《船舶航行状态可靠性描述模型及控制方法》

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成果属于交通运输领域。由于船舶具有离岸、流动、连续运行、变工况和高海况等作业特点,其航行状态特征受外部干扰严重、提取困难,可靠性评价影响因素多、内在关系不明确,相关决策依赖主观经验、受时间空间制约严重,由此带来了一系列关键科学问题亟待解决。该项目在国家自然科学基金重点项目、欧盟第七框架计划国际合作项目等支持下,在船舶航行状态特征描述、可靠性定量评价、风险控制与决策方面取得了若干研究成果。具体科学发现如下:

(1)发现了描述船舶航行状态可靠性的关键特征和核心参数。提出噪音干扰下船舶机械系统故障特征信号提取方案、多通道异构故障特征数据融合方法以及交通流大数据反演算法,大幅提升了船舶机械故障特征提取能力、故障诊断率和船舶碰撞风险定量评价准确率。

(2)创新了系统耦合和多因素制约下船舶航行状态可靠性评价理论方法。系统解决了船舶航行安全多因素动态响应关系的参数表征、耦合系统在不同工况下的动力学响应和优化控制等问题,针对小样本异构数据建立泛化置信规则库模型,与传统方法相比精度提高15%-30%。

(3)发展了船舶推进器故障诊断欠确定性分离和船舶碰撞风险突变识别与控制方法。提出基于单通道瞬时角速度信号的经验模式分解模型故障检出率超过94.0%,建立的时空增益模型有效解决了船舶碰撞风险的突变预测和避碰决策问题。

项目发表代表性论文8篇,总引用566次,其中他引470次,SCI他引265次,单篇最高他引133次。中国工程院谢友柏院士、《Reliability Engineering&System Safety》主编Guedes Soares教授等学者对该成果给予高度评价。多位完成人在船舶航行安全、船舶状态监测等领域Web of Science数据库SCI论文数量排名全球前列。成果形成提案代表中国向国际海事组织第97届海事安全委员会提交。第一完成人获得以美国工程院院士George Apostolakis教授命名的国际概率安全评估和管理协会“青年科学家奖”(全球每年1人,第一位华人学者)。研究成果已在中国航标维护、航道疏浚等船舶得到推广,支撑了水上交通主管部门安全预警软件的成功应用。

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