2021年, 第47卷, 第3期　刊出日期：2021-09-18

  

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船舶与海洋工程
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  电子海图导航系统的研究进展与未来趋势

  郝江凌，单雄飞，赵丽宁，李邵喜，胡景峰，李超，潘明阳

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 1-7. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.001

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  综述电子海图导航系统的标准化历程和应用现状，从多维化、一体化、开放化、服务化以及移动化等维度分析电子海图导航系统的进化，介绍多维电子海图、船联网、S-100标准、E-Navigation、智能服务和移动导航APP等相关关键技术。结合智能船舶的发展趋势，分析环境感知、增强现实、VDES和自动驾驶等技术与电子海图导航系统相结合的应用前景。
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  面向不稳定障碍物的无人艇自主避障方法

  包涛，周则兴，陈卓，张波

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 8-15. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.002

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  为解决无人艇自主避障中感知系统测得的障碍物信息不稳定问题，提出一种符合国际海事避碰规则（COLREGS）面向不稳定障碍物的改进速度障碍算法（Improved Velocity Obstacle, IVO），算法利用最小会遇时间、距离自适应阈值来优化避障状态判断；使用滑动窗口以及前视视线解决无人艇因障碍物信息不稳定导致在进入和退出避障状态时的边界跳动问题；通过设置角度缓冲区降低了避障中避碰规则的频繁切换.最后，在自主开发的无人艇半物理仿真系统中与传统VO算法进行了对比，结果表明，IVO算法在边界判断和避障稳定性上较传统方法更有优势，证明了算法的有效性和可行性.

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  基于反向学习遗传算法的船舶舱室布局优化方法

  董增财，刘寅东

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 16-22. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.003

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  为实现舱室布置参数化、智能化，针对船舶舱室布局优化设计的特点，建立包括舱室间物流强度目标、邻近强度目标和固定位置目标的多目标优化模型.在数学模型建立基础之上，运用基于反向学习优化种群产生法改进的遗传算法求解该模型，通过扩大解的搜索范围使其跳出局部最优，引导种群找到全局最优解.最后，运用建立的优化模型和改进后的遗传算法进行仿真实验，得到了更加合理的结果，验证了本文方法的可行性和有效性.

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  基于遗传算法的船舶舱室通道布局联动优化

  鲍萌，侯远杭，陈伟，於菟，胡玉龙

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 23-30. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.004

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  针对舱室与通道联动优化问题，将舱室与通道布局联合考虑，将舱室和通道位置序列作为设计变量，舱室间邻接强度和流通强度的加权作为目标函数，舱室通道面积和通道位置作为约束条件，采用遗传算法对舱室和通道布局进行联动优化.在计算舱室间最短距离时采用Dijkstra算法.以船舶生活区舱段为算例进行对比验证，分别进行通道位置参与布局设计的舱室通道布局联动优化、通道位置不参与设计的舱室布局优化.算例结果表明，本文提出的联动优化方法具有可行性，对比结果显示联动优化更具优越性.

交通运输工程
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  基于码头闸口数据的集卡周转时间短时预测方法

  孙世超，董曜，郑勇

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 31-38. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.005

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  为给车辆调度优化以及集卡预约系统设计提供重要参考,利用所采集的深圳市某港口的码头闸口数据，建立一种基于数据挖掘的集卡周转时间短时预测方法.首先，通过对码头闸口数据进行分析，获取车辆到达时间分布、任务类型、作业方式等集卡作业特征以及集卡在码头内的周转时间；在此基础上，利用循环神经网络并结合训练集数据，建立集卡作业特征与其周转时间之间的映射关系.其次，为减少随机波动对周转时间预测效果的影响，利用小波分解算法对循环神经网络拟合结果的残差进行高频噪声分离，并通过自回归模型拟合过滤后的低频序列.最后，将拟合后的循环神经网络与自回归模型进行结合，建立一种支持集卡周转时间短时预测的组合模型，并利用测试集数据进行有效性验证.结果表明，相比单一的循环神经网络，该组合模型可以大幅提升预测精度.
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  环渤海港口群发展的时空演化及影响因素分析

  于少强，宋夏薇，陈康

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 39-48. https://doi.org/]10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.006

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  为探究环渤海港口群发展的时空差异及影响因素，基于熵值-突变级数法，从内控、外生和潜力三个方面构建港口发展综合评价指标体系，借助ArcGIS软件,考察2000—2018年间环渤海港口群发展的时序特征和空间差异，并结合障碍因子诊断模型，剖析制约港口发展的主要影响因素.研究表明：环渤海港口群发展具有阶段性特征，各港口发展差异显著，但整体发展潜力较大；不同发展阶段制约港口群及群内港口发展的因素有所差异，但主要集中在集装箱吞吐量、外贸进出口总额以及外贸吞吐量等，近年来城市发展情况及资金支撑影响逐步加强.研究结果有助于明确环渤海港口群发展过程及影响因素，为实现港口群高质量协同发展提供参考.

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  港口默契合谋背景下船公司双重内生策略均衡研究

  郭庆晗，董岗

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 49-58. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.007

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  为探究海上集装箱运输链中上游港口默契合谋与下游船公司的行动时机和策略变量类型双重内生选择的影响关系，在无限重复次博弈中分析下游船公司不同竞争模式下上游港口默契合谋的动机以及稳定性，并据此求解船公司内生行动时机和竞争类型均衡.结果表明：港口合谋在船公司同时行动的运量竞争中最易维持，而在同时行动的伯川德-古诺混合竞争下最难维持；船公司的双重内生选择与运输服务替代性及港口折现因子有关，均衡策略为同时行动或序贯行动的运量竞争、同时行动或以运量竞争主导的混合竞争.本文研究也可为发展改革及运输部门加强对港口默契合谋的鉴别提供依据.

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  跨境电商环境下物流企业存货质押融资决策

  计明军，祁佳，孔灵睿

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 59-67. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.008

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  针对一个跨境电商企业与一个物流企业组成的系统，考虑汇率与需求的随机波动，建立境外市场价格敏感时物流企业质押率的决策模型，得到物流企业提供存货质押融资时的最优质押率. 通过算例研究了关税税率、跨境电商企业违约率、汇率与境外需求波动程度等诸多要素对物流企业质押率的影响.研究表明，关税税率和跨境电商企业违约率均与最优质押率负相关；物流企业的最优质押率随境外市场基本需求与汇率波动的增大而降低，并且目标境外市场价格越敏感, 降低得越快.研究结论可为物流企业制定存货质押融资策略提供科学参考.

船舶与海洋工程
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  船载直流微电网储能系统自主均流策略

  曾宇基，张勤进，刘彦呈，庄绪州

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 68-78. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.009

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  为实现船载直流微电网储能系统负荷电流合理分配及母线电压无差调节，提出一种基于储能荷电状态收敛的自主均流策略. 该策略在传统下垂控制的基础上增设一个补偿外环，通过在环内构建荷电状态收敛函数来自适应调节负荷电流及参考电压，使负荷电流随着荷电状态的动态均衡而实现合理分配，并维持较高的母线电压水平.给出了荷电状态收敛证明，并分析了相关参数的选取规则;此外，为减轻储能系统通信压力，构筑了稀疏通信网络架构，利用动态平均一致性算法估算全局荷电状态平均值并使其稳定收敛; 最后，搭建了StarSim硬件在环实验平台.结果表明，该策略在多种复杂工况下均能实现荷电状态均衡、负荷均流及直流母线电压稳定的控制目标.

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  燃料电池混合动力船舶复合储能系统与能量管理策略优化

  潘钊，商蕾，高海波，胡海斌，汪敏，张泽辉

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 79-85. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.010

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  为优化燃料电池混合动力船舶的能量管理策略和复合储能系统容量参数，以某燃料电池混合动力船舶为目标船，在Matlab/Simulink环境中搭建含复合储能系统在内的混合动力系统与能量管理系统仿真模型，应用蚁狮多目标优化算法进行优化，并将优化后的混合动力系统性能与原船进行仿真比较.结果表明，优化后的混合动力系统能够满足电力需求,改善电能质量,延长设备寿命.

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  基于模糊分析的电控柴油机掺烧丁醇性能优化

  杨柏枫，王玉国，殷长春，胡登，曹文胜

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 86-95. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.011

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  为优化丁醇/柴油电控柴油机的综合性能，首先，利用AVL-FIRE建立混合燃料发动机燃烧室模型，采用仿真值与台架试验值对比，对丁醇掺混比和EGR率单因素对发动机综合性能的影响进行仿真研究；然后，采用正交试验设计安排5个重要因素进行多参数优化匹配，将指示功率和NO排放作为评价指标，权重分别设为0.4和0.6.对仿真结果运用模糊数学分析，结果表明：对综合性能影响大小的顺序为：EGR率(a2)、丁醇掺混比(a1)、进气温度(a4)、进气压力(a3)、喷油提前角(a5)；最优参数组合为：a1=10%，a2=12.5%，a3=0.223 MPa，a4=335.15 K，a5=20.6°CA，该组合指示功率53.8 kW较原机的55 kW略低，NO排放质量分数2.2×10-4%较原机的8.5×10-4%降低了74.1%.该优化方法可以在满足动力性的同时，实现有效减少NO排放的目的.

信息与通信
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  CMA(p,q)型自适应算法的稳态性能分析

  霍嘉俊，张朝宇，李甲顺，林斌

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 96-103. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.012

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  在数字通信中具有广泛应用的ä均衡恒模算法CMA(p,q)，其参数p和q值一般选取为正整数1和2。为适应更一般环境，有必要将参数p和q值从整数推广至普通正实数。与传统的性能分析方法即对权值误差向量的协方差矩阵进行递归推导不同，基于能量守恒关系，直接对误差函数进行泰勒级数展开,并利用分离假设原理，推导出CMA(p,q)的通用稳态封闭解析表达式，并建立关于p,q值在可选择范围的理想的数学模型。通过仿真可得出，复数或实数数据的仿真值和理论值均较为匹配。
交通运输工程
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  基于Civil 3D的公路线形连续性评价与应用

  王楠，郭乃胜，郭晓阳，王志臣，董卯

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 104-110. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.013

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  为在路线设计阶段提高线形设计的合理性，将空间曲率作为公路线形连续性的评价标准，采用VS开发工具及C#开发语言对Civil 3D进行二次开发.建立了以空间曲率为指标的评价模型，形成了针对线形连续性的公路线形评价程序，该程序可以作为扩展工具在Civil 3D中运行，并利用该程序对位于黑龙江省的骆驼砬子至庆有屯公路进行了线形连续性评价检验.结果表明，本文开发的公路线形连续性评价程序能够快速计算空间曲率，并对线形安全性做出评价，可为公路项目线形优化提供参考.
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  基于BIM的桥梁有限元模型转换与结构分析方法

  王文芳，杨刚，姜亚丽

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 111-119. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.014

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  为更好地使Revit与ANSYS软件之间的转换接口适用于大跨度复杂桥梁如斜拉桥的结构分析，基于Revit 2019及Revit API技术，运用C#语言进行二次开发，将斜拉桥BIM模型转化为包含不同单元类型的ANSYS有限元模型，其中, 主梁、桥墩及支座转化为实体单元，斜拉索转化为杆单元, 并且通过图形用户界面（GUI）开发及数据库开发，直接基于Revit模型进行网格划分、施加约束、施加荷载、求解及后处理操作，实现了斜拉桥BIM模型到ANSYS有限元模型转化及结构静力分析功能的自动化，并以长山大桥主桥为例进行验证. 结果表明：本文方法可以实现BIM模型与不同单元有限元模型之间准确无误的转换；通过对GUI界面及Revit模型进行操作，使桥梁设计人员可以更加迅速、有效地进行结构受力分析，为提高桥梁业工作效率与信息化程度奠定了基础.

材料
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  基于微电子喷墨打印法制备Li₄Ti₅O₁₂电极及其电化学性能

  杨柳，张莉，崔亚军，杜晓梅，黄乃宝，阎景旺

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 120-124. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.015

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  为解决传统电极制备过程中操作复杂、成本较高等问题，通过微电子喷墨打印结合高温退火的方法，成功制备了不含黏结剂的纯相钛酸锂（LTO）/铜箔（Cu）薄膜电极.扫描电镜分析结果表明：在Cu箔表面可均匀沉积呈纳米颗粒状的纯相LTO；喷墨打印10层活性物质的LTO/Cu薄膜电极与Li片负极组装的扣式电池，在3C（1.0~1.7 V）电流密度下，电池的比容量达91.27 mA·h/g，经过1000次循环后，放电比容量保持率为85.4%，表现出良好的稳定性.上述结果表明，喷墨打印法结合高温退火的方法在制备不含黏结剂的电极材料方面具有广阔的应用前景.
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  新型高强度荧光水凝胶探针的制备及铁离子检测

  吴启笛，朱金妹，严亮，王沛

  大连海事大学学报. 2021, 47(3): 125-130. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2021.03.016

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  为制备具有优异力学性能的荧光水凝胶，以丙烯酰胺（AM）、聚乙二醇（PEG）和双丙烯酰氧基荧光素（BAcF）为原料，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，过硫酸铵-四甲基乙二胺（APS-TEMED）为氧化还原引发体系，通过自由基聚合制备了P（BAcF-AM）/PEG水凝胶.对单体和凝胶的结构进行了红外、核磁表征，考察AM浓度、PEG添加量对水凝胶力学性质的影响.结果表明，PEG的加入明显提高了水凝胶的力学性能，当PEG的添加量为AM质量的8%时，水凝胶的拉伸强度达到0.45 MPa，应变达到1190%. 同时，该水凝胶在365 nm紫外灯下显现明亮的绿色荧光，并且对水中的一定浓度范Χ内的Fe³⁺具有显著的荧光猝灭响应，可以作为潜在的便携式荧光探针材料，检测水中金属离子的浓度.