船舶进出限制水域水动力与智能助航

本书以限制水域与智能助航的相关基础力学问题为背景，主要讨论了面对三峡升船机船舶进出船厢限制水域的船舶水动力特性和智能助航技术，涵盖船舶极限岸壁效应、浅水效应、船间效应、牵引方案、智能决策以及智能感知等方面，旨在创建理论与技术框架，提升船舶进出船厢的效率和安全性，为船舶通航提供新的理论、方法与技术手段。

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 船舶进出船厢限制水域背景 2
1.3 船舶水动力学现状 3
1.4 船舶牵引技术现状 3
1.5 船舶智能助航技术现状 4
1.6 典型限制水域 5
1.6.1 三峡升船机主要技术参数 5
1.6.2 三峡升船机船舶通航情况 6
1.6.3 三峡升船机过厢典型船型选择 7
参考文献 9
第2章 船舶进出升船机船厢限制水域水动力特征 10
2.1 引言 10
2.2 船舶进出船厢限制水域水动力典型物理现象 10
2.2.1 浅水效应 10
2.2.2 岸壁效应 11
2.2.3 高跌差水位波动效应 13
2.2.4 盲肠航道效应 14
2.2.5 船间效应 15
2.3 船舶进出船厢限制水域典型非线性运动 16
2.3.1 引航道船舶进厢 18
2.3.2 船厢内船舶傍靠 19
2.3.3 盲肠航道船舶系泊 19
2.3.4 引航道限制水域双船组合船舶机械牵引/电动助推 21
2.4 小结 22
参考文献 22
第3章 船舶进出船厢限制水域的水动力数学模型与数值方法 24
3.1 引言 24
3.2 船舶进出船厢限制水域数学建模 25
3.2.1 直接数值模拟流体控制方程 26
3.2.2 大涡模拟流体控制方程 26
3.2.3 雷诺平均Navier-Stokes流体控制方程 26
3.2.4 壁面函数模型 29
3.2.5 六自由度运动的重叠网格技术 30
3.2.6 分区分域RANS-DNS/LES-RANS切换双数学模型 32
3.3 基于分区径向基函数的多重网格迭代加速技术 33
3.3.1 分区径向基函数 34
3.3.2 应用算例验证 36
3.3.3 多重网格迭代加速技术 40
3.3.4 收敛重构判定准则 41
3.3.5 特征识别监测判定准则 42
3.4 数值模拟与标模试验比较 43
3.4.1 船舶静水中摩擦阻力预报 43
3.4.2 船舶波浪中运动响应预报 45
3.4.3 船舶静水中自由横摇衰减运动预报 46
3.4.4 船舶浅水阻力预报 47
3.4.5 岸壁阻塞效应对船舶运动响应的影响 48
3.5 牵引条件下船舶受力建模 52
3.5.1 高跌差水位波动下船舶受力模型 52
3.5.2 船舶系缆张力模型 54
3.6 小结 59
参考文献 60
第4章 高跌差物模试验与数值模拟 61
4.1 引言 61
4.2 小水池高跌差水位波动试验模型与数值模拟 61
4.2.1 引航道高跌差等效物理模型和数学模型 61
4.2.2 标模高跌差试验模型与数值模拟 62
4.3 高跌差试验模型 64
4.3.1 小水池高跌差试验装置设计 65
4.3.2 小水池高跌差下方柱系泊试验与数值模拟 66
4.3.3 大水池高跌差试验方案设计 68
4.4 小结 71
参考文献 71
第5章 复杂水动力环境下长航槽双船组合水动力及智能助推系统 73
5.1 引言 73
5.2 长航槽双船组合研究背景及意义 74
5.3 复杂水动力环境下长航槽双船组合水动力特征 75
5.4 长航槽双船组合船舶水动力物理模型与数学模型 76
5.5 应用场景：长航槽双船组合电动助推示范模型试验设计 78
5.6 小结 79
参考文献 82
第6章 基于聚合模型的船舶进出船厢响应快速预报 83
6.1 引言 83
6.2 基于遗传优化算法的近似聚合模型 85
6.2.1 单一机器学习模型 85
6.2.2 模型评估准则与指标 87
6.2.3 交叉验证 88
6.2.4 遗传优化算法 88
6.3 聚合模型应用与验证 90
6.3.1 正交试验设计 90
6.3.2 波浪中船舶横摇运动响应快速预报 92
6.3.3 高跌差水位波动快速预报 94
6.4 小结 96
参考文献 96
第7章 船舶进出船厢牵引技术 97
7.1 引言 97
7.2 船舶进出船厢受力分析 97
7.2.1 升船机航道船舶阻力计算 98
7.2.2 船模横向力分析 100
7.2.3 实船受力换算 101
7.3 两船相对运动受力分析 105
7.3.1 计算工况及船型参数 105
7.3.2 计算结果及分析 106
7.4 升船机牵引系统方案设计 109
7.4.1 轨道小车牵引方案设计 110
7.4.2 电动推轮牵引方案设计 115
7.4.3 牵引系统效能分析 119
7.5 小结 120
参考文献 121
第8章 船舶进出船厢航行决策技术 122
8.1 引言 122
8.2 船舶进出船厢自主航行循迹方法与操纵流程 122
8.2.1 船舶自主进出船厢运动特征分析 122
8.2.2 进出船厢自主航行循迹与纠偏方法 125
8.2.3 进出船厢安全操纵流程 131
8.3 典型船舶进出船厢运动模型建立与分析 133
8.3.1 船型变航速建模仿真 133
8.3.2 计算结果与分析 137
8.3.3 进出船厢航行数据分析系统的构建 139
8.4 进出船厢安全航行智能决策思路与实现 140
8.4.1 进出船厢智能决策的基本思路 140
8.4.2 智能决策算法与实现 141
8.4.3 船舶进出船厢效率优化方法 145
8.5 小结 146
参考文献 146
第9章 船舶进出船厢运动状态感知技术 148
9.1 引言 148
9.2 船舶运动状态监测技术 149
9.2.1 基于海事雷达与毫米波雷达的船舶运动状态监测 149
9.2.2 基于船舶自动识别系统的船舶运动状态监测 151
9.2.3 基于激光雷达的船舶运动状态监测 153
9.2.4 基于视觉的船舶运动状态监测 165
9.3 船舶进出船厢多源感知数据融合技术 171
9.3.1 升船机水域多源感知数据融合 172
9.3.2 远距离水域外多源感知数据融合 175
9.4 小结 179
参考文献 179
第10章 船舶进出船厢智能助航关键技术 180
10.1 引言 180
10.2 船舶进出船厢风险模型 180
10.2.1 船舶超速风险模型 180
10.2.2 船舶偏航风险模型 181
10.2.3 船舶越界风险模型 182
10.2.4 船舶碰撞风险模型 183
10.3 船舶进出船厢智能助航服务系统 187
10.3.1 系统功能分析 187
10.3.2 系统顶层设计 188
10.3.3 系统组成 189
10.4 小结 194
参考文献 194
第11章 总结与展望 195