拖船联合作业调度系统设计

拖轮智能航行系统的设计与实现
拖轮智能航行系统是一种利用先进的技术和设备，实现航行自动化、安全性和效率的新型系统。

其设计与实现需要考虑以下几个方面。

系统设计需要结合航行需求和环境。

根据拖轮的实际使用情况和使用环境，确定系统的功能需求和工作环境。

拖轮智能航行系统可能需要具备自动导航、碰撞预警、动态路径规划等功能，同时还应考虑不同海况、天气条件下的适应性。

系统设计还需要考虑拖轮的各种传感器和通信设备的选择与布置。

拖轮智能航行系统通常需要配备雷达、卫星导航系统、摄像头等各种传感器，以获取周围环境的信息。

还需要具备良好的通信设备，与其他船舶、岸基控制中心进行通信，实现信息的传递和交互。

在系统的实现过程中，需要利用先进的算法和模型来处理和分析传感器获得的数据。

借助计算机视觉算法，可以实现船舶的目标检测和识别；借助机器学习算法，可以实现动态路径规划和自适应控制。

拖轮智能航行系统还需要具备可靠的故障检测和容错处理能力。

通过对系统各个部件的状态进行监测和检测，及时发现和排除故障，确保系统的可靠性。

还需要设计合适的容错机制，以保证在出现故障时，系统的安全性和稳定性。

系统实现后还需要进行充分的测试和验证，确保系统的稳定性和性能。

通过模拟真实环境下的操作和控制，测试系统的各项功能和性能指标，同时还可以进行一些特殊情况下的应急演练，以验证系统的应对能力。

拖轮智能航行系统的设计与实现是一个复杂的过程，需要综合考虑航行需求、环境、设备和算法等多个方面。

通过科学合理的设计和实施，可以提高拖轮的自动化水平，提升工作效率和安全性。

拖轮智能航行系统的设计与实现拖轮是一种用于推动船只或其他船只的牵引船只的特殊船只。

在航行时，拖轮需要依靠船长和船员的操作来控制方向和速度，而在复杂的海上环境中，这种操作可能存在一定的风险和困难。

为了提高拖轮的航行安全性和效率，拖轮智能航行系统应运而生。

本文将介绍拖轮智能航行系统的设计与实现。

一、拖轮智能航行系统概述拖轮智能航行系统是基于现代科技手段的航行辅助系统，旨在提高拖轮的航行安全性和效率。

该系统主要包括感知、决策和执行三个部分，通过集成先进的传感器、数据处理技术和自主控制算法，实现对船只周围环境的感知、船舶运动状态的分析和航行路线的规划。

1. 感知系统设计拖轮智能航行系统的感知系统主要包括雷达、GPS、摄像头等传感器装置，用于获取船只周围环境的信息和实时监测船舶运动状态。

雷达用于探测远距离目标，GPS用于定位，摄像头用于监控船只周围的情况。

2. 数据处理与分析感知系统获取的信息经过数据处理与分析，包括目标船只的跟踪、环境状态的识别和动态参数的计算。

这些信息为决策系统提供决策依据。

3. 航行决策与规划决策系统根据数据处理与分析得到的信息，对船只周围环境进行评估和分析，制定安全、高效的航行策略。

这包括船只的航行路线规划、避障和避碰决策等。

4. 自主控制系统设计执行系统根据决策系统的指令，对拖轮进行自主控制，包括航向控制、速度控制、船舶靠泊等操作。

在拖轮智能航行系统的实现中，需要充分考虑系统的可靠性、实时性和安全性。

1. 系统硬件的选择与布局在系统的硬件选择上，需要选择性能稳定、精度高的传感器和控制设备，确保获取的信息准确可靠，并且对船只进行精准的控制。

系统的布局也需要合理，以确保传感器的覆盖范围和自主控制装置的有效作用范围。

2. 系统软件的开发与优化系统软件的开发需要根据系统的功能需求进行开发，包括数据处理与分析算法、航行决策与规划算法、自主控制算法等。

并且需要对软件进行优化，确保系统具有较高的实时性和可靠性。

拖轮智能航行系统的设计与实现一、引言拖轮是一种重要的水上交通工具，广泛用于港口和航运业，其主要功能是协助大型船只进出港口、进行船舶拖曳和辅助作业。

为了提高拖轮的航行效率、安全性和自主性，拖轮智能航行系统应运而生。

这种系统利用先进的传感器、通信和控制技术，使拖轮能够实现自主导航、智能避碰和自动靠泊等功能。

本文将介绍拖轮智能航行系统的设计与实现过程，包括系统架构设计、传感器选择、路径规划、控制算法和实际应用等内容。

二、系统架构设计拖轮智能航行系统的设计需要考虑到拖轮的特点和航行需求，主要包括以下几个方面：1.自主导航功能：拖轮需要能够根据预定的路径和环境变化进行自主导航，包括航向控制、航速控制和航行路径规划等功能。

2.智能避碰功能：拖轮需要能够识别周围的船舶、浮标和障碍物，并根据自身航行状态进行智能避碰，以避免碰撞事故发生。

3.自动靠泊功能：拖轮需要能够利用定位系统和自动控制技术实现自动靠泊，以便于在狭小的船坞中进行作业。

基于以上需求，拖轮智能航行系统的架构设计应包括传感器模块、控制模块和通信模块等部分。

传感器模块用于获取周围环境的信息，包括GPS、雷达、相机和测距传感器等；控制模块用于实现航行控制、避碰控制和靠泊控制等功能；通信模块用于与船舶、岸基站和其它拖轮进行通讯，以实现协同作业和数据交换等功能。

三、传感器选择传感器是拖轮智能航行系统的关键组成部分，合理选择和布置传感器对于实现自主导航、智能避碰和自动靠泊等功能至关重要。

在传感器选择时需要考虑以下几个方面：1.环境感知：环境感知是拖轮智能航行系统的基础，需要选择具有一定范围和分辨率的传感器，如GPS用于定位、雷达用于船舶和障碍物探测、相机用于视觉识别等。

2.数据融合：传感器数据的融合对于提高环境感知的准确性和可靠性至关重要，需要利用数据融合算法将多传感器数据进行融合处理，以获取更准确的环境信息。

3.灵活性和鲁棒性：传感器的选择需要具有一定的灵活性和鲁棒性，能够适应不同的天气条件和环境变化，如防水、抗震、耐高温等。

2640KW拖轮设计任务书拖轮船型以公司现有2160KW拖轮为基础，主机功率与现有2640KW拖轮相同或相近，进行改进。

船舶设计贯彻经济适用的原则，控制好船价，提高自动化程度，改善船员的工作生活环境。

设计单位应在充分研究、掌握现有2160KW拖轮和2640KW拖轮的前提下，开始设计工作。

一、总体部分（一）用途与分节驳船组成拖驳船队，承运原油。

（二）航区本船航行于长江A、B级航区。

主要航区：南京至城陵矶。

兼顾航区：长江宜昌以下其他航段。

（三）主尺度1、总长：45.5米，建议适当缩短，以提高船舶操纵性。

2、总宽：13.7米。

3、吃水：现有2160KW拖轮是3.1米，能否增加到4.0米，在综合评估拖驳船队情况后定。

（四）船级与规范1、本船满足法规和CCS规范与指南要求1.1钢质内河船舶建造规范（2016）1.2内河船舶法定检验技术规则（2011）及修改通报1.3内河船舶入级规则（2012）及修改通报2、满足石油公司检查要求2.1中石化检查要求。

2.2中海油检查要求。

2.3中石油检查要求二、主要性能与船体（一）主要性能1、与公司4000吨分节驳组成16000吨拖驳船队。

同时，兼顾与公司目前5000吨分节驳和3500吨分节驳组队。

2、参考现有2160KW拖轮船体和舱室布置。

3、船舶顶推架以下，不与驳船接触部位改成流线型。

4、上层建筑呈宝塔型，逐层减小（参考武汉公司6000马力拖轮）。

各层层高可适当减小（考虑洪水期拖轮高度受限，建议在长江62036轮总高度基础上再减1米（但要充分考虑驾台视线），其中驾台顶高可降0.5米，其他各层生活舱室减0.2米左右，主要从天花板方面考虑。

），横向略呈流线型，达到减小迎风面阻力，提高稳性的目的。

（在历史最高水位，倒桅后应能过武汉大桥。

）5、船舶在常态吃水保持一定的首部下倾，尾部上翘，实际运行中油耗低。

6、与配套驳船组成的拖驳船队EEDI不仅满足相关要求，比基线值降低30%以上。

船舶监控调度系统解决方案行业背景：我国是个航运大国，江河、海洋资源非常丰富。

航运业在我国高速发展的经济中得到了长足的进展，但在航运业飞速发展的同时，因船舶私营化的扩大和管理体制的老化，船舶管理的弊端也逐渐凸现出来，如：航运管理不完善、资源浪费、效率低下。

因此，如何利用有效的手段将船舶管理上升到有序、合理、高效的管理层面上来成为航运企业的当务之急。

随着航运发展对信息化管理的迫切要求，船舶监控调度系统在我国航运和海事管理上得到了逐步的应用。

行业现有产品的特点是功能比较单一，不具备远洋通信和应急求救告警功能，船舶终端和监控管理终端之间在线信息交换量小，且建设平台均基于单独的航运企业内部，相对封闭，标准不统一，各系统未实现互联互通。

而我们船舶监控调度系统的扩展性强，可以接入多种船载终端设备，实现互联互通，船载卫星通信终端设备FR388也填补了国内不能远洋通信和应急求救告警功能的空白，解决了航运企业远洋管理、指挥、调度的实际需求。

一、系统概述船舶监控调度系统是我公司依托自身多年专业积累，因应国家海洋船舶管理现代化建设需要，面向海洋商船、渔船、运输船、施工船、执法船等多种船舶而开发的，集定位、告警、通信、监管、指挥调度功能为一体的综合型船舶监管系统。

该系统由GPS卫星定位系统、智能卫星通信系统、通讯传输网络、监控中心、船载终端设备、数据采集系统等部分组成，采用世界领先的GPS卫星定位技术、智能卫星通信技术、GIS地理信息技术及管理信息系统技术，其各种性能指标均居国内先进水平。

能实现全天候、大范围、多船舶的实时定位、目标锁定跟踪、指挥调度、改进船舶运行管理，提供一个直观的图形化控制平台，在全球范围内实现高效船舶监控和指挥调度。

二、系统平台的功能模块：1.船舶管理2.船舶监控3.求救管理4.日志管理5.统计管理6.系统管理三、系统平台的主要功能介绍（一）船舶动态信息监控管理1、船舶实时定位24小时连续不断提供被监控船舶的位置信息，可通过对船舶点名查看、设置状态、定时发送、报警发送等多种方式获得静态或动态数据信息。

拖轮智能航行系统的设计与实现
随着科技的不断进步，航行系统的智能化成为航行领域发展的新趋势。

拖轮智能航行系统的设计与实现，不仅可以提高拖轮的运行效率和安全性，还能为船舶提供更加稳定和便利的拖运服务。

2. 拖轮控制系统：拖轮智能航行系统需要能够对拖轮进行精确的控制，包括舵角、推进力等。

可以采用电子舵柄、电子推进器等设备，通过拖轮智能航行系统进行控制。

3. 路线规划：拖轮智能航行系统需要能够自动规划最佳的航行路线。

可以通过引入路线规划算法，考虑到目标船舶的位置、航向等信息，实现最佳路线的规划。

4. 防碰撞系统：拖轮智能航行系统还需要具备防碰撞功能，即在遇到其他船舶或障碍物时能够自动避碰。

可以通过引入雷达、红外传感器等设备，实现对周围环境的感知，并在必要时进行避碰操作。

5. 状态监测与预警：拖轮智能航行系统需要能够对拖轮的状态进行实时监测，并在出现异常情况时给予预警。

可以通过引入传感器，对拖轮的各种参数进行监测，如温度、压力、震动等，当发现异常情况时及时预警。

拖轮智能航行系统的实现需要借助现代化的信息技术和通信技术。

可以搭建一个集成化的航行管理系统，将传感器、控制器、通信设备等连接在一起，并通过网络进行数据传输和系统控制。

还可以利用人工智能、机器学习等技术，对拖轮智能航行系统进行优化和改进。

通过建立拖轮智能航行系统的数据模型，对航行环境进行分析和预测，以实现更加智能化的船舶控制。

第20卷 第5期 中 国 水 运 Vol.20 No.5 2020年 5月 China Water Transport May 2020收稿日期：2020-03-30作者简介：韩 光（1981-），男，烟台港引航站一级引航员。

船舶引航调度系统设计韩 光（烟台港引航站，山东 烟台 264000）摘 要：本文在总结引航调度的组织方式和职能的基础上，研究了引航调度的数据流程，确定了调度系统的模块，并详细分析了个模块的功能. 最终建立了引航调度的数据模型，并对数据模型进行了详细分析，总结了引航调度系统开发的注意事项，对引航调度系统的设计与实现有一定参考价值。

关键词：引航调度；系统架构；引航作业；数据模型中图分类号：U692 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）05-0037-02引言随着全球经济的发展，海运业务量持续走高，作为船舶进出港重要的业务之一，引航肩负着部分重要船舶进出港口的操纵，对港口的安全和发展起着重要的作用。

引航调度负责船舶、引航员、代理、码头及其他相关部门的协调沟通，是引航业务组织的核心。

引航调度直接关系到船舶作业的效率以及引航员的的疲劳程度。

由于引航从业人数少，发展历史短，我国对船舶引航调度的研究尚不够深入[1]。

文献[2]从港口组成区域的协同管理机制入手，分析了我国港口引航调度系统在协同管理机制上的现状及不足，探讨了完善我国港口的引航调度系统的方法。

文献[3]对构建引航综合业务平台进行了初步探索。

文献[4]基于模糊综合评价和层次分析法构建了综合评价模型；实现了对大连港引航调度工作效果的综合评价。

文献[5]研究了协同管理的基本思想和方法，提出了建设协同管理机制的解决方案。

文献[6]介绍了一种引航辅助决策方案，用户可以方便查询船舶引航安全相关的数据。

一、引航调度模式与职能分析引航调度是引航员、引航船舶、引航艇、引航员接送车队、港口码头、海事局等的主要协调部门，同时引航调度部门与引航站内部的引航科、安全技术科、财务科等直接联系，是负责引航作业数据的直接记录部门，引航作业数据的准确性直接关系到引航费、引航员考核等财务数据的准确性。

拖船动力系统的设计与优化一、引言拖船作为一种特殊的船舶类型，其主要任务是拖曳其他船只或物品。

在各种航道条件下，拖船的动力系统设计和优化对其性能、效率和可靠性至关重要。

本文将探讨拖船动力系统的设计与优化方法。

二、拖船动力系统的基本组成拖船的动力系统主要由发动机、传动装置、推进器和控制系统组成。

发动机通过传动装置将能量传递给推进器，推进器则将能量转化为推力来驱动拖船运动。

控制系统则用于控制和调节拖船的运行状态。

1. 发动机选择和布置在选择拖船的发动机时，需要考虑拖船的应用场景和工作负荷。

常见的发动机类型包括柴油机、天然气发动机和电动机等。

柴油机具有高功率和高效率的特点，天然气发动机则具有较低的排放和燃料成本。

电动机则适合低功率和环保的应用场景。

在发动机的布置上，常见的方式包括直立式和柴油机-电动机推进系统。

直立式布置将发动机安装在船舶的中央位置，可以提供良好的稳定性和操纵性；柴电推进系统则将发动机安装在船舶两侧，以减小振动和噪音。

2. 传动装置的设计和选择传动装置用于将发动机输出的能量传递给推进器。

常见的传动装置包括液力偶合器、齿轮传动和电传动等。

液力偶合器能够提供平滑、无级和可调的传动特性，适用于大功率和高转速的应用；齿轮传动能够提供高效率和大扭矩输出，适用于中低功率的应用；电传动则具有环保和可靠性高的特点，适用于低功率和船舶耗能较低的应用。

3. 推进器的选择和优化推进器是将能量转化为推力的关键部件。

常见的推进器类型包括螺旋桨、喷水推进器和舵桨等。

螺旋桨具有高效率和较低的噪音特点，适用于大功率和长航程的应用；喷水推进器则具有较高的加速性能和操纵性，适用于高速和急促变向的应用；舵桨则具有灵活性高和良好的操纵性能，适用于狭窄水道和有限空间的应用。

三、拖船动力系统的优化方法拖船的动力系统优化是为了提高其性能、效率和可靠性。

以下是几种常见的优化方法：1. 动力系统模拟与优化设计通过数学模型和计算机仿真，可以对拖船的动力系统进行全面分析和优化设计。

海上拖曳绞车调速控制设计I. 绪论1.1 研究背景和意义1.2 研究目的和内容1.3 论文结构安排II. 海上拖曳绞车调速控制技术研究2.1 海上拖曳绞车的基本结构2.2 常用的调速控制技术2.3 影响调速控制的因素III. 基于PID的海上拖曳绞车调速控制设计3.1 PID控制原理3.2 控制器的参数调整方法3.3 在海上拖曳绞车中的应用IV. 基于模糊控制的海上拖曳绞车调速控制设计4.1 模糊控制原理4.2 模糊控制器的设计4.3 对海上拖曳绞车的应用V. 海上拖曳绞车控制系统的性能分析和实验验证5.1 性能参数分析5.2 实验设计和实施5.3 结果分析和讨论VI. 结论与展望6.1 结论归纳6.2 研究不足和展望6.3 研究成果的应用前景和意义附：参考文献一、绪论1.1 研究背景和意义随着海洋工业的发展，海上拖曳设备的使用越来越普及。

海上拖曳绞车作为一种重要的海上设备，广泛用于船舶、海底工程等领域。

它的作用是通过拖曳绞车绳索，将船舶、海上平台和大型设备等物品拖曳至目的地。

然而，在海上使用拖曳绞车时，由于海上风浪和船体的晃动等因素的影响，经常会产生拉力波动和绞车速度不稳定的情况。

这种情况不仅会影响拖曳负载的安全性和稳定性，还会导致设备的损坏和故障。

因此，为了提高海上拖曳绞车的安全性和稳定性，必须对其调速控制进行研究和优化。

1.2 研究目的和内容本论文的研究目的是设计一种基于PID控制和模糊控制的海上拖曳绞车调速控制方法，以提高拖曳设备的性能和稳定性。

本文的主要研究内容包括以下方面：（1）海上拖曳绞车的基本结构和调速控制技术研究。

（2）基于PID控制的海上拖曳绞车调速控制器设计和参数调整方法研究。

（3）基于模糊控制的海上拖曳绞车调速控制器设计和模糊规则的建立。

（4）通过性能参数分析和实验验证，评估调速控制系统的性能和稳定性。

1.3 论文结构安排本论文共分为六章。

除了绪论之外，章节安排如下：第二章介绍了海上拖曳绞车的基本结构和常用的调速控制技术。

拖船联合作业调度系统设计周志玉【摘要】本文利用高精度定位、无线网络、动力分配和船舶运动等技术设计了拖船联合作业调度系统,该系统能对各个拖船及被拖船舶进行精确定位和拖航,实现拖船作业过程的实时监控及指挥调度.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2014(034)003【总页数】3页(P27-28,32)【关键词】拖船;联合作业调度;高精度定位;无线网络【作者】周志玉【作者单位】江苏省产品质量监督检验研究院,南京210007【正文语种】中文【中图分类】TP273随着现代化港口的飞速发展[1]，来港船舶越来越趋大型化、多样化，特别是在航班密集的情况下，港口水域通航密度相当大，使原来可供航行的狭窄水域变得更加狭小，大型船舶自主操纵的能力受到很大的限制[2]。

为了更加安全和有效地完成大型船舶的靠泊过程，大型船舶在港口的操纵越来越多地依赖于拖轮、侧推器等的协助，而拖轮作为大型船舶港内操纵和靠泊过程中不可或缺的工具，所起作用日益显著；如何利用拖轮更好的对大型船舶进行有效拖航和精确定位，是拖船操纵领域研究的热点问题之一，引起人们广泛关注。

本文设计的拖船联合作业调度系统以计算机网络平台为基础，能对各个拖船及被拖船舶进行精确定位和拖航，实现拖船作业过程的实时监控及指挥调度。

1.1 系统组成系统由以下子系统组成：计算机网络系统；拖船联合作业调度系统；拖船作业编队共由5条拖船组成，其中一条作为指挥船，指挥船负责协调其他4条拖船的作业过程。

1.2 网络结构设计网络示意图如图2所示，其中硬件系统由RTK GPS基站、RTK GPS信标机、计算机工作站和无线路由器及配套天线构成。

网络拓扑图如图3所示，其中网络结构为菊花链，网络协议为802.11a/b/g，网络带宽为10/46 Mbps，网络覆盖范围不低于5 km。

1.3 定位方式及定位精度设计为了获得高精度的定位数据，系统设计安装1套RTK GPS基站，用于为船舶提供高精度差分数据。

船舶调度管理系统建设思路传统的船舶管理方式存在着船岸脱节现象，信息滞后、监控乏力、反应迟缓等是存在的主要弊端。

因此需要建立一套船舶调度管理系统，实现岸上公司对船舶动态信息及时、全面的远程监控与管理。

系统主要实现以下功能：一、无线视频系统1、功能概述（1）有助于了解对货物的堆垛、绑扎等存放情况；（2）实时直观了解船舶航行信息，以及目标位置；（3）方便与船舶工作人员对话；（4）增强船舶调度功能，对突发事件能即时进行应急。

2、设计描述远程无线视频监控系统由船载前端设备（前端摄像机、报警终端、拾音器、硬盘录像机）、后台管理软件和通讯链路（海事卫星或移动运营商的3G/4G网络）组成。

前端设备支持定时抓拍船上图像回传，以及岸上公司实时预览或回放，满足不同层次的管理需求。

（1）摄像头安装位置（可根据船舶结构改动镜头的位置和数量）➢监控点1：智能球机安装在甲板上空，360度全方位查看甲板上的实时情况；➢监控点2：安装在船的左铉对着甲板左侧，能看到甲板左侧实时情况；➢监控点3：安装在船的右铉镜头对着甲板右侧，看到甲板右侧实时情况；➢监控点4：安装在驾驶仓内，可实时查看相关人员操作情况及进行可视对讲。

（2）通讯方式➢现有船站通讯（带宽最高64K，资费约3.8美元/M）；➢海事宽带（带宽最高432K，资费约10元/M）；➢移动运营商3G/4G网络（带宽最高150M，资费约0.05元/M）；由于海运公司船舶目前主要从事内支线运输，距离岸线不远，从网络覆盖、网络带宽和资费来看，3G/4G网络最合适，但具体应用效果需进行实际测试后才能评估。

二、船舶位置监控1、功能概述（1）可视化集成：基于电子海图的可视化信息集成；（2）查询船舶位置：通过船名、IMO、MMSI、呼号等信息查询船舶的位置；（3）历史轨迹：查询1-2个月的船舶航行轨迹；（4）船队管理：通过定制和D+船队等，简单方便的管理船队；（5）到离港提醒：向用户的推送船舶到离港提醒；（6）海洋气象：温度、气压、风向、风速、海浪、能见度等信息的显示和查询；（7）TTS语音输入：可由调度监控中心向终端货船设备发出的语音消息。