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船舶电力直驱推进装置状态监测和智能诊断

哈尔滨工程大学学报 2023年第4期44卷 527-537页

作者：宁昶雄张雪琴严新平欧阳武武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所湖北武汉4300632 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063

针对船舶电力直驱推进装置目前缺乏健康管理有效技术和方法的问题,本文以吊舱电力推进器和轮缘驱动推进器这2种典型电力直驱推进装置为对象,分析了推进装置的特点和主要零部件的失效模式。通过梳理电力推进装置各部件状态监测技术研究现... 详细信息

针对船舶电力直驱推进装置目前缺乏健康管理有效技术和方法的问题,本文以吊舱电力推进器和轮缘驱动推进器这2种典型电力直驱推进装置为对象,分析了推进装置的特点和主要零部件的失效模式。通过梳理电力推进装置各部件状态监测技术研究现状,归纳了各种智能故障诊断方法的研究进展和优缺点,并结合船舶电力直驱推进装置的特点,分析了目前该领域存在的问题并提出了具体的解决方案。研究表明:水润滑推力轴承、轮缘电机护套的故障模式和机理研究,传感技术的小型化、集成化、智能化,故障诊断模型向工业数据的外推等将是下一阶段的研究方向。

关键词：船舶电力直驱推进装置吊舱推进器轮缘推进器健康管理失效模式状态监测故障诊断人工智能

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内河船舶远程驾驶控制系统安全分析

中国安全科学学报 2022年第8期32卷 126-132页

作者：张浦哲吴兵严新平叶子良武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 香港理工大学董浩云国际海事研究中心中国香港999077

为提高内河远程驾驶船舶航行安全,提出了面向不同自主水平(远程遥控和远程监督)、有无船员值守的内河船舶远程驾驶控制结构;采用系统理论过程分析(STPA)方法进行安全性分析,确定13种系统级危险,识别系统危险的47个不安全控制行为(UCA),... 详细信息

为提高内河远程驾驶船舶航行安全,提出了面向不同自主水平(远程遥控和远程监督)、有无船员值守的内河船舶远程驾驶控制结构;采用系统理论过程分析(STPA)方法进行安全性分析,确定13种系统级危险,识别系统危险的47个不安全控制行为(UCA),设计缓解UCA的49个安全策略;并应用于汤逊湖7 m模型试验船远程驾驶控制系统的原型开发。结果表明:当远程驾驶船舶自主水平提高时,最高有效性安全策略数量将会提高,系统安全性将会提升;当有船员值守时,最高有效性安全策略会显著增加,系统安全性会增加但人员失误导致的风险也会增加。

关键词：远程驾驶船舶系统理论过程分析(STPA) 安全控制结构安全策略不安全控制行为(UCA)

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我国氢动力船舶创新发展研究

中国工程科学 2022年第3期24卷 127-139页

作者：童亮袁裕鹏李骁严新平武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉众宇动力系统科技有限公司武汉430056

航运业迅猛发展促使传统船舶的能耗与环境问题日益显现,氢动力船舶作为未来水路交通载运工具的发展方向之一将是实现水路交通领域碳达峰、碳中和目标的重要依托,因而研究我国氢动力船舶创新发展具有迫切性。本文梳理了氢动力船舶的发展... 详细信息

航运业迅猛发展促使传统船舶的能耗与环境问题日益显现,氢动力船舶作为未来水路交通载运工具的发展方向之一将是实现水路交通领域碳达峰、碳中和目标的重要依托,因而研究我国氢动力船舶创新发展具有迫切性。本文梳理了氢动力船舶的发展现状,从氢动力船舶产业链发展态势、协同发展战略布局的视角完成了氢动力船舶产业布局研判;完成了发展氢动力船舶的技术经济可行性分析,覆盖氢和氨燃料、氢燃料电池、氢内燃机、基础设施、总拥有成本等角度;从氢气制取、氢气运输、大容量储氢、安全加氢、燃料电池、氢内燃机、多能源协同控制、氢应用安全等方面系统展开了氢动力船舶产业链关键环节分析。立足国情提出了我国氢动力船舶多阶段发展目标,论证形成了氢动力船舶发展路线图、氢燃料供应体系建设路径。研究建议,明晰应用场景、突破关键技术、完善配套设施、创新运营体系,以此推动我国氢动力船舶快速优质发展。

关键词：船舶氢动力氢能燃料电池内燃机氢燃料供应体系

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水路交通技术发展趋势

交通运输工程学报 2022年第4期22卷 1-9页

作者：严新平贺亚鹏贺宜范爱龙刘佳仑张笛武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 湖北东湖实验室湖北武汉430063

对水路交通技术趋势相关文献开展文献计量分析,从主要研究国家、作者与关键词等方面梳理了研究脉络;综合国内外水路交通发展指导政策、前瞻报告与典型案例,分析并总结了水路交通技术发展现状,研判了未来水路交通技术发展趋势。研究结果... 详细信息

对水路交通技术趋势相关文献开展文献计量分析,从主要研究国家、作者与关键词等方面梳理了研究脉络;综合国内外水路交通发展指导政策、前瞻报告与典型案例,分析并总结了水路交通技术发展现状,研判了未来水路交通技术发展趋势。研究结果表明:水路交通技术将朝着以下5个方向发展。在水路运载工具方面,运输船舶逐步少人化,内河、近海、深远海船舶发展趋于谱系化;在航运基础设施方面,航道设施、能源供给、信息网络发展趋于一体化,并且船岸协同能力增强,船舶远程操控可实现,岸基船舶控制中心建设成为水运基础设施重要组成部分;在船舶动力方面,日趋严格的减排目标推动船用清洁能源发展,船舶动力系统将呈现多能源化和电动化;在船舶航行方面,多船协同运输可提高运输效率,内河、近海船舶编队航行成为运输新模式;在海事监管与安全方面,智能系统的应用使船舶人因事故逐步降低,智能无人系统救援成为现实。研究成果可以有效指导水路交通系统的未来规划、设计、建设与应用,为培育和发展水运新业态,逐步实现未来新一代航运系统提供有力支撑。

关键词：水路交通技术文献计量分析智能船舶新能源动力智能航行海事安全

自注意力机制驱动的轻量化高鲁棒船舶目标检测方法

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中国舰船研究 2023年

作者：马枫石子慧孙杰陈晨毛显斌严新平武汉理工大学计算机与人工智能学院水路交通控制全国重点实验室(武汉理工大学) 南京智慧水运科技有限公司舟山海华客运有限责任公司武汉工程大学计算机科学与工程学院

【目的】海岸监控与驾驶瞭望过程中，需要在远距离、多场景下对各种目标进行识别与跟踪。其中，船舶目标往往成像小、特征不明显，容易与其他目标混淆。为此，提出了一种新颖的船舶检测方法 ShipDet，通过设计专用骨干网络、改进特征提... 详细信息

【目的】海岸监控与驾驶瞭望过程中，需要在远距离、多场景下对各种目标进行识别与跟踪。其中，船舶目标往往成像小、特征不明显，容易与其他目标混淆。为此，提出了一种新颖的船舶检测方法 ShipDet，通过设计专用骨干网络、改进特征提取过程、约束微观检测头，大幅改善了上述问题。【方法】首先，通过融合自注意力模块Swin Transformer(STR)和经典CSPDarknet53网络，构造出对微小物标高度敏感的特征融合提取网络，增强了小目标特征与环境的相关关系，建立船与航道、船与船、船与岸线的关联，显著抑制了不相关的信息。然后，考虑到数据集中船舶目标分布不均匀并且尺度变化较小的特点，保留两个检测层，减少了模型的参数并且进一步提升了模型的性能。最后，使用SIoU损失函数（SCYLLA-IoU）来约束检测头，降低损失函数的回归自由度，提高检测的精度和抗扰能力。【结果】为验证所提出的方法，建立了多达9000张样本的2023ships数据集，涵盖了内河、沿海、白天、黑夜、雾天等多种场景与典型背景扰动。在该数据集上，提出的方法在船舶目标检测任务上表现较好，m AP达到了92.9%，平均精度为92.1%，消耗参数量仅为35.4M，整体检测性能优于其它对比算法。【结论】将对海事监控、智能航行提供高效的支撑。

关键词：船舶目标检测复杂环境 Swin Transformer SIoU1

船舶航行交通事件实时检测技术研究现状与展望

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交通信息与安全 2022年第6期40卷 1-11页

作者：黄琛陈德山吴兵严新平武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

船舶航行交通事件检测依赖基于历史数据的离线检测方法,检测模型适用性差,难以满足监管人员的实时监测需求。通过分析船舶异常行为检测、航行事故检测等现有交通事件检测技术,可以发现:在数据层面,监测数据来源单一、环境信息缺失;在方... 详细信息

船舶航行交通事件检测依赖基于历史数据的离线检测方法,检测模型适用性差,难以满足监管人员的实时监测需求。通过分析船舶异常行为检测、航行事故检测等现有交通事件检测技术,可以发现:在数据层面,监测数据来源单一、环境信息缺失;在方法层面,基于统计、风险评估等经典模型的事件监测方法效率高但准确性低,基于神经网络、图像识别等机器学习的检测方法准确性高但效率低;多源数据融合、多项技术结合的交通事件检测方法成为实时检测方法的发展趋势。在此基础上,梳理了实时船舶航行交通事件检测的3项关键技术:(1)海事大数据技术:高效处理船舶运动数据和航行环境数据,统一多源异构数据结构标准,降低数据源单一造成的事件误报率;(2)船舶行为动态建模技术:利用知识图谱等技术融合船舶航行情境信息,在不同船舶运动环境下利用深度学习、语义关联、图神经网络等方法构建不同的船舶行为模型,提高检测准确性;(3)实时分析和可视化技术:结合平行系统进行虚实系统间信息传递,定性分析检测结果,实时显示检测全过程,提升监管过程中的人机交互效率。然后,提出了包括数据采集、后台服务和客户端应用3个功能模块的交通事件平行检测系统;该系统具备实时接收并处理船舶航行数据、分析并预测交通状态、动态检测并预警交通事件和仿真结果展示等功能。从数据融合、交通状态感知和交通虚实映射3个方面,展望了面向海事监测实务的实时检测技术发展方向。

关键词：水路交通船舶航行交通事件实时检测平行检测系统异常行为船舶事故

船岸协同支持下的内河船舶远程驾控系统关键技术研究

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中国舰船研究 2022年第5期17卷 125-133页

作者：马枫陈晨刘佳仑王绪明严新平武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 武汉工程大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 南京智慧水运科技有限公司江苏南京210028 湖北东湖实验室湖北武汉420202

[目的]面向弯曲、狭窄、拥挤内河水道,提出一种船岸协同支持下基于CNN算法和知识模型的船舶远程驾控方法。[方法]在剖析船岸协同特点的基础上,以视觉模拟为核心实现环境自主感知,以深度强化学习为基础实现航行决策控制,构造由图像深度... 详细信息

[目的]面向弯曲、狭窄、拥挤内河水道,提出一种船岸协同支持下基于CNN算法和知识模型的船舶远程驾控方法。[方法]在剖析船岸协同特点的基础上,以视觉模拟为核心实现环境自主感知,以深度强化学习为基础实现航行决策控制,构造由图像深度学习处理、航行态势认知、航线稳态控制等功能组成的人工智能系统。实现内河条件下运营船舶的远程控制与短时自主航行,开展内河集装箱船、渡船的远程驾控示范。[结果]示范航行中,系统可依据远程或船上指令替代人工控制船舶,控制循线误差小于20 m,并可自主避障。[结论]研究证实,通过卷积神经网络、强化学习、知识模型协作建立的人工智能系统,可自主提取关键航行信息、构造避障与控制意识,部分替代船员的工作,可为内河智能航运的进一步发展奠定基础。

关键词：远程驾驶智能船舶自主航行深度强化学习船岸协同

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AIS基站短消息特性

交通运输工程学报 2012年第6期12卷 111-118页

作者：马枫初秀民严新平武汉理工大学水路公路交通安全控制与装备教育部工程研究中心湖北武汉430070

研究了在内河与港口应用环境下,由船载自动识别系统(AIS)基站发送到船舶的短消息特征,分析了AIS报文在场强下降后的波形失真与误包原理。在半实物仿真平台下,分析了消息长度与误包率的关系,并给出相应的误包率预测模型。结合Hata-Okumur... 详细信息

研究了在内河与港口应用环境下,由船载自动识别系统(AIS)基站发送到船舶的短消息特征,分析了AIS报文在场强下降后的波形失真与误包原理。在半实物仿真平台下,分析了消息长度与误包率的关系,并给出相应的误包率预测模型。结合Hata-Okumura模型,提出了拥挤航道下AIS基站向船舶发送短消息的极限容量。最后以黄浦江上海航道为例,运用极限计算模型对其极限容量进行了预测,并与实测结果进行了对比。对比结果表明:短消息可靠性随长度增加与场强降低而逐步下降,基站能同时进行短消息管理的AIS船舶数量有限,对于本文设定的黄浦江上海航道,当AIS目标船舶数量达到625艘时,AIS基站能同时进行短消息通讯的AIS船舶容量的计算结果为26艘,实测为24艘,计算结果与实测结果基本一致。

关键词：海事通讯自动识别系统半实物仿真 Hata—Okumura模型误包率场强计算极限容量

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用投影收缩算法求解考虑排放的交通分配模型

系统仿真学报 2008年第15期20卷 4182-4185页

作者：熊伟严新平武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

给出一种考虑排放约束条件下的交通分配均衡模型,在所定义的广义出行费用中明确考虑排放因素,通过将变分不等式问题转换成等价的非线性互补问题,采用一种自适应的投影收缩算法求解该模型,所给出的数值算例得到广义费用下的UE最优解,在... 详细信息

给出一种考虑排放约束条件下的交通分配均衡模型,在所定义的广义出行费用中明确考虑排放因素,通过将变分不等式问题转换成等价的非线性互补问题,采用一种自适应的投影收缩算法求解该模型,所给出的数值算例得到广义费用下的UE最优解,在同样收敛精度的要求下,和其他投影算法相比,采用该算法收敛速度较快。

关键词：交通分配排放投影收缩算法均衡