2024年, 第50卷, 第02期　
刊出日期：2024-06-30

  

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  考虑多风险因素的北极东北航道航线规划

  章文俊, 王昱, 牟聪瑞, 周翔宇, 孟祥坤, 杨雪, 吴中岱

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 1-10. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.001

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  为保障船舶极地航行的安全性和经济性，提出一种综合考虑水深、海冰密集度及海冰厚度等多风险因素的航线规划方法。首先，对于全局航线规划，采用极地操作限制评估风险指数系统（POLARIS）计算北极安全水深区域的风险指数结果（RIO）,将风险等级重新分类赋值为风险成本，采用地理信息系统（GIS）最低成本路径分析法生成的安全水深区域最低风险成本航线作为全局推荐航线。其次，提取航线各风险等级的栅格比例进行航线可行性评估。最后，考虑船舶航行时复杂多变冰情条件下船冰碰撞风险，结合国际船级社协会（IACS）极地级船舶操作限制对照表，针对全局航线沿途大于极地操作限制船舶航行最大海冰厚度的区域，采用融合改进A^*与动态窗口法（DWA）进行局部航线规划。对采取不同风险因素的全局及局部航线比较分析表明：本文规划的全局航线在避免搁浅的同时航行风险最低；船舶沿局部规划航线航行时能够针对阻塞航道的新生冰进行避碰。
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  北极东北航线钟摆运输模式

  李振福, 高瑞阳, 蔡梅江

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 11-22. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.002

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  根据北极航运数据反映的变化规律，系统整理北极航运特点为：夏秋季节通航，航运量受外部条件制约，航运结构单一，以外部运输为主。在此基础上，提出运输时间、运输复杂度和运输范围均更适合北极航运的钟摆运输模式，从支点港口、船型和模块化运输三个方面进行北极东北航线钟摆运输模式设计，并比较分析钟摆运输模式与传统运输模式和混合运输模式的全年航运收益。结果表明：北极东北航线钟摆运输模式相比其他两个运输模式，每年可多完成一个航次，年航运收益分别增加9%和11.3%。
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  基于鲁棒自适应控制算法的船舶航迹舵样机设计与开发

  李博, 张国庆, 张显库, 聂昌行

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 23-30. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.003

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  以鲁棒自适应航迹保持算法为核心技术，考虑航海工程实际操纵需求，应用嵌入式Linux技术，开发一套具有航海操纵、监控及报警、系统信息显示功能，硬件接口符合国际标准要求的航迹舵样机。以“育鲲”轮为试验对象，在随机海洋环境干扰条件下，根据海上导航和无线电通信设备及系统-航迹控制系统-操作和性能要求、测试方法及要求的测试结果 (GB/T 37417—2019)国家标准测试场景一对航迹舵进行有效性测试。结果表明，航迹舵可实现对跨0°经纬航线的稳定跟踪控制，且航向误差小于2°,航迹稳态误差小于13 m,满足标准要求。本文提出的航迹舵对船舶高端航行装备国产化具有重要参考意义。
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  基于轻量化YOLOv7-tiny的船舶目标检测算法

  丘锐聪, 周海峰, 陈颖, 张兴杰, 黄金满, 翁卫征

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 31-40. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.004

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  为解决船舶目标检测算法参数量与计算量大，以及受内河环境下近岸复杂背景影响和船舶相互遮挡导致船舶检测困难的问题，基于YOLOv7-tiny做出改进，提出MED-YOLO船舶目标检测轻量化算法。首先，使用MobileNetV3网络作为主干特征提取网络，极大地降低了模型计算成本；其次，将EMA注意力模块引入颈部网络，构建EMA-ELAN模块，增强网络多维度感知和多尺度特征提取能力；然后，选用将尺度感知、空间感知和任务感知三合一的Dyhead作为改进模型的检测头部，以获得更强的特征表达能力；最后，使用具有动态非单调聚焦机制的WIoU作为模型边界框损失函数，提高模型应对船舶遮挡的能力，提升检测性能。实验结果表明，MED-YOLO相较YOLOv7-tiny在参数量与计算量方面分别减少39.8%和55.0%,精度与mAP@0.5分别提高了1.4%和1.0%,达到98.3%和98.9%,在实现轻量化的同时具有更好的检测性能，满足了计算资源受限环境下的部署需求，具有一定的工程实际意义。
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  网络欺骗攻击下的智能船舶改进趋近律滑模轨迹跟踪控制

  李昊洋, 张强, 赵恩蕊, 胡宴才, 张燕

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 41-52. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.005

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  针对网络欺骗攻击下的智能船舶轨迹跟踪控制问题，提出一种带观测器的改进趋近律滑模轨迹跟踪控制方案。利用伯努利分布生成随机二进制数来模拟网络欺骗攻击；通过设计观测器对攻击影响进行观测，并反馈补偿到控制器以抵抗攻击对系统产生的破坏；设计自适应律来应对环境扰动的影响，同时与观测器的互相协调进一步增强了系统鲁棒性；设计具有大误差迅速补偿及小误差平缓补偿效果的改进滑模趋近律，降低了传统滑模控制存在的抖震问题，提高了控制器控制效率；最后，运用Lyapunov稳定性理论验证系统整体的稳定性，利用Matlab进行对比仿真实验。结果表明，该控制方案可对攻击影响做出较快反应并给出较好的补偿，且轨迹跟踪误差可以较快收敛至零附近的极小有界区间，实现了网络攻击环境下的船舶轨迹跟踪。该方案可为船舶安全航行和海上装备的军事对抗等研究提供一定的参考。
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  无人艇光视觉感知的轻量型残差堆叠低照度图像增强网络

  刘婷, 张宇欣, 王国峰, 罗佩琪, 范云生

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 53-66. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.006

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  针对无人艇在低照度环境中感知困难问题，提出一种轻量型残差堆叠低照度图像增强网络。首先，在特征融合中引入金字塔多尺度池化，以更好地保留图像细节。其次，引入深度可分离卷积以减轻网络负担，提高图像处理速度。再次，设计一种新的复合损失函数，引入颜色损失以减少颜色失真。最后，采用LeakyReLU激活函数防止神经元死亡。实验结果表明，相比残差堆叠注意力低照度增强网络(SARN),本文方法在提升图像质量的同时加快了图像处理速度，其中，结构相似性和峰值信噪比分别提高了3.31%和2.08%,模型计算量、参数量和单张处理时间分别减小了81.88%、75%和43.02%。
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  船用蛇形机器人的蜿蜒运动偏移机理及矫正

  杨东冉, 张彬, 郑庆功, 李晓峰, 王博乔, 夏远辰

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 67-74+80. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.007

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  针对船用消防蛇形机器人蜿蜒运动中产生的偏移使机器人无法在船舶复杂管系间隙间有效运动的问题，基于超冗余蛇形机器人的运动学模型，从运动学和力学角度分析非线性偏移的原因由关节间旋转过程中产生的扭转力矩引起。通过实验获得摆动幅度、相邻连杆之间运动相位差对机器人法向偏移的作用规律，证明了该两个参数只能对机器人的法向偏移程度产生影响，并不能有效消除偏移。基于Serpenoid控制曲线建立一个简单、高效的自适应偏移矫正控制算法，并开展Webots机器人仿真和样机试验。结果表明，消防蛇形机器人的平均最大径向偏移量减小42.8 cm,降低了75.2%,在未改变机器人运动形状前提下，可满足船舶狭窄环境的工作需求。
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  浮式生产储卸油船单点系泊液滑环综合性能测试方法

  张棣, 朱万林, 张振友, 张守森, 张群, 吕伟

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 75-80. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.008

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  为验证液滑环在长期海洋环境下功能与结构的安全性和可靠性，开展液滑环综合性能测试方法研究。根据“南海奋进”号浮式生产储卸油船(FPSO)新增的8英寸国产液滑环产品的性能指标要求，设计用于模拟动态海洋环境的试验测试装置，并制定两项磨合试验和四项功能性压力试验测试方案，分别测试液滑环在静态和动态摇摆条件下的密封压力、旋转扭矩和流体传输性能。结果表明，国产液滑环的综合性能符合设计指标要求，为今后国产化液滑环的性能测试与验证提供了借鉴。
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  无线在途充电环境下油电混编公交车队的运营调度优化

  孙世超, 王竞悦

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 81-91. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.009

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  为解决无线充电设施选址与油电混编车队运营策略的联合优化问题，建立一个考虑公交运营条件和纯电动公交车电量等约束的混合整数规划模型，以最小化总运营成本(包括公交车辆使用成本、碳排放成本及无线充电设施建设成本等)为目标，实现无线在途充电环境下的油电混编车队运营调度优化。使用自适应大邻域搜索算法求解模型，并设计相关算例模拟不同的车队构成和充电策略，同时，分析不同情况下的总运营成本。此外，对无线充电设施的充电功率对结果的敏感性进行研究，以更好地理解这一模型的性能和鲁棒性。研究结果表明，在无线充电环境下，油电混编公交车队的总运营成本最低，并且，随着无线充电功率的增加，无线充电站点的规划数量和燃油车辆的投入均会减少。本文建立的无线充电站点选址与油电混编车队调度模型能够有效降低公交车队的总运营成本。
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  离心压气机扩压器造型优化设计与分析

  李相君, 朱政宇, 周倩, 郝佳埼

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 92-100. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.010

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  为研究离心压气机静叶通道造型对通道内部流场的影响，以某高压离心压气机静叶为研究对象，借助中弧线造型法、参数化建模与高精度代理模型加速造型优化设计，利用数据挖掘工具分析设计参数敏感性，归纳总结静叶通道的一般设计规律。结果表明，叶型造型参数与等熵效率相关性紧密，呈中度正相关，造型各变量之间相关性强，部分造型参数对静压效率有提升作用。最优造型结构显示，减小静叶进口气流角可缓解气流在吸力面分离涡的形成，减小静叶出口气流角可降低流动损失，加大叶栅中部至尾缘弯曲程度可缓解通道中部堵塞，改善离心压气机静叶通道的整体性能。造型优化后，在设计点仿真计算的级等熵效率提高了1.7%,压比在全工况下整体提高0.1。
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  基于深度卷积神经网络的人群疏散运动仿真模型

  王宗尧 , 吕子龙 , 徐欣然 , 毕容珲 , 隋聪

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 101-108. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.011

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  为给人群疏散问题研究提供准确可靠的依据，本文提出一种基于深度卷积神经网络的人群疏散运动仿真模型。为获取神经网络训练所需数据，采用CSRNet神经网络和DBSCAN算法从监控视频中提取真实人群轨迹数据，通过深度卷积神经网络的训练，对真实的人群行为模式进行深度学习，并利用训练出的深度卷积神经网络建立人群运动仿真模型。结果表明，该模型可准确预测人群的运动行为，真实模拟人群的运动轨迹，可为应急疏散策略的制定和公共场所疏散通道的设计提供依据。
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  同贝同步装卸下考虑船舶稳性与横倾的岸桥调度优化

  马梦知, 赵文婷, 朱声生, 范厚明

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 109-118. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.012

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  同贝同步装卸下岸桥调度的复杂性在于不仅需要同时决策卸船和装船两类集装箱的作业序列，还要考虑船舶稳性与横倾约束和舱盖限制。针对该问题，本文建立以最小化作业能耗为目标的岸桥作业序列优化模型，并设计基于Johnson规则的改进变邻域搜索算法求解模型。算例实验验证了模型与算法的有效性，明确了对装卸作业过程中船舶稳性和横倾角加以约束的重要性，并确定了检查船舶横倾角的最佳时间间隔为2 min。本文模型可在保证船舶装卸作业安全的前提下，提高岸桥的装卸作业效率，降低岸桥的作业能耗。
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  考虑故障概率的进口箱区场桥保养与调度联合优化

  姚琳, 郑红星, 刘保利

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 119-130. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.013

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  为有效减轻集装箱码头进口箱区中频发的场桥故障的影响，提高堆场提箱作业效率，探讨场桥的保养和调度联合优化问题。在计划期内，考虑场桥作业量对其故障概率的影响，兼顾场桥作业安全间隔及集卡等待时长限制，以作业成本、保养成本和故障导致的机会成本最小为优化目标构建数学模型。针对模型特点，设计了嵌入大邻域搜索的遗传算法对模型进行求解。通过对大连港某码头进口箱堆场的数值实验，在与不同调度方案对比中，本文提出的调度方案使得平均成本降低了3.35%;在与不同保养策略的对比中，本文提出的保养策略使得平均成本降低了2.84%。通过不同规模的算例对比验证了算法的科学性，可为码头日常运营提供决策支持。
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  考虑堆场箱区箱量不均衡的堆场存储空间分配

  夏天睿, 付超, 彭云, 李相达

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 131-140. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.014

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  为合理分配堆场存储空间，减小集卡在场桥处等待作业时间，提高堆场作业效率，考虑堆场箱区箱量不均衡对场桥装卸效率的影响，建立以集卡排队时间成本和行驶时间成本之和最小为目标的堆场空间分配数学模型。针对集卡排队时间成本模型，内嵌基于Anylogic的集卡作业仿真模型，拟合集卡在场桥处的平均排队时间与场桥装卸效率、集卡到达率的数学关系。设计变邻域搜索算法求解大规模算例，并通过一系列数值实验评估本文算法的性能，研究堆场装卸作业效率变化对堆场空间分配决策的影响程度。结果表明，考虑堆场箱区箱量不均衡对场桥装卸效率的影响可有效减少集卡等待场桥作业的排队时间成本(降幅约14.74%),加快集卡作业周转，进而提高堆场作业效率。
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  一种基于机器学习综合指数的遥感赤潮识别方法

  李颖, 秦勉, 谢铭, 王作敏

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 141-148. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.015

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  基于5种可以指示赤潮爆发的子指数及其综合方式，提出一种可用于多光谱卫星图像中赤潮识别的线性综合识别指数(LCI)方法。根据大连市星海湾现场实测的多日赤潮连续监测光谱数据，开展支持向量机与逻辑回归分类，并得到分类平面系数作为归一化的子指数组合权重，获得了两种较佳的赤潮识别指数组合方式，该两种方式在验证集上均取得了F1分数0.86以上的分类效果，且LCI数值与赤潮发生的概率也呈正相关。将得到的分类系数应用于多光谱卫星图像的赤潮像元提取，结果显示，两种线性综合指数均在图像中成功提取出赤潮区域。本文提出的赤潮综合识别指数为遥感图像中的赤潮识别提供了新的光谱指数运算方法。
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  港口行业碳配额初始分配效率和公平性评价

  周亿迎, 李静, 郭韦佟, 孙德红

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 149-158. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.016

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  历史强度法和基准线法是碳配额初始分配的常用方法。目前，我国仅有上海和深圳将港口行业纳入地方碳排放交易体系，且均采用历史强度法进行配额初始分配。本文基于效率和公平原则提出了5项港口行业碳排放配额分配准则，即行业减排效率最优、行业碳减排成本最低、鼓励先进者、历史排放责任及大企业责任，并基于TOPSIS-熵权法构建了港口行业碳配额分配效率-公平综合评价模型。采用实证分析对历史强度法、基于碳强度排序的基准线法和基于能耗限值的混合分配法三种方法的配额分配效率和公平性进行了评价。评价结果表明，在效率子目标、公平子目标及效率-公平综合目标下，基于能耗限值的混合分配法与最优解的接近度分别为0.566、0.711和0.638,在三种分配方法中均排序第一，且在公平子目标和综合评价目标下明显高于其他两种方法。混合分配法虽然增加了具体操作过程的复杂性，但同时提升了碳排放配额分配的效率和公平性。
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  航运联盟背景下船舶绿色燃料改造问题

  孙薇薇, 梁承姬, 石健, 王钰, 张悦, 鲁斌

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 159-167. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.017

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  在国际海事组织(IMO)的减排战略和政府减排政策推动下，航运公司开始改造船舶以使其使用绿色燃料。但船舶在改造期间无法完成运输任务，无形中阻碍了船舶改造计划。在该背景下，航运公司以船队联盟方式进行合作，通过协调运输任务，提高船舶改造率。针对上述问题，建立双层规划模型，其中，上层以联盟整体经济效益最大化为目标，下层以实现班轮运输利润最大化为目标。该模型为由三家联盟公司和班轮运输任务组成的多领导者-单跟随者博弈，形成具有均衡约束的均衡问题(EPEC),利用KKT条件将模型转化为多个均衡约束规划问题(MPEC),采用对角化算法(DM)求解，并对联盟效果进行了灵敏度分析。结果表明，该模型与求解方法具有可行性，可为航运脱碳提供新思路。
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  基于渗流-应力-损伤耦合的岩溶地区基坑开挖稳定性

  冯云鹏, 姜谙男, 许梦飞, 虢新平, 闵庆华

  大连海事大学学报. 2024, 50(02): 168-176. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.02.018

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  针对岩溶地区基坑工程施工过程中渗流(H)-应力(M)-损伤(D)耦合导致的岩石失稳问题，建立基于Hoek-Brown强度准则的渗流-应力-损伤耦合模型和算法。首先，根据损伤理论引入损伤因子对H-B准则进行修正，给出应力场、渗流场的控制方程与渗透性演化方程，实现渗流-应力-损伤的完全耦合。然后，给出该模型的求解算法。与石灰岩三轴室内试验与模拟的计算结果对比表明，两者拟合较好，验证了模型的准确性。最后，将该模型用于大连地铁梭鱼湾南站基坑工程的开挖稳定性分析，分别计算了耦合和非耦合条件下地表沉降和地下连续墙变形，结果表明，考虑耦合的变形值明显大于非耦合的变形值，并且更贴近现场监测数值。同时，为确定围岩最小防突层厚度，分别计算防突层为2 m、4 m、6 m、8 m时的损伤区分布特征，这对实际施工时的风险预测具有一定的意义。