船舶轨迹预测对于智能船舶理解复杂遭遇场景并做出正确决策至关重要。然而，由于船舶固有的不确定性和多船之间复杂交互影响，预测未来轨迹是一个非常具有挑战性的问题。为此，提出基于多关系加权图Transformer (MG-Transformer）的船舶轨迹预测模型。首先从AIS数据中提取轨迹中相似船舶行为模式，捕获不同移动特征。在此基础上，通过对不同船舶的历史行为模式进行学习，以提高模型预测精度和效率。其次，构造多关系加权图来说明多船之间复杂的空间关系，通过Transformer学习与周围船舶的交互影响以细化轨迹，并预测合理的轨迹。采用宁波舟山港AIS数据开展实验验证，结果表明：在对不同时间步长的轨迹进行预测时，对比LSTM、BiLSTM、Seq2seq、Social-SGCNN, MG-Transformer模型在平均位移误差、最终位移误差指标中均有大幅下降，各项指标平均降低27.54%，所提船舶轨迹预测模型的精度有显著提升，对于海上交通安全和效率至关重要。

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。

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。

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。

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。

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。

为更好地分析船舶引航事故中的人为因素，建立一个船舶引航事故人为因素分析模型，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，并验证模型的可靠性；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。针对船舶引航事故中的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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

针对现有的目标检测模型在提取溢油区域复杂特征以及识别不规则形状溢油区域存在的局限性，提出一种改进后的Mask R-CNN模型，使其更好地适应海面溢油检测任务。首先，在该模型特征提取网络中引入可变形卷积模块，提升模型对不规则形状溢油区域的感知能力；其次，在模型中加入改进后的注意力机制，使模型在增强对溢油区域关键特征捕捉能力的同时增加较少的参数；最后，使用完全交并比损失函数(Complete Intersection over Union Loss，CIoU Loss)作为目标框回归损失函数，从而提升模型在边界框回归任务上的性能。在公开的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)海面溢油数据集上的实验表明，改进后的模型检测精度为66.14%，相比原始Mask R-CNN模型提高了5.33%。此外在同一数据集的基础上与目标检测模型Yolov9、Yolov10、Faster R-CNN以及Cascade R-CNN模型相比，精度分别提高了31.79%、 19.01%、30.47%和21.02%；与实例分割模型Yolact和Yolov5-seg模型相比，精度分别提高了22.94%和29.5%。

为了实时准确地反映船舶纵摇运动的非线性、随机性和非平稳性特点，提出了一种基于滑动数据窗口和利普希茨商值法的自适应预测模型。首先，利用滑动数据窗口作为系统局部观测器，将船舶纵摇运动姿态序列进行实时分割；同时采用利普希茨商对当前滑动数据窗口内表示的子系统进行自适应定阶；通过滑动数据窗口和利普希茨商实时为前馈神经网络模型提供在线小批量训练样本，克服单个样本和大批量数据样本对神经网络模型性能的影响。然后，针对基于确定性学习算法的前馈神经网络易陷入局部最优的问题，提出了一种基于改进蝴蝶优化算法训练器的前馈神经网络模型以提高船舶运动姿态的预测精度。在改进蝴蝶优化算法中，引入平衡因子指引的变异算子和最优个体引导机制的信息重组策略，提升算法避免陷入局部最优的能力。最后，通过利用基准测试函数和“育鲲”轮纵摇运动姿态数据集分别验证了改进蝴蝶优化算法和自适应预测模型的有效性和可行性。实验结果表明，改进蝴蝶优化算法比蝴蝶优化算法、粒子群优化算法及飞蛾扑火优化算法具有更好的收敛速度和收敛精度；所提出的自适应预测模型的泛化能力更强，预测精度更高，而且每步平均运行时间均在0.2s以内小于系统采样时间1s。所提出的自适应预测模型不仅能满足实时性要求，而且提高了船舶纵摇运动姿态预报的精度，可为复杂系统在线建模提供一种潜在的解决方案。

采用AQWA软件对波浪中四柱结构物的水动力开展研究，分析了圆柱体的一阶波浪力和二阶波浪力随波浪频率的变化关系，给出了不同频率下圆柱体周围特征点处的波浪升高以及柱体周围自由面的波面分布。研究结果表明：在kr＜0.5的低频区域时，各圆柱体所受的一阶纵荡波浪力峰值相差不大；在kr ＞0.5的中高频区域时，圆柱一阶纵荡波浪力呈现明显振荡特征，并在kr = 1.68附近达到最大峰值，但是各柱体所受一阶垂荡波浪力区别并不明显。四柱结构纵荡二阶波浪力从结构内指向结构外，随着波长增加，波浪透过四柱体的能力越强，但是在kr = 1.68附近时，四柱体内部空间波浪发生明显的干涉共振，导致柱体周围波浪升高十分显著。本研究揭示了波浪中多柱体之间水动力干扰和共振现象产生的规律，可以为后续海上风机平台桩基受力设计提供一定理论参考。

为给航海模拟器提供可靠且适用性强的波浪中船舶垂荡纵摇运动数学模型，避免二维切片理论范畴内采用Frank源汇分布法不规则频率影响，基于多系数保角变换法对船舶横剖面进行高精度拟合，采用STF法对船舶横剖面水动力系数与波浪激励力进行积分，操纵运动方程则采用计及船、桨、舵相互作用的Abkowitz模型，实现操纵状态下规则波浪中船舶垂荡纵摇运动的数值预报。以傅汝德数为0.2航行的Mariner轮为仿真对象，当Mariner轮迎浪航行时，垂荡运动幅值响应因子的计算结果与试验结果的相对误差小于8.8%，纵摇运动幅值响应因子的计算结果与试验结果的相对误差小于12.9%，计算结果与试验结果的变化趋势一致；浪向角位于 ~  ，垂荡纵摇运动幅值计算结果关于  对称，垂荡运动幅值计算结果随着波长的增加趋于定值；当Mariner轮开展360°回转操纵，运动耗时3000s，计算机运行时间约为609.3s，满足航海模拟器实时性要求。对Mariner轮垂荡纵摇运动时历进行仿真,并与航海模拟器视景系统相结合。因此，本文所建立波浪中船舶垂荡纵摇运动数学模型能有效地应用到航海模拟器上。

为促进绿色港口建设，将新能源混合动力拖轮引入传统拖轮调度问题中，结合拖轮在不同作业工况下的能耗特点，构建以船舶在港总成本、拖轮作业产生的电耗成本与油耗成本之和最小为目标的混合动力拖轮调度混合整数线性规划模型。针对问题的特点设计了嵌入启发式规则的鲸鱼优化算法进行求解，在小规模算例时可以求出与Gurobi误差在0.00%至1.96%内的较优解。算例求解结果显示，通过优化调度混合动力拖轮可有效降低6.91%的拖轮作业总成本与20.80%的燃油消耗量；敏感性分析体现出总成本及油耗随混合动力拖轮数量、电池容量与单位时间充电量三种参数的增加呈现下降趋势，并且三种参数在合理范围内取值时可有效降低总成本。研究可为港口拖轮实际运营提供理论支撑与决策参考。

针对多无人艇系统经过狭窄水域等复杂环境的情形，提出一种结合人工势场法与模型预测控制的编队控制与避障算法。首先，对传统的人工势场法进行了改进，采用饱和形式的引力势场和分区式的斥力势场，提升无人艇编队在复杂环境中的避障精度和队形保持能力。然后，结合模型预测控制的多步预测优化能力，利用势场力生成的期望轨迹，动态调整控制输入，进而实现编队的稳定控制和高效避障，避免了传统人工势场法在狭窄水域的路径振荡问题。仿真实验结果表明，改进算法在避障成功率、编队稳定性和路径规划效率等方面均优于传统方法，能够有效避免局部最优，保持队形稳定，顺利通过复杂水域，从而验证了算法的有效性。

在大型商超线上订单分拣系统中，考虑分拣员之间工作量平衡，研究了订单分批与拣货路径优化问题。针对拣货员数量有限的“先拣后分”仓店一体分批拣货场景，构建考虑工作量平衡和拣货效率双目标的订单分批与拣货路径优化模型，结合K-means聚类和贪婪算法的最近邻点策略设计改进的NSGA-Ⅱ算法进行求解。基于沃尔玛等超市运作情况设置拣货布局和算例参数，通过不同规模的算例验证了模型正确性和算法有效性。实验结果表明，以极差作为平衡指标的双目标订单分批与拣货路径优化模型不仅可以实现工作量平衡而且对拣货效率的负面影响更小；当种群规模设置为50和迭代次数为100时算法可以获得优质解；基于“先拣后分”的订单分批与路径优化策略比按单分拣可以平均缩短订单最终完成时间44.37%。结论表明，双目标模型和算法有利于在工作量平衡和拣货效率两个目标之间取得平衡，既可以提高拣货效率，又可以满足拣货员之间工作量平衡的要求。

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。

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。

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。

针对无人船自主航行过程中因光照不均匀及感知图像纹理模糊而导致的特征点匹配失败问题，本文提出了一种自适应校正与特征增强图像预处理算法。首先使用了非锐化掩蔽，起到了增强图像细节的效果，随后通过多尺度高斯卷积在亮度通道提取光照分量，并使用了二维伽马校正起到了均匀化亮度的效果，对色调通道使用了高斯滤波，起到了抑制低通噪声的效果，最后使用了直方图均匀化算法，起到了提升图像对比度的效果。相比于MSR算法、MSRCR算法和SSR算法，本文算法平均梯度最多分别提高了50.55%、151.21%和43.68%，特征匹配准确度最多分别提升了86.81%、176.08%和61.96%。本研究成果为无人船自主航行中的视觉感知图像提供了预处理技术，提升了图像质量，具有一定的应用价值。

考虑到分时电价机制在降低船舶能源成本方面的潜力、岸电设备连接与断开对船舶停泊时间的影响，以及已改装船载受电系统船舶的数量等实际因素，本研究旨在提高码头运营效率并减少船舶停泊期间使用辅机产生的碳排放，在分时电价机制下合理规划船舶岸电使用与泊位分配，提出岸电与泊位联合分配方案。为此，构建总运营成本最小和总碳排放成本最小的双目标优化模型，并设计结合启发式方法、邻域拥挤度计算与动态拥挤度更新策略的改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解模型。基于某集装箱码头的实际情况进行算例测试与敏感性分析，结果表明：大部分规模算例下，本文设计的改进NGSA-II算法在计算结果和性能方面均优于传统NSGA-II算法；改装船比例70%时，总碳排放成本降幅最大，总运营成本增幅最小；谷时段最长的峰谷时段划分相比最短的划分，总运营成本降低7.65%，总碳排放成本降低2.47%，用电船舶数量增加33%，谷时段电价对船舶用电更具有吸引力；分时电价有助于降低总运营成本，船舶成本中等待成本和偏离成本对总运营成本影响较大，而延迟成本影响较小。

船载平台通过执行机构来调节其支撑面位姿，隔离船舶运动对其所承载的船载设备的影响，保证船载设备作业像在陆地上一样。设计建造一个可工作在有义波高2.5m及以下海况下的三自由度并联船载平台缩比样机，基于此，利用PC机、OP4510仿真机、MATLAB软件和RT-LAB软件，开发一个并联船载平台波浪补偿快速控制原型（rapid control prototyping，RCP）系统。以一个关节空间波浪补偿控制方案为例，利用MATLAB/Simulink实现该控制方案，并通过RT-LAB将其编译为Redhat系统下的可执行文件，下载到OP4510仿真机上运行，充当原型控制器控制船载稳定平台缩比样机，对该控制方案进行实验验证，实验结果验证了关节空间波浪补偿控制方案可保证船载平台支撑面保持期望的水平位姿，以及所开发的波浪补偿RCP系统的有效性。所开发的波浪补偿RCP系统可缩短实际波浪补偿控制器开发周期，降低开发成本。

为提高FeMnSi记忆合金应力诱发γ↔ε马氏体相变的应力自适应特性，提升其疲劳强度、耐磨性、释放残余应力、减小应力集中以及抑制微裂纹的能力，本文研究了316不锈钢表面通过激光合金化制备FeMnSiCrNi记忆合金涂层的工艺及其性能特性。研究采用激光合金化技术在316不锈钢表面制备FeMnSiCrNi记忆合金涂层，使用有限元分析软件ANSYS对涂层熔池形状与尺寸进行仿真模拟，优化激光合金化工艺参数后筛选出最佳工艺为激光功率2000 W、扫描速度400 mm/s、离焦距离-30 mm、重叠率50%。随后，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线应力分析仪、显微硬度计和摩擦测试仪，系统分析涂层的微观结构、残余应力分布、力学性能及耐磨性。观察结果表明涂层结构致密，表面光滑，与316不锈钢基体形成了良好的冶金结合，主要由γ奥氏体相和部分ε马氏体相组成。激光合金化过程中产生的残余应力诱发了γ→ε马氏体相变，涂层冷却后中间区域的横向残余应力表现为压应力，两侧逐渐转为拉应力，沿激光扫描方向呈现“压应力→拉应力→压应力”分布。FeMnSiCrNi记忆合金涂层硬度显著高于316不锈钢基体，且摩擦系数较低。干摩擦条件下，在10 N、15 N和20 N载荷下，Fe₁₇Mn₅Si₁₀Cr₅Ni涂层的摩擦系数分别为0.46、0.57和0.97，而不锈钢基体的摩擦系数分别为0.57、0.98和1.33。在干摩擦持续10分钟条件下，Fe₁₇Mn₅Si₁₀Cr₅Ni涂层的磨损量分别为0.17 g（10 N载荷）、0.29 g（15N载荷）和0.50g（20N载荷），显著低于316不锈钢基体的0.42 g（10 N载荷）、0.81 g（15 N载荷）和1.12 g（20 N载荷）。FeMnSi记忆合金涂层的磨损机制为磨粒磨损，而316不锈钢基体主要表现为粘着磨损。试验结果表明通过激光合金化技术制备的Fe₁₇Mn₅Si₁₀Cr₅Ni记忆合金涂层表现出优异的力学性能与耐磨性能，并验证了γ→ε马氏体相变对涂层性能优化的重要作用。该涂层不仅显著提高了316不锈钢的硬度和耐磨性，同时优化了摩擦系数与残余应力分布，为设计高性能FeMnSi记忆合金材料的设计提供了新的理论依据与实践，为金属表面改性提供了全新的解决方案。

为探究船舶油水分离器中陶瓷膜的分离机理与预测方法，基于自建实验平台，系统考察了含油浓度、膜孔径与跨膜压差对分离效率及通量的影响。结果显示，无论浓度、孔径或压差如何变化，截留率均大于99%；但通量衰减受该三者制约显著，影响顺序为：含油浓度＞跨膜压差＞膜孔径。以孔径1 μm、压差0.10 MPa为例，当浓度由50 mg/L升至200 mg/L时，通量衰减率从2%增至12%；以浓度100 mg/L为例，压差从0.05 MPa升至0.20 MPa，可使初始通量达583 L/(m²·h)，但平均衰减率达8%；在0.10 MPa条件下，孔径由0.5 μm增至2 μm时，高浓度下通量由368 L/(m²·h)降至312 L/(m²·h)，衰减率达16%。为此，提出了结合影响机制的膜分离效果预测网络Flow-LSTM，该模型通过时空特征提取、注意力融合与残差连接，有效缓解了传统LSTM对历史信息筛选不足与损耗问题，并将关键变量排序结果作为输入控制模型。与MLP、RNN、LSTM及GRU基线对比，Flow-LSTM在R²、MSE和MAE指标上均优于基线，较原始LSTM模型，R²提升5%，MSE和MAE分别下降21%和22%。

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。

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。

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。

为研究多孔碳化硅在氢动力船舶中对氢气爆燃事故的抑制效果及机理，搭建了可燃气体半开敞抑爆实验平台，通过改变多孔碳化硅的放置位置、孔径及当量比等参数探究其抑制氢空气预混气体爆燃的效果，并结合数值模拟分析其抑爆机理。结果表明：多孔碳化硅对氢气空气爆燃的抑制作用机制包括吸热降温、火焰淬熄及超压衰减。然而，多孔碳化硅也会对未燃气体产生扰动，导致火焰形态变形，从而加剧爆燃反应。在相同孔径和当量比条件下，材料距离点火源较近时，抑制效果显著，因为火焰到达多孔碳化硅表面时，两侧的压差较小，从而降低了火焰在孔道中的流动速度，进而中断了能量传递并使火焰熄灭。在氢空气当量比为0.4、距离点火源110 mm工况时，40 PPI和50 PPI的多孔碳化硅均能有效抑制氢气火焰传播，火焰速度峰值分别降低5.2 m/s和12.5 m/s，超压峰值的衰减率分别为26.5%和7.2%；在距离点火源220 mm工况时，50 PPI孔径的碳化硅可有效淬熄大部分火焰，火焰速度和超压峰值分别降低10.5%和13.9%；在距离增至330 mm时，三种孔径的碳化硅均无法有效阻止火焰传播，相反，由于对火焰锋面的破坏作用，导致爆燃反应更加剧烈。不同当量比下，燃烧的能量释放和反应速率存在差异，这也会直接影响多孔碳化硅的抑爆效果，当量比降至0.3时，多孔碳化硅的抑爆效果增强；当量比提高至0.5时，能量释放增加，导致碳化硅的抑制效果减弱。

利用离散元法分析初始各向异性砂土在非对称循环荷载下的液化行为。通过生成椭球颗粒制备各向异性砂土试样，采用常体积法开展不排水循环三轴剪切模拟，分析循环加载过程中力学配位数、冗余指数和组构各向异性的演化，揭示砂土在微观层面的液化特征。结果表明，离散元模拟有效反映了非对称循环加载条件下密砂更高的抗液化能力。试样在完全液化时，力学配位数和冗余指数分别降至0.35和2.4，这与是否对称循环加载无关。不同加载条件下，颗粒长轴的组构随着循环加载由各向异性向各向同性转变。在应力反转条件下，液化发生后，颗粒长轴组构各向异性迅速减小，同时，接触法向组构发生显著变化并出现方向切换。初始液化均发生在接触法向组构各向异性变量从负值逐渐接近0的过程中。研究结果有助于深入理解液化的微观力学机制，有助于构建复杂加载条件下各向异性砂土循环液化的宏观本构模型。

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。

使用聚乙烯醇水凝胶柔性表面作为水下减阻材料，添加海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素来增强其弹性和机械强度。使用转盘测阻法对不同间距的流向沟槽柔性表面和垂直流向沟槽柔性表面的减阻性能进行测试，分析它们对圆盘减阻性能的影响机制。结果表明：无沟槽水凝胶柔性表面在层流时具有良好的减阻效果，但在湍流时会丧失减阻效果，起到增阻的作用；两种具有稀疏沟槽的水凝胶柔性表面在层流时减阻率更高，并且在高雷诺数的湍流状态下也能保有一定的减阻效果，不会起到增阻的作用。

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。

为提高渔船柴油机余热利用率，研究了渔船缸套冷却水作为驱动热源的硝酸锂-氨吸收式制冷系统的制冰性能。通过热力学模型仿真，分析了发生温度、蒸发温度和冷凝温度等因素对系统性能的影响。研究表明，硝酸锂-氨吸收式制冷系统在发生温度为75℃至85℃的范围内能够稳定运行，COP最高可达约0.5。发生温度较高时系统能够在较宽的蒸发温度范围内维持较高的COP，显示出较强的适应性和可靠性。此外，㶲效率的计算结果表明，高温热源能够更有效驱动系统实现低蒸发温度，冷凝温度的升高会导致ECOP显著衰减。综合分析表明，硝酸锂-氨吸收式制冷系统适用于渔船的海上作业的制冰需求，能够高效利用渔船的余热进行制冷，具有较好的能源利用潜力和节能减排效果。

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。

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。