改进的多目标优化算法及其在船舶设计中的应用

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海上多目标船智能避碰辅助决策

海上多目标船智能避碰辅助决策

系统开发环境与工具
开发语言:Python
碰撞检测算法:A*算法 地图服务:OpenStreetMap
开发框架:PyQt5 数据库:SQLite
系统开发流程
2. 设计系统架构
根据需求分析,设计系统的整体 架构和模块划分。
3. 开发各个模块
按照系统架构,逐个开发各个模 块,包括地图显示模块、船舶模 型模块、碰撞检测模块等。
4. 集成测试
将各个模块集成在一起,进行测 试,确保模块之间的协调性和整 体功能的完整性。
1. 需求分析
明确系统需要实现的功能和性能 要求。
5. 优化和改进
根据测试结果,对系统进行优化 和改进,提高系统的性能和稳定 性。
系统测试与验证
01
02
03
测试环境
模拟海上环境,包括多个 船舶模型和障碍物。
测试方法
船舶运动模型需要考虑风、流、潮汐等自然因素的影响,以 及船舶操纵性能的限制,如最大和最小航速、最大和最小转 向角等。
船舶避碰规则
船舶避碰规则是海上交通安全的重要法规,规定了船舶在海上相遇时应遵循的避 碰原则和操作要求。这些规则包括“瞭望”、“判断”、“行动”等方面的要求 。
智能避碰辅助决策系统需要将这些规则集成到算法中,以便在决策过程中考虑安 全性和合法性。
人工智能算法在避碰中的应用
人工智能算法在智能避碰辅助决策中发挥着重要作用,包 括机器学习、深度学习、强化学习等算法。这些算法可用 于训练和优化船舶避碰模型,提高决策的准确性和效率。
人工智能算法可以处理大量的数据和复杂的场景,自动提 取有用的特征和模式,并根据历史数据预测未来的行为和 趋势。
多目标优化算法在避碰中的应用
多目标优化算法可以在复杂的海上环 境中寻找最优的避碰方案,同时考虑 多个目标函数,如时间最短、距离最 近、风险最低等。这些算法可以在多 个可行方案中找到最优解。

船舶推进效率优化的技术与方法

船舶推进效率优化的技术与方法

船舶推进效率优化的技术与方法在广袤的海洋上,船舶作为重要的运输工具,其推进效率的高低直接关系到运营成本、航行速度和能源消耗等关键指标。

优化船舶推进效率不仅能够降低能源消耗、减少环境污染,还能提高船舶的经济效益和竞争力。

因此,研究船舶推进效率优化的技术与方法具有重要的现实意义。

船舶推进系统是一个复杂的综合体系,涉及到船舶的线型设计、主机性能、螺旋桨设计以及船舶的运营管理等多个方面。

下面我们将从这些方面逐一探讨船舶推进效率优化的技术与方法。

一、船舶线型优化船舶的线型设计对其在水中的阻力特性有着至关重要的影响。

良好的线型设计可以有效减少船舶在航行过程中的阻力,从而提高推进效率。

在船舶线型优化中,首先要考虑的是船体的主尺度比,如船长、船宽、吃水等的比例关系。

较长的船长和较瘦的船型通常有利于减小兴波阻力;适当增加船宽可以提高船舶的稳性,但也可能会增加摩擦阻力。

因此,需要在稳定性和阻力性能之间找到一个平衡点。

此外,船体的首部和尾部形状也对阻力有着显著影响。

流线型的首部可以减少兴波阻力,而优化后的尾部形状能够改善尾流场,减少粘压阻力。

例如,采用球鼻艏可以在一定条件下抵消兴波阻力,提高船舶的航行效率。

现代船舶线型设计通常借助计算机流体动力学(CFD)软件进行模拟分析。

通过建立船舶的三维模型,模拟船舶在不同速度、吃水和海况下的水流情况,从而评估不同线型方案的阻力性能,并进行优化。

二、主机性能优化船舶的主机是推进系统的动力源,其性能的优劣直接影响到推进效率。

对于内燃机主机,如柴油机,优化燃烧过程是提高性能的关键。

通过改进喷油系统、优化进气和排气系统,以及采用先进的涡轮增压技术,可以提高燃烧效率,增加功率输出,同时降低燃油消耗和排放。

燃气轮机作为一种高效的主机类型,具有功率大、启动快等优点。

对于燃气轮机,提高压气机和涡轮的效率,优化燃气的燃烧过程,可以进一步提升其性能。

此外,主机的选型也非常重要。

需要根据船舶的航行需求、运营特点和燃料供应等因素,选择合适类型和功率的主机。

船舶结构优化设计的理论与实践

船舶结构优化设计的理论与实践

船舶结构优化设计的理论与实践船舶作为人类在海洋上的重要交通工具和工程装备,其结构的安全性、可靠性和经济性一直是船舶设计领域的核心关注点。

船舶结构优化设计旨在通过科学的方法和技术,在满足各种性能要求的前提下,实现结构重量最轻、强度和刚度最佳、成本最低等目标。

本文将从理论和实践两个方面对船舶结构优化设计进行探讨。

一、船舶结构优化设计的理论基础1、力学原理船舶在航行过程中会受到各种载荷的作用,如静水压力、波浪载荷、货物重量等。

因此,船舶结构优化设计必须基于力学原理,包括静力学、动力学、材料力学、结构力学等。

通过对这些力学知识的运用,可以准确地分析船舶结构在不同工况下的应力、应变和位移情况,为优化设计提供基础数据。

2、数学模型数学模型是船舶结构优化设计的重要工具。

常见的数学模型包括线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划等。

这些模型可以将船舶结构的设计问题转化为数学上的优化问题,通过求解数学方程,得到最优的设计方案。

3、优化算法优化算法是求解数学模型的关键。

目前,在船舶结构优化设计中常用的优化算法有遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。

这些算法具有不同的特点和适用范围,可以根据具体的设计问题选择合适的算法。

4、有限元分析有限元分析是一种有效的数值分析方法,可以对船舶结构进行精确的力学分析。

通过将船舶结构离散为有限个单元,并对每个单元进行力学计算,可以得到整个结构的应力、应变和位移分布。

有限元分析为船舶结构优化设计提供了可靠的分析手段。

二、船舶结构优化设计的实践应用1、船体结构优化船体是船舶的主体结构,其优化设计对于提高船舶的性能和经济性具有重要意义。

在船体结构优化中,可以通过改变船体的形状、尺寸、板厚等参数,来实现结构重量减轻、强度和刚度提高的目标。

例如,采用流线型的船体外形可以减小水阻力,提高船舶的航行速度;合理分布船体的板厚可以在保证强度的前提下减轻重量。

2、舱室结构优化船舶的舱室结构包括货舱、油舱、水舱等,其优化设计对于提高船舶的载货能力和安全性至关重要。

船舶推进效率优化的策略与方法

船舶推进效率优化的策略与方法

船舶推进效率优化的策略与方法在现代航运业中,船舶推进效率的优化是一个至关重要的课题。

提高船舶推进效率不仅能够降低运营成本,减少能源消耗,还能降低对环境的影响,增强船舶的竞争力。

那么,如何实现船舶推进效率的优化呢?这需要从多个方面入手,综合运用各种策略和方法。

首先,船舶的设计阶段是决定推进效率的基础。

在船舶的初步设计中,船体的线型优化是关键之一。

一个合理的船体线型能够减少水流的阻力,从而提高船舶在水中的行进效率。

这需要借助先进的流体动力学计算软件和模型试验,对不同的线型方案进行模拟和评估,以找到阻力最小的设计。

例如,采用细长的船体、优化船首和船尾的形状,可以有效地降低兴波阻力和粘滞阻力。

螺旋桨的设计也对推进效率有着重要影响。

螺旋桨的叶片数量、直径、螺距等参数需要根据船舶的主机功率、转速、航行速度等因素进行精心计算和选择。

现代螺旋桨设计通常采用计算机辅助设计(CAD)和计算流体动力学(CFD)技术,以精确模拟螺旋桨在水中的工作状态,优化其水动力性能。

此外,新型的螺旋桨设计,如可调螺距螺旋桨和导管螺旋桨,能够根据不同的航行条件调整工作状态,进一步提高推进效率。

船舶的动力系统选择也是影响推进效率的重要因素。

传统的内燃机作为船舶的主要动力源,其燃烧效率和排放性能对能源利用和环境影响有着直接的关系。

近年来,随着技术的发展,燃气轮机、电力推进系统和混合动力系统等新型动力方案逐渐受到关注。

燃气轮机具有功率密度高、启动迅速等优点,但燃油消耗较高;电力推进系统则具有调速范围广、机动性好等特点,通过优化能量管理系统,可以提高能源利用效率;混合动力系统结合了多种动力源的优势,能够根据航行工况灵活切换,实现最佳的燃油经济性。

在船舶的运营过程中,船舶的维护和管理同样对推进效率有着不可忽视的影响。

定期对船体进行清洁和保养,去除附着在船体表面的海洋生物和污垢,可以减少船体的粗糙度,降低阻力。

同时,对螺旋桨和轴系进行定期检查和维修,确保其处于良好的工作状态,避免因磨损和变形导致的效率下降。

多目标进化算法在船舶设计中的应用

多目标进化算法在船舶设计中的应用

2 船 舶 概 念 设 计 优 化 模 型
本文 讨论 一艘 载重 量 DW=5 0 0 0 0 t , 载 运 散 装原 油 的 尾 机 型 柴 油 机 远 洋 油 轮 , 主 机 选 用
第一作者简介 : 周
奇( 1 9 9 0一) , 男, 硕士生
研究方向 : 舰船总体性能优化设计与决策
E- ma i l : c h u a n b o 7 0 1 @1 2 6 . c o m
空间, 这 些做 法将 不可避 免地 陷入 局部最 优 , 或遗 漏 更好 的可 行 解 。随 着计 算 机 技 术 的发 展 , 多目 标进 化算法 得 到了广泛地 发展与 应用 , 产 生 了 N P G A、 S P E A 2、 P A E S 、 P E S A、 N S G A — n等 多 目标 进
相互制 约 , 对 其 中一 个 目标 优化 必 须 以牺 牲其 它 目标作 为代 价 , 因此 很 难 找 到 真正 意 义 上 的最 优 解 。与单 目标优 化 问题 的本 质 区别在 于多 目标优 化 问题 的解 不是 惟 一 的 , 其 特 点 为至 少 存 在 一个 目标优 于其 它所 有 的解 , 这 样 的解 称 之 为 非 支配 解, 或P a r e t o解 , 其 集合 即为 P a r e t o 最 优解 集 。 进化 算法作 为 一 类启 发 式 搜 索算 法 , 通 过在 代 与代之 间维持 由潜 在解 组成 的种群 来实 现全 局
ma x V ( x )= [ ( ) ( ) , … ( ) ]
F i n d
=[ 1 , 2 , …, 7 2 I ]
S . t . g ( )<0 i= 1 , 2 , …, m

船舶结构优化设计方法及应用

船舶结构优化设计方法及应用

船舶结构优化设计方法及应用摘要:时代在快速发展,社会在不断进步,科技的不断发展与进步,对我国船舶建造提出了新的要求,针对结构展开优化设计,能提高船舶建造速度和质量,从而达到预期的建造目标。

在实际优化过程中要根据建造需求,融合现代船舶工程建造特点,利用最新的科学手段进行结构优化设计,确保船舶建造结构具有较强的综合性,并且能够随着科学的进步而创新,从而推动我国船舶建造产业发展。

本文针对船舶结构优化设计方法及应用展开分析,为相关工作人员提供借鉴参考。

关键词:船舶结构;优化设计;应用实践引言船舶结构优化设计,主要是指在符合刚度、强度、频率、稳定性以及制造等各类约束的基础上,充分发挥计算机编程及数学方法的作用,对船舶设计者所注重的结构参数(主要包括结构尺寸、布局、形式等)实施优化,确保目标值达到最优的设计过程。

1船舶建造特点1)建造周期长船舶建造项目周期长,工期都在一年以上,而且各工序之间环环相扣,必须做好全面的施工计划,确定各重大节点的目标时间,按需扩展到各个工序,配备相关作业人员,项目按计划顺利的向下开展。

2)工种类别多船舶建造项目主要分为船体、轮机、管路、电气、涂装、内装这六大类,又可细分为装配工、焊工、打磨工、管工、电工、油漆工、装修工等,工种繁多,而且工种之间联系紧密,需要良好的施工安排和协调管理,促进项目平稳的运转。

3)安全风险高船舶建造行业是高危行业,生产过程中存在大量的焊接、碳刨作业,大型分段吊装作业、高空及临边临水作业、密闭舱室的涂装作业等,都容易造成事故。

只有通过有效管理才能保证项目安全推进。

2船舶结构优化设计方法及应用2.1经典数学规划法数学规划法属于较为传统的规划理论,不过整体相对较为全面,并且具有较大的应用范畴,同时在收敛性上也有一定保障,但也存在较为复杂的计算步骤,收敛所需要的时间也比较长。

例如在针对多个变量的优化方面,就会暴露出很多应用缺陷。

目前数学规划方法在不断完善,而且充分融合了准则法,能够发挥出较多的设计优势,尤其在力学特征等方面,像选取显示逼近、有效限制、连接变量等,大幅度增加了运算速度。

舰船概念设计多目标优化和多属性决策研究

舰船概念设计多目标优化和多属性决策研究
a e i n i p o o e n pr s n n l s s I h is t g l d sg s r p s d i e e t a a y i . n t e fr t sa e,a No — o i a e o tn n tc Al o n d m n t d S ri g Ge e i g —
b i p ra hfrmut o jcieo t zt n s d f a a s i rn ia aa tr i o e pu r a p o c o l —be t pi ai t yo v l hp Sp icp lp rmees ne n e t— d i v mi o u n
标 优 化 和决 策 问题 。对 于 多 序 的 多 目标 进 化优 化 算 法 ( S A I) 求 出 N G I , Prt 优 解 , a o最 e 由这 些 P rt最 优 解 构 成 决 策 矩 阵 。基 于 信 息 熵 方 法 和 层 次 分 析 法 ( H ) 合 得 到 属 性 权 ae o A P联
rh I N G I se poe p rx aet e o P rt sl intruha vlt n r o — i m I ( S A I)i m lydt apoi t h st f ae o t o g neo i ay p t o m e o uo h uo t zt npoes ntesbeu n s g , ut a r ued c i a ig( D i ai rcs.I u sq et t e am l—ti t ei o m kn MA M)apoc s mi o h a i tb s n p rahi
客 观 地 选 择 合 理 的 主 要参 数 。 这种 综 合 方法 也 能 够 广 泛 应 用 于舰 船 其 它 设 计 领 域 。 关 键 词 :多 目标 优 化 ;多 属 性决 策 ; 合 赋 权 ; 念 设 计 ; 船 组 概 舰 中 图分 类 号 : 6 2 3 U 6 . 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :6 3— 1 5 2 0 ) 3—1 17 3 8 ( 0 8 O 4一O 4

基于改进yolov5的船舶目标识别

基于改进yolov5的船舶目标识别

基于改进yolov5的船舶目标识别摘要:随着船运流量的增加,也出现了相应的管理问题,例如对海上非法捕鱼、海盗行为、贩毒、非法货物运输的严厉打击,以及针对海上事故的救援。

因此海域管理必须依靠船只巡航以及设备的监控、检测,形成一套实时监测系统,对我国的海洋管理具有重要的理论意义和应用价值。

针对海上环境复杂多变、船舶目标检测精度不足和效率低下的问题,提出基于改进yolov5的船舶目标检测算法,在主干网络添加坐标注意力机制,以提升算法的特征提取能力;使用DIOU_Loss代替原有的损失函数,增加检测准确度和定位精度;应用GhostConv 卷积,减小模型量的同时而保持精度基本不变。

实验结果表明,相比与改进前的yolov5,改进算法的平均精度均值(mAP)、精准率(P)和召回率(R)分别提升了2.0%、1.7%、1.5%,验证了改进算法对船舶识别有很好的效果。

关键词:Yolov5网络;模型训练;目标检测;船舶识别Ship target recognition based on improved yolov5Abstract: With the increase in shipping flows comes a corresponding management problem, such as a crackdown on illegal fishing at sea, piracy, drug trafficking, illegal cargo transport, and the rescue of maritime accidents. Therefore, sea area management must rely on ship cruise and equipment monitoring and detection, forming a set of real-time monitoring system, which has important theoretical significance and application value for our ocean management. Aiming at the problems of complex and changing Marine environment, insufficient accuracy and low efficiency of ship target detection, a ship target detection algorithm based on improved yolov5 is proposed, and coordinate attention mechanism is added to the backbone network to improve the feature extraction ability of the algorithm. DIOU_Loss is used to replace the original loss function to increase the detectionaccuracy and positioning accuracy. Using GhostConv convolution, the model size is reduced while the accuracy is kept basically unchanged. The experimental results show that compared with the yolov5 before improvement, the mean precision (mAP), accuracy (P) and recall rate (R) of the improved algorithm are increased by 2.0%, 1.7% and 1.5% respectively, which verifies that the improved algorithm has a good effect on ship identification.Key words: Yolov5 network; Model training; Object detection; Ship identification当前,船舶目标检测研究可大致分为两类,一类基于传统的图像处理技术,主要是利用滑动窗口[1]的思想,获取候选区域的HOG特征[2]和SIFT特征[3]利用支持向量机[4](support Vector machine,SVM),通过图像分割、特征提取和分类识别的过程达到检测的目的。

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处 理前端 的凹部 。另 外 ,对 于某 些 问题 ,与应 用 背景 相关 的 启发 式知 识不 能获 得 ,导致 无法 正 常实施
优化 过程 。本 文对 传 统 的固定 加权 和 方法 加 以改进 ,采 用 随机 加权 方 法 ,即采 用 随机生 成 的权系 数来 代替 固定权 系数 。可 随机 生成 足够 多 的权系 数 ,克服 了固定加 权方 法对 P rt 沿形状 敏感 的弱 点 。 aeo前
典方 法将 多 目标 问题转 换 为单 目标 后求 解 。常 见 的有加 权 和法 、约 束法 、 目标规 划 方法 和最 小最 大方
法等 。冯 志强 和 程智 斌L采 用 分层 序 列法 把 多 目标 问题 转化 为 单 目标序 列 ,讨 论 了客货 船 的总 体尺 度 1 J 优 化 设计 问题 。李文 龙和 谭家 华等 采用 最小 偏差 方法 把 2 个 目标 的 问题 简化 为单 目标 问题 ,用混 沌 ] 算 法研 究 了集装 箱船 的主尺 度优 化 ,还 使用 遗传 算 法研 究 了海上 石 油储 油船 的容 量 以及 主 尺度 确定 的
优化 问题的 P rt 化解和 P rt ae o优 aeo前沿。 和固定权系数相 比, 种方 法能够找 到非凸均衡 面上所有 的 P rt 这 ae o
最优解。采用 T P I 法进行多属性决策 ( D ) 究,对 Pr o O SS MA M 研 a t 最优解给 出排序 。针对船舶概念设计 e 阶段主尺度确 定过程的多 目 标优 化问题,给出 了一艘 散装 货船 两个优 化 目 的数值 算例 计算结果表 明, 标 随机 加权和方法可以求出多 目 Pr o 标 a t 最优解集 ,和先验加权方法相 比,随机加权 方法 能为设计者提供更 e
多的选择 ;和遗传 算法相 比,现在的方法 简便 且精度 良好 。
关 键 词 :船舶、舰船工程;多 目 标优化;随机权系数;多属性决策;信息熵 中 图 分 类 号 :U 6 61 文 献标 识码 :A
0 引 言
在船 舶概 念 设计 中优 化设 计 方法 常用 于主 尺度 选取 、方案 优化 以及 技术 经济 论 证等 。事 实上 ,船 型优 化 是一个 多 目标优 化 和 多属性 决 策 的问题 。很 多 学者 对船 型优 化 问题进 行 了研 究 ,大 多是基 于经
多属性决策理论【,分别采用 T P I 刚 O SS方法理想解方法从 Prt解集中挑选 出最终满意解 。 a o e
1 理 论 分析
在 多 目标优 化 中, 由于 目标 之 间相互 冲 突 ,很 难 找到一 个 真正 意义 上 的最优 解 ,然 而存在 这样 的 解 ,它 至少有 一个 目标 是优 于其他 所有 解 的,称 之为 非支配 解 ,或 Prt ,这 些解 的集 合称 为 P r o aeo解 ae t
最优解 集 。多 目标优 化 问题 的主 要任 务是 求得 P rt 优解 集 。 ae o最 对 于 具有 个 目标 函数 的问题 ,采用 随机 加权和 方法 求 P rt aeo最优 解算 法 的具体 流程 如下所 述 。
( )随机 产生 一组权 值 w,( 1 .) 1 i i , , ,将 多 目标 问题 转换 为单 目标 问题 = 2
问题 。林焰和 纪 卓 尚等 使用 模拟 退 火 和 多 目标 规划 方法 [研 究 了船舶 主尺 度 的确 定和 优化 问题 。 J 】 5 J
传 统多 目标优 化 方法 继承 了求解 单 目标 问题 的一 些成 熟 算法 的机 理 ,但也 存在 一些 局 限性 。一些 经 典方法 ( 固定 加权 和法 )在 求解 多 目标优 化 问题 时 ,对 P rt 如 aeo最优 前沿 的形 状很敏 感 ,不 能很好
然 后采用 序列 二次 规划 算法 对 单 E标优 化 问题求 解 ,找 到全 局最 优 点 ,从而得 到多 目标 问题 的 P rt l a o e
最优 解集 。 Prt 优解 集 求 出来 之 后 ,还 须 要根 据 决 策者 的偏好 ,挑 选 出最后 的折 中解或 最 优解 ,即对 多 aeo最
改进 的多 目标优化算法及其在船舶设计 中的应用
潘 治 ,李 学斌
( 武汉第二船舶设计研究所 ,武汉 4 0 6 ) 3 0 4


对 多目标优化 问题的 固定加权和方法加 以改进,采用随机权系数方法将多 目标优化问题转换 成为单 目 标优化 问题 ,利用序列二次规划方法获得 问题的最优解。 由于权系数的随机性,多次运行能够得到多 目 标
(= ∑ )

)且 ∑W= , e1
i M
式中


i1 , . ,为 个 目标 函数 。 = , ., 2.
( )采 用试 验 设计方法 确 定初始 样本 2
5卷 1
第 2期 ( 总第 1 0期 ) 9




V 1 1 No S r l . 9 ) o. 5 . ei 1 0 2( a No
Jn . 0 0 u e2 1
2 1 年 6月 00
S P HI BUI LDI NG OF CHI NA
文章编 号:10 —8 2 2 1) 20 9 —8 004 8 (0 0 0 —0 90
收稿 日期 :20 .20 ;修 改稿 收稿 日期 :2 1.31 0 81—2 000 .0
1O O




学术 论文
属 性体 系结构 描述 的对 象 做 出全局 性 、整体 性 的评价 。 多属性 决策 方法 作 为运筹 学 的一 个分 支 ,它具 有 精确描 述评价 对象 的优 点 。 过化 多为 少和分 层处 理 , 通 直接 给 出排序 , 是一种 应用 广泛 的决策方 法 。 本文研 究 了船舶 主尺 度确 定过程 中的多 目标优 化设计 过程 ,给 出 了 Prt aeo最优 解和 前沿 。还基 于
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