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[博士论文] 张彦儒
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:船体曲面设计是船舶设计的关键环节之一,非均匀有理B样条是当今船体曲面设计的主流方法。当前船体曲面设计方法存在需要数据量大、定义数据冗余、不利于船体曲面的修改和光顺,以及不利于高效利用优化算法等弊端。另外,船体曲面设计仍然停留在曲线和曲面几何特性与流场信息相分离的阶段,并且普通优化方法难以汲取设计者经验以指导优化设计,使得船体曲面设计难以达到智能化设计的目的。因此,论文在分析船体曲面特征基础上,将NURBS与流曲线曲面造型方法相结合,提出了NURBS流曲线船体曲面轻量参数化设计方法,用逼近方法取代插值方法,对智能求解策略进行合理设计,并通过多艘实船的相关算例验证了所提出方法的有效性和实用性。
  为了提高设计效率和计算稳定性,研究了用尽可能少的控制顶点去逼近水线和艏艉轮廓线,给出了轻量化逼近船体水线和艏艉轮廓线的数学模型,构建了基于量子行为粒子群算法的船体水线和艏艉轮廓线逼近问题的求解框架。针对水线和艏艉轮廓线的逼近设计特点,引入记忆因子改进量子行为粒子群算法求解轻量化水线逼近设计问题,然后将免疫遗传算法的免疫算子和量子行为粒子群算法相结合,设计了免疫量子行为粒子群算法,提出了自适应约束进化策略来改进免疫量子行为粒子群算法,形成了自适应逼近求解策略,并将其应用于求解艏艉轮廓线逼近这种复杂的非线性约束优化问题,提高了相关特征线的逼近设计效率。
  将流曲线造型技术与NURBS相结合,提出了NURBS流曲线单元的概念以及在面积、面积心、流场特征值约束下,应用NURBS流曲线造型的新方法,并将其应用于船体水线设计,初步实现了应用流场信息指导特征线设计的目的。
  将吃水函数与NURBS方法相结合,提出了船体曲面自行设计的垂向参数化方法。应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。针对参数化船体曲面特征线设计过程中,NURBS与参数化未能很好融合,不易充分利用知识引导寻优算法造成的设计效率低等问题,提出了知识引导的优化求解策略,在文化算法的信念空间提出新的知识类型——指导知识,利用逐渐结构化或数量化的设计要求(人工个体、设计约束、设计目标),构成指导知识。使设计要求直接或间接地既在基因层面又在种群层面指导算法求解,实现了在优化求解过程中及时汲取设计者经验以指导优化算法的目的。
  提出了一种船体曲面轻量化逼近设计方法。该方法通过对截面线进行二次逼近,应用改进的自适应改变染色体长度的遗传算法进行求解,实现了在满足工程设计要求的前提下,轻量化船体曲面设计所需数据量的目的。
  研究和计算实例表明,在轻量化船体曲面特征线逼近控制顶点分布模型的基础上,采用特别设计的智能求解策略,所提出的NURBS流曲线船体曲面轻量化设计方法,为船体曲面的反向设计方法提供了基础。实现了船体曲面特征线及船体曲面定义数据的轻量化,而且提高了船体曲面的设计效率和设计质量。
[博士论文] 高宏林
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:由随机振动引起的辐射噪声的随机现象在工程领域中十分的普遍。对于实际的结构而言,由于受到装配关系、制造公差以及材料缺陷等因素的影响,结构的实际工作状态与其设计工作状态往往存在着一定的差异,并且这种差异将可能随着工作频率的升高而增大,进而使得结构的声辐射状态呈现出更明显的随机特性。不仅如此,在实际的工作状态下,由于受到环境及自身因素的影响,结构受随机载荷作用而引起声辐射的随机现象也往往难以避免。针对此类问题,鲜有通过频率带宽来考虑随机声辐射问题。本文采用频率均方声压法来预报结构在频带内的随机辐射噪声问题。
  本文对频率均方声压法开展了研究。首先,针对自由空间的频率均方声压法在失效频率下出现的解不唯一问题,提出了CEBIEF法(Combined Energy Boundary Integral Equation Formulation)和耦合系数法予以处理。其次,针对半空间中由随机振动状态所引起的结构随机声辐射问题,建立了半空间的频率均方声压法,并且通过提出的半空间的CEBIEF法和耦合系数法,解决了半空间的频率均方声压法存在的失效频率下解不唯一问题。最后,对于由随机载荷作用而引起薄体结构的随机声辐射问题,基于薄体结构的Helmholtz边界积分方程,提出了薄体结构的频率均方声压法。基于自由空间的频率均方声压法、半空间的频率均方声压法以及薄体结构的频率均方声压法,对圆柱壳和薄板等舰船典型结构由随机载荷或随机振动所引起的随机声辐射问题进行了数值预报,频率均方声压法可以有效地处理该随机声辐射问题,使得频率均方声压法成为技术人员在处理该问题时的一种有效方式。本文的主要研究内容如下:
  (1)针对频率均方声压法,推导得到了基于频率平均的Helmholtz边界积分方程的频率均方声压法的计算表达式。而对于计算中遇到的奇异积分的问题,基于显式估计法的基本思想推导得到了相应的计算表达式。将有限元法结合频率均方声压法应用到受随机载荷作用而引起的圆柱壳结构的随机声辐射问题,计算结果表明,有限元法结合频率均方声压法可以用来预报随机载荷作用下结构随机声辐射,可以避免对各随机载荷样本逐一进行声辐射预报,再对声辐射结构统计平均的过程。
  (2)针对基于频率平均的Helmholtz边界积分方程的频率均方声压法在失效频率下的解不唯一问题,提出了CEBIEF法。该方法是在频率平均的Helmholtz边界积分方程的基础上,通过选取封闭表面的内部点为补充点,建立内场的频率平均的Helmholtz边界积分方程,并与封闭表面的频率平均的Helmholtz边界积分方程一起组成一组超定方程组,由该超定方程组的最小二乘解作为封闭表面的未知量,再由频率均方声压法计算得到结构在频带内的均方声压。通过数值计算对CEBIEF法进行了研究。研究表明,CEBIEF法可以较为方便、快速地对基于频率平均的Helmholtz边界积分方程的频率均方声压法的解不唯一问题进行处理。并且随着计算频率的升高计算所需的CEBIEF点的数量也随之增多,同时CEBIEF点存在失效区域。对于一般的结构而言,在事先不确定失效区域以及计算所需有效的CEBIEF点的数量的情况下,提出了一个判别函数用于判断计算频率是否为失效频率以及采用的CEBIEF法是否有效地解决了解不唯一的问题。
  (3)建立了频率平均的法向导数Helmholtz边界积分方程,并将该方程运用到频率均方声压法的求解中。基于显式估计法的思想,对频率平均的法向导数Helmholtz边界积分方程中出现的超奇异积分问题给予处理。研究发现,该方程如频率平均的Helmholtz边界积分方程一样,可以用于频率均方声压法的计算,但同样会遇到失效频率下解不唯一的问题,并且基于频率平均的法向导数Helmholtz边界积分方程的频率均方声压法与基于频率平均的Helmholtz边界积分方程的频率均方声压法的失效频率各不相同。
  (4)CEBIEF法具有编程简单、使用方便的优点,但为了鲁棒性更好地解决失效频率下解不唯一的问题,建立了耦合系数法。该方法将封闭表面处建立的频率平均的Helmholtz边界积分方程和频率平均的法向导数Helmholtz边界积分方程通过系数耦合,得到一组新的方程组,将新的方程组的解作为封闭表面的未知量,用于频率均方声压法的计算。
  (5)针对半空间中由随机振动状态引起的结构随机声辐射问题,分别建立了基于半空间的频率平均的Helmholtz边界积分方程和半空间的频率平均的法向导数Helmholtz边界积分方程的频率均方声压法。通过提出的半空间的CEBIEF法和耦合系数法解决了半空间的频率均方声压法存在的失效频率下解不唯一的问题。采用自由空间和半自由空间的CEBIEF法和耦合系数法有效地预报了由随机振动引起的结构随机声辐射。
  (6)针对由随机载荷作用引起的薄体结构的随机声辐射问题,在薄体结构的Helmholtz边界积分方程的基础上,建立了薄体结构的频率均方声压法,并且采用有限元法与薄体结构的频率均方声压法相结合的方式对薄体结构的随机声辐射问题进行了数值预报。
[硕士论文] 夏城城
机械电子工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:水下滑翔机是一种新型的无人水下自主航行器,与传统水下航行器相比,水下滑翔机没有螺旋桨作为动力,它通过改变自身的净浮力和俯仰角实现锯齿式前进。因此,水下滑翔机具有成本低、能耗低、续航能力强、隐身能力强等特点,可根据使用场景搭载不同的模块,在海洋环境勘测、军事侦察等领域具备广泛的应用前景。
  本文以自行研制的水下滑翔机为研究对象,进行系统的运动建模、结构设计和控制系统软硬件平台搭建,建立了系统能耗模型并确立最优滑翔参数。本文的主要研究成果及创新点如下:
  1.建立滑翔机在垂直平面内的动力学模型和运动学模型,揭示了水动力参数、狰浮力、滑块质量、滑块平移距离等因素对水下滑翔机运动的影响,为后续研究奠定了理论基础。
  2.针对现有的几种外形方案,利用Ansys14.0进行水动力仿真,比较几种模型的优缺点,确定外壳方案。搭建姿态调节机构和浮力调节机构,提出了一种油腔体积测量的新方法,并验证了方案的有效性。
  3.设计搭建了岸上控制实验平台和嵌入式控制系统,采用CRC校验和返回重发纠错机制保证数据通信的可靠性,采用在线监测控制和离线诊断的方式进行数据分析。
  4.建立滑翔机的总体能耗模型,以俯仰角、下潜深度和净浮力作为可变参数求得滑翔机最优能耗参数,并分析嵌入式芯片的低功耗模式,为水下滑翔机的节能设计奠定理论基础。
[博士论文] 刘戈
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,LNG作为一种清洁能源在世界范围内受到了广泛关注,在许多国家的能源供应比例中大幅增加。在航运业,随着国际海事组织TierⅢ排放标准的生效,LNG也成为了船用首选的替代燃料。LNG消耗量的不断增大,推动了LNG开采、储运的发展,相继出现了LNG运输船、燃料罐、浮式LNG储存再气化装置和加注船。但是LNG在储存和运输中的蒸发消耗、加注以及燃料使用导致的LNG充装量减少,会使液舱出现非满载工况,从而导致晃荡问题。当液舱与外激励发生共振时,LNG会剧烈冲击舱壁结构,产生较大的外力矩,且加快了舱内LNG的蒸发速率,给液舱结构及货物维护系统带来巨大威胁。因此,晃荡现象的模拟、晃荡荷载的预报,以及抑制晃荡措施的研究成为了LNG液舱设计的关键技术。
  本文针对LNG储运中常用的独立C型舱,设计并建立了晃荡模型试验系统,通过液体自由振荡试验和扫频试验,采用提取有义值的统计方法,得到了共振频率与理论固有频率的偏差会随着液位增加而减小的规律。通过晃荡特性与载荷模型试验,研究了液舱内液体受纵摇激励时的晃荡波形特征,给出了自由液面在舱顶影响下的波形分类,以及晃荡荷载频域、时域与空间分布特性。
  利用有限体积的离散方式结合VOF自由液面捕捉技术,对三维粘性湍流的液体晃荡现象进行了数值模拟,建立了晃荡数值模拟平台,利用模型试验验证了平台的精度。针对晃荡荷载快速评估的要求,基于模型试验验证,给出了晃荡荷载快速计算技术,结合实船晃荡荷载载液工况区间、激励频率区间以及激励幅值的选取,提出实船晃荡荷载快速计算方法,从而确定了实船危险晃荡工况,给出了液舱内晃荡荷载的分布。通过1000m3加注船液舱晃荡工况计算实例,验证了该计算方法的可行性。
  根据C型舱的几何结构,设计了两种常用的制荡装置:环形制荡板与多孔型制荡舱壁。通过设置制荡装置的晃荡模型试验系统,进一步验证了晃荡数值模拟平台的适用性。采用正交分析方法,结合数值模拟平台,对环形制荡板结构参数进行了敏感性分析,得出显著影响制荡效率的因素,给出了达到最佳制荡效果的各因素设计方案,以及制荡环高度临界值,并对因素的晃荡抑制机理进行了研究;通过对比无制荡装置的模型试验,研究了多孔型制荡舱壁的制荡特性,基于晃荡数值模拟平台,分析了不同制荡孔径制荡舱壁的晃荡抑制效率,得到制荡孔径对液舱半载时的抑制效果具有明显的影响;对比了两种制荡装置的阻荡效果,得出了两种制荡装置在不同液位时制荡效率的变化规律。
  综上所述,本文针对LNG独立C型舱和制荡装置的设计关键技术,基于数值计算和模型试验进行了晃荡特性和晃荡抑制机理研究,提出了实船晃荡荷载快速计算方法和制荡装置的设计方法,实现了C型货舱和储罐的晃荡荷载直接计算,为制荡装置的合理设计提供了参考和指导,也为相关规范的修订提供了技术支持。
[博士论文] 胡俊明
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:在船舶水动力学领域,快速性是船舶的一个重要性能指标。船舶快速性直接影响着商船的运营成本和军舰的战斗力及生存能力,为满足人类对海洋资源开发利用、未来航运业及海战的需求,对军民用船舶的快速性能提出新指标和新要求,因此寻找一种快速有效而精确的方法预报船舶快速性能十分重要。船舶快速性能包括船舶阻力性能和推进性能两个方面。传统对船舶阻力性能和推进性能的预报主要有模型试验方法和基于势流的理论方法。随着计算机技术的进步和数值计算方法的快速发展,基于粘性流求解雷诺平均N-S方程的RANS法在船舶水动力性能设计评估中得到广泛应用,与物理模型试验形成良性的互补和互动,弥补了势流理论忽略粘性对船体绕流场影响的局限。欧盟于2004年启动虚拟试验水池计划,提出全面的船舶水动力性能虚拟试验策略架构,加速船舶RANS法虚拟试验水池技术的研究进程。现阶段国内外基于RANS法虚拟试验水池技术的船舶快速性预报已取得创新性成果,但其在应用研究方面与船舶RANS法的长远目标还存在较大差距,需要建立更多的数值计算方法来推进和完善。
  本文以船舶RANS法虚拟试验水池技术为基础,系统地建立了用于求解船体总阻力、兴波阻力、组合推进装置水动力和船、桨、舵互相干扰的实船功率及航速等复杂水动力问题的数值模拟方法;在此基础上,开展了船舶快速性预报的验证研究。
  (1)为完善船舶RANS法预报船体阻力性能,推动船舶RANS法向实用化方向发展,开展网格基本尺寸变化、边界层第一层网格高度、湍流模型适用性和船体阻力不确定度分析的研究,构建一套适合于常规船型阻力性能预报的网格划分方法,考察和选取能胜任船体阻力性能预报的较佳湍流封闭模型。
  (2)基于RANS法船舶阻力性能预报的可靠度和准确性,通过构建虚拟试验水池,提出一种基于三因次RANS确定形状因子1+K和求解船体兴波阻力的数值计算方法,该方法考虑粘性与兴波之间的相互影响,突破EFD法确定形状因子1+K过程中存在航速限制、船体周围流场流态不稳和兴波干扰等局限;同时为与基于势流理论的兴波阻力计算结果比较,开发Rankine源法兴波阻力数值计算程序。结合两艘标准试验船型的计算验证本文所提出的三因次RANS法预报船体兴波阻力的准确性和可行性,并通过数值结果比较表明三因次RANS法相比线性化自由面条件Rankine源法具有优越性。
  (3)为确定船舶推进装置水动力性能预报的可靠度和准确性,基于RANS法构建虚拟试验水池,开展湍流模型适用性和船舶推进性能不确定度分析,为组合推进装置水动力性能的预报研究奠定基础。
  (4)基于RANS法开展组合推进装置的较佳水动力性能参数选取的预报研究,通过构建虚拟试验水池对毂帽鳍螺旋桨、串列螺旋桨和对转螺旋桨进行实例计算分析,获取组合推进装置较佳水动力性能参数,并分析数值尾流场以研究组合推进装置水动力性能作用机理,为工程设计应用提供有价值的参考,同时为组合推进装置水动力性能参数的预报选取提供一种重要的研究手段和方法。
  (5)开展船、桨、舵互相干扰的船舶快速性预报研究,通过构建虚拟试验水池,提出一种基于二因次RANS预报实船功率及航速性能的方法。结合实用船型算例验证本文所提出的二因次RANS法预报实船功率及航速性能的准确性和可行性,并分析数值流场的信息变化以研究船、桨、舵互相干扰的快速性作用机理。
  综上所述,本文基于上述研究内容构建虚拟试验平台,系统地开展数值模拟计算和验证分析,为RANS法虚拟试验水池的船舶快速性预报研究提供可靠的数值计算方法和实用的仿真技术。
[博士论文] 刘宝龙
数字化艺术与设计 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:水路航运自古以来就是人类最重要的交通运输方式之一。在经济全球化的当今时代,水路航运承担着全球三分之二以上的贸易货物运输量。随着船舶使用量的不断增长,船舶碰撞、违法逃逸、海洋环境污染等一系列水路交通事故的发生频率也越来越高。如何对船舶进行准确身份识别、加强水路交通监管、提高水路运输安全性具有重要研究价值。
  图像分析、深度学习等人工智能相关技术在车牌识别、自动驾驶等陆路智能交通系统中已经取得了许多重要进展。然而,相关技术在水路智能交通领域的应用仍然比较缺乏。船舶是水路航运最重要的载体。船名标识是船舶最重要的身份识别信息之一。船名标识字符的自动化识别可以为船舶身份识别和船舶交通行为监控等任务提供有力的技术支持。本文对基于图像分析和深度学习的船名标识字符检测与识别这一课题做了一定的探索,主要工作总结如下:
  (1)提出两个船名标识字符基准数据集——ZJUSHIPS950和ZJUSHIPS60K,并提出了较为科学的船名标识字符检测与识别算法评价标准,解决了船名标识字符基准数据集和算法评价标准缺失的问题。ZJUSHIPS60K船名标识数据集包含67873张可用于船名标识检测算法测试和训练的船舶图片,同时包含了39053张可用于船名标识识别算法测试和训练的船名标识图片。ZJUSHIPS60K包含的图片由智能交通摄像机实景抓拍。ZJUSHIPS950是一个包含多种类船舶的船名标识检测数据集,其包含了950张货船、客轮、游艇、军舰等船舶的图片。以上船舶图片在获取时考虑了不同船舶类型、不同船名标识风格、不同图片分辨率、不同背景、不同季节、不同时段、不同光照、不同角度等影响因素。所有船名标识被人工进行了标注,以用于算法的训练和测试。统计和分析表明,以上两个船名标识数据集,特别是ZJUSHIPS60K,在数据分布上比较均衡、比较具有代表性。目前,ZJUSHIPS950和ZJUSHIPS60K数据集已经开源。
  (2)提出了一个引入格式塔理论的多语种船名标识字符检测方法。格式塔理心理学是西方现代心理学的重要流派之一,其不仅揭示了人类对外界事物的感知方式,也反映了人类以符合格式塔完型规则的方式来设计和制造事物。船名标识往往体现出较强的“格式塔”特征。不同船舶的不同语种船名标识包含的字符在颜色、字体、大小、宽高比和数量等方面经常表现出较大差异性,这种差异性给船名标识的检测任务带来较大困难。通过对船名标识字符更抽象的“格式塔”特征的分析和提取,我们提出一个在更高层次上对船名标识进行检测的方法。具体地,我们首先对船名标识字符的格式塔特征进行了总结。然后,通过设计合理的度量算法,分别进行了多语种文本粗检测、船名标识字符精定位、伪船名标识字符去除和漏检字符补全过程。最后,在ZJUSHIPS950数据集上的实验测试结果验证了该多语种船名标识字符检测算法的有效性。
  (3)提出了一个基于深度卷积神经网络迁移学习的船名标识字符检测方法。在进行船名标识检测时,船名标识的数据量不足、字符过小、尺度复杂和多行印刷特点也具有较大挑战性。首先,针对数据量不足的问题,我们基于深度卷积神经网络迁移学习的船名标识字符检测思路,分别进行了参数迁移学习和关系迁移学习。其次,针对符过小、尺度复杂问题,提出了模型金字塔船名标识字符检测机制,通过构建一个模型金字塔来进行小分辨率、多尺度船名标识字符的检测。最后,针对船名标识字符多行印刷问题,进行了船名标识字符检测结果后处理。实验结果表明,迁移学习、模型金字塔和检测结果后处理三者协调统一、相互补充,它们在整体上能取得较高检测准确率,同时还能保证较低的误报率。
  (4)提出了一个包含不定长字符的多行印刷船名标识布局归一化与非分割式识别方法。在设计船名标识字符识别算法时,船名标识字符的多行印刷、长度不固定和难以分割问题是我们面临的主要难点。针对以上难点,我们首先提出了一个船名标识字符归一化算法,通过算法将多行印刷的船名标识字符归一化到相对水平的同一行,提高船名标识的可识别性。然后,基于联结主义时序分类模型,提出一个基于深度卷积循环神经网络的船名标识字符识别模型,该模型由卷积层、空间变换层、循环层和转录层四个子模块组成。最后,在ZJUSHIPS60K船名标识字符识别数据集上的实验表明,该模型在船名标识字符识别任务上取得了较高的识别准确率和较低的平均编辑距离,超越了相关方法。
[博士论文] 刘陆
船舶电气工程 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:21世纪是海洋的世纪,海洋蕴藏着丰富的生物资源、油气资源、矿物资源,是人类生存和可持续发展的战略空间和资源要地。无人船是人类认识海洋、开发海洋、保护海洋的重要工具,在军事和民用领域都具有广泛的应用。在众多无人船关键技术领域中,路径跟踪与协同控制问题是备受关注的研究热点和前沿性课题之一。本文以欠驱动无人船作为研究对象,研究了单无人船的路径跟踪、多无人船的协同路径跟踪以及无人船动力学控制问题。论文的主要工作如下:
  首先在运动学层次,研究了欠驱动单无人船的路径跟踪问题。LOS制导、积分LOS制导、自适应LOS制导被广泛的用于欠驱动无人船路径跟踪设计中,然而LOS制导不能补偿侧滑角的影响,积分LOS制导和自适应LOS制导都是针对常值侧滑角未知的情形提出的。另外,积分LOS容易产生控制相位滞后和陷入积分饱和,自适应LOS在暂态控制过程中容易产生较大的振荡。为解决上述问题,本文针对欠驱动单无人船路径跟踪问题,提出了两种新型LOS制导方法。具体的,针对侧滑角未知欠驱动无人船的路径跟踪问题,提出了基于预估器的LOS制导方法,将预估器引入LOS制导设计中,基于预估误差设计了自适应律,能够快速地补偿侧滑角,提高路径跟踪的精确性。采用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是渐进稳定的。暂态分析表明可以通过调节参数减小自适应信号导数的厶范式,提高系统暂态控制性能。针对时变侧滑角未知欠驱动无人船的路径跟踪问题,提出了基于扩张状态观测器的LOS制导方法,采用降维扩张状态观测器估计时变侧滑角,实现了侧滑角的精确估计与补偿,提高了路径跟踪的精确性。应用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的,并且可以通过调节降维扩张状态观测器的带宽缩短暂态估计过程。仿真和实验验证了所提制导方法的有效性。
  随后,在上述单船制导研究基础上,进一步研究了欠驱动多无人船协同路径跟踪问题。现有多无人船协同路径跟踪研究大多局限于全驱动船舶运动模型,但是在实际应用中大多数船舶是欠驱动的。另外,现有无人船协同路径跟踪研究大多采用多条参数化路径进行导引,只能实现同步的编队队形。为解决上述问题,本文提出了三种欠驱动多无人船协同路径跟踪方法。具体的,针对多路径导引欠驱动多无人船的协同路径跟踪问题,将LOS制导与多智能体系统一致性方法相结合,提出了基于路径参数一致性的LOS协同路径跟踪方法,实现了多曲线上的同步编队队形。针对单路径导引欠驱动多无人船的协同路径跟踪问题,将LOS制导与多智能体系统包含方法相结合,提出了基于路径参数包含的LOS协同路径跟踪方法,使得路径参数均匀地分散在两个虚拟领导者之间,实现了单曲线上的队列编队队形。针对闭曲线导引欠驱动多无人船的协同路径跟踪问题,将LOS制导与循环跟踪方法相结合,提出了基于路径参数环形跟踪的协同路径跟踪方法,使得路径参数均匀地分散在圆周上,实现了闭曲线上的对称编队队形。进一步,将所提三种协同路径跟踪方法拓展到参考速度非全局已知和侧滑未知两种情形。采用级联系统稳定性分析分别证明了闭环系统是输入状态稳定的,仿真和实验验证了所提三种协同路径跟踪方法的有效性。
  最后在动力学层次,研究了欠驱动无人船的动力学控制问题。现有文献中,很多研究人员采用神经网络对无人船动力学系统不确定性进行估计与控制,然而现有神经网络自适应律大多基于跟踪误差进行学习,暂态跟踪误差会导致神经网络输出信号幅值较大。另外,快速自适应的实现依赖于大的自适应增益,但高自适应增益会导致控制信号高频振荡。并且,现有神经网络控制方法往往没有考虑系统控制输入受限问题。为解决上述问题,本文提出了基于预估器的神经网络控制方法。将预估器引入神经网络的设计中,基于预估误差设计了神经网络的权值更新率,实现了对模型不确定性与外部海洋环境扰动的快速自适应补偿,且不会引起控制信号高频振荡。采用饱和函数设计方法,保证了控制信号的有界性,且界值是明确已知的,有效地避免了执行器饱和问题。采用级联系统稳定性分析证明了动力学控制系统中估计子系统与控制子系统组成的级联系统是输入状态稳定的,并进一步证明了运动学子系统与动力学子系统组成的级联系统是输入状态稳定的。仿真结果验证了所提欠驱动无人船动力学控制器的有效性。
[硕士论文] 张乾
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着各国之间海上贸易往来的不断加深,海上安全事故发生频率也逐年增加。海上险情由于突发性、危害大、救助难等原因,越来越受到重视。做好海上安全应急救援工作,不仅需要加强各国海上应急救援力量,还需要对救援力量进行合理调度。也即,在海上灾情发生后,如何合理调度救援力量尽快抵达遇险地点,在最短时间内实施有效救援,是一个值得研究的重要课题。
  目前海上应急救援的研究已经取得了丰硕的成果,但同时也存在问题,特别是现有研究很少顾及救援过程中的空间关系问题。众所周知,海上救援是一种典型的空间活动,救援过程不可避免地涉及各要素之间的空间关系。在具体救援过程中,各要素之间的空间关系不同,救援力量的调度方案也会有所差异,进而会对救援结果产生影响。因此,空间关系是海上应急救援力量调度中不可或缺的考虑因素,提出一种顾及空间关系的海上应急救援力量调度模型尤为重要。
  本文综合考虑其中各方面因素,以海上救援基础理论为数学基础,归纳了影响海上应急救援的各项客观因素指标。以Voronoi图作为空间关系的主要研究工具,结合海上救援的特殊要求,对普通Voronoi图在海上应急救援过程中的局限性进行改进,构建了适于海上应急救援的海上救援Voronoi图,最后提出一种基于空间关系的海上应急救援力量调度模型。
  论文的主要研究成果及创新点如下:
  (1)从救援环境、救援力量和险情级别三方面综合分析了海上救援的影响因素,对各方面因素的构成因子及其对搜救工作的影响程度进行了详细阐述,最后运用层次分析法和引力模型构建了各海事机构的救援“吸引力”评价模型。
  (2)针对普通Voronoi图在海上救援应用中的不足,提出了“海上救援Voronoi图”(MRVD),解决了救援机构与救援对象不通视问题,将Voronoi图的应用范围进行了有效拓展。
  (3)提出了基于Voronoi图的海上救援调度模型(MRSV),实现了对海上应急救援力量的合理调度。该调度方案可以根据各救援机构的救援力量和救援对象的抗险能力,动态选择最佳救援力量实施救援。
  本文研究为当前海上应急救援提供了一种备选方案,完善了海上应急救援过程中评价指标选取体系,同时对有关部门在海上救援过程中的决策提供了参考和辅助作用。但另一方面,由于受科研水平限制,本研究还存在一些不足,如通过普通Voronoi图在分析海上救援三维空间问题时,如何减小投影变换误差?这些问题将成为后续研究工作的重点。
[硕士论文] 谢波
建筑与土木工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着疏浚技术的进步和发展,疏浚对人类社会作用越来越大。近年来疏浚建设市场呈现出蓬勃发展的态势,对于疏浚施工企业来说,施工技术水平的高低和现场管理的好坏已经成为直接关系到企业生存发展的重要课题。面临这些挑战,加强对疏浚工程的现场管理,进行技术研究,对促进疏浚技术的进步和发展具有重要作用。
  本文依托于日照港石臼港区西区四期疏浚工程,结合现有理论和大量疏浚工程施工实践对绞吸船挖岩进行了系统的理论分析、研究和归纳,总结出具体的挖岩施工工艺,为工程的顺利实施和绞吸船挖岩技术的改进奠定了基础。本文的具体研究内容如下:为了研究自航绞吸挖泥船施工工艺,本文通过日照港石臼港区西区四期疏浚工程,对绞吸船挖岩工艺进行了实践验证,并探讨了施工控制措施,解决了绞吸船存在的问题,并提出合理化建议。
[硕士论文] 高建杰
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:镇扬汽渡处于长江江苏段中上游交通枢纽位置,该水域交通繁忙,船舶种类多,镇扬汽渡客货运量大,汽渡轮横穿该水域航道,与航经船舶频繁交叉会遇。现有VTS对船舶间的碰撞危险判断沿用雷达ARPA功能预警机制,即系统根据设定的两船间的最小DCPA和最小TCPA作为危险判定阈值。在镇扬汽渡如此繁忙的水域,如果阈值设定偏大会频繁报警,设置偏小则会影响避让时机,不能提供准确的避碰预警信息。因此,需要研究适合该水域的船舶碰撞危险预警方法,以便对船舶的碰撞危险做出及时准确的预报。本文依托江苏镇扬汽渡管理处委托的“江苏镇扬汽渡渡轮航行避碰智能预警及避碰辅助决策关键技术研究”,做了以下研究工作:
  (1)针对VTS以及船舶碰撞危险预警机制存在的问题,重点研究了汽渡轮危险评判阂值计算模型。采用客观与主观相结合的研究方法,基于船舶尺度、航向、速度、汽渡轮操纵性能,运用真运动几何分析,结合驾驶员操纵习惯及其对不同会遇局面两船通过时安全余量SM的感受,针对镇扬汽渡水域的特殊性以及危险度等级划分需要,建立临界碰撞距离SDAmin、临界安全会遇距离SDA三及安全会遇距离外边界SDAmax阈值模型,作为不同等级判定阈值的量化基础,亦作为安全会遇距离(SDA)的边界,构成SDA边界模型。
  (2)建立了汽渡轮碰撞危险度阈值计算模型。在开阔水域船舶危险度阈值计算模型理论基础上,本文通过专家咨询和问卷调查,总结了汽渡轮驾驶员通常避让操纵方法,结合SDA边界模型,采用相对运动分析方法,计算出汽渡轮与目标船的一般危险距离、紧迫局面距离、临界紧迫危险距离及相应的施舵时机Tl_15、Tl_30、Tl_50,从而建立以施舵时机为避让紧迫度的多目标船危险度排序,并对,目标船的危险度进行了等级划分,给出对应不同等级的报警信号。
  (3)实现了汽渡轮碰撞危险智能预警模型验证。基于前期研究的船舶拟人智能避碰决策基础模型及算法,将建立的汽渡轮碰撞危险智能预警模型,以算法的形式集成到我校自主研发的船舶智能操控(Ship Intelligent Handle and Control,简称SIHC)仿真研究平台,通过设计仿真实验方案,验证两船通过时安全余量SM、安全会遇距离外边界SDAmax及危险度阈值计算模型的合理性。
[硕士论文] 周田瑞
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:船舶领域客观存在,是船舶行为的重要内容。船舶领域的研究对提高海上交通安全和交通效率具有重要意义。针对受限水域船舶领域的研究较多只考虑单一因素的影响,为研究多种因素对船舶领域影响,通过提取受限水域AIS数据,对交通流特征参数分析,确定了船舶航行时间、船舶类型、船舶长度以及船舶航速作为船舶领域的影响因素。在求取船舶间相对位置时,确定了目标船与本船不同时刻船位换算方法。该方法考虑到AIS数据播发时间间隔引起的船位误差,因此利用该方法求取的船舶位置更能真实反映受限水域船舶间的位置分布情况。
  根据平面几何点与直线的关系,设计了特定多边形区域的AIS数据提取方法。将该方法在数据库SQL2012中编写程序,可以方便实现特定海域区域AIS数据的提取。通过获取本船周围目标船位置分布情况,利用船舶位置叠加的方法,设计了受限水域的船舶领域模型算法。以舟山港螺头水域为例,利用建立的模型算法共挖掘出29种不同类型的船舶领域模型。研究结果表明:白天和黑夜对船舶领域大小几乎没什么影响;船舶类型对船舶领域的大小有影响,本船和目标船都为货船时其船舶领域最小,本船和目标船都为油船时其船舶领域最大,当两者一个为货船,另外一个为油船,其船舶领域相差不大;船舶长度和船舶航速对船舶领域大小有影响,船舶领域的大小随着船长、航速的增加而增加;船舶领域的长度与船长的比值并不是一个定值,而是随着船长、航速的增加而递减,航速越大,递减的幅度也越大。
  本文以船舶AIS信息为基础数据,建立了受限水域的船舶领域模型,为海上交通工程中船舶危险度评价和船舶智能避碰系统建设等提供理论依据。
[硕士论文] 吕艺俊
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:海上交通的监控对于在航船舶的航行安全有着十分重要的意义。现代监控系统中主要包括雷达的监控、船舶的AIS的安装监控以及VTS的建立,但是对于航行环境不好,容易产生干扰雷达的情况以及部分并未安装AIS的船舶,海上交通监管仍然很难准确的掌控船舶航行时的具体位置,导致无法判断船舶航行环境是否安全。因此引进先进的视频监控不失为弥补上述不足的一种方法,本文基于视频监控对海上船舶进行自动检测并计算出船舶的地理空间位置,主要工作如下:
  船舶目标检测,是指从视频图像中的运动变化区域中提取出来运动船舶目标的检测技术。本文介绍了用固定的摄像头拍摄海上航行船舶的视频图像,从视频图像中检测出目标船舶的方法。该方法为基于边缘检测的三帧差法与基于中值法的背景减法结合的船舶目标检测算法,这种二者互相结合的方法相对于只使用单一方法提取船舶目标能够更有效、准确、可靠。
  船舶位置转换,首先在提取出船舶目标后对视频图像中船舶像素位置进行的提取,其次通过计算机视觉中的相机模型,建立算法,计算出位置转换时需要的摄像机内外参数,再次通过几何算法计算出船舶目标相对于摄像机位置的高斯平面直角坐标,最后使用高斯算法进行平面直角坐标到地理位置经纬度的转换。
  通过提取船舶位置信息的研究,对监管中心进行船舶监控起到一定的辅助作用。在未安装AIS的船舶以及环境不良条件下雷达受到影响的情况下,此方法能较好弥补检测不到的船舶位置的显示,改善不良通航环境,从而提高通航效率,保障船舶通航安全。
[硕士论文] 潘宇璐
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:流场是水文环境中一种典型的表现形式,在实际物理现象和工程利用中存在较大的影响。流场的数值计算,主要涉及了流体力学、水文动力学、数值分析、地理信息系统、计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)等多学科的理论知识和交叉应用。
  同时,伴随着我国航运事业的蓬勃发展,航海、航行方面研究不断跟上脚步。在航海模拟器的设计和集成过程中,真实航行环境要素的仿真技术应用而生。其中,航行不仅仅定义为沿海、近海、远洋航行,也包括内河航行。由于内河航行模拟器的环境仿真研究在国内外尚处于初步阶段,尤其是河流环境要素中流场的仿真研究较之甚少。本文首先通过不同数值模型的比较分析,采用FVCOM模型对河流流场进行数值计算和仿真研究,然后将所得到的流场计算结果应用在内河航行模拟器中,主要完成了以下工作:
  完成基本数据采集。根据河流所在区域的电子海图,学习了电子海图数据结构等知识,完成了在电子海图中提取相关地理数据(岸线数据、水深数据)。
  研究了现有数值计算中流场的数据类型,流场数据结构的分析,以及流场数值模拟的方法,根据河流的岸线情况、地形特征,根据不同数值模型的优缺点比较,采用FVCOM数值模型进行河流的流场计算。同时,为了满足计算准确性的要求,用二维(垂向)平均的方程组来计算二维单层的流场分布情况。
  采用非结构化网格生成技术,实现了适用于FVCOM模型计算的三角形网格,采用Delaunay方法进行网格划分,并根据三角形精度要求,剔除或优化了不符合要求的三角形。
  以长江流域扬州段为例,利用Linux系统下Fortran语言完成了数值计算和仿真过程,然后将其应用到内河航行模拟器中进行了流场变化情况的效果验证,并在S-57电子海图实现效果展示。
[硕士论文] 何瑞峰
船舶与海洋工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江干线贯穿中国七省二市,长江航运承担了沿江流域的主要大宗性货物的运输,长江航运的发展对长江经济带的建设和发展起到重要的促进作用,长江黄金水道的绿色发展是长江航运可持续发展的重要支撑。降低船舶对流域环境的影响,以更少的燃料消耗运输更多的货物,是长江航运绿色发展进程中对船舶的基本要求。因此,运用优材减重等结构优化技术对长江水系标准船型进行结构优化设计,将绿色基因引入到船舶结构中,使得船舶结构产品达到节能、减材、安全的设计目标,这是长江水系船舶结构设计势在必行的关键技术之一。
  多用途船作为长江干线上的三大主力船型之一,针对其标准船型的船体结构进行结构优化具有重要的工程应用意义。本文选取一艘长江水系货-37(Ⅰ)多用途船作为研究对象,结合本船的结构特点,为了降低多用船货舱段结构的重量,通过对船舶结构优化基本理论分析,选取了本船货舱段的中剖面结构进行尺寸优化。为了提高优化算法对结构优化的求解性能,本文将具有局搜索性能的遗传算法和快速收敛性能的粒子群算法相结合,然后将改进后遗传粒子群算法和双种群遗传粒子群算法应用到多用途船的结构优化中,最后基于Patran&Nastran建立有限元模型进行强度计算,校核优化后船体结构的强度,验证优化结果的有效性。本文的主要研究内容如下:
  (1)基于遗传算法和粒子群算法的基本理论及其特点,结合混合算法和多种群的改进策略,提出具有较好寻优性能的遗传粒子群混合算法和双种群遗传粒子群混合算法;
  (2)建立长江水系货-37(Ⅰ)多用途船中剖面结构尺寸优化的数学模型,以单位长度货舱段的重量最轻作为优化目标,选取中剖面上纵向骨材的剖面积和板厚作为设计变量,结合《钢制内河船舶建造规范》建立优化模型的约束条件,然后分别将遗传算法、遗传粒子群算法、双种群遗传粒子群算法进行结构优化,三种优化算法分别使目标函数下降了5.11%、5.90%和6.70%,通过对三种算法的优化结果分析得出,双种群遗传粒子群算法在船舶结构优化问题的求解过程取得较好的优化结果较快的收敛速度,遗传粒子群算法次之;
  (3)运用MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN有限元软件,根据相关规范,对多用途船整个货舱段优化前及采用双种群遗传粒子群算法优化后的舱段强度进行计算校核,计算结果表明,优化后的货舱段结构强度满足规范要求,说明了双种群遗传粒子群算法对求解船舶结构优化问题的适应性和有效性。
[硕士论文] 刘添宇
船舶与海洋工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着长江经济带国家战略的实施,内河码头建设日新月异,数量不断增加,码头系泊下船舶的水动力性能是衡量船舶靠泊安全性的重要技术指标。本文通过对在内河中码头系泊下的船舶进行水动力性能研究,得到系泊船舶的水动力参数变化规律。指导船舶的系泊作业,避免安全事故的发生,保证航运安全。
  目前对于内河码头系泊的研究,绝大多数是采用数值模拟的方法,本文先基于三维势流理论,采用ANSYS中的AQWA模块进行计算,再通过码头系泊试验验证,主要研究内容为以下几点:
  1.对内河某码头及系泊船舶进行实地调研,得到码头、系泊船舶及系泊系统、水流等相关参数。
  2.船舶水动力性能频域研究。在频域内对水深、有无码头和波浪角度三种情况下的船舶进行水动力分析研究,得到船舶6自由度(纵荡,横荡,垂荡,纵摇,横摇,艏摇)RAO(幅值响应算子)、附加质量、辐射阻尼等基本参数。比较各种工况下的参数,分析在频域内水深、有无码头和波浪角度对船舶水动力性能的影响。
  3.船舶水动力性能时域研究。根据系泊规范设计系泊系统,在时域内风、浪、流联合作用下,分析系泊船舶的6自由度运动响应、系泊缆张力及护舷压力。
  4.单一要素的影响规律。根据系泊系统规范设计系泊系统,研究在时域内风、浪、流联合作用下,分别考虑系泊角度、缆绳根数和波浪方向对船舶水动力的影响。在系泊角度和缆绳根数对船舶水动力影响中得出船舶的运动特性规律。
  5.设计不同环境条件下,不同系泊系统的工况进行试验,对时域内的数值模拟进行验证,将试验结果与数值模拟结果进行对比分析,得到对比结果,并进行误差分析,验证码头系泊下的船舶的运动特性规律。
[硕士论文] NGUYEN QUANG HUY
航海科学与技术 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:揭阳公共进港航道位于广东省揭阳市惠来县南海作业区。该航道是港区未来规划发展涉及到的重点工程,有着重要的意义。为了确切掌握揭阳大南海东岸公共进港航道两种设计方案的合理性及通航能力,为科学设计和安全监管提供参考依据,本文将应用网络分析法(下文均称ANP-Analytic Network Process)理论对船舶在航道通航安全评价方面进行研究。
  首先通过对相关研究的回顾和总结,明确了船舶在航道通航安全评价研究的内容和特点。根据研究现状及研究对象的特点提出了影响船舶在航道通航安全的14个指标的指标体系。基于通航安全评价体系不同层次指标间、同层次指标组内部因素互相影响、互相依赖的复杂关系,本文在ANP的基础上建立了船舶在航道通航安全各指标间的网络结构。从而应用ANP软件Super Decision(SD)进行赋权、模型求解得出更利于保障船舶通航安全的航道设计方案,为航道优选提供基础。最后结合模拟试验法验证评价模型的结果。两种方法结合使用起来相互补充、相互检验的效果,使评价指标更加客观更加全面。两个方法结果一致,说明本文提出的将ANP理论应用到船舶在航道通航安全评价中是有效的,两种设计航道方案各指标敏感度的对比结果验证了ANP法的网络结构模型,最终结果更客观科学。
  在建模论证的同时,本文较深入和全面地分析了评价指标间的有机关系,并对标度方法提出了修改。此外利用SD软件根本上解决判断矩阵的一致性检验问题。ANP的决策结论更加符合客观规律,贴切反应实际情况。
[硕士论文] 吴勇智
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济全球化的不断发展,作为各国重要交流渠道的港口集装箱运输业也得到了繁荣发展。港口集装箱码头作为集装箱运输业中不可或缺的一部分,其运作效率的高低直接影响着整个行业的发展,因此越来越受到人们的关注。集装箱码头的运作效率主要取决于集装箱码头的相关运输设备,堆场的布置等因素。岸桥是集装箱码头在船舶泊位装卸集装箱的主要工具,场桥是集装箱堆场进行集装箱装卸的重要设备,这两者的效率是整个集装箱码头运输的关键,也是影响货主评价码头作业效率的一个主要因素。但是岸桥和场桥体积较大,行走缓慢,其作业效率便成了整个港口集装箱码头作业效率的瓶颈,因此如何提高岸桥和场桥的作业效率,优化集卡在两者间的作业成本,是值得高度关注和研究的问题。
  为进一步研究如何优化集卡在岸桥与场桥间的作业成本,本文以集装箱岸桥与场桥一体化为对象,主要探讨不同箱区中集卡在岸桥与场桥间作业的最小成本以及集卡的最优行走路径。本文通过对国内外各个港口集装箱码头的集装箱堆场作业系统和流程的了解,发现当前大部分的港口集装箱调度优化研究主要集中在岸桥、场桥、集卡三个要素中的某一个要素,较少对其中的两个要素进行联合调度优化。因此,本文以集卡在岸桥与场桥联合调度模式下的最低成本为目标,引入时间窗并设置集卡等待岸桥和场桥的时间罚金,以期获得集卡最小的作业成本以及最佳的装卸箱路径,借此阐明此研究对于提升港口竞争力、客户满意度等的现实意义。
  本文首先通过对国内外港口岸桥以及场桥调度的相关知识进行分析,提出了一种集卡在岸桥与场桥间调度的“新”方式,并在此基础上提出了岸桥与场桥联合调度的模式,并以集卡在不同箱区中岸桥与场桥间调度的最低作业成本为目标建立相关优化模型,接着比较了集装箱码头岸桥和场桥调度优化的相关算法,选了遗传算法作为模型的求解算法,并根据优化模型的特点设计了相关的算法步骤。最后利用厦门远海集装箱码头作为实例,验证了模型的有效性。本论文的研究成果有助于提高集装箱在岸桥与场桥之间的运作效率以及减少集卡的作业成本,并能为码头经营者探索管理创新提供宝贵的参考意见。
[硕士论文] 仝鹏翔
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国经济和对外贸易的不断发展,中国各沿海港口的集装箱吞吐量也在不断上升,对港口的集装箱船舶服务能力提出了更高的要求。受限于现有的岸线资源逐渐匮乏,在现有集装箱港口条件下提高集装箱船舶服务能力日趋紧要。在这种形势下采用新型工艺改善作业流程、提高效率成为各港口的首选,同贝同步装卸工艺正是在这种形势下逐渐推广应用起来。通过对同一贝位内的集装箱同步进行装卸操作以达到提高效率、降低成本、提升服务能力的目的,同贝同步装卸工艺在未来将会有进一步的推广和应用。现阶段改工艺的研究仍较少且大部分与实际情况有一定的差距,故本文在实地调研的基础上针对与该工艺相匹配的箱区分布分散度和集卡配置数量,通过FlexTerm仿真软件建立仿真模型对其进行研究。
  本文首先对论文研究意义和国内外相关领域研究现状进行简单的概述,对近年来国内外相关学者在相关领域的学术成果和建树进行了梳理和介绍,对本文的研究内容、技术路线和论文创新点进行了简单的论述,并介绍了本文的核心内容、研究逻辑和学术价值。接下来对论文涉及到的集装箱港口码头相关理论知识和主要研究问题进行了概述,为本文的研究奠定基础。第三章论述了本文研究的主要问题并建立了箱区分布优化模型,为后续论文对问题的研究建立了坚实的基础。论文第四章运用FlexTerm软件对不同分散度和集卡配置数量方案进行仿真模拟得出各个方案岸桥、场桥和集卡的状态数据,结合调研得到的上述设备的成本进行分析,进而选择出最为适合同步装卸条件下的分散度和集卡配置数量方案。第五章主要内容为对实际案例的仿真模拟,通过与传统装卸方式的对比验证前文选择模型的可行性和高效性。论文的最后则是对本文研究内容、结论和研究中的不足进行总结,并对未来进一步的研究方向进行展望。
  通过本文的研究,得到了在同贝同步装卸工艺下一种能够兼顾装卸作业时间和成本的箱区分布及集卡配置数量方案,在效率和成本之间取得了平衡,为后续港口码头采用同贝同步装卸工艺时的箱区分布和集卡配置方案提供了参考。
[硕士论文] 吴晓林
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:南海作为“21世纪海上丝绸之路”的重要水域,也是目前世界上船舶活动最频繁的水域之一,海上运输安全形势复杂而严峻。随着我国海洋经济的快速发展,南海海区沿线港口水路货运量持续增长,加之渔业养殖业、海洋工程开发、滨海旅游等涉海活动日益加大,港口及海域的船舶交通密度进一步加大,海上事故险情逐年增多,海上应急救助任务也随之越来越繁重。为此,全力以赴做好南海海区应急救助工作则成为履行政府职责和国际义务的大事、要事。
  南海救助局作为交通运输部救捞系统布署在南海海区的专业救助队伍,主要承担对南海海区的各类海上突发事故的应急处置、人命和财产救助、沉船打捞、清除溢油污染、海上消防等多项使命。当前,南海救助局在南海海区布署救助船舶、救助航空器、救助基地、飞行基地和救助值班待命点等海上专业救助力量积极开展应急救援工作,取得了一定的成效,但是在海上专业救助力量布署方面仍需要进一步优化改进,仍有更好发挥专业救助力量作用的空间和优势。为此,需要开展南海海区专业救助力量布署的研究,试图更加有针对性和科学性地布署海上专业救助力量,以适应南海海区复杂的海上交通安全形势。
  本文在实地调研的基础上,通过查阅相关文献资料并结合国内外专家学者在海上救助领域的研究成果,对南海海区的专业救助力量布署及事故险情现状进行分析,研究影响海上专业救助力量布署的因素,旨在发现南海海区专业救助力量布署相对不足之处,应急救助能力未得到充分发挥,应急救助效率可进一步提升等问题,主要的研究工作如下:
  (1)根据南海海区现有专业救助力量的布署现状,并统计分析2008-2017年南海海区的事故险情分布规律和特点,分析当前南海海区存在突发事故险情多、应急需求大与值班救助待命力量不足的突出问题,提出对现有专业救助力量进行更加科学合理布署;
  (2)通过建立基于救助时间满意度的最大覆盖模型来合理、科学地布署南海海区救助值班待命点,优化救助值班待命点的选择与布署,突出重点,把专业救助力量布署在重点海域、通航密集区、事故险情多发区,不断缩短专业救助力量抵达时间;
  (3)针对南海海区可参与救助资源有限的情况下,建立救助船舶模糊相似优先比模型来选择最合适的救助船舶参与救助行动,优选专业救助力量,以达到节约救助资源,提高救助效率的目的。
  通过对南海海区专业救助力量布署的优化以及对专业救助力量的优选,有效地解决南海海区专业救助力量不足的问题,提升了南海海区专业救助能力,最大限度地保障南海海区海上人命和财产安全,减少人命伤亡和财产损失,有效履行政府的职责和国际义务。
[硕士论文] 汤斯敏
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:随着粤港澳大湾区规划和南沙自贸片区战略的实施以及广州国际航运中心的建设,确保广州港水域船舶交通的安全日益重要。船舶交通事故的发生都有一个过程,在出现苗头直至临界状态呈现的过程中,存在着各种各样的信息。通过这些信息可以判断船舶航行危险程度大小,如果及时进行危险预警,可避免危险状态向事故形态的转化,这对降低港口水域船舶交通事故发生率和提升船舶交通安全水平具有极为重要的现实意义。为实现对广州港水域船舶航行危险状态进行事前监测和及时防范的目的,将船舶交通安全监管工作从事后转向事前、从被动转向主动、从经验转向科学,本文开展了广州港水域船舶交通危险预警研究。主要研究内容包括四部分:
  (1)应用动态分析指标分析广州港水域船舶交通事故分布规律,提取恰当的指标作为广州港水域船舶交通危险预警指标。通过对广州港水域船舶交通事故的时间分布、空间分布和形态分布规律进行动态分析,获取事故分布规律随时间变化的动态变化特征。
  (2)应用系统聚类法分析广州港水域船舶交通事故成因,筛选出典型因素作为广州港水域船舶交通危险预警指标。基于历年广州港水域实际发生的事故统计数据资料,辨识船舶交通事故成因的构成,提炼出人、船舶、环境和管理四类影响因素,并应用系统聚类法进行典型因素的筛选,既能综合考虑各个因素的影响,不丢失有重要影响的因素,又能适当减少因素的数目,剔除一些不够典型、特征相似、共线性高的因素。
  (3)建立广州港水域船舶交通危险预警指标体系。根据预警指标体系的建立原则,应用事故分析的研究成果,将广州港水域船舶交通危险预警指标确定为船舶交通事故分布规律分析指标和事故成因分析指标两方面,并应用德尔菲法确定预警指标的重要性和有效性,建立广州港水域船舶交通危险预警指标体系。
  (4)应用反向传播(Back Propagation,BP)神经网络预警方法构建广州港水域船舶交通危险预警模型。选取广州港水域实际发生的典型船舶交通事故案例中相关预警指标统计数据进行学习训练,构建BP神经网络预警模型,并随机选取新样本数据对构建模型进行验证分析,验证表明该模型具有较高的预测精度,可提高广州港水域船舶交通危险预警的准确性和可靠性。
  本文构建的基于事故分析的船舶交通危险预警指标体系和基于BP神经网络的船舶交通危险预警模型,具有一定的实用性和创新性,能为广州港船舶交通安全管理提供事前信息,保障港口水域船舶航行安全畅通,提高港口水域船舶交通安全水平和安全管理能力。
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