基于改进蚁群算法的船舶冰区航行路径规划

在北极航道开通的背景下,针对在冰区航行环境中船舶航行路径选择的特殊性,通过改进蚁群算法提高船舶航行路径的规划效果。综合考虑航线距离、航行操作复杂度和流冰规避在内的冰区航行路径影响因素,建立路径选择多目标规划模型,结合人工势场法对蚁群算法进行改进,通过人工势场法获得初始路径和节点间距离因素构造启发信息,并以电子海图为基础建立海冰覆盖率分别为30%和50%情况下的冰区航道环境栅格模型,将算法应用在栅格模型中对算法进行验证。结果表明:该算法实现简单,规划的路径优良,能够有效地满足船舶在冰区复杂环境中航行路径规划的需要。     

免疫粒子群算法在夜航船舶避碰规划中的应用

受夜晚环境的影响,传统的船舶在航行过程中存在碰撞事故多发的问题,为此应用免疫粒子群算法对夜航船舶避碰规划方法进行优化设计。首先利用航行船舶上的AIS设备确定夜航船舶运动参数,并结合障碍船的位置划分夜航船舶会遇态势。设置夜航船舶安全会遇距离并计算夜航船舶碰撞危险概率。应用免疫粒子群算法更新船舶速度和位置,当两船之间的碰撞危险度达到危险区间,确定避碰时机以及幅度,进行夜航船舶避碰规划。实验结果表明,应用免疫粒子群算法,能够有效地降低碰撞事故发生率。     

基于神经网络精准规划船舶航行路线的算法

船舶航行中精准规划航行路线,合理避开障碍物是安全运行的关键。为此,设计一种基于神经网络精准规划船舶航行路线的算法。利用遗传算法优化神经网络权值,建立基于神经网络的船舶航迹预测模型,在模型内输入船舶航向与航速,输出船舶经、纬度差,即船舶航迹预测结果,依据该结果,获取船舶航行时路线规划环境;依据马尔科夫决策过程,得到路线规划最佳策略网络,通过深度强化学习神经网络确定最佳策略,在该网络内输入路线规划环境预测结果,确定规划策略内船舶执行动作,完成航行路线精准规划。实验证明：该算法可精准预测船舶航迹;在不同水域及场景下,均可精准规划航行路线,确保航行时无碰撞危险,降低航迹点平均距离偏差。     

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。     

数字集群通信在内河船舶安全导航中的应用

船舶在内河航道航行时,往往会遇到航道变窄、多船只并行航行等危险情形,因此需要依赖先进的数字集群通信系统,在船舶之间建立通信链接,并通过安全引导系统,对每个船舶的位置信息、航行信息进行综合处理,从而最大限度降低内河船舶航行时的安全隐患。本文主要介绍了一种新型的内河船舶集群通信系统,能够兼容各种类型的船只,并通过优化信道,使得整套系统能够具备非常强的抗干扰性能,而且由于采用了高度的集成化设计,该系统的成本很低,具有广阔的应用市场。     

混合粒子群优化算法求解船队规划非线性模型研究

船队规划是非常复杂的决策,会受到很多因素的影响,客观、科学的得到优化结果非常重要。本文在线性模型的基础上,考虑船舶航速,并将船舶航行时间、成本等因素作为约束条件建立船队规划非线性模型,然后通过混合粒子群优化算法进行模型求解,最后进行仿真实验。实验结果表明,本文算法能够合理的规划船舶发展,并且船舶的限制率低。     

定航线下考虑ECA的船舶航速多目标优化模型

在考虑船舶排放控制区(Emission Control Area,ECA)的背景下,通过航速优化对船舶航行成本和航行时间进行有效折中,降低船舶营运成本。针对营运成本和航行时间2个互相冲突的关键因素建立一种多目标航速优化模型。分别建立船舶营运成本模型和航行时间模型,通过带精英策略的非支配排序遗传算法(Nondominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGAⅡ)求得营运成本和航行时间的Pareto解集,采用模糊隶属度函数,从Pareto解集中筛选出最佳折中解。实际案例分析结果表明:在一定的时间约束下,船舶在ECA内适当减速,在ECA外加速可有效减少营运成本。当船舶以优化航速航行时,可有效减少船舶营运成本,节省船舶航行时间,为船公司提供一定的管理依据并带来可观的经济收益。     

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。     

依据轨迹数据的船舶交通密度计算方法

研究基于轨迹数据的船舶交通密度计算方法,利用精准的船舶交通密度计算结果提升海上交通规划水平。利用AIS设备采集船舶航行轨迹数据,利用均匀参数化方法对所采集的航行轨迹数据重采样处理。将通过重采样处理获取的航行轨迹数据,划分为静止轨迹数据点以及移动轨迹数据点,依据数据点间的欧式距离,以及船舶航行方向、航行速度的相似性,选取基于密度的DBSCAN聚类算法完成轨迹数据聚类。依据船舶航行轨迹数据聚类结果,选取多维密度方法,通过更新船舶经过总数、船舶经过总时间等参数,计算船舶交通密度。实验结果表明,该方法可以依据船舶航行轨迹数据,精准计算船舶交通密度,为海上交通规划提供有效支撑。     

多方向航行船舶防碰撞航线有限元计算研究

传统船舶防碰撞算法主要以船舶航线间距为碰撞计算要素,但是在多方向航行因素引入后会出现防碰撞航线输出量精准度降低问题。为此提出多方向航行船舶防碰撞航线有限元计算研究。通过对船舶多方向下避碰的计算,获得避碰瞬态速度关系量;以此为基础对避碰计算规则进行遗传计算,得到预输出航线数据;对预输出航线数据进行有限元计算,提升多方向航行船舶的防碰撞航线计算的精准度。为验证计算结果的精准度,设计一组仿真对比实验进行对比测试,并得出结论。     

船舶航速优化原理研究

恒速航行原理是船舶航行节能的一个重要规律。将船舶航速的优化抽象为对目标函数求极值的数学问题,分别建立离散、连续时间模型,分析讨论了固定时间端点与滑动时间端点不同边界条件对模型求解的影响。结果表明,恒速航行船舶总耗功最小;优化航速不仅与航行要求如规定的路程、时间有关,还与推进功率系数及辅助功率有关。研究方法可为船舶航行降低功耗以及制定航行计划提供参考。     

基于遗传算法的渡船横渡航法寻优模型

目前,渡船横渡内河水域主要依赖船长的经验,依据周围水域的实时态势做出决策,无法对整条横渡航线进行整体把握。因此,所选择航法经常使渡船在航道中间,处于低速等待穿越时机的状态,横渡航行风险相对较高。建立安全评价模型,结合研究添加重要判据求得实际最近会遇距离,加入船舶尺度建立安全评价指标作为适应度函数阈值。应用遗传算法(Genetic Algdrithm, GA)建立基于遗传算法的内河横渡模型,综合考虑经济性、转向角度和转向点数量求取路径的适应值并执行遗传操作。试验选取长江某渡口真实交通流数据作为输入进行模型验证,导出迭代所得路径关键参数,经过专家对关键参数进行分析比对,所得航线的经济性、及时性和安全性均较为合理,构建的模型可应用于渡船横渡内河水域航法寻优中。     

中间渠道交汇区尺度及船舶航行方式研究*

利用自航船模试验,研究两级单线航道中间渠道供船舶交汇错船的交汇区尺度及船舶航行方式。试验表明,中间渠道交汇区通过斜导墙缩窄分别与上、下游通航建筑物连接,过渡段长度大于2倍船长是合理的。参考相关标准和设计规范确定交汇区宽度和船舶航行方式,确保一线船舶停泊另一线船舶以正常航速航行能在交汇区顺利进行交汇,以提高通航建筑物通过能力和船舶航行安全性。     

构皮滩升船机中间渠道通航隧洞和渡槽的尺度研究

构皮滩水电站通航建筑物采用带二级中间渠道的三级垂直升船机方案,其中第一级中间渠道由单线通航隧洞、渡槽、明渠及错船段组成。采用水工物理模型和船模试验,对第一级中间渠道的航行水力条件、单线通航隧洞和渡槽的尺度进行了系列研究。结果表明,船舶航行阻力、下沉量和渠道内水位波动随着船舶航速的增大而增大,一定航速条件下,渠道内还将产生横波,对船舶航行安全影响较大,应避免;错船段和单线渠道的连接应平顺,并应注意船舶从单线渠道航行至错船段时,因阻力减小,造成航速突然增大的影响。试验提出了不同航速条件下的单线通航渠道合理尺度,优化了错船段的位置,建议单线渠道宽采用18 m,水深不小于3.0 m,船舶航速小于等于1.2 m/s。     

急弯河段通航水流条件与航道宽度关系研究

急弯河段水流流态复杂,船舶过弯所需的航道宽度要远大于直线段航道宽度,也大于一般的弯区河段航道宽度。根据汉江下游马口滩急弯河段船模航行试验成果,总结分析了船舶在弯道段航行时占用的航宽与水流的关系,表明船舶以大致相同的航速上、下航行通过弯道时,上行时占用的航宽比下行时要小的多。流速或流向角越大,船舶的航迹带宽度越大,占用的航宽也越大。在此基础上建立了马口滩急弯河段航宽计算公式。     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

船舶进出承船厢水力特性试验

采用遥控自航船模和牵引船模相结合的方法,对船队进出船厢的水力特性进行了试验。成果表明:船队进出厢的航行阻力和下沉量取决于船厢断面系数和进出厢的速度。断面系数减小,航速增加,阻力和下沉量增大;出厢的阻力和艉沉均大于进厢;结合国内的部分研究成果以及国内外的工程实践,初步提出了承船厢尺度的确定原则。     

大型集装箱船能效营运指数仿真研究

为应对IMO提出的日益严格的排放法规,降低船舶EEOI值,本文分析了EEOI的数学计算公式以及简化公式,并以某8063TEU大型集装箱船为目标船,基于MATLAB/Simulink建立了船舶能效系统的仿真模型.通过仿真研究,分析了船舶航速、航期、载货量、航程对船舶EEOI的影响,同时研究分析了EEOI对航速、载货量、航程变化的敏感性.结果表明随着航期的增加船舶EEOI逐渐减小;EEOI对航速的敏感性最高,对载货量的敏感性其次,而对航程的敏感性较低;降低主机工作负荷从而降低航速,以及提高船舶载货量都能有效降低船舶EEOI值,而增加航程则对降低EEOI值效果不明显.     

基于能效管理的船舶航速系统优化设计

在目前航运业市场低迷、运力过剩的境况下,航运企业愈发重视对燃油成本的控制,对航速节油也有了更多的要求.为此,提出基于能效管理的船舶航速系统优化设计,计算船舶营运的经济航速.并结合航次的航线、航向、航速及每段航线的天气、水文等信息,对船舶营运航速的模型进行不断优化调整,指导船舶航行,为船舶及船岸操作提供决策支持,以达到优化节能的目的.     

虚拟航标系统的开发与仿真

探讨了虚拟航标系统的实现方法,基于VB和MapX开发了虚拟航标系统的应用软件。使用AIS设备对虚拟航标进行了仿真,在电子海图显示终端可视化监视本船和虚拟航标之间的关系,并在航行过程中借助电子海图空间分析函数来判断虚拟航标与船舶之间的距离,并对航路起实时监视的作用。仿真结果证明了论文所采取的实现虚拟航标系统技术路线的可行性,为今后实船论证虚拟航标系统提供了理论基础。