A lightweight stacked residual low-light image en-hancement network was proposed to overcome the difficulty in accurately sensing the environment under low-light conditions for unmanned surface vessels(USV).Firstly,a pyramid multi-scale pooling was introduced into feature fusion to better preserve image details.Secondly,depthwise separable convo-lution was introduced to reduce network burden and improve the image processing speed.Thirdly,a new composite loss function with color loss was designed to reduce color distor-tion.Finally,LeakyReLU activation function was used to pre-vent neuronal death.Results show that compared to the low il-lumination image enhancement network of stacked attention residual network(SARN),the proposed method improves im-age quality while accelerating image processing speed.The structural similarity and peak signal-to-noise ratio are im-proved by 3.31％and 2.08％,respectively.The model com-putation,parameter count,and single image processing time are reduced by 81.88％,75％,and 43.02％,respectively.
This paper proposes a real-time trajectory planning method for automatic berthing of an underactuated ship. This method considers the overall constraints of the ship’s dynamics model and obstacles, introduces a global planning algorithm to avoid falling into local optimum. First, the global optimal path is planned based on the A* algorithm and redundant points are deleted to obtain the reference waypoints for trajectory planning. Second, based on Extended Dynamic Window Algorithm (EDWA), the berthing trajectory of the ship, including the constant force phase and the deceleration phase, is predicted in real-time, and the desired heading is achieved through PID control. After performing the feasibility test on the predicted trajectories, the optimal trajectory is obtained by using the evaluation function that considers the constraints of the goal point, reference waypoints, and obstacles. This optimal trajectory is then used to guide the ship at the next sampling time. Finally, taking Rizhao Port as an example, this paper uses the proposed method to plan a smooth and reliable trajectory, successfully guiding the ship to the designated berth while meeting the requirements of speed and heading, and avoiding obstacles.
针对海上舷梯末端点位置镇定控制问题,通过运动学反解,计算出补偿海浪引起的船舶摇荡运动对舷梯末端点位置的扰动,保证舷梯末端点位置在惯性坐标系下保持不变的舷梯关节期望位置;综合考虑舷梯动力学模型参数不确定及海浪引起的船舶摇荡运动对舷梯的扰动力,构造扩张状态观测器(ESO),估计由参数不确定及海浪引起的船舶摇荡运动对舷梯的扰动力组成的总扰动;进一步,设计基于ESO的终端滑模关节位置跟踪控制律,保证舷梯的关节位置跟踪其期望位置.理论分析证明了所构造的ESO的状态估计误差有界和所设计的基于ESO的终端滑模控制律使舷梯的关节位置跟踪误差在有限时间内收敛至零,从而保证舷梯末端点位置在惯性坐标系下保持不变.仿真结果验证了设计控制律的有效性.
为研究非平衡等离子体对氨气/空气在常温常压下燃烧的影响,利用CHEMKIN软件模拟实验条件下氨气/空气点火延迟时间,使用ZDPlaskin程序包研究常温常压下氨气/空气放电情况.将得到的O、H、OH自由基作为CHEMKIN初始条件,研究其对氨气/空气点火延迟时间的影响,分析点火时刻温度及活性自由基的敏感性.ZD-Plaskin的研究结果表明,不同当量比混合气放电所产生的自由基粒子数密度相差不大.CHEMKIN的仿真结果表明,未加自由基时,当量比为0.8-1.2时,点火延迟时间受当量比的变化影响较小,加入自由基后,点火延迟时间随当量比的减小而降低;O、H、OH自由基可明显降低氨气/空气点火延迟时间,降低程度随初始温度的升高而减小;相同初始温度下,反应方程式与温度敏感性最大的反应方程式相同,随着温度升高,敏感性最大的反应式将发生变化,并且敏感性大幅度降低;不同初始温度下,多个反应式在温度与自由基敏感性最大反应式中重复出现,这是机理简化的重要依据.
为研究船舶横摇对行人疏散速度的影响,通过计算行人在横摇运动空间中不同维度的受力,依据实时更新的横摇角度和角速度,建立一种考虑船舶横摇运动的三维动态社会力模型.以横摇幅度和横摇周期为变量,设置多场景的仿真实验,计算行人平均运动速度和疏散时间,分析不同横摇状态下的行人运动规律.仿真结果表明:相较静态倾斜,船舶横摇进一步导致行人移动速度衰减及疏散进程延缓,随着横摇幅度增大,行人速度不断降低,横摇幅度超过15.后,疏散时间迅速增加;增大船舶横摇周期对疏散过程有一定的积极影响,可以有效提升人员行走速度,减少疏散时间,但其影响程度仍与横摇幅度有关;在相同横摇幅度情况下,当横摇周期达到10 s及以上时,疏散效率可以显著提高.研究结果可为设计人员提升船舶安全性和管理者制定人员疏散决策提供理论依据和技术支撑.
为更加科学地分析船舶碰撞事故影响因素的交互关系,揭示船舶碰撞事故的演变机理,以全球船舶碰撞事故报告为依据,建立包含人为因素、船舶因素、管理因素、环境因素及事故时间等五类影响因素的船舶碰撞事故数据库;应用Apriori关联规则挖掘算法识别船舶碰撞事故影响因素间的频繁模式、关联、共现或因果关系,运用复杂网络理论将关联规则挖掘的结果可视化;应用拓扑特征分析方法,基于互信息理论的重要节点排序算法和基于边介数中心性的边排序算法实现关键影响因素和边的识别,对事故影响因素交互网络进行鲁棒性分析.结果表明,大部分船舶碰撞事故的影响因素较活跃且影响因素交互网络联系紧密,船舶吨位、船龄、航行水域等影响因素在交互信息传递时较为重要.
基于固液摩擦纳米发电机(TENG)技术,研究并开发一种能够监测法兰泄漏的传感器,其由PTFE介电材料和金属电极组成,并通过实验研究其在不同条件下的输出性能,从而确定传感器构型及监测参数设计.为实现泄漏监测信号传输和报警可视化,本文研制一个适配传感器的单片机电路板,可采集泄漏信号,并通过无线传输形式发送到利用LabVIEW程序开发的终端泄漏报警单元,实现了船舶法兰泄漏的实时监测.
为更好地预测船舶密集水域多船会遇避碰场景中的船舶轨迹,基于生成式对抗网络思想,提出一种多船轨迹预测模型——Vessel-GAN.针对船舶轨迹特点,Vessel-GAN模型基于时序卷积网络的多船历史轨迹编解码、船舶交互特征提取、终点信息引导和避碰损失函数等技术,通过在历史轨迹上的对抗训练,实现了能够拟合船舶航行行为数据分布的多船预测轨迹生成.基于琼州海峡近5000万条由AIS数据构建的船舶交互数据集的实验表明,相较Social-GAN基准模型,Vessel-GAN在计算速度方面提升了36％,平均位移精度、终点位移精度分别提升28％、41％,生成的多船预测轨迹更加符合船舶真实行为特征,且具有更好的预测实时性和稳定性.
为解决城市轨道交通系统发展与居民出行需求不平衡的矛盾,开展轨道交通出行公平性研究.以大连市轨道交通系统为例,首先,利用手机信令数据获取轨道交通乘客的实际出行需求,应用DBSCAN方法识别需求密集区域,以此确定轨道交通服务的核心乘客群体;然后,通过高德地图API获取需求密集区域内乘客在轨道交通出行前后的实际接驳时间,以此构建轨道交通的乘客可达性指标;最后,采用洛伦兹曲线、基尼系数和泰尔指数评价方法,从时间和空间两个维度对轨道交通的公平性进行评价.结果表明:步行是轨道交通的主要接驳方式,公交为其辅助方式;在时间公平性方面,大连市轨道交通存在严重的不公平现象,2号线的不公平现象较1号线更为严重;在空间公平性方面,不公平现象主要由轨道交通站点服务范围内的乘客可达性存在差异导致.
为进一步增强区域全面经济伙伴关系协定(RCEP)成员国间区域物流网络自主可控能力,利用两阶段法优化RCEP区域物流配送中心布局.首先,以北部湾港为视角,综合考虑贸易量和GDP等关键因素,根据三个筛选标准定性选择物流配送中心备选节点;其次,纳入"泛亚铁路"建设现状和远期规划,根据节点间的关联性分别构建铁路、水运和公路复杂网络;再次,利用UCINET工具和熵权TOPSIS方法定量评价备选节点的重要性;最后,加权计算节点的综合排名,并根据节点的区位特点双重优化物流配送布局.研究表明:以重庆、广州、钦州、昆明、仰光、胡志明、新加坡、泗水、墨尔本和那霸为核心节点的物流配送中心布局将进一步提升RCEP区域物流网络的协同性.该研究成果可为交通运输主管部门优化RCEP区域物流配送中心布局以及相关物流企业参与RCEP区域物流配送中心投资建设提供决策参考.
为实现颗粒流方法在强度预测中的应用,根据各类型水化产物微观结构特征,利用颗粒流方法分别构建基于微观水化单元的普通硅酸盐和硫铝酸盐两种水泥土数值模型,模拟两种水泥土单轴压缩时的力学响应,并与试验结果进行对比.颗粒间平行黏结参数分析表明,平行黏结模量为宏观弹性模量的主要影响因素,二者呈二次非线性增长关系;平行黏结强度与峰值应力间呈线性增长关系;在参数取值区间内,水化单元均能模拟与试验现象相吻合的斜裂缝方向和数量.两种水泥土均以水泥掺入量为15％的单轴压缩实验曲线确定细观参数,基于已确定参数,在模拟水泥掺入量为9％～12％时,该模型得到的单轴压缩峰值应力和弹性模量与实验结果误差均小于5％;水泥掺入量为6％时误差略高,但仍小于9％.模拟结果表明,微观水化单元可以用于模拟和预测水泥土单轴压缩的峰值应力和弹性模量,为其他材料模型的建立提供了新思路.
针对传统数值方法在预测曲面板多加热线感应加热变形时耗时长或无法考虑加热顺序的问题,利用钢板电磁-热-结构耦合的有限元模型得到单加热线的残余应变,并将其等效为温度载荷施加在固有应变区;然后,通过弹塑性固有应变有限元计算得到钢板整体变形.采用弹塑性固有应变有限元法对帆形板和鞍形板的多加热线变形进行模拟,钢板挠度变形的计算结果与实验值之间的误差符合工程计算要求,且弹塑性固有应变法可以分析不同加热顺序下的钢板变形,结果表明,加热顺序对钢板变形有明显的影响.
为应对国际海事组织提出的现有船舶能效系数和碳强度指标政策,预计需要有一定数量的现有船舶通过使用新技术或改造其推进装置部件来提升船舶能效.同时,越来越多的船舶也通过选择安装闭式脱硫装置来应对硫排放控制区限制.在此背景下,针对原油轮航线配船问题,考虑船舶提升能效和安装脱硫装置的改造策略,以年燃油成本与碳排放成本之和最小为目标,考虑碳排放量约束,建立混合整数非线性优化模型.选用一种自适应模拟退火粒子群算法对模型进行求解,对燃油价格波动和碳税税率进行敏感性分析,并通过算例验证了模型的合理性与有效性.
为研究热塑性聚氨酯弹性体(TPU)改性沥青中TPU与沥青之间的相容性,采用Materials Studio 2020分子模拟软件,构建以沥青四组分为代表的十二分子模型与以TPU为代表的分子模型,并以沥青四组分试验为基础进一步优化沥青分子模型,将优化后的分子模型进行组装,构建TPU沥青共混模型.利用溶解度参数、分子势能和扩散系数分析不同温度条件下TPU沥青共混模型中TPU与沥青的相容性,并通过荧光显微镜试验加以验证.结果表明:TPU与沥青各组分在160℃时相容性最好,特别是与芳香分和胶质相容性最好;芳香分与TPU之间的相互作用可以改善TPU与沥青的相容性,从而抑制芳香分的扩散;在160℃时,TPU在沥青中分布更加均匀,与沥青的相容性最好.
分析航运业面临的挑战,概述船舶混合动力系统的能源形式,阐述船舶混合动力系统的能源配置形式;归纳总结当前船舶混合动力系统的架构方案与推进形式的选择;剖析船舶混合动力系统与推进技术所面临的挑战,展望未来发展趋势,为船舶绿色化、低碳化、智能化发展指明方向.
为准确评估锂电池动力船舶电池热失控事故可能产生的爆炸风险,基于欧拉多相流模型耦合标准k-ε湍流模型,建立不同通风条件下电池舱内爆炸性气体云团扩散输运数值模型.以国内某沿海航行锂电池动力船舶为研究对象,开展不同空调送风量下多种规模电池热失控后气体输运过程分析,以释放气体中主要成分H2燃烧爆炸范围为边界获得可燃爆炸气体云团分布发展情况.计算结果表明,气体释放后在电池舱内迅速扩散并向舱顶聚集,热失控电池数量越大,爆炸性气体云团范围越大且气体浓度越高;通风可以有效降低爆炸性气体云团范围,但仅通过改变风量来降低爆炸性气体云团范围并非有效措施;CFD数值模拟可以辅助评估气体释放事件带来的舱室爆炸风险.
采用SACS软件建立海上风机导管架基础频域疲劳分析模型,选取不同波浪谱与谱参数生成波浪荷载,选用不同S-N曲线及SCF经验公式计算导管架基础及与塔筒连接部位疲劳寿命,分析关键参数对结构热点部位疲劳寿命计算结果的影响.分析表明,S-N曲线、SCF计算方法、波浪谱、腐蚀、桩土弱化作用等因素对导管架基础管节点疲劳寿命计算结果均具有较大影响.
梳理综合类、地理类(人文)、交通研究类(非工程类)、海事研究类(非工程类)、工程大类下海洋学(与人文地理主题相关)和中文人文地理类等六类学术期刊中AIS数据在港口地理学领域应用的相关文献,研究发现,目前AIS数据在国内外港口地理学研究中主要用于表征国际贸易流动、评价港口连通性、细化港城关系互动研究、捕捉外部冲击影响等.港口地理学研究主题的内容深度在AIS数据的应用下获得提升:研究维度更加多元,从历史时空规律总结扩展至未来趋势预测;研究主体更加丰富,个体小至船舶点位大至全球流动均可作为研究对象.AIS数据的运用可以将全球尺度下的渔业捕捞港口网络纳入港口地理学研究范畴,而这一议题在传统港口地理学中尚未得到充分讨论.此外,AIS数据将海洋上碳排放与港口和航线联系起来,结合生态学和环境科学的观点,拓展了港口地理学研究广度.结合数据特性,提出未来AIS数据在港口地理学研究中的三大应用展望:基于AIS全球覆盖且研究尺度灵活缩放特征的全球海事相关社会重大问题研究、基于细颗粒度特征的港口城市精细化治理研究和基于时空动态性和海洋特性的结论检验和科学预测研究.
为了解水上交通事故各影响因素间的相互关系,预防水上交通事故的发生,以收集的水上交通事故调查报告为基础,分类整理4个主影响因素,即人为因素、管理因素、船舶因素、环境因素和78个子影响因素,在共现分析基础上构建邻接矩阵并计算Jaccard指数,建立水上交通事故致因网络模型,并对致因网络的度、网络直径及平均路径长度、聚类系数、接近中心度、中介中心度等统计指标进行计算分析,确定影响水上交通安全的关键因素;构建网络节点多属性决策综合评价模型,判断各影响因素的重要程度.结果表明,人为因素和管理因素占据主导地位,其中,疏忽瞭望、判断失误、未采取有效措施、安全意识不足、未充分运用良好船艺、配员不合格、缺乏安全管理、应急不当等因素为关键影响因素.
建立冰载荷作用下船舶推进轴系疲劳分析计算模型,提出基于全转速轴段冰载荷最大峰值扭矩确定、S-N曲线设计及线性损伤系统的求解方法,给出冰区船舶轴系疲劳分析流程及评估准则.基于C#与Matlab联合编程,开发冰区船舶推进轴系疲劳分析软件.与国外主流软件计算报告的对比结果验证了本文软件的正确性.
