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基于MHA⁃BiGRU的内河航道水位预测分析

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大连海事大学学报 2024年第1期50卷 46-56页

作者：马瑞鑫尹勇鲍可馨汪永超大连海事大学航海动态仿真和控制实验室辽宁大连116026 交通运输部天津水运工程科学研究院天津300456

针对山区内河航道水位预测技术难题,分析了影响航道水位预测的环境因素和技术难点,总结了当前航道水位预测模型的技术方法,提出一种新型的MHA⁃BiGRU航道水位预测模型,将多头注意力机制引入GRU模型,实现了模型对航道水位序列数据时间和... 详细信息

针对山区内河航道水位预测技术难题,分析了影响航道水位预测的环境因素和技术难点,总结了当前航道水位预测模型的技术方法,提出一种新型的MHA⁃BiGRU航道水位预测模型,将多头注意力机制引入GRU模型,实现了模型对航道水位序列数据时间和空间等重要因素的特征权重划分,使模型聚焦影响航道水位变化的关键因素。以乌江下游航道为研究对象,通过建设水位和流速实时动态监测站,建立监测数据集,选取平均绝对误差(MAE)、纳什效率系数(NSE)和均方根误差(RMSE)等参数作为评价指标对该模型进行验证。结果表明,模型通过多头注意力机制和双向循环神经网络的应用,提升了航道水位预测性能;与传统的LSTM和GRU等经典时序预测模型相比,该模型具有更好的鲁棒性和更高的精度。将模型嵌入系统平台中进行示范应用,实现了航道水位的实时动态监测和中短期预测,具有较高的工程应用价值。

关键词：内河航道水位预测航道安全监管多头注意力机制(MHA) 门控循环单元(GRU)

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城市道路智能网联车辆轨迹鲁棒控制方法

交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 31-40页

作者：刘美岐金楷然李雅澜郭戈大连海事大学航运经济与管理学院辽宁大连116026 大连海事大学综合交通运输协同创新中心辽宁大连116026 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819 东北大学秦皇岛分校控制工程学院河北秦皇岛066004

针对车辆控制系统的执行器延迟和外部环境不确定性导致的智能网联车队性能不稳定甚至系统失稳问题,本文提出一种强鲁棒的信控路段智能网联车辆轨迹优化控制方法。首先,构建三阶车辆控制系统动态模型,以优化乘坐舒适性、安全性、车队平... 详细信息

针对车辆控制系统的执行器延迟和外部环境不确定性导致的智能网联车队性能不稳定甚至系统失稳问题,本文提出一种强鲁棒的信控路段智能网联车辆轨迹优化控制方法。首先,构建三阶车辆控制系统动态模型,以优化乘坐舒适性、安全性、车队平稳性、燃油经济性和交通延误为目标,以闯红灯和不安全的车间距离为惩罚,以速度和加速度上下界为约束,以前方交叉口信号变化为系统反馈,设计车辆轨迹控制器以提升受控车辆的运行效率。其次,将车辆轨迹控制器构建为最小—最大模型预测控制问题,针对执行器延迟和不确定性的最坏情况优化成本函数得到控制输入,以改善受控车队的稳定性。然后,采用迭代的庞德里雅金极大值原理进行求解,将控制问题离散化并将不确定参数划分为多个连续区间,找出最坏情况进行迭代计算,正向求解状态变量并逆向求解共轭变量,以提高控制问题的求解效率。仿真结果表明,该轨迹控制方法在信控路段和无信控路段均表现良好,有效应对随机的执行器延迟和外部车辆的干扰,如信号参数的改变、人类驾驶车辆的剧烈变速和小幅度的轨迹偏差。本文提出的鲁棒控制器具有良好的稳定性和优越性,能够显著改善乘坐舒适度(75.7%)并减少燃油消耗(18.4%)。

关键词：智能交通轨迹控制鲁棒模型预测控制智能网联车感应式信号

CAVE立体显示系统的搭建及立体图像的几何校正

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计算机辅助设计与图形学学报 2008年第10期20卷 1366-1373页

作者：赵猛金一丞尹勇大连海事大学航海动态仿真及控制交通部重点实验室大连116026

为了解决由投影机的位置不准确而引起的立体图像视差畸变问题,根据立体图像产生方式以及显示方式的不同,给出了适合于工程上搭建"经济型"CAVE立体显示系统的几种实现方式,包括主动立体方式、主动变被动方式以及直接被动立体方式.将帧缓... 详细信息

为了解决由投影机的位置不准确而引起的立体图像视差畸变问题,根据立体图像产生方式以及显示方式的不同,给出了适合于工程上搭建"经济型"CAVE立体显示系统的几种实现方式,包括主动立体方式、主动变被动方式以及直接被动立体方式.将帧缓存中双眼的视景图像分别拷贝到纹理内存中,通过重投影变换计算出B样条曲面控制点坐标并绘制B样条曲面,分别映射纹理内存中双眼图像的纹理到各自的B样条曲面上.通过对左右眼立体图像分别进行几何校正,实现了CAVE多通道立体显示的无缝拼接;通过微调B样条曲面的控制点坐标以及确定曲面阶数,实现了左右立体图像局部位置的调整以及图像平滑度的调整.实验结果显示,该方法不影响视景实时绘制.

关键词： CAVE 立体显示几何校正重投影变换 B样条曲面

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基于加密型值表的船舶静水力特性精确计算

中国造船 2013年第4期54卷 163-176页

作者：刘春雷张秀凤孙霄峰尹勇大连海事大学航海动态仿真及控制交通部重点实验室大连116026

针对传统船舶静水力特性计算方法存在的不足,编写C++程序对加密型值表自动识别和读取,建立了船舶三维数据库。对实船正浮状态不同吃水时的各种静水力参数进行计算,与装载手册提供的数据进行对比和分析,说明了该方法的高精确性;运用坐标... 详细信息

针对传统船舶静水力特性计算方法存在的不足,编写C++程序对加密型值表自动识别和读取,建立了船舶三维数据库。对实船正浮状态不同吃水时的各种静水力参数进行计算,与装载手册提供的数据进行对比和分析,说明了该方法的高精确性;运用坐标系矩阵变换和Sutherland-Hodgman剪裁算法计算任意浮态下船舶排水体积和浮心,与装载手册中提供的纵倾数据相比较,验证了该计算方法的正确性与通用性。

关键词：加密型值表静水力特性计算 Sutherland Hodgrnan剪裁算法浮心

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船用Inmarsat-B系统仿真

系统仿真学报 2006年第Z1期18卷 67-69,72页

作者：赵猛李少龙金一丞大连海事大学航海动态仿真及控制交通部重点实验室大连116026

介绍了如何以VisualC++6.0为工具开发Inmarsat-B仿真系统的方法。搭建了基于局域网内的Inmarsat-B仿真系统平台。采用G.729A的语音压缩标准作为模拟Imarsat-B语音通信的核心模块。在TCP/IP参考模型中以传输层的UDP协议作为局域网中报文... 详细信息

介绍了如何以VisualC++6.0为工具开发Inmarsat-B仿真系统的方法。搭建了基于局域网内的Inmarsat-B仿真系统平台。采用G.729A的语音压缩标准作为模拟Imarsat-B语音通信的核心模块。在TCP/IP参考模型中以传输层的UDP协议作为局域网中报文通信的协议。

关键词： Inmarsat-B 系统仿真 UDP协议语音通信

船舶自动舵和自动避碰算法仿真测试平台的研究

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系统仿真学报 2007年第1期19卷 56-58,66页

作者：尹勇张秀凤张显库大连海事大学航海动态仿真与控制交通部重点实验室大连116026

采用MatLab的Simulink工具箱和实船实验测试船舶自动舵和自动避碰算法,存在风险大、调试周期长、费用高的缺点。基于全任务船舶操纵模拟器,研究可用于测试船舶自动舵算法和自动避碰算法的仿真测试平台。详细介绍了该测试平台的体系结构... 详细信息

采用MatLab的Simulink工具箱和实船实验测试船舶自动舵和自动避碰算法,存在风险大、调试周期长、费用高的缺点。基于全任务船舶操纵模拟器,研究可用于测试船舶自动舵算法和自动避碰算法的仿真测试平台。详细介绍了该测试平台的体系结构、系统功能、接口设计,并以船舶航迹保持算法为例仿真测试了该算法对一艘商船的控制效果。该平台已成功应用于船舶自动舵和自动避碰算法的测试。

关键词：仿真测试平台自动舵算法测试自动避碰算法测试船舶操纵模拟器

采用真雷达显示器的航海雷达模拟器的关键技术

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系统仿真学报 2007年第5期19卷 1014-1017,1025页

作者：尹勇刘秀文李志华大连海事大学航海动态仿真与控制交通部重点实验室大连116026

传统的雷达模拟器大致可分为全微机化的雷达模拟器及采用真雷达显示器和雷达信号发生器板的雷达模拟器。第一种雷达模拟器的操作界面逼真度尚待进一步提高,第二种雷达模拟器由于受雷达信号发生器板内存等限制,所能模拟的海区不如第一种... 详细信息

传统的雷达模拟器大致可分为全微机化的雷达模拟器及采用真雷达显示器和雷达信号发生器板的雷达模拟器。第一种雷达模拟器的操作界面逼真度尚待进一步提高,第二种雷达模拟器由于受雷达信号发生器板内存等限制,所能模拟的海区不如第一种雷达模拟器多,灵活性欠佳。本文的雷达模拟器采用微机生成雷达视频信号,通过雷达接口板将由计算机模拟的不同海区雷达回波图像显示在真雷达显示器上,具有灵活性大、逼真度高的特点。对该雷达模拟器的几个关键技术:雷达不同显示方式下的坐标变换、岸线回波生成算法、雷达信号接口板的的设计作了详尽介绍。该接口板可产生满足雷达/ARPA显示设备需要的各种信号,并可实时将计算机模拟的雷达视频数据转换成雷达显示设备可以接收的雷达回波信号,显示在真实雷达显示设备上。成功地应用在全任务大型船舶操纵模拟器中。

关键词：雷达模拟器雷达信号接口板雷达图像生成算法坐标变换复杂可编程逻辑器件

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船舶系泊操纵仿真训练系统中缆绳可视化研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第10期47卷 99-104页

作者：蒋效彬任鸿翔王明洋赫鑫大连海事大学航海动态仿真和控制交通行业重点实验室

针对在船舶系泊操纵训练系统的开发过程中,模拟柔性缆绳时存在的效率不高、逼真程度差等问题,提出了采用基于位置动力学(PBD)的方法来描述缆绳的运动情况.在PBD方法的距离约束和弯曲约束的基础上,提出使用长距离附着约束和引脚约束两种... 详细信息

针对在船舶系泊操纵训练系统的开发过程中,模拟柔性缆绳时存在的效率不高、逼真程度差等问题,提出了采用基于位置动力学(PBD)的方法来描述缆绳的运动情况.在PBD方法的距离约束和弯曲约束的基础上,提出使用长距离附着约束和引脚约束两种约束条件用于模拟缆绳的弯曲、拉伸等效果,改进了PBD方法中对缆绳的可视化模拟效果.长距离附着约束方法可以防止缆绳粒子的过度拉伸.引脚约束方法将两个粒子合并为一个粒子进行计算,以实现缆绳与琵琶头连接的模拟效果.采用考虑摩擦和黏性的连续碰撞检测约束方法,实现了缆绳与操纵仿真训练系统中其他物体的碰撞检测以及缆绳自身的碰撞检测.通过与牛顿法计算效率对比,改进的PBD方法效率更快,精度更高.

关键词：船舶系泊操纵缆绳系统仿真三维可视化基于位置的动力学约束动力学

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使用波数谱绘制海浪波幅畸变的校正

计算机辅助设计与图形学学报 2015年第9期27卷 1617-1624页

作者：陈丽宁金一丞任鸿翔尹勇大连海事大学航海动态仿真与控制交通行业重点实验室大连116026

针对快速傅里叶逆变换形式Gerstner波绘制海浪出现波幅畸变的问题,提出使用波数谱绘制海浪波幅畸变的校正方法.首先重新推导了包含基元波振幅的快速傅里叶逆变换形式Gerstner波;然后用右侧Riemann求和对波数谱的定积分进行离散,离散积... 详细信息

针对快速傅里叶逆变换形式Gerstner波绘制海浪出现波幅畸变的问题,提出使用波数谱绘制海浪波幅畸变的校正方法.首先重新推导了包含基元波振幅的快速傅里叶逆变换形式Gerstner波;然后用右侧Riemann求和对波数谱的定积分进行离散,离散积分域的边界值由快速傅里叶逆变换对波数向量的采样方式决定,得到基元波振幅的近似解;最后将该近似解代入上述推导所得的形式中,得到傅里叶系数中包含波数谱和离散积分域面积的快速傅里叶逆变换形式Gerstner波.实验结果表明,采用该方法可以准确地计算海浪势能和基元波振幅,绘制结果波形稳定,有效地解决了波幅畸变的问题.

关键词：海浪绘制 Gerstner波快速傅里叶逆变换基元波振幅波数谱定积分离散