对雨水排水系统控污运行评价指标进行研究,为实现城镇雨水排水规划目标、保障河道水环境质量提供参考。以分流制排水系统中的雨水强排系统为研究对象,结合已有研究和工作实践,分析雨水排水管网中污染物的来源及影响其排放的主要因素,梳理雨水排水系统溢流污染的形成机制;结合上海市排水工程的特点,提出用于评价排水管网控污运行效果的若干个关键指标。分析表明,排水管网中的污染物控制可从源头控制、过程控制和末端控制等3个层面开展。分别针对这3个层面提出一系列细化指标并明确其含义,为构建雨水管网控污运行评价指标体系提供参考。

针对传统水土保持监测方法存在的效率低、受地形限制大和数据的完整性难以保证等问题,以青山小流域水土流失综合治理工程为例,运用无人机技术进行水土保持监测。通过处理无人机影像数据生成高精度的正射影像图和数字表面模型,自动提取裸露地表和植被等地类的面积、坡长、坡宽和坡度等地理信息;在此基础上,采用修正的通用土壤流失方程模拟土壤流失量,选取6个监测样区对实测数据与模拟数据进行对比。研究结果表明:6个监测样区的土壤流失量模拟值与实测值相差较小,相对误差在3.13%~11.80%;模拟模型能基本反映土壤流失情况,将无人机技术与模拟模型相结合的方法能为水土保持监测提供有效支撑。

为解决高速公路在不同时间段和不同空间内的车流量差异较大引发的车辆拥堵问题,提升车辆运行效率,降低交通管理成本,结合车辆的出行行为和轨迹特征进行车辆画像研究。筛选出频繁出现在路网中的关键车辆,排除偶发行车数据;针对筛选出的关键车辆构建一个包含三级标签的出行行为画像体系,涵盖车辆信息、出行频次、出行时长、速度、距离和出行偏好等6个核心维度,结合高峰时段和非高峰时段提供全面的多维车辆画像;采用层次分析法和熵权法对二级标签进行权重分配,计算一级标签的得分;采用K-Means算法,根据一级标签的得分将车辆分为6种;采用PrefixSpan算法对6种车辆在不同时段的频繁路径模式进行挖掘,生成不同类型车辆的出行模式集合。试验结果表明,该方法能有效描述车辆在路网中的状态,通过将车辆划分为不同类型,并分析其在不同时段的频繁路径,帮助交通管理部门实现对车辆的精细化管理,达到降低管理成本和提升管理效率的目标。

为提升液体化工码头的运营效率和安全性,满足现代物流管理需求,基于现实应用场景设计一种液体化工码头数字孪生平台。该平台采用分层架构设计,由数据源层、底座引擎层、通用能力层、架构融合层和场景赋能层组成,各层之间相互协作,共同实现码头运营管控的一体化、可视化和智能化。通过码头环境监测子系统整合多源异构传感器,实现对码头运营环境的实时全方位监控;通过安全生产管理子系统集成多个关键系统,构建全方位的安全防护体系;通过码头智慧运维子系统和数字孪生技术实现对设备状态的实时映射和智能运维管理。目前该系统已在某液体化工码头岸区应用,效果显著。

对远洋船舶面临的网络安全风险进行深入分析,并探讨应对策略,提升船舶运营的安全性。系统梳理远洋船舶网络安全风险的主要类别,包括黑客入侵、恶意软件攻击、人员操作失误和系统自身存在漏洞等。针对这些风险提出7个方面的应对策略,强调采用先进的网络安全技术和解决方案,特别是引入人工智能和机器学习技术,提升威胁检测能力。同时,加强对船员的网络安全培训,提升其安全意识,并实施严格的数据备份和恢复机制。此外,考虑采用专用网络和隔离技术,降低船舶网络遭受外部攻击的风险。

为准确预测甲醇双燃料动力船燃料供应系统燃料切换过程中的氮气吹扫效果,掌握甲醇燃料吹扫规律,以某甲醇双燃料动力大型集装箱船为研究对象,开展氮气吹扫过程数值模拟研究。针对该船存在的氮气吹扫问题,根据燃料供应系统三维模型、甲醇燃料的物理特性和氮气吹扫流程开展氮气吹扫过程数值模拟,得到吹扫入口定压力条件下的吹扫性能预报结果,并将其与淡水冲洗计算结果相比较,探究吹扫介质和管路体积对吹扫时间和甲醇残留率的影响,为安全有效地开展氮气吹扫作业提供参考。

为有效解决资源约束条件下的船舶舾装项目进度管理问题,提出一种基于全局项目资源调度的船舶舾装项目进度管理方法。采用层次分析法确定项目中各子任务对某类关键资源的分配优先级,构建资源约束条件下的项目资源调度框架。采用网络计划技术和基于优先权规则的启发式算法,分别对核心任务和非核心任务进行资源调度与配置。研究结果表明,通过采用该船舶舾装项目进度管理方法,能提前干预舾装项目的资源配置,有效提升资源利用率,解决资源紧张和资源浪费等问题。

为有效解决激励源耦合引发的船舶桅杆振动问题,以某巴拿马型散货船的桅杆为研究对象,提出一种系统化的船舶桅杆振动分析方法。在船舶设计阶段,通过建立全船结构与桅杆耦合有限元模型对桅杆振动情况进行预报;在船舶试航阶段,采用多通道振动测量技术完成桅杆振动测量。基于实船测量数据验证船舶设计阶段采用的数值仿真计算方法的准确性,结果表明,该船舶桅杆振动分析方法能有效预测桅杆的振动特性,将误差控制在3%以内。研究成果可供船舶桅杆的振动预报和设计优化参考。

为解决大型BCF (Body and Caudal Fin)模式仿生鱼尾鳍驱动问题,设计并制作一种大型仿生鱼推进机构。该机构运用曲柄摇杆原理,将电机等速转动转变为正弦摆动,通过单一驱动源控制双关节联动,实现大型 BCF 模式仿生鱼尾鳍稳定摆动和双关节角度姿态精准变化,结构紧凑且控制简单。大型仿生鱼样机采用金属骨架-蒙皮形式,能有效解决大型运动机构装配精度方面的问题,提升模型的可靠性。在拖曳水池内对样机进行自航试验,获取尾鳍摆动下仿生鱼的游动速度,验证设计的大型仿生鱼推进机构的有效性。研究成果可供大型仿生鱼在海洋监测和水下救援等领域的应用参考。

为提升船舶螺旋桨的推进效率,降低船舶能耗,设计一种偏置式桨前节能装置,并采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法评估其节能效果。以某型散货船为例,通过RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方法对其阻力进行数值计算,并对其螺旋桨盘面位置的伴流场进行分析。基于伴流场特征设计偏置式桨前节能装置,通过调整关键设计参数优化螺旋桨进流场,从而更高效地回收螺旋桨尾流旋转能量。通过数值计算对该节能装置的节能效果与常规型桨前节能装置的节能效果进行对比,结果显示,前者能取得3.1%的节能效果,相比后者节能效果提升约20%。由此可知,该偏置式桨前节能装置相比常规型桨前节能装置具有更好的节能效果,设计思路可行。

为降低地铁运行产生的振动和结构噪声对轨道交通车辆基地上盖物业开发项目中的环境敏感建筑的影响,开展车辆基地不同区域的振动影响研究。选取华东地区某城市的轨道交通车辆基地上盖物业开发项目进行振动影响测试,对试车线、出入线、库内线和咽喉区等不同区域的振动特性进行分析。结果表明:相比咽喉区和试车线,库内线的总振级较小;列车经过咽喉区岔心时,岔心钢轨处Z振级平均比非岔心钢轨处Z振级大29.4 dB;在同一测试断面,钢轨处、道床处和结构壁处最大Z振级逐渐减小。

为有效应对航运业数字化、智能化发展过程中船舶面临的网络安全风险,保证远洋航运健康可持续发展,开展新发展格局下的船舶网络安全建设路径研究。阐述国内外船舶网络安全现状,梳理船舶面临的主要网络安全风险,在此基础上设计船舶网络安全建设路径,提升船舶网络防护水平,确保远洋船舶安全稳定运行。研究成果可供航运企业提升船舶网络安全管理水平参考,保证相关产业链供应链安全稳定。

针对某船用监控设备PT1000温度采集模块存在的电阻采集异常故障,开展故障树排查定位,并提出有效的解决措施。阐述PT1000温度采集模块中热电阻采集电路的原理,定位引起温度采集模块对外端子接触点异常的原因,提出外部电缆与温度采集模块之间通过接线端子转接的改进方法,解决温度大范围阶跃性跳动的问题。实践结果表明,改进后的PT1000温度采集模块运行正常,满足实际需求,该故障排查过程和提出的解决措施可供船用监控设备同类故障排除工作的开展参考。

为有效解决甲醇双燃料船燃料舱内的甲醇泄漏问题,以某16 000 TEU甲醇双燃料集装箱船为例,采用计算流体力学软件对甲醇泄漏情况下燃料舱的通风性能进行数值模拟。对舱室内的甲醇气体进行监测,研究舱室内空气达到安全标准所需时间随管道开孔数量和排风速度的变化规律。研究发现,在管道内合理开孔对提升燃料舱的通风性能有很大作用,推荐在开孔的基础上将风机运转速度提升1.5倍,这样既能将舱室内空气到达安全标准所需时间控制在300 s以内,又能降低能耗。

为有效解决船舶在冰区航行时存在的船体安全问题,设计一种极地船舶冰区航行船体安全监测系统。对该系统的功能需求进行分析,在此基础上,以某6.8万t多用途纸浆船为例,阐述该系统的总体架构设计、测点布置和数据采集等。实际应用结果表明,该系统能通过采集船体结构应力、船舶运动状态和气象海况等数据,实时评估船舶的总体强度,降低其在冰区航行时的船体结构破坏风险。

为满足船舶智能化对助导航综合信息显示系统提出的信息处理、融合、分析和人机交互方面的要求,设计一种面向船舶智能驾驶的综合信息显示系统。通过深入分析船舶驾驶人机交互中的信息显示需求,根据《智能船舶规范》(2024)和国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)对综合信息显示系统信息显示性能的要求,提出一种面向船舶智能驾驶的信息分类方法,设计不同航行信息的表达方式,在此基础上开发综合信息显示系统。示范应用结果表明,该系统在信息融合与表达方面具有全面、规范、直观和便捷等特点,有助于提升船舶航行的安全性和效率。

针对国内部分散货船在运营过程中出现的阻力较大和能耗过高的问题,结合某型散货船改建案例,基于相关基础理论分析引发该问题的根本原因。在此基础上,探讨此类船舶的减阻增效方法,针对性地提出采用高效防污漆、优化艏部线型和使用高效桨的改建技术方案。对改建后的船舶进行性能测试,验证该技术方案的有效性,为同类型船舶的减阻增效技术研究提供参考。

为降低欧盟FuelEU Maritime法规给航运业带来的合规成本方面的压力,研究其对船舶合规成本的影响,重点分析奖励(Reward,RWD)系数失效前后船舶合规成本的变化。以某停靠欧盟港口的8 500 TEU集装箱船为例,依照FuelEU Maritime法规的要求,分析RWD系数失效和非生物源可再生燃料(Renewable Fuels of Non-Biological Origin,RFNBO)子目标生效前后船舶合规成本的变化。分析认为:随着2034年RWD系数失效和RFNBO子目标生效,部分原本依赖RWD系数实现碳平衡合规的船舶不再合规,若船舶采用的RFNBO占比小于RFNBO子目标,还可能面临RFNBO子目标方面的罚款,航运业应增加RFNBO的使用,以降低合规成本增加造成的经济负担。

为使船舶在北极航道航行时能更好地应对自然环境复杂多变和应急救援能力受限等问题,提升其冰区航行风险防控能力,开展北极东北航道船舶航行风险识别和防控研究。对北极航道船舶航行规范和助航设施设备进行分析,从水文气象条件和地理环境等方面对环境风险因素进行识别,在此基础上提出北极航道船舶冰区航行风险控制措施。研究认为,北极东北航道船舶航行面临的风险因素主要包括海冰复杂、能见度不良、温度低、风浪大、海流多变和海图信息不准确等。从风险防范的角度提出21条船舶进入冰区前的自查项目,从风险控制的角度提出10条船舶在冰区航行过程中的风险控制措施,提升北极东北航道船舶冰区航行的安全保障能力。

为提升船舶运动姿态主动补偿控制能力,针对现有船舶横摇运动预测模型存在的精度低和不适合在复杂环境中应用等问题,提出一种基于长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)模型的船舶横摇运动预测模型。利用某研究与实训两用船在海上航行过程中采集的横摇运动数据训练该模型,训练时将均方根误差作为损失函数,采用Adam优化器进行权重优化。采用该模型对实际的船舶横摇运动进行预测,并将其与采用自回归积分滑动平均(Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型预测所得结果相对比,验证该模型能在复杂的船舶航行工况下保持良好的预测精度。研究结果表明,该基于LSTM模型的船舶横摇运动预测模型能更好地捕捉船舶横摇数据的非线性和非平稳特性,提供更准确的预测结果。

基于大气污染物与温室气体排放清单编制要求,研究建立典型沿海集装箱码头大气融合排放清单,通过集成现场调研数据、排放因子和活动水平数据,对码头岸边装卸、堆场装卸、水平运输和辅助及附属生产等4个运营环节设备或系统2023年的大气污染物和CO₂排放量进行估算,并采用蒙特卡洛法模拟量化排放清单的不确定性。研究结果显示:NO_x和CO为各码头的主要大气污染物,集卡和堆高机为主要的大气污染物排放源;电力消耗间接排放对碳排放的贡献最大,集卡、堆场起重机和集装箱装卸桥是主要的碳排放源,占比分别为25.57%、23.78%和23.43%;排放清单的不确定度在-67%～139%。该大气融合排放清单能反映沿海集装箱码头的大气污染物和CO₂排放特征,为大气污染防治和碳排放控制提供参考。

以广东省某高速公路改扩建项目中的环境影响评价项目为例,对沿线敏感建筑当前的声环境质量进行监测,对改扩建后沿线敏感建筑受到的噪声影响进行预测,在此基础上分析采用直立式、弯折式、半封闭式和全封闭式等4种形式声屏障,以及铺设低噪声路面和限速等措施的降噪效果。结合相关法律法规和技术政策文件的要求,确定该项目采用“全路段实施限速和铺设低噪声路面,分路段采用多种形式声屏障”的综合降噪方案。针对现行公路噪声源强预测公式的滞后性和相关参数取值的局限性,提出将大数据应用到环评工作中,通过信息化平台收集路段车流量、车型比和各车型的行车速度等数据,为噪声预测参数的选取提供数据支撑。

为准确预测高速公路收费站拥堵情况,进而采取有效措施解决收费站拥堵问题,提出一种基于随机森林模型的高速公路收费站拥堵预测数字孪生解决方案。该解决方案主要包含交通场景搭建、实时数据采集、拥堵分析预测、收费站干预及可视化展示等功能模块,通过集成门架、车检器和毫米波雷达等感知设备采集交通信息,利用Unity3D平台创建收费站高精度三维模型,采用分类与回归树(Classification and Regression Tree,CART)算法构建随机森林模型进行交通流量预测。研究表明,该方案有助于缓解收费站拥堵问题,提升高速公路运营管理效率和司乘人员的通行体验,可供同类高速公路收费站的建设和运营管理参考。

交通机电设备维保时效性是交通管理部门关心的重要内容之一。基于上海市某交通机电设备维保工单数据建立Logistic回归模型,分析交通机电设备维保时效性影响因素。研究发现,设备类型(主要包括车牌识别、情报板和摄像机等)、设备位置(主要是外环区域)和报修月份(主要包括2月、6月和7月等)对维保时效性有显著影响。在此基础上,提出改善机电设备维保时效性的措施,包括:强化重点设备的维保要求;在外环区域设立运维分中心;加大恶劣天气条件下和节假日期间的维保力量等。研究成果可供交通管理部门和设备维保单位开展设备维保工作参考。

为提升轮渡码头的客流量感知能力,促进轮渡码头的数字化发展,提出一种基于Transformer模型与多层感知机(Multi Layer Perceptron, MLP)组合的轮渡码头短期客流量预测方法,支持预测轮渡码头未来1 d内4个时段的客流量。该方法充分考虑轮渡码头业务数据的价值,通过ETL(Extract-Transform-Load)的方式将业务数据转化为模型输入的时序客流量数据,并利用NeuralForecast时间序列预测工具库构建由PatchTST模型与TiDE(Time-Series Dense Encoder)模型构成的组合模型PatchTSTiDE。对该模型与其他常见时间序列模型进行对比试验,结果显示该模型对客流量预测的平均绝对误差相比TiDE模型和PatchTST模型能分别下降约4.44%和30.59%。该研究可供轮渡码头的客流量预测参考。

多用途重吊船具有装载灵活和装卸能力强等特点,船用起重机是其核心设备。探讨船用起重机对重吊船电站设计的影响,主要包括电站容量配置、电站管理系统设计、电缆及保护电器选型和逆功率处理等。通过需要系数法和概率计算法确定起重机的功率,确保发电机容量满足实际需求。为功率管理系统设计重载问询和功率限制功能,保证系统安全运行。针对逆功率问题,提出逆功吸收电阻、功率限制和电池吸收等处理方案,为电站设计提供系统性指导。

氨燃料作为清洁能源尚未得到广泛应用的一个重要原因是其传输具有很高的安全风险。为有效解决该问题,针对某新型船用氨燃料系统,结合氨燃料的物理特性,基于仿真建模技术建立氨燃料系统机理模型,并通过测试验证其有效性。将氨燃料系统模型与实时仿真技术相结合进行控制器模拟仿真测试,结果表明该控制器能实现设计的基本功能,可基于仿真模型进行极端工况等条件下的仿真测试,提高测试效率,降低时间成本。

为提升船舶在雾天等能见度不良条件下对周围环境的感知能力,提出一种基于循环生成对抗网络的海事图像去雾方法,并引入循环一致性和恒等映射损失,避免图像过度变形和重要特征信息丢失,提升去雾效果的稳定性。在模拟海雾图像和真实海雾图像上对该方法的有效性进行验证,并选取当前主流的海事图像去雾方法进行对比分析。研究结果表明,该方法在峰值信噪比、结构相似性和颜色差异等指标上的表现均优于其他方法,峰值信噪比平均值为21.92 dB,相比其他方法至少提升8.79 dB,能有效去除图像中的海雾,恢复图像的细节和纹理信息。

针对在船坞内开展大型集装箱船舱室强度试验时存在的船体结构和坞墩安全问题,采用有限元方法对船体结构进行建模和强度校核。通过合理选择坞墩简化模拟方式,在提高有限元建模和计算效率的同时,准确计算出坞墩支反力,在此基础上提出坞墩布置优化方案。研究表明,根据坞墩支反力分布情况,可通过较小的改动量实现对坞墩布置的优化调整,在保证船舶在坞内安全施工的前提下,满足在坞内对部分舱室开展强度试验的要求,为将船舶舱室强度试验工作前移提供保障,为后续相似船型的坞墩布置提供参考。

以某大型散货船为研究对象,通过模型试验和数值模拟对2种模型尺度下由前置定子与舵球推力鳍组成的组合节能装置的节能效果进行尺度效应分析。研究结果表明:大尺度船模节能装置的节能效果更好;通过模型试验与数值计算得到的安装节能装置前后船舶的各推进性能参数的变化趋势基本一致。从工程应用的角度看,在对带有节能装置的船舶进行快速性试验时,建议在条件允许的情况下尽量选择大尺度船模。