2024年, 第50卷, 第3期　刊出日期：2024-09-26

  

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  基于深度估计和梯度下降的水下图像恢复与增强

  王宁, 贾薇, 陈延政, 魏一, 吴浩峻

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 1-12. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.001

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  由于水下介质散射和吸收等固有特性，水下图像面临图像模糊、低对比度和颜色失真等多重降质问题，严重影响视觉感知性能。针对上述问题，提出基于深度估计和梯度下降策略的水下图像恢复与增强框架(UIRENet)。首先，借助卷积、非线性激活函数模块，构建深度感知网络，实现对不同退化区域的场景深度感知图，克服场景深度依赖的退化；其次，提出梯度优化策略，优化卷积网络参数，提升深度网络增强性能；最后，结合感知损失、边缘损失和水下色彩恒常损失，形成水下图像增强网络损失函数。通过在UIEB-90、UIEB-M和EUVP数据集上开展综合测试实验，验证了UIRENet框架在降低水下图像模糊度、提升视觉效果方面均显著优于目前典型水下图像增强方法，特别在客观评价指标UIQM上，相比CLAHE、ICM、GC、IBLA、DCP、ULAP、FUnIE-GAN、UGAN和Uformer等方法分别提高0.3700、0.6446、0.5919、1.3081、1.3032、1.1672、0.0593、0.1329和0.0934。
  
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  基于快速信息收集和虚拟训练序列的低复杂度双向水声信道精准估计

  陈建军, 曲亚东, 梁俊燕, 孙冬雪, 李森

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 13-22. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.002

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  针对运动水声通信难以低复杂度精准获取时变信道状态信息的问题，提出基于快速信息收集和虚拟训练序列（FIC-VT）的低复杂度双向水声信道精准估计算法。采用叠加训练（ST）方案，将符号序列和训练序列线性叠加，使得训练序列持续传输，提高时变信道跟踪能力。基于置信传播，提出FIC-VT算法，将一块数据分成多个短块，每个短块又分成多个子段，通过快速信息收集算法，将多个子段的信道信息进行融合，从而获得每个短块的低复杂度局部信道估计。利用短块间的信道相关性，对多个短块的信道信息进行双向信息融合，从而获得当前短块的低复杂度全局信道估计。基于Turbo均衡，将估计的符号序列虚拟成训练序列（virtual training, VT），通过迭代计算实现时变水声信道低复杂度精准估计。本文算法由快速傅里叶变换（FFT）实现，每个抽头计算复杂度仅为对数级。计算机仿真、水池运动通信试验和胶州湾运动通信试验验证了本文算法的有效性。

  
  
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  基于改进YOLOv8的航海雷达图像目标检测算法

  康睿, 徐海祥, 冯辉

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 23-30. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.003

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  针对内河船舶航行场景复杂、航海雷达图像形状与颜色特征较少且难以标注的问题，提出一种改进的YOLOv8航海雷达图像目标检测方法。首先，为缓解标注错误与模型过拟合问题，在模型训练阶段引入标签平滑策略；然后，结合雷达图像特有的位置先验信息，设计一种基于坐标的卷积结构用于同时提取目标的形状、颜色和位置特征。为验证该方法的有效性和优越性，对采集的长江航道雷达图像在不同天气环境下进行对比试验。结果表明，本文方法在保证目标检测实时性的同时，精确率达到91.52%，平均精度较经典YOLOv8提高了5.17%，可为提升内河航运现代化与智能化管理水平提供技术支持。
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  基于自适应滑模观测器的永磁容错游标轮缘推进电机无位置传感器控制系统

  张霄震, 朱景伟, 龙腾

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 31-38. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.004

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  为提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)无位置传感器控制系统的控制性能，对该系统的速度控制器和转子位置估计算法进行研究，采用快速超螺旋滑模控制器（FSTA）以减少传统滑模控制器存在的抖振现象，采用自适应滑模观测器(ASMO)估计转子位置以提高位置估计精度。在Matlab/Simulink环境下搭建了FTPMV-RDM无位置传感器控制系统的仿真模型，仿真结果表明，本文提出的控制方法可以在无故障和一相开路故障时准确估计FTPMV-RDM的转速与转子位置信息，并且系统具有良好的动静态性能。
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  基于复合自适应无位置观测器的PMSM改进预测函数控制

  牛小兵, 齐乃森, 胡晓明, 周鑫

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 39-48. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.005

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  针对永磁同步电机（PMSM）伺服控制系统中由外部扰动、参数失配及位置传感器带来的测控量化误差等致使传统预测函数控制（PFC）应用于转速控制时效果较差的问题，采用复合自适应无位置观测器的优化预测函数控制方法，以模型参考自适应控制（MRAC）结合扩张状态观测器（ESO）构建复合自适应观测器以提升无位置传感器观测精度及抗扰动性，准确检测出转子信息，并将其作为预测函数控制器的前馈补偿，实现了对整体伺服系统的快速、高性能控制。实验结果表明，在负载和转速突变情况下，改进型预测函数控制在响应速度与扰动抑制方面具有可行性和优越性。
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  基于改进虚拟矢量开关序列的NPC三电平整流器有限集预测控制

  石洁, 牛小兵, 马琦雯, 周鑫

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 49-57. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.006

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  针对中点箝位型三电平整流器的直流侧中点电位不平衡问题，提出一种基于改进虚拟空间矢量的有限集模型预测控制(IVSV-FCSMPC)策略。首先，以多矢量合成为基础，依据虚拟空间矢量不会造成中点电位波动的特性，构建基于电流跟踪控制的单目标价值函数，实现无权重系数型预测控制；其次，设计基于中点电位反馈的动态调节因子，调节矢量合成过程中的正负小矢量和中矢量作用时间，在低调制度的小扇区范围内同时调节两对冗余小矢量，在无冗余矢量作用的高调制度小扇区范围内通过改进虚拟中矢量抑制中点电位波动，优化虚拟空间矢量开关序列，实现全调制度范围内的中点电位平衡精确控制；最后，基于三电平整流器硬件平台进行实验验证，结果表明，本文设计的控制算法具有良好的电流跟踪控制性能，中点电位平衡控制效果优异且响应速度较快。

  
  
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  航运服务供应链中市场规模不对称时船公司的入侵和定价策略研究

  邓鸿林, 汪传旭

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 58-66. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.007

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  考虑航运服务供应链中船公司之间市场规模的不对称，运用Stackelberg博弈理论，建立船公司和货代的三阶段顺序博弈模型，确定船公司最优入侵和定价策略，研究市场规模占比对船公司入侵决策和供应链成员定价决策的影响。结果表明：无论船公司是否入侵，更高的市场规模占比总是为船公司带来更多利润；当船公司市场规模占比高、船公司之间运输服务替代程度低和入侵成本高时，船公司不入侵反而获得更多利润；当托运人对船公司的渠道入侵偏好程度较高或较低时，入侵为船公司带来的收益更多。

  
  
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  基于转码技术的出口箱堆场预翻箱问题的整数规划方法

  陈逸飞, 韩晓龙, 牛雅凡

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 67-77. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.008

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  为提高装船效率，聚焦堆场预翻箱问题，将箱位存放的出口箱优先级视为主要决策变量，提出一种针对堆场出口箱预翻箱问题的优先级模型。将翻箱操作视作决策过程的核心目标，引入一种基于十进制与二进制转化特性的转码技术，并将其与现有研究的模型及提出的整数规划模型相结合，构建一组转码模型。通过算例验证，本文构建的优先级模型相较于现有文献模型平均求解时间降低75.66%，转码模型组的求解时间远远小于原始模型组，求解效率最高提升了182.5%。
  

  
  
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  基于A*和扩展动态窗口算法的欠驱动船舶自动靠泊轨迹规划

  王紫凡, 宋国宾, 马枫, 吴兵

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 78-86. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.009

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  为优化欠驱动船舶自动靠泊的轨迹规划问题，避免陷入局部最优，提出一种考虑船舶运动学模型整体约束和障碍物约束的实时轨迹规划方法。在栅格化地图基础上，基于A*算法规划全局最优路径，运用冗余点删除策略得到轨迹规划的参考航路点。考虑到船舶靠泊为动态过程，基于扩展动态窗口算法(EDWA)对船舶恒力阶段和减速阶段的靠泊轨迹进行预测，并引入比例积分微分(PID)控制方法调整船舶航向。对所有预测轨迹进行可行性检验后，利用考虑目标点、参考航路点和障碍物等约束的评价函数得到最优轨迹，其相对应的力对作为船舶的控制输入。在下一个采样时间基于船舶当前的控制输入和运动状态重复以上步骤进行实时规划，直到船舶到达目标点。以日照港为仿真场景验证本文方法的可行性，结果表明，该方法能够在较短时间内引导船舶避开障碍物到达指定泊位，轨迹与最近障碍物的距离为144.1428 m，轨迹长度较传统A*+EDWA长47.26 m，但规划时间减少了55.12%，表明了本文方法的优越性。

  
  
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  基于改进A*算法的内陆湖无人船路径规划

  林潭奇, 李存荣, 刘帅文

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 87-96. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.010

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  针对无人船在内陆湖环境使用A*算法规划的路径存在避碰能力不足、转向动作多、转向路径不平滑的问题，提出一种改进A*和路径平滑算法。首先改进估价函数，引入避障代价和转向代价；其次迭代使用A*算法逆向分段生成路径，消除原始A*算法的冗余路径；最后考虑无人船的旋回性能，对转向轨迹进行优化。在真实内陆湖水域栅格地图上的仿真实验表明，该改进算法可显著降低无人船的碰撞概率、转向角度和行驶距离，提高了无人船的转向表现。
  
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  基于综合应用方法的非线性新息算法无人船辨识

  隋江华, 李胤甫, 宋纯羽

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 97-103. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.011

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  为避免无人船（USV）辨识建模阶段由于动力相消而导致的参数漂移现象，本文融合并行处理和估计过大及过小初值两种措施形成一种综合应用方法，并基于该方法提出一种非线性新息辨识算法。实验结果表明，本文算法避免了水动力系数的漂移现象,同时，提高了对历史数据的再处理能力；算法具有解算能力强、辨识效率高、计算负担小的特点，为无人船在干扰环境下的稳定航行奠定了基础。
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  基于改进ESN的内河航道水位预测模型

  张文儒, 李超, 刘宗鹰, 潘明阳, 李非凡

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 104-112. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.012

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  为提高内河航道水位预测速度和准确性，提出基于改进回声状态网络（ESN）的预测模型，引入Xavier方法进行权重优化以适应水位预测任务，同时，引入概念漂移检测方法（EDDM）适应实际水位环境，监测水位数据的分布变化，在检测到概念漂移时触发相应的模型更新或适应策略，提高对现实水位的预测效果。对九个水位站的数据实验结果显示，本文模型相较于传统序列预测模型（SVM、RNN、GRU、LSTM、ESN及XESN（Xavier-ESN）），在整体预测性能以及短期、中期、长期预测中，对每个水位站的预测均表现出更高的预测精度，进一步提升内河航道水位预测精度。

  
  
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  考虑恐慌情绪影响的客船人员疏散模型

  张晓, 谢启苗, 王亦田

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 113-121. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.013

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  为研究客船人员恐慌情绪传播的影响，基于人格OCEAN模型和SEIRS传染病模型，建立P-SEIRS恐慌情绪感染模型，结合Anylogic疏散仿真软件建立考虑恐慌情绪感染的人员疏散模型，分析恐慌情绪传播下客船人员的疏散过程，探究初始恐慌人员比例、敏感度、设备干预及引导者数量对恐慌情绪传播和疏散效率的影响。仿真结果表明：恐慌人员会加剧拥堵状况，导致疏散时间增加；人群敏感度越高，恐慌情绪传播越快，疏散过程中会产生更多恐慌行人；设备干预及适量的引导者有利于提高乘客的疏散效率，但过多的引导者则会延长疏散时间。
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  容腔泄漏流对环形扩压叶栅性能的影响

  孔晓治, 孙宇泽, 刘育心, 黄天硕

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 122-131. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.014

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  为探究容腔泄漏流对环形扩压叶栅气动性能及流场结构的影响，基于验证的数值模拟方法对环形扩压叶栅进行研究，分析泄漏流流量、周向速度大小对角区分离和总压损失的影响。结果表明，随着泄漏流量的增加，通道涡PV扩展范围变大，角区分离提前出现，叶栅总压损失系数逐渐增加；泄漏流量系数增大至1.5%时，总压损失系数增加22.9%；泄漏流周向速度的增加改善了近端壁区域堵塞情况，贴近端壁的流体向吸力面偏转程度减弱，偏移范围减小，周向速度系数增大到1.1时，总压损失系数降低21.3%。

  
  
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  锚索突断下悬浮隧道的动力特性数值研究

  房玉林, 李静, 陈健云, 刘迁苹

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 132-142. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.015

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  针对一种海湾跨越的创新型工程结构——水下悬浮隧道（SFT），以日本喷火湾的SFT设计方案为对象，结合ABAQUS有限元分析软件，建立SFT的三维实体模型，分析跨中及端跨位置的单根锚索断裂、多根锚索连续断裂情况下，水下悬浮隧道的侧向变形和扭转运动响应特性，通过参数敏感性分析了重浮比对断索响应的影响。结果表明，跨中连续两根锚索断裂较单根锚索断裂下的最大扭转角度响应增加了近三倍，竖向位移响应增加了近一倍，增大锚索安全系数对避免连续断索十分重要。另外，提出了适用于动力响应分析的SFT等效模型，可以准确反映隧道整体的动力特性及各种荷载下的变形特性。
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  泡沫沥青冷再生胶结料界面特性分子动力学研究

  王家伟, 郭乃胜

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 143-156. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.016

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  为探究泡沫沥青含水率、水泥/石灰、沥青老化程度与温度等因素对泡沫沥青冷再生胶结料（由水泥/石灰、老化沥青和泡沫沥青组成，以下简称胶结料）界面特性的影响，采用分子动力学方法，构建不同类型的胶结料分子模型，以界面能、相互作用能、内聚能密度（CED）与水分子径向分布函数（RDF）为计算表征指标，定量分析胶结料中各组分材料之间的界面特性，进而揭示各组分材料相互作用的微观机理。研究结果表明：在其他组分材料特性相同条件下，包含长期老化沥青（LTAA）的胶结料较包含短期老化沥青（STAA）的胶结料具有较低的界面能、相互作用能、CED和水分子RDF；胶结料中的泡沫沥青含水率为2.4%时，胶结料界面能、相互作用能、CED和水分子RDF最高，胶结料中的泡沫沥青含水率为1.8%时，胶结料界面能、相互作用能、CED和水分子RDF最低；与采用CH表征的石灰相比，采用CSH表征水泥的胶结料具有较高的界面能和相互作用能，但其CED和水分子RDF较低；在温度为303 K~308 K时，含STAA的胶结料与含LTAA的胶结料具有较高的界面能、相互作用能，但在温度为313 K~318 K时，相应结果则反之，而温度升高时，胶结料的CED基本保持不变；与含CH的胶结料相比，含CSH的胶结料具有较高的界面能、相互作用能，并随着温度的增加逐渐升高，并在318 K时达到最高值，但两者CED均保持稳定；随着温度的增加，不同胶结料的水分子RDF均随之上升，水分子大量向端部集中，对胶结料界面特性造成不良影响。
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  泄压口面积对氢-空气爆燃特性的影响

  汪瑞齐, 张彬, 夏远辰, 王博乔

  大连海事大学学报. 2024, 50(3): 157-166. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2024.03.017

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  为探究不同泄压口面积对氢-空气火焰形态演化的影响，采用自建实验平台进行氢-空气爆炸实验，并利用OpenFOAM开源软件进行数值模拟，分析不同泄压口面积（0%、25%、50%、75%、100%）下的爆燃特性和火焰形态。结果表明：泄压口面积对火焰形态影响较小，但影响火焰形成时刻。随着泄压口面积增大，郁金香火焰传播速度增大，爆燃压力降低，且峰值出现时刻延迟。泄压口面积的变化通过影响未燃气体的流场结构进而影响火焰形态，较小的泄压口面积有利于未燃气体形成漩涡结构，促进平板火焰和郁金香火焰的形成。泄压口面积是影响氢气火焰形态和爆燃特性的重要因素，通过优化泄压口结构参数，可以有效控制氢气火焰的传播速度和爆燃压力，降低爆炸风险，对氢能安全使用具有重要意义。