入局部最小值问题所提出的优化算法依然存在适用性不高、计算效率低等问题,基于部分优化算法的不足,笔者创新性地引入了基于采样的快速扩展随机树算法(rapidlyexploringrandomtree,RRT)在静态已知地图上预先选取数个临时目标点,避免移动机器人在使用人工势场法时陷入局部最小值区域并在动态障碍物环境中进行实时路径规划的避障策略.结果表明:该方法简单易实现,同时结合了RRT算法概率性完备、收敛性良好与APF算法计算小、实时性高等优点,能够适应动态环境变化,满足移动机器人动态避障的要求.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型，以降低列车总延误时间与运行能耗为目标，同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同，本文基于列车牵引计算，通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合，根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素，精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间，动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型，设计分段近似法将非线性约束进行重构，从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算，给出双目标问题的帕累托解集，与单目标优化方法对比，本文方法可以减少总能耗2.46%，降低运行总延误7.33%.     

基于多速度调控的城轨列车区间运行策略优化

针对城市轨道交通区间运行时分要求,将列车在区间的最高运行速度、最低惰行速度作为速度参数,提出多速度参数调控的城轨列车区间运行策略优化问题.考虑线路平纵断面、列车性能等的影响,以及区间限速、运行时分限制等约束,以区间运行能耗最小化为目标,建立均布质量模型下的给定运行时分下基于多速度参数调控的列车运行节能优化策略模型,优化...     

基于PDS的电源分配系统目标阻抗的研究

结合PDS在不同频率时存在不同的输入阻抗,介绍了如何计算电源分配系统目标阻抗的方法,通过SPEC-CTRA Quest Power Integrity软件对电路的电源分配系统目标阻抗进行了仿真与分析.测试结果表明,该方法可以设计出满足不同要求的电源分配系统,降低设计复杂度,提高设计效率,缩短设计周期.     

铁路车站人员应急疏散仿真研究

研究疏散群体中的个体疏散规律,并在此基础上提出一种基于Agent的微观仿真方法,当个体运动遇见障碍物时,采用子目标最短路径法实现人员对障碍物的有效规避。将影响个体运动方向和运动速度的因素由定性化转为定量化,并建立人员疏散的运动学可计算模型。通过构建某铁路车站的人员疏散模型,对仿真得到的结果进行分析,从而验证该方法的可行性。     

11500DWT散货船货舱双层底结构强度分析

文章利用大型通用有限元软件MSC／PATRAN、MSC／NASTRAN分析了11500DWT散货船的货舱双层底结构强度。给出了外载荷的计算方法和边界条件的施加方法,计算了一般压载工况和均匀满载工况下的11500DWT散货船的货舱双层底结构强度。计算结果表明,本船的货舱双层底结构强度满足规范要求。     

考虑追踪安全的地铁快慢车协同操纵节能优化

研究考虑追踪间隔要求和再生能利用的快慢车线路地铁列车协同操纵节能优化问题.首先,基于滚动优化思想将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,即每一列车进入下一区间前由中央控制器根据同一供电分区内其他列车的操纵方案和列车重量等实时运营信息,计算出站列车在下一区间的操纵方案.为延长牵引制动重叠时间、提高再生能利用,各列车尤其是快车允许途中二次牵引加速以配合其他列车进站制动.基于上述研究思路,本文以列车净能耗为目标构建了快慢车线路列车协同操纵节能优化模型,并设计了混合遗传算法进行求解.案例分析结果表明,与不考虑其他列车操纵的个体最优节能操纵方法相比,本文提出的协同操纵方法可节能3%以上,算法满足实时优化对计算效率的要求.     

混合动力列车电源系统控制策略

为了实现混合动力列车的计算仿真,建立混合电源系统模型,并提出一种混合电源系统控制策略.在此基础上,通过对混合电源系统与列车纵向动力学系统的耦合分析,给出了基于该电源系统控制策略的列车运行目标速度曲线计算算法.利用MATLAB/Simulink对系统建模,对列车在某线路上的运行过程进行了仿真.仿真结果表明,系统控制策略能够满足列车的运行性能,列车自动控制(ATC)系统能够精确的控制列车跟踪计算的目标速度曲线运行,混合电源回收了41%的再生制动能量, 控制策略和目标速度曲线计算算法达到了设计目标.      

考虑追踪安全的地铁快慢车协同操纵节能优化

研究考虑追踪间隔要求和再生能利用的快慢车线路地铁列车协同操纵节能优化问题.首先,基于滚动优化思想将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,即每一列车进入下一区间前由中央控制器根据同一供电分区内其他列车的操纵方案和列车重量等实时运营信息,计算出站列车在下一区间的操纵方案.为延长牵引制动重叠时间、提高再生能利用,各列车尤其是快车允许途中二次牵引加速以配合其他列车进站制动.基于上述研究思路,本文以列车净能耗为目标构建了快慢车线路列车协同操纵节能优化模型,并设计了混合遗传算法进行求解.案例分析结果表明,与不考虑其他列车操纵的个体最优节能操纵方法相比,本文提出的协同操纵方法可节能3%以上,算法满足实时优化对计算效率的要求.     

基于有限元法的5000t油船结构强度计算

采用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN,对5 000 t油船建立局部结构计算,分析有限元模型,进行满载工况下的强度计算及结果分析,计算结果表明各构件强度满足结构强度要求.本船结构强度能够满足CCS规范要求,计算结果符合实际情况,说明采用有限元法的准确性及实用性,能有效地为相关的船舶设计提供参考.     

基于双目视觉图像的倒车障碍物检测预处理方法

针对倒车过程中双目视觉图像障碍物检测时的误匹配、障碍物检测范围等问题,提出基于双目视觉图像的倒车障碍物检测方法。利用膨胀和腐蚀操作来消除误匹配及部分噪声;采用视差图像的二值化处理来控制障碍物的检测范围,实现基于距离的障碍物检测;接着使用基于行程的连通区域标记算法对各连通区域进行标记;最后计算各区域面积,将面积过小的区域作为噪点去除,将剩余区域作为障碍物提出来。实验结果表明笔者提出的基于双目视觉图像的倒车障碍物检测方法能够有效检测出车后图像的障碍物区域。     

飞行冲突解脱与恢复几何模型及管制策略

已知两航空器的三维位置、速度及本机预计到达目标点时间,得出了满足几何最优和机动次数最少、解决飞行冲突并同时保证预计到达目标时间不变条件的多种冲突解脱与恢复模型.仿真计算验证了所得模型的有效性.该模型适用于机载设备及空中交通管制自动化系统.在此模型上经大量仿真,综合出了切保护区边界这极限情况并适合空中交通管制员调配的冲突解脱与恢复管制策略表.空中交通管制员只需考虑一定的安全裕量,这些策略即可应用于在实际管制中.