在国际海事组织(IMO)减排战略和政府减排政策的推动下，航运公司开始改造船舶以使用绿色燃料。但船舶改造期间无法完成运输任务，无形中阻碍了船舶改造计划。在此背景下，提出了航运公司以船队联盟的方式进行合作，通过协调安排运输任务，提高船舶改造率。针对上述问题，建立了双层规划模型，上层以联盟整体经济效益最大化为目标。下层以实现班轮运输利润最大化为目标。该模型为三家联盟公司和班轮运输任务组成的多领导者-单跟随者博弈，形成具有均衡约束的均衡问题(EPEC)，利用KKT条件将模型转为多个均衡约束规划问题(MPEC)，采用对角化算法(DM)求解，并对联盟效果进行了灵敏度分析。结果表明，该模型与求解方法具有可行性，可为航运脱碳提供新思路。

为了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。速度环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。

赤潮是在特定的环境条件下，海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种常见的海洋生态灾难。目前，赤潮监测的手段主要包括船舶定点监测、监测站监测以及航空和卫星遥感监测。其中，卫星遥感监测因具有监测范围大、监测信息全面的特点，而被广泛使用。本文基于5种可以指示赤潮爆发的子指数及其综合方式，提出了一种可用于多光谱卫星图像中赤潮识别的线性综合识别指数(LCI)方法。基于大连市星海湾现场实测的多日内赤潮连续监测光谱数据，开展了支持向量机与逻辑回归分类，并得到分类平面系数作为归一化的子指数组合权重，获得了两种最佳的赤潮识别指数组合方式。这两种方式在验证集上均取得了F1分数0.86以上的分类效果，且LCI数值与赤潮发生的概率也呈现正相关。本文进一步将得到的分类系数应用于多光谱卫星图像的赤潮像元提取，结果显示两种线性综合指数均在图像中成功提取出赤潮区域。本文提出的赤潮综合识别指数为遥感图像中的赤潮识别提供了新的光谱指数运算方法。

针对岩溶地区基坑工程施工过程渗流（H）-应力（M）-损伤（D）耦合导致的岩石失稳问题，建立了基于Hoek-Brown强度准则的应力-渗流-损伤耦合模型和算法。首先根据损伤理论引入损伤因子对H-B准则进行修正，给出了应力场、渗流场的控制方程与渗透性演化方程，实现应力-渗流-损伤的完全耦合。然后提出该模型的求解算法，并对比了石灰岩三轴室内试验与模拟计算结果，拟合较好，验证了模型的准确性。最后，将该模型用于大连地铁梭鱼湾南站基坑工程的开挖稳定性分析，分别计算了耦合和非耦合条件下的地表沉降和地下连续墙变形，计算结果表明考虑耦合的变形值会明显大于非耦合的变形值，并且更贴近现场监测数值。同时为确定围岩最小防突层厚度，分别计算防突层2m、4m、6m、8m时的损伤区分布特征，对实际施工时的风险预测具有一定的意义。

在港口事故的发生时如何能保障港内人员安全疏散，成为港口规划运营的重点研究内容，而解决人群疏散问题的关键在于了解人群的运动规律。人群运动是一个复杂的系统，涉及到人群互动行为、城市空间形态和建筑环境等诸多因素。为了给人群疏散问题的研究提供准确可靠的研究依据，本文提出了一种基于深度卷积神经网络的人群运动仿真模型。为了获取神经网络训练所需的数据，本文采用CSRNet神经网络和DBSCAN算法从监控视频中提取真实人群轨迹数据。通过深度卷积神经网络的训练，对真实的人群行为模式进行深度学习，并利用训练出的深度卷积神经网络建立人群运动仿真模型。实验结果表明，该模型能准确地预测人群的运动行为，真实地模拟人群的运动轨迹，能够为应急疏散策略的制定和公共场所疏散通道的设计提供依据。

针对网络欺骗攻击下的智能船舶轨迹跟踪控制问题，提出一种带观测器的改进趋近律滑模轨迹跟踪控制方案。利用伯努利分布生成随机二进制数来模拟网络欺骗攻击；通过设计观测器对攻击影响进行观测，并反馈补偿到控制器以抵抗攻击对系统产生的破坏；设计自适应律来应对环境扰动的影响，同时和观测器的互相协调进一步增强了系统鲁棒性；设计具有大误差迅速补偿以及小误差平缓补偿效果的改进滑模趋近律，降低了传统滑模控制存在的抖震问题，从而提高控制器控制效率；最后运用Lyapunov稳定性理论验证系统整体的稳定性，利用Matlab进行对比仿真实验。实验结果表明，该控制方案可对攻击影响做出较快反应并给出较好的补偿，并且轨迹跟踪误差可以较快收敛到零附近的极小有界区间，实现了网络攻击环境下的船舶轨迹跟踪。该方案可为船舶安全航行和海上装备的军事对抗等研究提供一定的参考价值。

液滑环是FPSO单点系泊系统中起旋转、密封和流体传输功能的重要组件。为了验证液滑环在长期海洋环境下功能与结构的安全性和可靠性，本文开展液滑环的综合性能测试方法研究。根据南海奋进号FPSO新增的8英寸国产液滑环产品的性能指标要求，设计了用于模拟动态海洋环境的试验测试装置，并制定了2项磨合试验和4项功能性压力试验测试方案。通过上述试验分别测试了液滑环在静态和动态摇摆条件下的密封压力、旋转扭矩和流体传输性能。测试结果表明，国产液滑环的综合性能符合设计指标要求，为今后国产化液滑环的性能测试与验证提供了思路和指导。

同贝同步装卸是集装箱码头提高船舶在港装卸作业效率和资源利用率的有效途径。同贝同步装卸下岸桥调度的复杂性在于不仅需要同时决策卸船和装船两类集装箱的作业序列，还要考虑船舶稳性与横倾约束和舱盖限制。针对该问题，本文建立了以最小化作业能耗为目标的岸桥作业序列优化模型，并设计基于Johnson规则的改进变邻域搜索算法求解模型。通过算例实验验证了模型与算法的有效性，明确了对装卸作业过程中的船舶稳性和横倾角加以约束的重要性，并确定了检查船舶横倾角的最佳时间间隔为2 min。结果表明，本文的模型能够在保证船舶装卸作业安全的前提下，提高岸桥的装卸作业效率、降低岸桥的作业能耗。

为合理分配堆场存储空间、减小集卡在场桥处等待作业时间并提高堆场作业效率，本文考虑堆场箱区箱量不均衡对场桥装卸效率的影响，建立以集卡排队时间成本和行驶时间成本之和为目标的堆场空间分配数学模型。针对集卡排队时间成本，内嵌基于Anylogic的集卡作业仿真模型，拟合集卡在场桥处的平均排队时间与场桥装卸效率、集卡到达率的数学关系。针对大规模算例设计了变邻域搜索算法来求解该模型，通过一系列数值实验来评估所提算法的性能，并研究了堆场装卸作业效率变化对堆场空间分配决策的影响程度。研究结果表明：考虑堆场箱区箱量不均衡对场桥装卸效率影响可有效减少集卡等待场桥作业的排队时间成本（降幅约14.74%），加快了集卡作业周转，进而提高堆场作业效率。

根据北极航运数据反映出的变化规律，系统整理北极航运特点：通航期为夏秋季节、航运量受外部条件制约、航运结构单一和外部运输为主。在此基础上，提出运输时间、运输复杂度和运输范围都更适合北极航运的钟摆运输模式，从支点港口、船型和模块化运输三方面进行北极东北航线钟摆运输模式设计，并比较分析钟摆运输模式和传统运输模式及混合运输模式的全年航运收益。结果表明：北极东北航线钟摆运输模式与其他两个运输模式相比，每年可多完成一个航次，年航运收益分别9%和11.3%。可依据此运输模式发展北极航运，进一步开发北极航运潜力。

在基于油电混编车队的公交线路运营模式下，引入在途无线充电设施将显著影响公交车队的运营调度计划。因此，本研究旨在通过建立一个考虑公交运营条件和纯电动公交车电量等约束的混合整数规划模型，以最小化总运营成本为目标，包括公交车辆使用成本、碳排放成本以及无线充电设施建设成本等，来实现无线在途充电环境下的油电混编车队运营调度优化，即解决无线充电设施选址与油电混编车队运营策略的联合优化问题。为了求解模型，使用了自适应大邻域搜索算法，并设计相关算例来模拟不同的车队构成和充电策略，同时分析不同情况下的总运营成本。此外，还进行了对无线充电设施的充电功率对结果的敏感性研究，以更好地理解这一模型的性能和鲁棒性。研究结果显示，在无线充电环境下，混编公交车队的总运营成本最低。并且，随着无线充电功率的增加，无线充电站点的规划数量和燃油车辆的投入都会减少。因此，本研究所建立的无线充电站点选址与油电混编车队调度模型能够有效降低公交车队的总运营成本。

航迹舵是远洋商船的必要核心设备，能够减轻船舶驾驶人员负担，提升航行安全性与经济性，是船舶智能化发展的热点方向。本文以鲁棒自适应航迹保持算法为核心技术，考虑航海工程实际操纵需求，应用嵌入式Linux技术，开发一套具有航海操纵、监控及报警、系统信息显示功能，硬件接口符合国际标准要求的航迹舵样机。最后以“育鲲轮”为实验对象，在随机海洋环境干扰条件下，根据海上导航和无线电通信设备及系统-航迹控制系统-操作和性能要求、测试方法及要求的测试结果 (GB/T 37417-2019) 国家标准测试场景一对航迹舵进行有效性测试。结果表明，航迹舵能够实现对跨0°经纬航线的稳定跟踪控制，且航向误差小于2°，航迹稳态误差小于13m，满足标准要求。本文提出的航迹舵对船舶高端航行装备国产化具有重要参考意义。

针对船用消防蛇形机器人蜿蜒运动中产生的偏移使机器人无法在船舶复杂管系间隙内有效运动的问题，基于超冗余蛇形机器人的运动学模型，从运动学和力学的角度分析非线性偏移原因是关节间旋转过程中产生的扭转力矩所引起。通过实验得到摆动幅度A、相邻连杆之间的运动相位差β对机器人法向偏移的作用规律，证明了两参数只能对机器人的法向偏移程度产生影响，并不能有效消除偏移。基于Serpenoid控制曲线建立了一个简单、高效的自适应偏移矫正控制算法，开展Webots机器人仿真和样机试验，结果表明，消防蛇形机器人的平均最大径向偏移量减小42.8cm，降低75.2%，在未改变机器人运动形状的前提下，满足船舶狭窄环境的工作需求。

针对无人艇在低照度环境中感知困难问题，本文提出了一种轻量型残差堆叠低照度图像增强网络。首先，在特征融合中引入金字塔多尺度池化，以更好地保留图像细节。其次，引入深度可分离卷积，减轻网络负担，提高图像处理速度。此外，设计了一种新的复合损失函数，引入颜色损失减少颜色失真。最后，采用LeakyReLU激活函数防止神经元死亡。大量实验结果表明，相比于Stacked Attention Residual Network (SARN)低照度图像增强网络，本文方法在提升图像质量的同时加快了图像处理的速度。其中，结构相似性和峰值信噪比分别提高了3.31%和2.08%，模型计算量、参数量和单张处理时间分别减小了81.88%、75%和43.02%。因此，本文所提的方法适用于水面无人艇的低照度图像增强，具有一定的应用价值。

为了解决船舶目标检测算法参数量与计算量大，以及内河环境下近岸复杂背景影响和船舶相互遮挡导致船舶检测困难的问题，基于YOLOv7-tiny做出改进，提出MED-YOLO船舶目标检测轻量化算法。首先，使用MobileNetV3网络作为主干特征提取网络，极大地降低了模型计算成本；其次，将EMA注意力模块引入颈部网络，构建EMA-ELAN模块，增强网络多维度感知和多尺度特征提取能力；然后，选用将尺度感知、空间感知和任务感知三合一的Dyhead作为改进模型的检测头部，以获得更强的特征表达能力；最后，使用具有动态非单调聚焦机制的WIoU作为模型边界框损失函数，提高模型应对船舶遮挡情况的能力，提升检测性能。实验结果表明，MED-YOLO相较于YOLOv7-tiny在参数量与计算量方面分别减少了39.8%和55.0%，精度与mAP@0.5分别提高了1.4%和1.0%，达到了98.3%和98.9%，在实现轻量化的同时具有更好的检测性能，满足了计算资源受限环境下的部署需求，具有一定的工程实际意义。

鉴于北极航道冰情及地理环境的复杂性，船舶极地航行存在船冰碰撞及搁浅等风险，为保障船舶极地航行的安全性和经济性，本文提出了一种综合考虑水深、海冰密集度及海冰厚度等多风险因素的航线规划方法。首先，对于全局航线规划，采用极地操作限制评估风险指数系统（Polar Operational Limit Assessment Risk Indexing System，POLARIS）计算出北极安全水深区域的风险指数结果（Risk Index Outcome，RIO），将风险等级重分类赋值为风险成本，采用地理信息系统（Geographic Information System，GIS）最低成本路径分析法生成安全水深区域的最低风险成本航线作为全局推荐航线。其次，提取出航线各风险等级的栅格比例进行航线可行性评估。最后，考虑船舶航行时复杂多变的冰情条件下船冰碰撞风险，结合国际船级社协会（International Association of Classification Societies，IACS）极地级船舶操作限制对照表，针对全局航线沿途大于极地操作限制船舶航行最大海冰厚度的区域，融合改进A*与动态窗口法（Dynamic Window Approach，DWA）进行局部航线规划。对采取不同风险因素的全局及局部航线比较分析表明：本文所规划全局航线在避免搁浅的同时航行风险最低；船舶沿局部规划航线航行时能够针对阻塞航道的新生冰进行避碰决策。