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船舶自主航行虚拟测试场景研究进展 被引量:1
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作者 陈立家 王凯 +3 位作者 黄立文 李胜为 周欣蔚 刘岩值 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期25-37,共13页
自主航行能力系统性测试、验证与可靠性评价是智能船舶产业化应用的重要前提。为明确不同测试对象对于自主航行测试场景的需求,对自主航行测试场景的测试对象、场景定义、构建方法和测试方式进行梳理。依据测试对象和场景需求的特点,将... 自主航行能力系统性测试、验证与可靠性评价是智能船舶产业化应用的重要前提。为明确不同测试对象对于自主航行测试场景的需求,对自主航行测试场景的测试对象、场景定义、构建方法和测试方式进行梳理。依据测试对象和场景需求的特点,将场景构建方法分为真实数据提取、机理建模重构、数据驱动衍生和优化搜索采样方法,对比阐述不同场景构建方法的性能和所生成场景的特点,并结合算法验证优化、性能评估和安全验证等不同测试需求分析场景构建方法所存在的问题。研究结果表明:实际应用要求测试场景构建技术充分关注测试场景结构体系的完备描述、场景组合爆炸和场景系统动力学演化问题。未来的研究应重点关注异质交通场景发展趋势,丰富智能船舶测试理论和方法体系,为智能船舶的研究成果产业化应用奠定理论与技术基础。 展开更多
关键词 智能船舶 船舶测试 自主航行 测试场景 场景定义 场景生成 场景重构
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考虑多航行特征的海上自主航行船舶避碰策略研究
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作者 罗曼尔 袁智 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第7期6-12,共7页
海上自主航行船舶的避碰决策应做到安全、合理、有效,避碰决策应能在满足海上真实航行场景需求的同时,还应尽可能多地响应多种不同的船舶会遇局面,这对避碰决策算法的完备性提出很高要求。考虑多航行特征,构建初始避碰决策空间,设置多... 海上自主航行船舶的避碰决策应做到安全、合理、有效,避碰决策应能在满足海上真实航行场景需求的同时,还应尽可能多地响应多种不同的船舶会遇局面,这对避碰决策算法的完备性提出很高要求。考虑多航行特征,构建初始避碰决策空间,设置多船会遇约束、避碰规则约束和偏航约束,并引入有限状态机模型,提出海上自主航行船舶避碰策略。通过仿真发现,在两船会遇中OS将其航线向右舷侧调整30°,有效避免进入目标船舶TS的领域;在多船会遇中,OS根据规则要求采取让路行动,与TS保持在安全的会遇距离之外。考虑多航行特征的海上自主航行船舶避碰策略综合考量TS的各种潜在响应行为,能够实现两船会遇和多船会遇的有效避障,更贴近海上实际避碰场景的需求,具有一定的实践应用价值。 展开更多
关键词 航行特征 海上自主航行船舶 有限状态机模型 避碰策略
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基于STPA和FTPN的海上自主水面船舶航行实时风险评估 被引量:1
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作者 席永涛 刘鹏杰 +1 位作者 胡甚平 韩冰 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期18-26,共9页
为实时监测海上自主水面船舶(MASS)航行过程风险,基于系统理论事故模型与过程(STAMP)建立MASS的安全控制结构,采用系统理论过程分析法(STPA)确定损失/事故和系统级危险,识别不安全控制行为并分析损失场景,构建系统状态转化过程模型;采... 为实时监测海上自主水面船舶(MASS)航行过程风险,基于系统理论事故模型与过程(STAMP)建立MASS的安全控制结构,采用系统理论过程分析法(STPA)确定损失/事故和系统级危险,识别不安全控制行为并分析损失场景,构建系统状态转化过程模型;采用模糊时间Petri网(FTPN)建模,以设定的MASS航行场景得到相关模糊时间函数并推算FTPN的情态演进;引入新的风险水平表达式并通过系统实时损失/事故二维路径图来可视化系统的实时风险水平和系统不安全状态的转化路径。结果表明:设定的航行场景在当前时刻下,缺少安全水深输入、未更新避碰路径、航向航速不安全、搁浅是风险最高的系统不安全状态,并对应4条风险最高的转化路径;STPA驱动下的FTPN过程模型能全面评估MASS航行的实时风险水平,以系统实时损失/事故二维路径图作为可视化界面,用于监管MASS航行中不安全系统状态并描述其转化路径。 展开更多
关键词 系统理论过程分析(STPA) 模糊时间Petri网(FTPN) 海上自主水面船舶(mass) 实时风险评估 转化路径
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基于STPA-FCM模型的自主航行船舶功能系统分析 被引量:3
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作者 秦庭荣 周歆捷 +1 位作者 何荥杰 陈伟炯 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期8-14,共7页
为探析自主航行船舶(MASS)功能系统之间的失效机制,提升航行安全,将系统理论过程分析(STPA)方法与模糊认知图(FCM)方法相结合,构建MASS功能系统失效特征分析模型。通过STPA方法对功能系统的控制/反馈关系建模,确定27个控制关系与43个反... 为探析自主航行船舶(MASS)功能系统之间的失效机制,提升航行安全,将系统理论过程分析(STPA)方法与模糊认知图(FCM)方法相结合,构建MASS功能系统失效特征分析模型。通过STPA方法对功能系统的控制/反馈关系建模,确定27个控制关系与43个反馈关系,分析潜在的不安全控制行为(UCA)及其产生的关键致因,在此基础上,运用FCM方法构建各功能系统之间的交互关系,并反演出最终稳态下的相对失效概率。结果表明:最为核心的功能模块为电力系统、虚拟船长系统、动力定位系统、避碰系统,其稳定值占比分别为7.66%,7.62%,7.47%,7.14%,应优先确保其可靠性、稳定性和安全性。 展开更多
关键词 系统理论过程分析(STPA) 模糊认知图(FCM) 自主航行船舶(mass) 功能系统 失效概率 控制/反馈关系
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船舶自主航行关键技术研究现状与展望 被引量:37
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作者 李永杰 张瑞 +1 位作者 魏慕恒 张羽 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第1期32-44,共13页
船舶自主航行作为智能船舶的显著特征,日益受到工业与海事企业的关注。为把握船舶自主航行现状和发展方向,开展相关关键技术研究调研与综述。分析近三年国内外船舶自主航行技术的发展现状,针对航行态势感知、认知计算、避碰决策、航行... 船舶自主航行作为智能船舶的显著特征,日益受到工业与海事企业的关注。为把握船舶自主航行现状和发展方向,开展相关关键技术研究调研与综述。分析近三年国内外船舶自主航行技术的发展现状,针对航行态势感知、认知计算、避碰决策、航行控制、赛博安全等关键技术,剖析其技术内涵、研究现状与应用情况。针对智能航行关键技术现状与技术需求,从态势感知、认知与决策、控制与安全3个方面对船舶自主航行的未来发展进行了展望。 展开更多
关键词 自主航行 航行态势感知 认知计算 避碰决策 智能船舶
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智能船舶在狭水道自主航行测试与评价
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作者 赵轩 闫昭琨 +3 位作者 王新宇 蔡玉良 于淳 马吉林 《船海工程》 北大核心 2022年第S02期110-114,共5页
针对自主航行技术在狭水道航行场景下的测试验证问题,基于狭水道实际航行特点,结合自主航行系统测试验证要求,构建适用于狭水道自主航行系统的测试验证指标体系,搭建场景完善、功能全面、测试项目多样的标准化虚拟仿真测试平台。基于该... 针对自主航行技术在狭水道航行场景下的测试验证问题,基于狭水道实际航行特点,结合自主航行系统测试验证要求,构建适用于狭水道自主航行系统的测试验证指标体系,搭建场景完善、功能全面、测试项目多样的标准化虚拟仿真测试平台。基于该平台,对几类典型的狭水道自主航行算法进行了虚拟仿真测试,验证所构建的测试验证指标体系的科学性与可执行性,并为相关算法的开发与迭代提供理论依据。 展开更多
关键词 狭水道 智能船舶 自主航行 仿真测试 评价指标
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智能船舶航行场景复杂度感知方法研究
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作者 石兵华 王晨 +3 位作者 郭佳 邸忆 苏义鑫 崔玉定 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期147-153,共7页
为了解决智能船舶测试场景构建中的长尾问题并提高其测试效率,提出一种基于视觉图像的航行场景复杂度感知方法。本文从图像纹理特征分析出发,构建航行场景复杂度与特征指标之间的数学模型。首先,采用灰度共生矩阵对待测试图像信息进行... 为了解决智能船舶测试场景构建中的长尾问题并提高其测试效率,提出一种基于视觉图像的航行场景复杂度感知方法。本文从图像纹理特征分析出发,构建航行场景复杂度与特征指标之间的数学模型。首先,采用灰度共生矩阵对待测试图像信息进行特征提取,并利用能量、熵、对比度、逆差矩和相关性等多个参数组成特征向量。接着,提出利用集成学习AdaBoost网络模型进行船舶航行场景复杂度感知,即利用大量的图片对所提模型进行训练和学习,获得场景复杂度与各指标之间的非线性数据感知模型。通过在不同数据集上的不同方法进行对比,实验结果表明该感知模型能够真实的反应船舶航行场景的复杂程度,获得结果与人类视觉感知的结果基本一致,其对智能船舶自主航行场景设计与构建都具有的参考价值。 展开更多
关键词 智能船舶 自主航行 视觉感知 航行场景 复杂度感知 纹理特征 ADABOOST算法
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工业4.0技术赋能航运和船舶建造研究 被引量:1
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作者 张小伟 梁岩峰 +1 位作者 陈道毅 潘志远 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第30期12828-12842,共15页
现有文献通常对智能航运或者船舶智能制造分别进行研究。结合文献综述和案例研究,从船舶建造企业视角提出了数字航运和船舶建造框架,对框架的主要组成:工业4.0使能技术、自主航行船舶和船舶设计建造数字孪生、工业5.0目标等进行了分析... 现有文献通常对智能航运或者船舶智能制造分别进行研究。结合文献综述和案例研究,从船舶建造企业视角提出了数字航运和船舶建造框架,对框架的主要组成:工业4.0使能技术、自主航行船舶和船舶设计建造数字孪生、工业5.0目标等进行了分析和展望。研究提出的框架填补了将智能航运和船舶建造相结合的研究空白,有效地促进中国造船企业在推进工业4.0等数字化技术应用时拓展视角,促进产品研发的纵向集成和产业链上下游的横向集成。另外框架每个组成部分,也是航运和船舶设计制造行业数字化转型过程中要克服的难点和研究的重点。 展开更多
关键词 工业4.0 自主航行船舶 船舶建造 数字孪生
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船岸协同支持下的内河船舶远程驾控系统关键技术研究 被引量:13
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作者 马枫 陈晨 +2 位作者 刘佳仑 王绪明 严新平 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第5期125-133,共9页
[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... [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。 展开更多
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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翼身融合水下滑翔机耐压舱固定架多保真度优化设计
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作者 黎程山 吕达 +1 位作者 安小逸 宋绪丁 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期126-134,共9页
[目的]翼身融合(BWB)水下滑翔机在吊放过程中易发生结构破坏,为保证其结构安全性的同时实现轻量化设计目标,对其内部耐压舱固定架进行优化设计。[方法]采用多保真度数据驱动优化方法,结合结构参数化建模方法和有限元方法,开展BWB水下滑... [目的]翼身融合(BWB)水下滑翔机在吊放过程中易发生结构破坏,为保证其结构安全性的同时实现轻量化设计目标,对其内部耐压舱固定架进行优化设计。[方法]采用多保真度数据驱动优化方法,结合结构参数化建模方法和有限元方法,开展BWB水下滑翔机内部耐压舱固定架结构设计。建立舱体固定架结构的高、低保真度数值模型,提出一种基于分层Kriging模型的多保真度数据驱动优化方法,基于该方法搭建舱体固定架全自动优化设计框架,并完成舱体固定架的优化设计。[结果]结果表明,在保证结构安全的前提下,优化后舱体固定架质量减小了16.4%,且所提出的优化设计方法与粒子群优化算法相比,在获得同等水平优化设计结果时,可减少75%的计算耗时,显著提高了优化设计效率。[结论]研究方法及结论为BWB水下滑翔机耐压舱固定架结构设计提供了一种高效的优化设计途径。 展开更多
关键词 船舶设计 自主水下航行 水下滑翔机 结构设计 数据驱动优化 多保真度优化 代理模型
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