为完善港口综合评价体系，突破“唯吞吐量论”单一评价模式，对世界一流港口综合评价指标体系展开研究。首先，本研究采用“主题-目标-路径-服务”分析框架对世界一流港口内涵特征进行剖析，提出以加权吞吐量、船舶服务效率、连通度、经济贡献、绿色安全水平等为核心的综合评价指标体系。然后，采用层次分析法确定各项指标权重，构建世界一流港口的模糊综合评价模型，并从全球选取34个样本港口进行综合评价，结果显示：新加坡港、上海港综合得分排名前两位，处于世界领先方阵；鹿特丹港、宁波舟山港、釜山港、青岛港等九个港口综合得分都超过80分，位居世界前列方阵。最后，从建立评价标准、加强船舶自动识别系统（AIS）应用等方面提出开展世界一流港口综合评价工作的建议。

为研究码头受限水域大型液化天然气（Liquefied Natural Gas, LNG）船舶失控下的拖船安全部署，保障港口码头作业安全，研究采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）分析方法，基于风流干扰模型，通过模拟不同工况下大型LNG船舶的漂移过程，计算水动力学参数，确定应急拖船部署策略。以温州小门岛水域为案例研究对象，重点分析Q-max LNG船舶在工况下突发失控情况的船舶运动过程，并计算了漂移距离，用于指导拖船的紧急部署。研究结果表明：通过CFD分析，能明确不同工况下的拖船应急部署策略。该研究为大型LNG船舶在港口运输中的安全提供科学支持，为港口管理部门提供有效的应急决策依据，以确保港口和航运行业的安全运营。

复杂气象海况条件直接影响船舶的航海安全，海上风速作为气象海况中的主要因素，其预测的精准性对航行安全以及航迹规划等具有重要意义。为有效提高海上风速预测的精准度，克服单一预测模型的局限性，对连云港站点海上风场数据进行实例研究，采用Adaboost集成算法融合多模型优势构建海上风速组合预测模型。分别采用BP神经网络（Back Propagation Neural Network, BPNN）、遗传算法（Genetic Algorithm, GA）-BPNN、长短期记忆网络（Long Short-Term Memory, LSTM）和鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm, WOA）-支持向量回归（Support Vector Regression, SVR）等4种时间序列预测模型进行风速预测。考虑单一模型预测效果，应用Adaboost算法对GA-BPNN模型和WOA-SVR模型进行集成，进而构建海上风速组合预测模型，并与Bagging算法集成精度进行比较。分析结果表明:Adaboost集成算法的组合预测模型均方根误差相较单一模型均方根误差降低了约13%，平均绝对误差降低了约16%，试验结果有效地验证了组合预测模型在海上风速数据预测方面的优越性，对提高航海安全性与航迹优化设计具有重要的指导意义。

为提升水上交通安全性，减少碰撞事故，提出基于复杂网络的船舶碰撞危险量化模型。通过构建复杂网络和计算关系强度反映船舶间关系，使用径向分布函数（Radial Distribution Function, RDF）分析船舶密度因素，对船舶周围的交通情况进行讨论；采用网络中心性分析船舶冲突因素；运用基于史蒂文斯幂定律的隶属度函数对密度因素和冲突因素进行整合，改进以船舶对为基础的碰撞危险量化方法。为证明模型准确性，进行实例验证并与基于船舶对叠加计算的方法对比，结果表明本模型具有一定的准确性。通过对实际水域情况的分析，讨论相应的预警机制，可用于水上交通情况的监控和危险预警。

为保障桥区通航安全，提出一种视觉与船舶自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）融合的船舶自动监测方法。基于YOLOv5（You Only Look Once version 5）目标检测算法和Canny算法提取船舶图像轮廓信息，构建桥区水域目标距离、方位和高度视觉测量模型与方法，实现船舶三维定位。利用融合视觉与AIS的船舶航行态势数据建立异常行为检测模型，自动识别、监测桥区水域危险船舶。试验结果表明：在单、多船的情况下视觉与AIS数据关联准确率分别达到98.45%、91.29%；能有效监测桥区船舶的运动状态。本研究可为保障船舶和桥梁的安全提供有效方法。

为克服基于分析型的模糊四元船舶领域（Fuzzy Quaternion Ship Domain, F_QSD）模型边界难以确定、考虑因素不充分和难以用于实际等问题，增加驾驶员人为因素对船舶领域影响的考虑，建立基于驾驶员状态的动态四元船舶领域模型，对基于分析型的模糊四元船舶领域进行改进。计算驾驶员状态的可靠度，获得船舶领域的形状函数K值并确定领域的边界，经过计算机仿真验证模型的有效性后，得到不同驾驶员状态下的船舶领域形状。结果表明：不同驾驶员状态下的船舶领域形状和领域面积是动态变化的，驾驶员状态为优秀时，船舶领域形状呈不规则菱形，领域面积最小；驾驶员状态为差时，船舶领域形状近似呈矩形，领域面积最大。相比传统的基于分析型的船舶领域，所建立的领域模型边界是动态变化的，更符合实际航行情况且灵活性更强。

为实现对航道拥塞度的预测，基于交通波理论提出一种考虑最大排队长度的拥塞度预测方法。模型基于船舶自动识别系统（AIS）数据提取交通流特征参数，结合船舶在不同水域的航行行为差异，提出航路特征区域划分方法。在此基础上，选取交通波理论中排队长度作为拥塞度评价指标，提出基于高斯过程回归的最大排队长度预测方法，实现对航道拥塞程度的预测。针对长江流域裕溪河段开展案例研究，结果表明：该航段2020年7月最大排队长度理论值为0.98 km，建立回归模型的Adjusted R²为0.88，预测最大排队长度1.34 km，与理论值误差0.37 km。该模型具有较高的可解释性，能实现对航道拥塞度的预测，本研究可为海事监管服务水平提升提供理论依据。

为解决近距离船舶避碰行动的关键问题，研究船舶碰撞会遇过程中转向避让过程，结合船舶的操纵性能，对船舶初始旋回半圆要素以及旋回角度的时间特性进行分析；通过相对运动图的分解和逆向逼近算法，得到船舶转向避让时紧迫局面距离和碰撞距离的数学模型，并且给出该模型的应用；模型应用的结果通过算例和模拟试验得到验证。研究结果表明：提出的两个距离模型可用来指导近距离时船舶避碰行动，为研究船舶碰撞危险度和建立船舶自动避碰决策系统提供理论依据。同时，根据该模型，分析对于不同船速比和不同方位的目标船，存在碰撞危险时，本船在不同的会遇阶段应该采取相应的避碰行动，也给出了近距离船舶避碰行动模式。为船舶驾驶员提供近距离船舶碰撞危险预测和船舶避碰决策支持。研究成果对船舶航行安全和航行智能化具有重要意义。

图像特征配准是船舶在内河航行中拼接生成大视场图像的关键步骤。针对传统特征匹配算法在内河航行环境图像匹配时水面特征点稀疏且效率低下的问题，提出一种基于图像超分辨率重建的特征匹配方法。对输入图像利用超分辨率生成对抗网络（SRGAN）进行超分重建，丰富图像细节信息，增加图像特征点数量。使用导向快速、旋转简短算子和增强的高效二值局部图像特征描述符进行特征点检测和描述。基于汉明距离进行粗匹配，使用改进的随机抽样一致算法（RANSAC）进一步剔除粗差、提纯内点，从而获得稳健的匹配效果。选取5组具有低能见度、光照差异、尺度变化、模糊变化和旋转变化的内河航行环境图像进行试验。结果表明：该方法通过图像超分辨率重建提取的特征点数量增加，匹配正确率（R_CM）和匹配速度均优于对比算法，满足内河航行环境图像高精度和实时匹配的需求。

随着海运量的持续高涨，港区航道船舶交通流密度不断增加，港口水域通航环境日趋复杂，港口水域船舶短时交通流预测在航道交通组织与航行安全保障中的作用愈发重要。为解决集计预测模型精度低的问题，基于进港船舶自动识别系统（AIS）数据，采用非集计的方法构建长短时记忆网络（LSTM）与历史轨迹匹配的混合预测模型，用以计算港口水域船舶短时航行轨迹，把船舶航行轨迹与进港航道断面的交叉次数作为短时航道断面的船舶流量。基于2020年6—12月宁波舟山港水域的AIS数据的验证计算显示，非集计方法的预测精度高达80%，明显高于传统的集计方法，该方法的提出为港口实施航道交通流管控策略、提高航道利用率奠定了技术基础。

在包含甩箱与甩挂两类作业模式存在异构性车队的公路港口集疏运体系内，需要开展集卡和甩挂车辆的联合调度，以实现运输结构与路径协同优化。提出考虑作业模式异构性的多车队联合调度混合整数规划模型，设计基于启发式规则的模拟退火算法进行求解，探讨不同运输需求特征对特定模式下运输总成本和作业车辆数的影响。结果显示，相较于单一集卡甩箱模式和单一甩挂货运模式，采用多车队组合模式在需求节点均匀分布的网络中执行任务，降低运输成本幅度约13.3%。此外，通过优化车队资源配置结构，多车队组合模式可减弱固变成本权重系数变化和运输需求紧凑度对总运输成本的影响。

为预测CCFI提供新的视角，将2018年1月~2023年2月中国出口集装箱运价指数美东航线（CCFI美东航线）和中国出口集装箱运价指数美西航线（CCFI美西航线）同克拉克森集装箱港口拥堵指数（CPCI）构建向量自回归模型（VAR），定量分析港口拥堵对集装箱运价的影响机制。结合VEC模型来研究变量之间长期的均衡关系。考虑到国际原油价格、进出口贸易额等都会对CCFI波动产生影响，因而在建立VAR模型前，本文采用OLS方法检验港口拥堵指数是否能独立于控制变量（布伦特原油价格、进出口贸易额）对CCFI波动产生影响。研究结果表明：1）港口拥堵导致集装箱运力和港口资源被占用，中—美出口集装箱航线上的运力分布及运输策略发生变化，继而引起分航线上CCFI出现不同程度的波动；2）港口拥堵对集装箱运价产生的影响效应会维持近三个月；3）无论美东航线还是美西航线，美国港口拥堵比中国港口的拥堵更能推动集装箱运价指数的攀升。

为明晰自我国加入世贸组织以来我国沿海主要港口的发展阶段及其特征，基于我国沿海七大主要港口2002年至2023年共计264个月的月度港口集装箱吞吐量数据，使用多元断点分析方法来予以定量研究，并利用Chow检验对定量研究结果进行可靠性检验。研究显示：我国沿海主要港口在跨度为22年的研究期中，大体可分为六大发展阶段，结合不同阶段的港口集装箱吞吐量增长特点，并考虑到2001年底我国加入世贸组织、2008年全球性金融危机爆发、2020年新型冠状病毒感染疫情防控等关键事件，可将六阶段分别命名为：快速成长期（2002年—2005年）、波动发展期（2006年—2010年）、复苏增长期（2011年—2013年）、稳定平台期（2014年—2017年）、发展分化期（2018年—2020年）和韧性增长期（2021年—2023年）。不同发展阶段呈现出不同发展特征，相关特征与各阶段我国及世界经贸形势有着密切联系。

依据典型集装箱码头装卸工艺，从运输船舶、装卸设备、堆场布置参数、装卸工作特点入手，制定了规范化的集装箱码头装卸机械能耗试验测试方法和试验参数，并依据制定的试验方法开展了集装箱码头装卸机械能耗测试试验，得到集装箱码头装卸机械能耗样本数据。运用峰度及偏度检验方法对能耗测试试验数据分布规律进行了分析和验证，依据能耗测试试验数据的统计定额和相应国家标准，结合概率论相关理论，最终得到集装箱码头装卸设备能耗限值。

船舶在靠港期间使用柴油辅机会造成大量化石能源消耗和污染物排放，利用岸电供能是很好的替代方案。针对岸电系统能源问题文章引入海上风机、岸电与氢基储能组成的混合能源系统，提出一种基于混合随机规化（SP）-信息间隙决策理论（IGDT）的氢基储能规划模型。针对海上风机出力不确定性，采用随机规划得到时序典型出力场景；针对岸电靠港船舶负荷和岸电价格概率分布难以准确刻画，采用IGDT形成双目标模型处理两者不确定性，以及引入两种不同风险策略规划模型和考虑季节性因素对其进行分析。算例结果表明，混合能源系统可提高能源利用率及互动性，为决策者提供规划依据，验证了所提模型的有效性。

随着无人船自主航行技术的发展，如何辨识船舶避碰行为成为其自主决策的关键。针对现有船舶轨迹辨识算法效率不高且存在误判等问题，提出一种基于滑动窗口算法的船舶避碰转向点数据挖掘模型，对船舶转向点进行辨识。首先通过固定滑动窗口判断船舶自动识别系统数据中相邻时刻点航向的变化特征；然后通过计算相邻时刻轨迹点的斜率变化进行验证，并标记窗口中航向变化的最早转向点；最后通过可变滑动窗口维护轨迹变化过程中航向变化及误差参数，判断该转向点是否为避碰转向点，并将模型与道格拉斯-普克算法进行试验对比。结果表明，该模型可以有效辨识船舶转向是否为避碰行为，并能解决道格拉斯-普克算法因数据波动而对转向点判断失误的问题，可以提取船舶避碰过程中的最早转向点，辅助船舶进行避碰决策。该研究成果可被用于智能避碰决策系统的研发，以保障船舶航行安全。

针对传统A*算法应用于海上风电场运维船舶路径规划时未考虑动态障碍物、水流和穿越航道等因素的问题，提出考虑航行风险、航向角约束和路径平滑的路径规划方法。在使用栅格法构建海上风电场水域环境地图的基础上，引入权重系数改变估计代价值在A*算法总代价函数中的比例，达到平衡启发式信息强度和缩短寻路时间的目的，并通过考虑含水流的障碍物风险改进A*算法的实际代价函数，提升规划路径安全性。同时在A*算法中考虑航向角约束以减少遍历节点总数，将八邻域搜索设定为符合路径走向的3个相邻节点，提取各拐点并进行通视性检查以删除路径中的冗余拐点，使用均匀B样条曲线得到平滑的规划路径。以东海大桥5号、6号风电场水域为例，建立涨潮路径规划场景，运维船舶需通过9个风机以完成运维任务；利用4个指标（路径长度、路径总风险值、遍历节点总数、拐点总数）对规划路径进行评价，以此验证改进A*算法的有效性。仿真结果表明：在涨潮场景中，改进的A*算法规划路径平滑性提升了77.69%，规划路径总风险值降低了52.83%，遍历节点总数降低了30.58%，但改进的A*算法规划路径比传统A*算法规划路径长252.89 m。

随着计算机技术的高速发展，船型优化领域出现了众多新的优化方法与流程，但目前国内依然缺少可高效集成这些方法与流程且开源免费的船型优化平台。文章基于Grasshopper（GH）可视化编程环境，构建一个集成了船型优化基本步骤的优化平台，并通过在该平台的优化流程中引入变复杂度方法，解决优化时间长、计算成本高的问题，强化了该平台的功能和优化能力。通过该平台对克里索集装箱船（KCS）的球鼻艏进行减阻优化，设计出的新船型在阻力性能表现上较原始船型更为出色，验证了该平台的正确性和可行性，也为后续扩展该平台的功能奠定了基础。

对三种肥大船型不同载况下形状因子（1+k）的确定方法及其适应性开展研究，探讨建立基于模型试验流体动力学（EFD）和计算流体动力学（CFD）组合方法的肥大船型实船功率预报方法。以某肥大型散货船为主要研究对象，分别采用模型试验和数值模拟方法确定形状因子并进行对比分析，然后采用EFD和CFD组合方法进行实船性能预报。研究表明：基于CFD获取形状因子并结合模型试验进行肥大船型功率预报，结果与实船试航结果比较接近且在误差允许范围内，验证基于EFD和CFD组合方法预报实船航速功率具有实用性和可行性。

为提供通导一体的海上遇险与安全手段，我国利用北斗三号系统区域短报文，建立北斗报文服务系统（BDMSS），历经5 a，成功推动该系统被国际海事组织（IMO）认可成为全球海上遇险和安全系统（GMDSS）服务提供方。阐述移动卫星系统申请加入GMDSS认可流程和接受国际移动卫星组织（IMSO）技术和运营评估流程；全面梳理北斗报文服务系统被IMO认可历程和接受IMSO评估历程；分析IMSO针对BDMSS的可用性，卫星备份与恢复策略，优先级机制，业务演示场景设计及额外考虑事项的评估要点。研究成果有助于了解国际组织对新移动卫星系统的认可及评估规则，对于参与A.1001（25）修订工作以及为新移动卫星系统在设计论证中充分考虑国际海事应用需求具有很好借鉴意义。

针对船舶与无人机同时运动和船舶航行不确定性的特点，建立多基站多无人机的选址路径随机规划模型。基于船舶（S策略）和无人机（D策略）构造子路径的序列插入解码算法，结合遗传算法与禁忌搜索算法，设计两阶段启发式算法。第一阶段考虑船舶运动不确定性，采用禁忌搜索算法求解基站选址问题；第二阶段基于基站选址结果，采用遗传算法优化无人机监测路径。数值试验表明，在相同的应用场景中，相比于S策略，D策略可使结果优化7%且求解时间缩短50%；当基站选址考虑船舶航行不确定性时无人机飞行距离可缩短10%。飞行距离对无人机数量配置具有显著敏感性，在2个基站3~5架无人机的场景中，每增加1架无人机，飞行距离增加15%以上；不同场景中飞行速度提升5%，飞行距离平均减少5%左右。该方法可有效生成满足运动船舶的多无人机巡检路径，为海事监管领域提供技术支持。

为应对《IMO船舶温室气体减排初步战略》和国内“3060双碳目标”，提出了适用于国内船队的减碳路线。利用船队减碳分析模型，通过定义石化燃料、甲醇燃料和氨燃料路径，分析国内某航运公司船队基于上述燃料路径的碳减排量、碳强度和碳减排成本。研究结果表明：船队基于甲醇和氨燃料路径可满足《IMO船舶温室气体减排初步战略》和国内“3060双碳目标”的要求，近期可由传统燃油船型尽快过渡到甲醇/氨燃料Ready（甲醇/氨燃料动力系统预设）船型，中远期陆续过渡到甲醇/氨燃料动力船型；绿甲醇和绿氨相比各有优势，未来中长期商业应用的多寡主要取决于绿甲醇和绿氨在可获得性、经济性等方面的差异。

研究多层级海上船舶溢油应急设备库的选址问题，对有效利用溢油应急资源，提升区域溢油应急能力，完善溢油应急体系具有重要指导意义。根据溢油风险点的分布和对溢油量的预测，结合不同层级溢油应急设备库应急服务半径、综合清除控制能力等特征，建立以不同风险水域的最佳覆盖、可靠性和时效性最强为目标的多层级海上船舶溢油应急设备库选址模型，并利用多目标粒子群优化（MOPSO）算法和非支配排序遗传算法二（NSGA-Ⅱ）对模型求解，获得帕累托最优解集。选址模型从协同救助视角出发，基于不同层级设备库应急服务能力，实现对不同风险水域的最佳多重覆盖，旨在共享应急资源，并进一步提升区域应急处理能力。

纯电动拖轮碳排放少，但其电池充电问题会导致船舶延误，从而增加港区整体碳排放成本。因此，有必要针对港口纯电动拖轮的碳减排表现进行研究，探究纯电动拖轮相较于柴油拖轮在港口作业中的碳减排效果。文章以拖轮碳排放和船舶延误碳排放之和最低为目标函数，分别建立纯电动拖轮和柴油拖轮的调度优化模型，以宁波舟山港三个港区某天数据为实例，利用Gurobi求解器寻求最优解，并将相同马力和数量的纯电动与柴油拖轮处理相同船舶时最低拖轮碳排放成本和碳排放总成本对比研究。结果表明，若仅考虑拖轮碳排放成本，纯电动拖轮相较柴油拖轮可降低碳排放成本9.5%~22.9%；若考虑港区整体碳排放成本，纯电动拖轮在处理8艘以下船舶时仍具有良好的碳减排效果，但在船舶数量超过8艘、港口繁忙时，纯电动拖轮充电问题反而会增加港口整体碳排放成本（24.68%），不利于港口减排。