"e-航海(e-NAVIGATION)"概念的发展

本文从e-NAVIGATION这一技术概念产生的背景、目前的认识程度、需重点注意和解决的一些问题、IMO的近期发展计划以及目前各国的一些实践情况等方面,对这一概念做了初步的描述,供同行参考。     

e-航海战略

e-航海（e—navigation）是在电子导航、数据通信和网络技术在航海中获得广泛而综合应用的背景下，国际海事组织及部分会员国提出的一种战略构想。本文介绍e-航海的概念及发展背景，对e-航海体系结构，研究中需要解决的主要问题以及近期研发计划也作了简要说明。     

天津港复式航道e-航海试点工程实践

本文以国内首个e-航海试点工程项目——天津港复式航道e-航海试点工程为例,介绍了工程背景、主要研究、建设内容,并展望了该工程发展和应用前景。     

e-航海及其数据标准分析

为保障船舶航行安全与航运经济效益,IMO提出e-航海战略。随着S-57数据标准的局限性不断显现,IMO采纳新的国际海道测量数据模型S-100作为e-航海数据标准。剖析e-航海概念,分析e-航海总体技术构架和IHO S-100数据标准,通过对比S-57数据标准的局限性和IHO数据标准S-100,进一步阐明e-航海数据标准S-100的作用及应用,对我国开启e-航海新型数据标准时代具有积极作用。     

基于指数函数非线性反馈的船舶航向保持控制

为研究船舶航向保持控制问题,本文以“育鹏”轮为研究对象,建立了其非线性Nomoto船舶模型,设计了基于闭环增益成形算法的指数函数非线性反馈控制器,并以“育鹏”轮的非线性模型为被控制对象,用Matlab的Simulink工具箱进行系统仿真研究。系统仿真结果表明,建立的非线性Nomoto数学模型精度良好,设计的控制器进行船舶航向保持控制时效果优异,并且更节能。使用这种方法设计的控制器,可以很好地进行船舶航向保持控制,对今后的船舶运动仿真和控制器的设计具有重要意义。     

基于信息流视角的智能船舶系统模型

通过船舶的智能化实现更加安全、环保、经济和可靠的航行,既满足国际海事法规的要求,也符合船东和其他利益相关方的需求。智能船舶代表一种未来船舶的发展状态,以通过大量数据以及信息的高效利用和船岸互联互通实现对船舶优化运营的支持为典型特征。文中结合国际海事组织的 e-Navigation技术架构,基于信息流视角提出一种与船舶平台无关的智能船舶系统模型。该模型综合考虑船载端和岸端数据和信息的采集、处理、交互和应用等问题,为智能船舶系统的描述提供一种通用的参考架构。     

基于信息流视角的智能船舶系统模型

通过船舶的智能化实现更加安全、环保、经济和可靠的航行,既满足国际海事法规的要求,也符合船东和其他利益相关方的需求。智能船舶代表一种未来船舶的发展状态,以通过大量数据以及信息的高效利用和船岸互联互通实现对船舶优化运营的支持为典型特征。文中结合国际海事组织的e-Navigation技术架构,基于信息流视角提出一种与船舶平台无关的智能船舶系统模型。该模型综合考虑船载端和岸端数据和信息的采集、处理、交互和应用等问题,为智能船舶系统的描述提供一种通用的参考架构。     

精确反馈线性化在船舶航向保持器上的应用

现有的船舶航向保持器的设计大都采用Nomoto线性模型，而忽略了船舶操纵运动的非线性因素，因此航向控制的精度比较低。选择状态反馈精确线性化方法，将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化，再利用基于闭环增益成形算法的鲁棒控制器进行控制，然后在Maflab的Simulink下进行系统仿真，仿真结果表明，所设计的基于闭环增益成形算法的控制器比基于LQR的控制器具有更好的控制能力。     

航海模拟器在减少船舶航行人为失误中的应用

从行为学的角度对人为失误的发生进行初步分析,寻求减少人为失误发生的途径。利用航海模拟器对航运从业人员进行BRM(驾驶台资源管理)培训是减少船员人为失误的主要途径之一。     

船舶航向跟踪系统自适应单神经网络控制

  目的  为了最大限度地保障智能船舶运输安全,研究一种与智能船舶正常航行控制策略不同的船舶运动鲁棒控制算法,不追求准确、快速和节能,以智能船舶稳定航行为唯一设计指标。  方法  采用四维Norrbin非线性数学模型和二阶闭环增益成形算法设计控制策略。  结果  得到了航向不稳定船舶保持稳定的鲁棒控制器设计的通用算式,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。  结论  正常海况下,该控制策略的综合性能指标不如以往的控制策略,但在8级风以上的恶劣海况下,能最大限度地保障船舶航行稳定、安全。该控制策略可以作为智能船舶在恶劣海况下安全航行的配套措施。     

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。     

基于改进小波神经网络的集装箱船纵摇角度预测

为了解决船舶在海上航行时控制器舵角输出大、打舵频率高、控制速度较慢以及控制精度较低的问题,利用三阶闭环增益成形算法设计鲁棒控制器。

首先,利用三阶闭环增益成形算法设计出线性鲁棒控制器,然后,在控制策略中加入双曲正切非线性修饰以及零阶保持器,在不同海况下对该控制器的性能进行仿真实验。

仿真结果表明,相比于基于非线性修饰的传统PID控制器,在一般海况下,所提控制器在延迟时间、控制精度以及能量输出上分别改进了36%,14%和32%;在恶劣海况下,分别改进了27%,7%和16%。此外,不同海况下该控制器的仿真结果都具有稳定的舵角输出,并可以较快地稳定在临界值附近,证明了其具有较好的鲁棒性。

改进的控制器符合工程实践,对于智能船舶的控制具有较好的应用参考价值。

     

智能船舶技术和无人驾驶技术研究

智能船舶概念的兴起以及智能船舶技术的日益发展,已使船舶智能化成为全球航运的大势所趋。文中结合中国船级社今年3月正式发布的《智能船舶规范》,具体介绍了智能船舶技术的六大功能模块(智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台)的主要功能、技术要求,以及实现无人驾驶技术的主要功能和实现难点,对相关技术人员依据《智能船舶规范》进行设计、制造智能船舶方面具有一定借鉴作用。     

基于鲁棒模糊控制的船舶转向及航向保持

为更好的满足船舶转向和航向保持对自动舵系统的不同要求,首先基于一阶闭环增益成形算法对船舶转 向过程分三段进行控制器设计,在自适应模糊推理系统(ANFIS)离线模型辨识正确的前提下得到每个控制器的模糊隶属度函数,然后对三个控制器的输出进行T-S模糊综合.以实习船"育龙"轮的非线性响应模型为控制对象,考虑不同的干扰和模型摄...     

水翼艇纵向运动多变量鲁棒控制

为了提高水翼艇纵向运动控制的鲁棒性,采用MIMO闭环增益成形算法设计了鲁棒控制器.给出了水翼艇纵向运动传递函数形式的数学模型,通过镜像映射方法将不稳定模型转换成稳定的数学模型.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器将纵摇角降至了原来的25%并对模型摄动具有鲁棒性.     

基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法

[目的]为实现沿海无人驾驶船舶自主航行,充分考虑无人驾驶船舶智能避碰决策的合理性和实时性后,提出并建立一种基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法.[方法]首先,以本体论为基础,设计无人驾驶船舶航行态势本体概念模型,并结合《国际海上避碰规则》及良好的船艺将船舶航行态势量化划分为12种会遇场景;然后,从驾驶实践的角度改进影响...     

Evolutionary trajectory planning of ships in navigation traffic areas

By taking into account certain boundaries of the maneuvering region, along with navigation obstacles and other moving ships, the problem of avoiding collisions in navigation traffic areas was reduced to a dynamic optimization task with static and dynamic constraints. In heavy navigation traffic areas and within coastal zones, correct selection of a ship's speed, when accompanied by the necessary trajectory changes, is a crucial element of safe navigation. This paper presents a modernized version of the evolutionary ship trajectory planning system in which a new parameter was introduced, namely changes of the ship's speed along particular sections of the trajectory. Generally, a safe trajectory is estimated using specialized genetic operators for modifying the trajectory. Here, an additional operator was added to the system that mutates the ship's speed. Sample results present the safe trajectory for a ferry meeting other moving ships and navigational constraints on its way. Received for publication on Dec. 2, 1998; accepted on June 16, 1999     

大惯性船舶航向保持的改进简捷鲁棒控制

为了改善具有大惯性的船舶航向保持效果,在简捷鲁棒控制的比例部分加上一个正数,通过对系统的稳态和动态性能的理论分析,该方法在不改变系统的稳态性能的基础上改善了系统的动态性能。针对"育龙"轮进行了系统仿真,系统的调节时间由原来的700 s下降为100 s,结果验证了本方法的有效性。