为提升船舶波浪增阻计算的准确度,基于实船航行数据,分别采用数值计算方法和经验公式计算船舶的波浪增阻。以一艘散货船为例,收集其船型信息,根据船型信息计算得到波浪增阻响应曲线;收集该船的航行监测数据,通过Python编程计算各采样数据对应的波浪增阻响应曲线,通过国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)双参数海浪谱匹配各采样数据下的波高和波浪周期,求解出对应的波浪增阻;基于ISO 15016:2015规程修正风、浪、温度和水密度等参数,通过对轴功率进行波浪增阻、水温和风阻等方面的修正得到理想的静水功率。将修正结果与散货船快速性模型试验结果相对比,验证采用SNNM(SHOPERA-NTUA-NTU-MARIC)方法所得船舶波浪增阻相比采用切片法所得波浪增阻更准确,与实船波浪增阻更接近。

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。

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。

为满足我国隧道工程交通监控领域的智能化发展需求,针对传统单体式交通监控系统存在的应急救援效率低、智能管控不足和数据分析能力不强等问题,基于微服务架构设计一种交通监控平台。该交通监控平台采用分层架构设计和模块化设计,通过集成地理信息系统(Geographic Information System,GIS)、视频、物联网、数字孪生和数据治理服务,构建路网监测、隧道监控和应急处置等子平台,实现救援各方的快速联动,解决传统单体式交通监控系统存在的应急救援效率低和智能管控不足等问题,并通过大数据分析对交通态势进行预测,有效提升平台的智能水平。该平台已在青海和重庆等地应用,结果显示其能通过全要素数据感知和全流程业务管控,显著提升交通管理的智能水平。

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。

为充分掌握转子帆和圆弧型帆2种船舶风力辅助推进装置的空气动力性能,对近年来国内外学者在该领域开展的研究及取得的成果进行总结。通过梳理相关文献,并对其研究的主要内容和采用的方法进行分析,得到这些研究对风力辅助推进装置研究的贡献。研究结果显示,目前有关转子帆和圆弧型帆的空气动力性能及其影响因素的研究较为完善,模型试验和数值计算等研究方法的发展较为成熟,大多数情况下数值计算的精度都较高。转子帆在高雷诺数下的空气动力性能数值计算有必要更深入地研究。

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。

针对含有交直流母线的船舶综合电力推进系统存在的分布式储能协调问题,提出一种分布式储能管控策略。建立船舶综合电力推进系统各组成部分的仿真模型,包括发电系统和储能系统等;设计该系统的分布式储能管控策略,通过采集系统中的母线电压和储能状态信息等,实现储能系统自动化运行。搭建船舶综合电力推进系统仿真模型,验证该储能管控策略的有效性。仿真结果显示,采用该分布式储能管控策略之后,直流母线电压波动小于2%,船舶综合电力推进系统的交直流母线电压能满足系统的运行要求。提出的分布式储能管控策略能有效管理储能系统,实现船舶综合电力推进系统稳定运行。

探讨检索增强生成(Retrieval-Augmented Generation,RAG)技术在大型航运专业知识库构建领域的应用,为航运业的智能化发展提供支撑。系统地介绍RAG技术的原理,分析传统RAG知识库在文本切片、检索精准度和全局理解等方面的局限性;在此基础上,提出引入重排序模型、数据库MPC (Multi-Process Communication) Server架构和超大上下文模型等进阶方案,构建航运专业知识库。研究结果表明,基于RAG技术构建的航运专业知识库能显著提升航运领域的信息检索和知识生成能力,为航运业的数智化转型提供有力支持。

为降低船舶倾斜试验中摆幅、摆线长度和移动力臂等因素对船舶初稳心高度h_GM计算结果的影响,准确得到空船重心的垂向高度,以5 000吨级下水驳船“船务驳 1”为研究对象,基于误差传播理论开展船舶倾斜试验影响因素分析。建立基于误差传播理论的数学模型,深入分析船舶倾斜试验中摆幅、摆线长度和移动力臂等因素对试验状态下h_GM计算结果的影响规律,通过敏感性分析明确各因素的影响程度,并通过典型案例验证所得结论的准确性。研究结果表明:摆幅误差对试验状态下h_GM计算结果的影响最大;试验状态下h_GM越大,单位摆幅改变量引起的h_GM计算偏差越显著。研究成果可为船舶倾斜试验中的h_GM准确计算提供理论依据和实践参考。

针对氨燃料加注作业存在的泄漏、相态失衡和燃爆等安全风险,结合某型氨燃料拖船罐车加注场景,提出工艺优化与风险防控协同方案。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法(SST k-ω湍流模型)量化氨泄漏扩散规律,构建三级动态安全管控区,解决液氨加注多相流平衡问题。采用氮气双回路吹扫系统,集成激光吸收光谱实时监测技术,形成泄漏防控闭环机制。研究结果表明,该方案能有效控制液氨加注过程中存在的泄漏、燃爆和低温风险,为氨燃料船舶加注作业的开展提供工程适用性强和安全鲁棒性强的技术范式,助力航运业低碳转型。

为提升我国大型液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船螺旋桨的自主设计制造能力,依托国家有关部委“十四五”期间的重大专项,开展大型LNG船螺旋桨国产化研制和应用研究。从实船项目出发,将螺旋桨效率和重量指标不低于国外同类型船设计方案的相关指标作为技术设计目标,系统研究大型LNG船螺旋桨叶数、直径、盘面比、侧斜角、纵倾、剖面形式和径向负荷等参数对船舶推进效率及激振力的影响规律,完成基础方案设计,并通过优化弦向负荷提高基础设计方案中背片空泡的稳定性。模型试验和实船试航结果表明,提出的螺旋桨设计方案在推进效率、激振力和重量等方面均有较优的表现,采用该方案设计的螺旋桨运转稳定,航速指标能达到设计要求。

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。

线性工程平面图是一种带状设计图,长宽比较大,通常基于标准A系列图纸加长后出图,常需要数十张图纸,人工出图耗时费力。为提高线性工程出图效率,通过程序对耗时的图纸分幅和布局操作进行优化。设置图纸的幅面和比例,计算出打印区域的长和宽;以线路中心线桩号离散、简化线路,并按里程顺序导出其坐标;通过固定幅面(限定长度和宽度)或自适应幅面(仅限定宽度)2种方式对线路进行分幅操作,保证相邻图纸的打印区域首尾相连;根据每张图纸的起讫桩号坐标确定线路的方位角,根据桩号坐标集确定图纸的几何中心,并据此在图纸空间内设置视口,使线路从左至右位于视口垂直居中位置。实际应用结果显示,与常规的出图方式相比,该方法能大幅提升线性工程平面图出图效率。

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。

为提升集装箱资产管理企业的运营管理水平和资产使用效率,考虑集装箱退租还箱行为的不确定性及其他内外部因素的影响,对集装箱退租还箱行为进行预测分析。构建一种集装箱退租还箱智能预测模型,结合历史还箱数据,综合考虑地区还箱上限和港口箱型月还箱上限等参数,采用特定的计算方法预测还箱量。实际应用结果表明,该模型能合理地预测分析集装箱退租还箱情况,协助集装箱资产管理企业预测未来的集装箱退租还箱趋势,帮助其适时调整运营管理策略,提高运营管理效率和资产利用率。

基于“三生”空间识别方法,运用土地利用转移矩阵和土地利用动态度,从空间布局和数量结构2个方面剖析2010—2020年上海市“三生”空间的分布格局和演化特征。研究表明:上海市的“三生”空间在2010—2020年变化显著,生态空间面积占比较小,主要位于上海九段沙湿地国家级自然保护区,但有所拓展,整体呈增长态势,生态生产空间和生产生态空间面积均减少,在发展过程中受到一定的挤压,生活生产空间扩张;4种空间类型之间均相互转化,其中,生产生态空间转为生活生产空间最显著,其次为生态生产空间转为生产生态空间,生态空间在这段时间内有一定的转出,但转入量更大,总体面积有所增加;生态空间面积在2010—2015年和2015—2020年这2个时段均呈增长态势,生态生产空间和生产生态空间面积持续减少,生活生产空间面积持续增加,整体土地利用变化的剧烈程度在这2个时段均处于较低水平。

为降低潮汐引起的海水密度变化对船舶倾斜试验的影响,得到准确的空船重量和重心位置,进而准确校核船舶的完整稳性和破舱稳性,开展潮汐引起的海水密度变化对船舶倾斜试验结果的影响分析。分别对高平潮到低平潮、低平潮到高平潮、中间潮位经低平潮回到中间潮位和中间潮位经高平潮回到中间潮位等4种状态进行研究,阐述潮汐引起的海水密度变化对船舶倾斜试验结果的具体影响,为后续采取有效措施降低该因素的影响奠定基础。

针对当前很多船厂的小组立装焊存在的数据管理粗放和颗粒度不一等问题,开展小组立装焊系统数据结构化集成与管控研究,实现各类数据充分共享,促进船舶制造的智能化转型。基于结构化分析方法IDEF0(Integration DEFinition Method)建立小组立装焊作业流程模型,实现对作业过程和作业细节的逐层级有效控制,在此基础上梳理小组立装焊过程数据的组成;采用系统建模语言(Systems Modeling Language,SysML),从工艺、资源、计划和执行等4个方面构建小组立装焊系统数据模型,实现对繁多、异构、多源的非结构化数据的统一结构化描述;建立船舶小组立装焊过程数据采集方案,实现对小组立装焊系统数据的全面采集;开发小组立装焊系统数据管控系统,实现对小组立装焊系统数据的透明化和精细化集成管控。实际应用结果表明,该系统能有效提升组立焊接车间的数据管理能力,使数据记录和查询清晰快捷。

为准确预测船舶油耗,针对船舶航行油耗影响因素较为复杂的问题,提出一种基于高密度工况识别的油耗预测方法。采用斯皮尔曼相关性分析方法挖掘各特征因素与油耗的关联程度,筛选出相关性较强的特征,精简模型输入;对筛选出的特征进行聚类分析,引入时间轴投影与核密度估计技术,通过计算各工况在时间维度上的概率密度分布,精确识别出高密度典型工况;基于典型工况构建面向特定场景的长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络油耗预测模型,实现工况识别与预测建模的有机结合。试验结果表明,经聚类优化得到的LSTM模型相比未经聚类优化的LSTM模型预测精度显著提升,均方根误差由2.42降至1.52,平均绝对误差由2.12降至1.78,决定系数R²由0.52提升至 0.71,说明基于时间密度特征选取代表性工况的方法有效。该方法能通过特征筛选和工况划分降低输入维度的复杂性,使LSTM模型更精准地捕捉相同工况下的油耗时间序列规律,为船舶油耗精准预测和能效优化提供有效的技术路径。

针对传统数据质量治理方法在效率、覆盖度和适应性等方面存在的不足,提出一种基于智能算法的数据质量规则自动推荐方法。通过构建动态演化的企业级数据资产特征库,融合基于相似度计算的准确性规则匹配算法与基于血缘分析的时效性规则预测算法,实现从元数据提取到规则生成再到规则推荐落地的全流程自动化处理。该研究的核心创新点包括:建立多维度特征抽取机制,支持结构化属性、业务语义和数据血缘统一建模;设计双算法协同推荐策略,分别解决结构性质量问题和时效性约束问题;开发轻量化推荐引擎组件,实现与现有数据中台系统的无缝集成。目前该方法已在某集团大数据平台和供应链协同业务平台上应用,结果显示其能使单条规则的平均生成时间缩短至10 s以内,整体规则配置效率相比传统人工方式提升约5倍,推动数据质量治理由“人工经验驱动”转变为“智能算法驱动”,具有良好的实用性和可推广性。

基于实例回顾美国造船产业自二战以来的衰落历程,通过梳理造船产业发展要素探究引发该境况的原因,并分析美国为振兴造船产业出台的最新政策。研究发现:二战后美国造船产业具有长期“军民失衡”和过度依赖《琼斯法案》以维系本土商船产业的发展等特征,船舶造价、劳动成本、船厂选址、技术转移、造船需求和政府补贴等要素均对其兴衰有重要影响;为重振造船产业,美国近几年推出了一系列政策,包括制定《美国离岸工人公平法案》、开展301调查、引入船舶建造经理和设立造船办公室等。研究认为,这些政策不仅很难逆转美国造船产业的空心化趋势,而且会对美国自身经济和全球贸易格局造成负面影响。研究结论对我国造船产业的发展有警示意义。

为有效缓解水体有机物污染问题,以MOF-5(Metal Organic Framework-5)为研究对象,将低温(540 ℃)直接碳化MOF-5得到的高比表面积纳米碳材料NPC-540(比表面积为1 509.5 m²/g)作为吸附剂,系统研究其对有机物对硝基酚(p-Nitrophenol,PNP)的吸附行为。研究结果显示:NPC-540较大的比表面积和孔容能为吸附PNP提供较多活性点位,饱和吸附量达243.9 mg/g,高于商业化粉末活性炭的226.2 mg/g;该吸附是单层吸附,符合二级动力学模型,且该反应是自发、吸热反应,是物理吸附与化学吸附相结合的过程;较高的离子强度有利于NPC-540去除PNP,当NaCl的物质的量浓度由0.02 mol/L增加到0.35 mol/L时,吸附容量约升高57 mg/g;采用无水乙醇对NPC-540进行再生、重复使用,重复使用3次之后,其吸附容量仍能保持较高水平(200 mg/g)。研究表明,NPC-540在去除水体有机物领域具有一定的应用潜力。

系统分析基于数据驱动的人工智能技术在航运业的应用现状,深入探讨该技术的应用对航运业就业格局的颠覆性影响。聚焦岗位替代、岗位新生、技能再定义和组织重塑等现象,揭示由此引发的结构性失业、人岗错配及对传统人力资源体系产生冲击等风险。在此基础上,从企业微观应对和国家政策支撑2个层面提出应对策略:在企业层面,大型航运企业应构建“岗位数智化、人才专业化、组织灵活化”的“三化”应对框架,坚守“以人为本、数智为先”的核心理念;在国家层面,以我国为例,建议将航运人才发展纳入顶层规划,并完善相关法律法规和产教融合机制,为企业转型提供制度支撑。

为提升渔船航行和作业的安全性,基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据建立渔船碰撞危险度评估模型,并将其应用于渔船碰撞风险评估和安全管理系统开发中。在风险评估系统中深入挖掘事故致因因素数据,重构船舶AIS数据中心,利用层次分析法和模糊数学方法完成渔船碰撞危险度预测和风险致因评估工作。实船试验结果表明,建立的渔船碰撞危险度评估模型实用性强,评估精度高,可为渔船航行和作业的碰撞危险度评估和安全管理提供理论数据和技术支持。

以一艘低航速肥大型双艉船为研究对象,在目标吃水和目标航速下对其进行阻力性能优化。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟技术分析原型双艉船的船体表面压力分布、兴波分布和船身周围流场等参数,据此确定阻力性能优化方向和优化策略。在排水量和限制点等约束条件下,分别对原型船的艏部进流角、艏部形状和艉部外侧去流段长度进行优化,同时增加艉鳍的丰满度,减小艉鳍突肩,减小去流角。对比分析发现,改型后船舶的自由液面兴波明显改善,艏部表面压力分布更均匀,艉部附近未出现明显的流动分离现象,船舶总阻力减小5%以上,减阻节能效果明显。