基本信息
- 项目名称：
- 港区内集装箱船舶航速控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我们的作品旨在解决港区内集装箱船舶的航速控制问题。如果航速过快，则会形成较大的航行波，威胁到其他船舶和建筑物；如果航速过慢，则造成港口拥堵。因此找到最优的港区内航速是必要的。我们的系统，通过算法的整合，可以实现航速的最优控制。
- 详细介绍：
- 随着集装箱港口的日渐繁忙，原本宽阔的航道已变得日益拥挤，由于现代集装箱船舶吨位大，航速高，靠泊过程中所引起的船行波足以影响载驳船和正在进行装卸作业船舶的工作效率和安全，船行波对工作船舶的拍打会引起横摇幅值超出安全标准，最严重的情况会导致工作船舶倾覆，使得港口的工作环境逐渐恶化。 因此港口管理部门需要一套行之有效的办法协调进出港船舶特别是集装箱船舶的航速和其与受船行波影响的船舶之间的安全距离。 而现在世界上普遍采用一些经验数据来规范集装箱船舶的港内航速，这样的笼统的数据就造成了一些不必要的时间损失，以及油耗损失，降低了港口和船舶的运转效率。 如今并没有相关的软件可以根据集装箱船舶和港口数据得出准确的数据来控制航速和保持安全距离。为了有效解决这一问题，必须对靠泊船舶的行驶速度和距离作出合理优化，并给出合理的量化解，从而明确港口部门的协调方案，减小船行波对港口所生产的不利影响，保障作业安全和效率。这就是我们集装箱船舶航速控制系统的设计初衷。 我们的系统创新之处在于充分利用了MATLAB和JAVA语言，编制了简单可行的程序。通过分析航行波的兴波原理和船舶横摇规律，结合已有经验公式，建立数学模型，得到算法。 可以说我们的系统，理论上站的住，实践上行的通，是一款简易的航速控制软件。 我们的关键技术是编程和整合算法。数据主要模拟营口港和大连港，并进行了一般化处理。 我们的系统通过分析和整合已有经验公式，结合理论研究，得到了较为精确的组合算法，并通过编程制作了简单可行的软件，实现了集装箱船舶港内航速的实时控制，既保证安全，又兼顾效率。 由于我们系统只涉及集装箱船舶，所以有很强的针对性和准确性，可以单一地实现集装箱船舶的航速控制，而不被其他船型所干扰。 同时，我们从已有数据出发，一方面进行理论研究，一方面进行数据拟合，从两方面佐证了系统的可行性和有效性。 和同类产品相比，我们的公式来源比较全面，组合算法的形式可以有效减小误差，同时由于船型的单一性，保证了公式的专一性和准确性。此外，我们的系统实现的是实时控制，即可以控制集装箱船舶进港、靠泊、出港的一系列的航速变化，这是其他产品所无法比拟的优势。另外，通过一般化处理，我们的系统具备推广的价值，可以运用到其他船型。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 现代集装箱船舶吨位大，航速高，在港区内航行易产生较大的航行波，从而威胁到其他船舶和工作船舶乃至水工建筑物的安全与稳定。但是，如果集装箱船舶在港区内航速过低，则会导致港口拥挤，效率低下，甚至增加船舶自身的油耗。基于此，我们通过理论研究，找到了航行波与航速以及安全距离之间的关系和算法，并利用MATLAB进行绘图与仿真，用JAVA编写程序，实现了集装箱船舶在港区内航速的有效控制，既保证安全，又兼顾效率。
科学性、先进性
- 现行的航速控制尚处在理论研究阶段，仍未应用于港口实际作业。而我们研究出了一种独特算法，并基于此制作了软件，实现了集装箱船舶港内航速的实时控制。由于考虑了公式的边界条件，通过组合加权，保证了结果的精确性。此外，此软件可以根据港口实际来实时控制集装箱船舶进港、靠泊、出港等一系列过程的航速变化。另外，通过一般化处理，我们的系统具备推广的价值，可以运用到其他船型。参考资料：《最优控制系统论》《水文数学模型》等
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 磁盘、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 市场分析：虽然国内外对于船行波的研究已有一定的理论深度，但针对船行波对于港口工作船舶影响尚未有实际的应用，而且随着港口的大型化的不断深入和国际海运业的不断发展，船行波对于港内工作船舶的影响不断的加大，因此我们针对这一问题在平台上开发的计算软件具有较高的实用性和持续的市场需求量。 使用说明：1.JDK的安装 2.Tomcat服务器的安装与配置 3.MyEclipse的安装与配置（详见使用说明书）
同类课题研究水平概述
- 现今国内外主要是集中在经验公式的研究和运用，从而得到经验数据来规范各类船舶入港的最大航速和靠泊等的最大航速。 与之相比，我们的系统有以下四点优势： 1. 我们的系统研究的对象单一，只针对集装箱船舶，从而保证了公式使用上的针对性和准确性。 2. 我们系统采用的不是简单的一个经验公式，而是通过充分研究经验公式的边界条件和误差范围挑选适合的公式进行组合加权，从而实现更加精确的航速控制。 3. 我们的系统实现的是集装箱船舶港内航速的实时控制和全程控制，具有完整性和连贯性，利于提高港口和船舶的运转效率。 4. 已经开发出了具有实际应用价值的控制软件具有广泛的推广和应用价值 而反观现今国内外的航速控制技术，比较局限于寻求经验公式的解决办法。无论采用的是“原苏联水工建筑物载荷规范公式”还是“日本航海学会论文集的83号介绍的经验公式”，或者是“原苏联的向金公式”，都有其局限性和不准确性，如何实现有效组合，从而精确预测，是当前的研究主要目标。 我们相信，我们系统的创意和算法是独具匠心的，精确性较高，航速控制比较到位，具有一定的技术先进性。
