2025年, 第51卷, 第3期　刊出日期：2025-09-30

  

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  船舶综合能源系统分布式优化运行算法研究

  张裕欣, 章文俊, 单麒赫, 孟祥坤

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 1-10. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.001

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  为降低航运业温室气体排放，提升新能源渗透率，保证船舶航行期间负荷需求的快速、准确响应，提出一种船舶综合能源系统分布式优化运行算法。首先，基于船舶航行特征，构建了一种可兼顾船舶航行经济效益与环境效益的优化运行调度模型；其次，基于多智能体预设时间一致性理论，提出一种分布式优化运行算法，并对其收敛性能、预设时间性能进行理论分析；最后，以新加坡至槟城港航线为例进行仿真实验。算例结果表明：提出的优化运行算法性能优异，在确保计算准确性和收敛快速性的同时，在运行成本节约、碳减排等方面的提升最大值分别为8.21%和12.99%，可较好地满足船舶航行期间的能源需求，为船舶航行作业提供持续且高质量的能源供应。

  
  
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  海上舷梯前端位置预设时间鲁棒随动控制

  胡峻, 杜佳璐, 李萌, 林泽

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 11-19. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.002

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  安装在运维船上具有波浪补偿功能的海上舷梯可通过补偿波浪引起的运维船摇荡运动，使其前端跟随浮式海上风电平台上搭接点上方某一合适位置运动，从而在运维船与浮式海上风电平台之间建立一个安全稳定的转运通道。本文考虑了舷梯运动数学模型参数不确定和运维船摇荡运动对舷梯的广义扰动力。首先，设计一个新的预设时间函数，构造新的预设时间扰动观测器(PTDO)，估计由舷梯运动数学模型参数不确定和运维船摇荡运动对舷梯的广义扰动力构成的集总扰动，可保证集总扰动估计误差在预设估计时间内收敛至零。其次，基于构造的新的PTDO、反步法和预设时间控制方法，设计海上舷梯前端位置预设时间鲁棒随动控制律，使得海上舷梯前端位置跟踪误差在预设调节时间内收敛到零。理论分析及仿真实验验证了本文设计的海上舷梯前端位置随动控制律的有效性和鲁棒性。
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  滚装甩挂模式下接驳运输牵引车调度优化

  黄颖, 蔡佳芯, 靳志宏

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 20-30. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.003

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  针对滚装甩挂码头与内陆腹地间多类型任务的协同运输需求，构建带时间窗、挂车容量约束及考虑任务类型与节点访问顺序之间固有关联关系的牵引车调度优化模型，以运输总成本最小化为目标建立混合整数规划模型。提出一种改进的自适应大邻域搜索算法，通过两阶段可行插入弧生成策略与动态权重更新机制，优化破坏、修复算子的搜索效率。算例实验证明了模型的正确性以及算法的有效性。实验结果表明：在满足时间约束及容量约束的前提下，灵活决策运输节点访问顺序，可以协调牵引车资源以及挂车资源，使综合运输成本降低3.16%-6.47%的；滚装甩挂模式较传统甩挂模式节省5.29%~12.71%的成本，并且优化了投入作业的牵引车数量。本研究可为多任务滚装甩挂运输的资源协同调度提供决策参考。

  
  
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  火灾条件下船舶人员疏散实验与仿真

  潘栋, 张彬, 张高彬, 童家鹏

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 31-43. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.004

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  针对船舶火灾和摇晃对人员疏散影响难以量化的问题，本文通过开展烟气层厚度和船舶摇晃对人员疏散影响的模拟平台实验与实船实验，结合Anylogic仿真软件，构建了一个考虑船舶火灾环境下火灾产物和摇晃双重影响的人员疏散模型。实验结果表明，在模拟平台上开展人员疏散速度实验，可得到烟气层厚度、船舶摇晃等条件对人员疏散速度影响的关系式，其中，烟气层厚度与船舶摇晃两者耦合作用的速度影响系数等于各自速度影响系数的乘积；在教学实习船开展的三组不同烟气层厚度人员疏散实验的疏散完成时间分别为82 s、78 s和85 s，该三种对应工况的数值模拟结果与实验结果相比，平均误差率分别为7.6%、7.2%和7.1%。数值模拟结果表明：发生火灾但不考虑火灾产物影响时，可能有47人受伤，6人死亡；考虑火灾产物影响后疏散时间增加32.3 s，但无人员伤亡。火灾时考虑横摇、纵摇影响的疏散时间与只考虑火灾产物影响的疏散时间分别有10.5 s和33.2 s的时间差，纵摇对人员疏散影响较大。该研究可为船舶火灾条件下人员疏散和路径选择提供理论指导。
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  客船人员应急撤离出口布局的优化

  丑宇权, 王新建, 关钰波, 饶实一, 房斯明, 刘正江

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 44-53. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.005

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  为缓解客船人员在应急撤离出口处的拥堵，将人群动力学试验与人员撤离仿真建模相结合，在出口处设置与墙壁呈不同角度的挡板，提高出口处的人员撤离效率。首先，设计和开展了不同出口布局方案的人群动力学试验，获取行人在不同方案下的撤离运动数据，利用轨迹追踪技术提取人员移动轨迹，分析不同方案下出口处的人员撤离效率。其次，基于社会力模型，根据SAFEGUARD实船演习项目提供的船舶布局参数，建立全尺寸船舶的人员撤离仿真模型，并验证其有效性。最后，以人群动力学试验的出口布局方案为输入，调整所建立仿真模型中客船出口的布局，在全尺寸撤离平台中验证和分析出口布局方案对于人员撤离效率的影响。研究结果发现，在出口处设置挡板且挡板与墙壁的角度为30°时，撤离情况最优，撤离效率和拥堵缓解率分别提高了6.57%和11.21%。研究结果可为客船乘客的应急管理和船舶设计提供决策依据和技术支持。

  
  
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  基于Gaussian GRU与Copula函数的船舶交通流不确定性预测

  张栋, 赵丽宁, 潘明阳

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 54-63. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.006

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  以船舶交通流为研究对象，提出一种基于高斯分布假设的门控循环单元（Gaussian GRU）模型预测船舶交通流参数的不确定性分布，并结合Copula函数建立交通流密度和速度的联合概率预测方法。首先，根据交通流的特征，设计一种残差GRU的结构，通过深度堆叠增强GRU的特征提取能力，并结合高斯似然函数估计交通流的概率密度分布。其次，为解决不确定性预测中预测的“滞后”问题，引入点值处理模块，以提高模型预测的稳定性和准确性。利用Gaussian Copula函数建立交通流密度和速度的联合概率模型，并通过采样方法对福姜沙水域中三个航道的状态进行估计。实验结果表明，相较现有模型，本文方法在点值预测和概率密度预测两方面均表现优异，能够更精确地量化船舶交通流的不确定性特征。

  
  
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  基于多层回声核状态网络的内河水位预测

  王淦, 李邵喜, 刘宗鹰, 温春森

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 64-73. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.007

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  针对传统水位预测模型难以有效捕捉复杂的非线性动态特征，影响预测精度的问题，提出基于多层回声核状态网络（ML-EKSN）的水位预测模型，利用高斯核函数实现高维非线性映射，并通过多层结构进行层次化特征提取，显著提升了模型的动态建模能力。基于松花江流域7个站点的实测数据，利用ML-EKSN根据30步历史数据预测未来7步水位特征。结果表明，ML-EKSN性能优于LSTM、GRU、RVFL、ESN、EKSN及Transformer等主流模型,可为内河航道水位预测提供高效稳定的解决方案，具备良好的实际应用价值。

  
  
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  基于CycleGAN的无监督图像去雾网络

  刘婷, 董梦宇, 郑凯, 王琨, 黄先阳, 鹿香怡

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 74-84. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.008

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  基于深度学习的去雾网络性能依赖大型丰富的成对数据集，然而真实环境中雾图与清晰图像的配对数据采集极为困难，现有研究多采用合成数据集训练，这导致网络在复杂真实场景中的泛化能力不足。为此，本文提出一种基于CycleGAN的无监督图像去雾网络，解决CycleGAN在去雾过程中易出现的颜色失真、伪影及去雾不彻底等问题。首先，设计残差密集连接模块构建编解码器架构，同时融入空间与通道残差注意力模块，并在跳跃连接部分引入注意力融合机制，实现特征提取与筛选过程的深度优化。其次，设计了新的损失函数，可有效平衡生成图像的视觉真实性与去雾准确性。实验结果表明，相比基线方法，该网络在室外合成数据集上去雾后的图片峰值信噪比值提升了22.71%，结构相似性值提升了6.49%，去雾后的图像质量得到提升；同时该网络还可以生成视觉效果逼真的雾图。
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  外加振荡源对闭环脉动热管传热性能影响的实验研究

  赵楠楠, 邹猛, 杜恒旭, 董博文

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 85-95. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.009

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  以去离子水（充液率70%）作为工质，采用对比实验研究方法探究外加振荡源对闭环脉动热管传热性能的影响。首先，对无外加振荡源的闭环脉动热管的传热性能进行研究；然后，将加热功率分别固定在25 W及100 W，研究外加振荡源的振荡周期及幅度对闭环脉动热管传热性能的影响，并将两者的实验结果进行对比分析。结果表明：当加热功率分别为25W和100W时，外加振荡源可以提高闭环脉动热管的传热性能。在热阻方面，外加振荡源较无外加振荡源，闭环脉动热管的热阻更小，热阻最大降幅分别为68.5%和48.1%；在加热段与冷凝段的温差方面，外加振荡源较无外加振荡源，闭环脉动热管的温差更低，温差最大降幅分别为67.5%和47.9%；在绝热段平均温度方面，外加振荡源较无外加振荡源，闭环脉动热管的温度更低，绝热段平均温度的最大降幅分别为35.8%和31.0%；在启动性能方面，外加振荡源比无外加振荡源，闭环脉动热管的启动时间更短，蒸发段的温度波动也更小。
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  基于涡激振动压力场模态分解的激振流场特征分析

  刘市委, 战庆亮, 张冠华, 刘鑫, 张田, 范颖芳

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 96-104. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.010

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  流场数据中隐含了涡激振动的激振机理，模态分解是对流场数据的时空特征进行分析的有效方式之一。然而在发生涡激振动时，结构与网格、观测点的相对位置发生变化，难以直接对固定坐标下的观测数据进行特征分析。为此，本文采用平动参考系方法开展涡激振动的流场模拟与数据提取，提出激振流场模态分解的流动特征研究方法。采用平动参考系方法模拟低雷诺数圆柱的涡激振动现象，得到不同频率比下的压力场数据。采用本征正交分解法(POD)分解流动数据，得到圆柱周围及下游流场的空间模态与时间系数。结果表明：振动时模态能量发生了转移，第二、三阶模态是引起流致振动的关键因素，且模态频率在不同振动状态下存在规律性变化趋势。本文对发生振动的流场开展特征分解，可为流致振动问题的流动机理分析提供新的研究方法。
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  基于流固耦合方法的潜液式低温永磁同步电机温度场计算与分析

  王发琛, 张书宽, 张淯森, 曹方舟, 朱景伟

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 105-112. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.011

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  低温永磁同步电机具有效率高、运行稳定的优点，是潜液式液化天然气泵驱动部件的理想选择。驱动电机温升过高会导致LNG气化，影响潜液泵系统的运行安全。为此，本文建立了一台6.5 kW低温永磁同步电机的三维流固耦合传热模型，给出了数学模型及边界条件，在考虑转子旋转对浸没LNG流动状态及转子摩擦损耗的影响后，对该电机的温度场分布进行了计算与分析。结果表明，当入口LNG流速为0.3 m/s时，电机绕组的最高温升为41.3 ℃，永磁体和护套的温升在37.5 ~ 41.7 ℃之间。研究结果为后续低温永磁同步电机的优化设计提供了参考。
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  基于分数阶算法的不平衡工况下三相逆变器控制策略

  辛蔚, 周鑫, 马琦雯, 牛小兵

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 113-122. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.012

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  为提高系统在不平衡工况下的运行能力，本文从输出电压控制角度进行谐波抑制。首先，针对中点箝位(NPC)三电平逆变器，在不同坐标系下对被控对象进行分数阶建模，分析输出电压中基波和谐波分量在不同坐标下的表现形式，在两相静止坐标系下对其进行控制。其次，针对比例谐振和比例复数积分器存在谐振项带宽偏低的问题，采用改进分数阶比例复数积分控制(FO-QPCI)算法对输出电压的不平衡进行抑制。最后，以上海远宽科技有限公司生产的快速控制原型(MT RCP)为核心控制器的三电平逆变器实物平台对其进行实验验证。结果表明，本文算法对不平衡工况下输出电压具有较好的控制能力，对谐波具有良好的抑制效果。

  
  
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  水力空化协同纳米铁酸钴催化PMS脱硝研究

  尉世平, 赵兴达, 王沛寒, 杨金刚, 宋立国

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 123-130. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.013

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  针对湿法处理船舶尾气时脱硝率低和氧化剂浓度用量高的问题，提出一种基于水力空化协同纳米铁酸钴催化单过硫酸氢钾（PMS）的新型脱硝方法，并通过实验研究了溶液浓度、温度、压力差、催化剂浓度及海水碱活化等因素对NO_x去除率的影响。结果表明，淡水工况下,各因素对脱硝效率的影响呈现先促进后抑制的趋势，最佳条件为PMS浓度0.4 mol/L、压力差400 kPa、反应时间0.962 s、纳米铁酸钴浓度0.1 g/L及溶液温度55°C。此时，NO_x脱硝率达90.07%；在模拟海水工况下，经碱活化后脱硝效率进一步提升至最高，达96.42%。本研究为船舶尾气高效脱硝提供了一种可借鉴的新方法。
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  基于哈夫式摩擦电传感器的拉索索力监测技术

  陈昱鹏, 苏宗琛, 苏琦, 金昊, 徐鹏, 王昊

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 131-137. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.014

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  拉索索力监测直接关系到桥梁运营期的结构安全。为此，提出一种基于摩擦纳米发电的哈夫式拉索索力传感器(HCTS)，其内部感知单元主要由两对导电织物和一对环形硅胶片组成。在外部激励下，狭窄空间中的环形硅胶片产生径向振动，与两侧导电织物发生接触分离进而输出电信号。结合信号傅里叶变换方法和弦振动张拉理论，可准确估算拉索索力。对比标准电磁法，HCTS最大误差不超过9%，表明HCTS可实现拉索索力表征。
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  不锈钢内衬化学品船舶载运不易挥发类化学品洗舱效果

  吴宛青, 郭亚飞, 王贺远, 曹智星, 张彬, 郑庆功, 胡利宾, 曹海东, 杜敏

  大连海事大学学报. 2025, 51(3): 138-148. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.03.015

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  为研究化学品船洗舱效果的影响因素，选择棕榈油作为典型的非挥发性化学品货物，以不锈钢内衬舱壁的化学品船为研究对象，自建物理实验系统并开发了数值仿真模型。通过对结果进行分析获得了棕榈油洗舱效果定量评价模型。实验中发现，洗舱初期的效果主要受到水射流的影响，中后期主要是由于洗舱水的溶解作用。结果表明：影响洗舱效果的主要因素是喷嘴出口的长度和直径、清洗持续时间、洗舱水的温度和动压。研究结果对相关研究具有理论参考价值，对化学品船洗舱作业的实践具有一定的指导意义。