2025年, 第51卷, 第1期　刊出日期：2025-04-01

  

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  并联船载稳定平台波浪补偿控制HIL仿真器研制

  刘文吉, 杜佳璐, 李萌, 李诤

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 1-10. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.001

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  船载稳定平台可以隔离船舶运动对船载设备的影响，保证船载设备安全作业。针对一个三自由度并联船载稳定平台，利用PC机和OP4510仿真机及MATLAB和AMESim软件，研制一个三自由度并联船载稳定平台波浪补偿控制硬件在环（hardware-in-the-loop，HIL）仿真器，用于船载稳定平台波浪补偿控制器性能测试，可降低船载稳定平台波浪补偿控制器测试成本和海试风险、缩短其研制周期。以一个关节空间波浪补偿镇定控制器为例，用所研制的HIL仿真器对该控制器性能进行仿真测试，测试结果表明了关节空间波浪补偿镇定控制器可保证船载稳定平台支撑面始终保持期望的水平位姿，同时验证了所研制的HIL仿真器可用于测试船载稳定平台波浪补偿控制器性能。

  
  
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  基于深度强化学习算法的多无人水面航行器编队构造

  关巍, 张诚, 崔哲闻, 韩虎生

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 11-20. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.002

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  伴随科技的快速发展，多无人船系统在军事、营救以及护送等任务场景中展现出巨大的潜力。研究旨在基于多智能体深度强化学习算法，对多无人水面航行器系统的编队构造问题进行探究。针对传统多智能体深度确定性策略梯度算法（MADDPG）收敛速度较慢的问题，研究通过在值函数阶段引入了注意力机制来提升多无人水面航行器系统的编队决策模型的收敛速度，并通过无人水面航行器的编队模型与编队避碰和编队构造奖励函数的配合，提升了多无人水面航行器完成编队构造任务的效率。最后，通过仿真结果验证了本文所提出的方法可有效地完成多种环境下的多无人水面航行器编队构造任务，为未来多无人船编队构造应用提供理论研究基础。

  
  
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  执行器故障下多无人艇固定时间协同包围容错控制

  杨德智, 徐海祥, 余文曌, 杜哲

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 21-30. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.003

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  针对执行器故障和未知环境扰动下的多无人艇协同包围控制问题，提出了一种基于扰动观测器的固定时间滑模容错控制方法。该方法基于分层控制思想，将协同包围系统解耦为制导层与控制层。首先，在制导层设计了一种结合漂角观测器的固定时间分布式协同控制律，以实现无人艇等距旋转包围目标；其次，在控制层将执行器故障视为该层受到的扰动，引入固定时间扰动观测器，对执行器故障和未知环境引起的非线性集总扰动进行在线观测，并设计了固定时间滑模控制器对其进行补偿，在保证动力学误差快速收敛的同时平滑控制输出；最后，基于Lyapunov函数证明了闭环控制系统的稳定性，并通过三艘无人艇的对比仿真，验证了所提方法能够有效减轻执行器故障对协同包围任务的不利影响。
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  基于DBO优化的Deep-BiTCN下AUV6自由度运动辨识建模

  李辰宇, 梅斌, 张杰, 刘宸

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 31-42. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.004

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  针对AUV的6自由度运动非线性和强耦合性，本文提出一种基于蜣螂优化（DBO）的深度双向时域卷积神经网络的非线性系统辨识建模方法。首先，采用双向时域卷积网络（BiTCN）、双向门控循环开关（BiGRU）、注意力机制构建深度双向时域卷积神经网络（Deep-BiTCN），建立AUV6自由度非线性黑箱模型。其次，为提高Deep-BiTCN模型预测的精度，采用DBO算法对模型超参优化。最后，与支持向量机（SVM）和随机森林（RF）模型比较，验证本文运动建模方法的可行性和有效性。实验结果表明，DBO使得Deep-BiTCN算法模型均方根误差（RMSE）、平均绝对百分比误差（SMAPE）降低58.94%、49.22%，决定系数（R2）提高0.73%；本文提出的运动辨识模型精度高、收敛性强，避免运动非线性导致的预报误差大、强耦合运动系统易发散的问题，能为AUV运动提供一种有效的建模与预报方法。

  
  
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  基于噪声DQN的智能船舶全局路径规划方法

  詹天碧, 冯辉, 徐海祥, 汪咏

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 43-53. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.005

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  为了解决基于DQN算法进行智能船舶全局路径规划时，存在规划路径距离障碍物过近、拐点过多、大拐角以及算法收敛速度较慢等问题，提出了基于噪声DQN(NoisyNet-DQN)的全局路径规划方法。首先，为了使智能船舶与障碍物保持安全距离，减少路径拐点和大拐角，在传统奖励函数的基础上增加了额外的航向奖励函数、时间奖励函数、拐点奖励函数和安全奖励函数；然后针对在复杂航行场景中，算法收敛速度慢的问题，在DQN神经网络的输出层引入了参数噪声，提高了DQN网络收敛速度。最后，针对大连和舟山实际海域环境开展了仿真研究。仿真结果表明，提出的Noise-DQN算法相比于传统DQN算法，其算法收敛速度得到了显著提升，规划的全局路径在安全性和经济性方面得到了大幅度提高，更加符合船舶的实际航行需求。研究成果可为智能船舶全局路径规划提供一定参考。
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  考虑船舶避让能力的碰撞危险度评价方法研究

  淦家敏, 袁志涛, 陈默子, 吴晓烈

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 54-62. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.006

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  为使船舶碰撞危险度更好地指导船舶进行避碰决策，提出一种考虑船舶避让能力的碰撞危险度评价方法。结合AIS数据、NOMOTO操纵运动方程、COLREGS和船舶领域入侵度量模型，建立与最晚施舵时机、安全避让角度集相关的两个危险度评价指标，即避让难度(AD)和避让时间紧迫度(ATU)，分别从空间和时间维度对危险度进行评价，再采用CRITIC法确定两个指标的权重，最后通过宁波舟山港区外海水域数据进行不同场景的多危险度对比实验体现方法的有效性。结果表明该方法综合考虑了不同船舶的操纵性能差异、COLREGS以及船间相对运动趋势，同时在多船危险度评价过程中特别关注了避让操作可能引发的潜在碰撞危险，实现了更为合理的船舶碰撞危险度评价，对船舶避碰决策有一定的应用价值。

  
  
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  基于HFACS-BN模型的船舶引航事故人因分析

  蒋子怡, 肖仲明, 冯胤伟, 周东建

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 63-70. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.007

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  船舶引航事故是指引航员在船辅助驾驶台团队操纵船舶过程中出现的水上交通事故，而导致船舶引航事故的主要因素为人为因素。为了较好的分析船舶引航事故中的人为因素，本文建立了一种新的船舶引航事故人因分析模型，识别并评估船舶引航过程中关键风险因素的传递路径。首先，基于事故报告对原有的人为因素分析和分类系统（HFACS）框架进行调整和细化，识别出船舶引航事故中的人为因素；其次，基于HFACS框架内部的逻辑关系和贝叶斯网络(BN)理论，构建船舶引航事故HFACS-BN模型，并验证模型可靠性；最后，综合BN推理和灵敏度分析识别关键风险因素传递路径。研究结果表明，在所有人为因素传递路径中，“R1（行为错误）→P2（操作者状态不佳）→S2（运行计划不当）→M2（组织氛围较差）”为关键风险因素的传递路径。针对船舶引航人为因素实施有效的管控措施，对于阻断风险的进一步发展具有重要意义。

  
  
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  基于改进YOLOv5l的轻量化水面目标检测模型

  李正忠, 任鸿翔, 邱绍杨, 杨晓, 唐海娜

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 71-81. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.008

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  为提升内河航行场景下水面小目标的检测效果，降低模型复杂度，本文提出了一种基于改进YOLOv5l的轻量化水面目标检测模型。该模型以YOLOv5l作为基础模型，首先对定位损失函数进行改进，提出了NWD-CIoU函数，提升模型对小目标的召回率，增加模型的多尺度目标检测能力；其次，将FasterBlock模块与C3模块进行结合提出了C3_Faster模块，对YOLOv5l模型的主干网络进行优化，减少网络参数，降低模型复杂度；再次，基于Slimming方法对模型进行剪枝，大幅修剪冗余连接，减少模型参数和运算复杂度，提升推理速度；最后，基于通道知识蒸馏方法，以YOLOv5x作为教师模型对剪枝后模型进行蒸馏，以提升模型的检测效果。实验结果证明，本文所提出模型对内河航行场景下的水面目标具有较好的检测效果和检测速度，且相比于原YOLOv5l模型参数量减少了81.48%，GFLOPs减少了80.69%，更适合计算资源受限的移动设备上部署，具有一定的工程意义。

  
  
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  基于轻量化YOLOv8n的船舶号灯识别

  乔亚静, 高祥雨, 赵月林

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 82-91. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.009

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  针对船舶号灯目标检测中参数计算量大、背景光线复杂及号灯种类繁多等问题，对YOLOv8n做出了改进，以满足实时准确识别船舶号灯的要求。首先使用VanillaNet网络作为主干特征提取网络，以降低模型的计算成本，满足实时检测要求；其次引入颜色注意力模块以确定和增强号灯的颜色特征，以提高在复杂光线背景下号灯颜色的识别能力；再次，针对号灯的大小、频率、各视图空间排列等特征，构建MoE-layer模块代替C2f模块，以提高船舶号灯识别的准确性；最后通过Focal Loss调节对难易分类样本的关注来解决类别不平衡问题，提高模型对号灯目标检测能力。实验结果表明，相较于原基线YOLOv8n模型，改进后模型在参数量和计算量分别降低37.7%和52.8%的情况下，精度和mAP@0.5分别提升3.3%和2.2%，达到98.3%和98.7%，可以满足实时识别船舶号灯的要求。
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  IRS辅助的海上立体通算融合网络计算卸载研究

  张超越, 林彬, 那振宇, 肖仲明

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 92-101. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.010

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  针对海上立体通算融合网络面临的通信与计算资源瓶颈以及复杂无线环境问题，研究一种基于无人机携带智能反射面（Intelligent Reflecting Surface，IRS）辅助海上通算融合网络计算卸载方案。首先，构建以最小化总能耗为目标的无人艇计算卸载率、边缘服务器计算资源分配、IRS相位和部署的联合优化问题。其次，为解决高维耦合优化问题，基于交替优化方法将原始问题解耦为两层子问题进行迭代求解，分别基于松弛法和双延迟深度确定性策略梯度算法优化计算卸载率和通算资源。仿真结果表明，与基准方案相比，所提的计算卸载方案可以在满足时延要求下有效地降低总能能耗，并在各种任务场景中展现出优越的性能。相比于无IRS方案，所提的计算卸载方案在总能耗方面平均降低42.0%。
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  LNG泵用低温永磁同步电机电磁特性与电磁损耗分析

  张书宽, 王发琛, 张淯森, 朱景伟

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 102-111. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.011

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  永磁同步电机具有高效率、高功率密度和运行稳定的优点，是液化天然气（LNG）泵核心驱动部件的理想选择，其在低温环境下的电磁性能至关重要。本文首先分析了低温永磁同步电机关键材料在−161 ℃工作环境下的电磁特性；然后，建立了一台额定功率为6.5 kW的低温永磁同步电机瞬态电磁场有限元模型，对比研究了低温环境和室温环境下电机电磁性能和电磁损耗，并分析了永磁体厚度对低温永磁同步电机性能的影响。与室温工作环境相比，在−161 ℃环境下，电机空载反电动势和电磁转矩分别增加了8.93%和6.03%；定子铁耗增加为2.5倍，铜损耗减小为65.3%，铁耗占总电磁损耗比例显著增大。

  
  
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  基于改进相电压法的永磁容错电机开路故障诊断策略

  刘青, 朱景伟, 李明轩, 廖海波, 臧坤

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 112-119. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.012

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  多相永磁容错电机常应用于对驱动系统可靠性要求较高的航空、交通运输和军事等领域。开路故障是电机驱动系统中常见的电气故障，针对现有故障诊断方法需要多组变量识别开关管和绕组开路故障，且电机运行状态发生变化易导致判断出现误诊断的问题，本文提出一种改进的相电压平均值算法，该方法将电机驱动系统与电流型磁链观测器相结合，将诊断变量由故障复杂识别切换为一组变量识别，由阈值范围诊断切换为正负变量组和诊断。通过诊断结果即可区分不同开关管及绕组开路故障。搭建了六相永磁容错电机故障诊断硬件实验平台，实验结果验证了所提算法的有效性及优越性。

  
  
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  基于CVaR风险测度的出口海陆仓质押融资决策

  杨华龙, 马爽, 彭翀

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 120-129. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.013

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  针对需求不确定性下的出口海陆仓质押融资风险问题。运用双重Stackelberg主从博弈原理，构造了进口商、出口商、海运公司三方的利润函数。利用CVaR风险测度方法，以供应链整体利润最大化为目标，建立了风险测度下的海陆仓融资优化模型，论证分析了海运公司质押率、出口商交货提前期和进口商订货批量等最优决策结果。研究表明，进口商订货批量、出口商交货提前期随着海运物流公司质押率的增大而减小，海运公司最优质押率与出口商风险规避系数、海运公司质押服务费率以及质押物市场售价均呈负相关，与进口商的风险规避系数、进口商进价均呈正相关。研究结论可为出口海陆仓质押融资各方提供有益的决策参考。

  
  
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  梯形模糊数改进Shapley值及其在货代联盟中的应用

  刘明皓, 周台, 刘诗滢, 刘家财

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 130-140. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.014

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  货代联盟在实际收益分配中时常存在信息不完全或不确定的情况，如海洋运费浮动等。为有效解决模糊情境下货代联盟的收益分配策略问题，创建了梯形模糊数改进Shapley值。该合作博弈解通过均衡货代企业的满意度，进而提升货代联盟的稳定性，增强其市场竞争力。在模糊情境下，通过最小化超额贡献，实现局中人满意度最大化，据此计算出梯形模糊数最小二乘贡献，并用其代替经典Shapley值的边际贡献，从而创建梯形模糊数改进Shapley值。算例结果表明，梯形模糊数改进Shapley值充分考虑了局中人的满意度，使得收益分配策略更加公平、合理。梯形模糊数改进Shapley值能有效解决货代联盟等具有模糊不确定性的合作联盟的收益分配策略问题，进而促进合作联盟的稳定和持续发展。

  
  
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  淤积荷载作用下高桩码头桩基受力变形特性灵敏度分析

  熊琦, 崔春义, 赵敏, 刘海龙, 尤再进, 季则舟, 李军

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 141-150. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.015

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  为研究岸坡淤积土体参数对高桩码头桩基受力变形的影响程度，通过建立高桩码头-岸坡相互作用体系数值计算模型，首先采用基准值误差分析法识别岸坡淤积进程中关键淤积阶段，进而分别引入Sobol和TGP两种全局敏感度方法进行淤积土体参数对码头桩基受力变形的敏感程度分析。在此基础上，基于归一化敏感度SVI方法得到淤积土体黏聚力、内摩擦角、弹性模量及泊松比对码头桩基受力变形的敏感重要性排序。计算分析结果表明：淤积土体弹性模量是影响码头桩基受力变形的主要驱动因素；淤积土体参数对桩基在泥面处水平位移的敏感度不受淤积厚度影响，其重要性排序依次为弹性模量、黏聚力、泊松比和内摩擦角。本文的定量结果有利于深入理解泥沙淤积进程中淤积土体参数对高桩码头桩基受力变形影响规律，可为高桩码头-岸坡相互作用体系的相关工程设计及可靠性评价提供理论参考作用。

  
  
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  沿海港口岸坡淤积条件下码头桩基开裂机制分析

  任婧毓, 王坤鹏, 崔春义, 赵敏, 刘海龙, 熊琦

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 151-162. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.016

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  我国沿海港口高桩码头普遍存在岸坡淤积问题及桩基开裂损伤现象，严重威胁码头安全运行。为有效采取岸坡清淤和桩基修复等维护措施，首要任务是揭示岸坡淤积条件下码头桩基开裂机制。调研了江浙地区16个主要沿海港口岸坡淤积现状及7座典型码头桩基开裂受损情况，结合具体工程建立了淤积岸坡-码头桩基相互作用有限元模型，分析了桩-土体系受力变形特征；以内力组合值判定桩基塑性变形状态，与码头桩基开裂轴线实际位置基本相符，验证了建模合理性；选取岸坡工程地质条件和高桩码头结构参数两方面共7个因素进行正交试验，采用极差分析法得到各因素对桩基内力的敏感性。结果表明，海洋环境中泥沙不断回淤在桩基码头下方与后方，海相软土层持续变形引发被动桩问题：岸坡淤积条件下码头下方土体向海侧移动趋势显著，邻近桩体被挤压产生较大水平位移，导致桩基轴力与弯矩激增，进而诱发部分桩基顶部或位移最大处超过塑性变形界限；淤积过程中，码头后方向岸斜桩附加内力更大，更易发生开裂破坏；岸坡淤积条件下，码头桩顶轴力和弯矩对结构参数和岸坡坡度较敏感。

  
  
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  清洗剂对船载棕榈油洗舱清洗效果影响研究

  刘小超, 张彬, 吴宛青, 张高宇

  大连海事大学学报. 2025, 51(1): 163-170. https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.017

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  为探究化学品船洗舱过程中清洗剂对洗舱效果的影响机制，基于自建实验平台开展棕榈油清洗实验，结合FLUENT数值模拟，系统分析了清洗水温度和清洗水中添加乙醇浓度对棕榈油清洗效果的影响。结果表明：随着清洗水温度的升高，降低了残余棕榈油的附着力，在冲洗初期（0-8s），加速了壁面残余棕榈油的清洗效果，30℃和40℃清洗水的清洗对清洗效果提升速度分别为3%/s和6%/s，明显高于20℃清洗水。随着冲洗水添加清洗剂浓度的升高，对油醇混合物粘度产生关键影响，在冲洗初期（0-8s），较高浓度的清洗水能有效降低棕榈油-乙醇混合物的粘度，从而提高清洗效果。随着冲洗时间的延长（8-15s），清洗水浓度对清洗效果的影响逐渐减弱。对比了清洗水温度和浓度对清洗效果的影响程度，发现：0-2s和12-15s时清洗水浓度对清洗效果影响较大，5-10s时清洗水温度对清洗效果起关键作用。为减少清洗剂的消耗和缩短清洗时间，建议在预洗阶段使用混合高浓度清洗剂的清洗水对化学品舱进行快速冲洗。完成预洗后，使用高温清水对化学品舱进行冲洗。