船舶航行安全是保障水路交通高质量发展的根本前提，但复杂多变的航行环境对保障船舶安全航行带来巨大挑战，船舶航行安全风险控制正从事发应急处置、事后事故分析等被动手段逐渐向事前决策、风险预警等主动风险防控的方向发展。分析了国内外船舶航行安全主动控制研究的发展现状和存在的难题，梳理了船舶航行信息感知、船端航行决策以及岸基风险预警三个方面的关键技术和工程应用实际，提出了船舶航行安全控制一体化、智能化、韧性化的发展方向，为提升船舶航行安全主动控制能力提供思路借鉴和技术参考。

长江上游河段具有河道形态复杂、弯急滩多、水位变幅大等特点，航道建设条件复杂多变。近年来国家加大了对长江上游航道建设的力度，但新建跨江大桥的工程往往面临着选址受限、跨度受限、规模受限、船撞风险高、通航条件恶化等问题，对航运的发展造成不可逆的影响，构建一套适合长江上游复杂航道的桥梁通航安全保障技术迫在眉睫。基于长江上游复杂桥梁通航条件，本文提出桥梁全周期通航安全评价体系，从规划、设计、建造、运维和拆除等五个阶段进行分析，提出适应长江上游山区复杂航道桥梁全周期通航安全保障关键技术体系。该技术可为长江上游航道复杂桥梁通航提供一定的指导，具有实际意义。

针对海上搜救力量调度决策复杂、涉及因素多和全局优化难等问题，建立海上搜救力量调度模型，并采用一种基于去重策略的第二代非支配遗传算法（DW-NSGA-Ⅱ）进行求解。详细阐述考虑目标生存概率的搜寻成功率指标（POSAS）和搜救力量到达搜寻区域时间的相关数学模型，以最大搜寻成功率、最短搜救物资到达时间和最小搜救成本为优化目标建立搜救力量调度模型；针对第二代非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）在求解搜救力量调度模型过程中因重复解多导致拥挤距离失效、全局优化差等问题，提出一种基于去重策略的第二代非支配遗传算法（DW-NSGA-Ⅱ）；以某事故为例，分别采用DW-NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅱ求解模型并比较优化结果。试验结果表明：所提出方法能充分考虑海洋环境信息、事故救援需求和搜救力量情况，制定合理有效的搜救力量调度方案，在相同的初始条件下，DW-NSGA-Ⅱ算法的优化效果优于NSGA-Ⅱ算法，验证DW-NSGA-Ⅱ在搜救力量调度中的优越性。

海洋波浪具有显著的随机性、非线性特征，有效波高预测对于船舶航行安全、航路规划等具有重要意义。改进灰狼算法（GWO）搜索机制，并将其与基于分组数据处理方法（GMDH）模型相耦合，提出一种有效波高预测模型；结合波高实测数据集验证预测模型精度，探讨模型不同输入参数的权重占比。研究结果表明：相较于经典GMDH模型，所建立的IGWO-GMDH模型预测精度更高，均方误差减小2.65%、均方根误差降低约1.35%、标准差降低2.14%；波浪特征参数与风场数据的权重占比较高，两者组合对于模型预测精度影响较大。所构建的IGWO-GMDH模型可预测分析有效波高，为船舶航行安全、航路规划与优化等研究提供理论支撑。

针对失控船舶靠泊过程冲击大、回弹难控制的问题，通过变节流主动缓冲方法解决，设计失控船舶靠泊变节流主动缓冲原理。建立该系统的数学模型，基于AMESIM搭建该系统的仿真模型，对比被动缓冲系统和主动变节流系统的仿真结果，验证变节流主动缓冲系统的有效性，分析变节流腔压力、船舶靠泊缓冲位移和速度，研究变节流阀开度和溢流阀开启压力对变节流主动缓冲性能的影响规律。结果表明：使用靠泊变节流主动缓冲系统后，船舶靠泊过程减速平缓无回弹、变节流腔无压力冲击和波动；增大变节流开度可延长变节流腔压力响应时间；增大溢流阀开启压力可延长变节流腔压力衰减时间；低速轻载靠泊工况下，船舶靠泊缓冲减速较平缓。

钦州港是北部湾最大港口之一，2022年吞吐量超过1.7亿t，集装箱吞吐量超540万TEU。目前，钦州港正在考虑采用“套泊热接”调度策略提高集装箱船的运行效率，但缺乏定量分析手段。基于AnyLogic建立钦州港集装箱船“套泊热接”和现有调度模式下的到达港口、锚地等待、进入航道、锚泊作业和离港全过程仿真对比分析模型。仿真结果表明：与现有调度模式相比，“套泊热接”调度模式可将集装箱船平均等待时间减少50.7%，港口服务船舶阈值提高19.5%。研究结果为港口管理部门制定相关政策和交通规则提供理论和数据支撑。

国际船级社协会（IACS）更新了北大西洋波浪散布图及补充要求。在对比新旧波浪散布图差异的基础上，以散货船、油船、集装箱船、矿砂船、液化气体船、汽车运输船和客船等系列主流船型作为实例，通过波浪载荷长期极值预报，分析散布图更新对船舶波浪载荷的影响。结果表明：相比原北大西洋波浪散布图，新散布图及补充要求降低了船舶的波浪载荷，不同船型的影响存在一定区别，减少幅度大致在0~40%范围内。本研究结果为新散布图下的船舶波浪载荷设计极值的确定提供了参考。

通过研究引航员排班调度优化问题，不仅能减少引航员工作时间和人力成本，而且可为引航员的教学训练提供新的方法。针对引航员排班问题，以船舶在港总等待时间、引航员总工作时间和引航员人力成本最小作为调度优化目标，建立基于单向航道的进出港船舶与引航员联合调度优化模型。结合模型设计基于革命分裂算子自适应进化策略的多目标帝国竞争算法（ICA）和变邻域算法的两阶段启发式算法进行求解。试验结果表明：该模型及算法合理有效，相较于传统的先到先服务（FCFS）调度规则，引航员的平均工作时间和人力成本分别减少了17.4%和12.4%。所提出的模型和算法可引入引航员的培训内容或教学指南，以便在实际工作中更好地整合港口多个部门的调度工作，提高港口的组织效率和服务水平，推进绿色、智慧港口建设。

内河航运作为连接国内外市场的纽带对支撑国内国际双循环起着非常重要的作用，而内河可航水域有限，且随着运输需求的增加及对水上交通服务要求的提高，内河船舶交通安全和效率问题受到越来越多关注。有必要深入探究内河交通流的规律和特性，对交通效率与安全、航道通过能力等开展研究，而交通流仿真是重要的方法之一。通过对内河船舶航行行为特征进行调研和分析，在元胞自动机模型的基础上，考虑顺直航段中船舶的汇入、驶出等船舶微观行为，制定针对不同船舶微观行为的演化规则，建立适用于内河顺直航道的交通流仿真模型，并以长江航道中部分顺直航段为例开展仿真模拟试验。结果表明：该模型可较好地模拟船舶在航道中微观行为，且模拟得到的交通流特征与实际相符。研究成果可为长江航道交通流分析、水上交通监管、航道规划和交通流预测等提供理论和技术支持。

针对商品车滚装船配送问题，考虑航次各需求港期初库存水平，提出了商品车滚装船在多个航次计划期内灵活挂靠港口的航行策略，构建了滚装船路径与配载协同优化模型，并设计了改进遗传算法求解。算例结果表明：灵活挂靠港口的航行策略可以减少1.9%的滚装船配送总成本，在同一条航线上，大型与小型滚装船往返航次燃油消耗约有4%的差异。安排不同型号的滚装船配送亦可有效降低总成本；在安全库存设置为适度水平时，船公司计划期的总成本最低。研究结论可为船公司商品车滚装船配送决策提供有益参考。

为提升无人艇路径规划在复杂海洋环境中的适用性，克服路径规划算法在动态环境中存在的运行效率低下问题，提出一种基于改进动态窗口法（DWA）的无人艇路径规划方法。首先，根据无人艇的初始位置和目标位置确定目标水域范围，将水域进行栅格化建模；其次，计算风、浪、流对无人艇产生的作用力，并结合无人艇质量将其转化为加速度，进而形成海洋环境影响下的无人艇运动学模型；接着，运用Fossen动力学模型，确定无人艇的线加速度和角加速度的最大值，从而得到无人艇的实际可达速度集合；最后，综合考虑航向、安全距离和速度要素，运用自适应权重调整算法改进DWA，规划无人艇路径。以舟山群岛附近水域为试验环境，以无人艇“智鲲”号为试验船舶，进行仿真试验验证模型的可靠性。结果表明：相较于对比算法，所提出的算法在运行时间、仿真步长、艏向的变化幅度、速度的变化幅度以及规划路径的长度等方面表现更优。改进DWA规划出的路径能更好地保障无人艇安全、快速地到达目的地，可为无人艇的自主航行性能提升和高效利用提供参考。

目前国内外仍未形成针对船舶智能避碰算法的统一测评标准体系，建立主客观结合的智能避碰算法评价方法对实现船舶智能避碰具有重要意义。提出一种开阔水域下两船避碰算法能力的综合评价方法：首先，基于对《国际海上避碰规则》和专家经验的合理量化，以合规性、安全性、经济性三个核心指标构建算法评价体系；其次，根据收集的问卷调查结果，使用层次分析法及专家估测法确定指标权重，选择合适的隶属度函数建立评价模型并开发了智能避碰算法模糊综合评价系统；最后，利用构建的评价系统对典型场景进行评测。测试结果表明：评价结果公平公正，能较客观地反映算法的优劣，并能根据评分结果提供算法的改进方向。

大型船舶在设计航速下的操纵性通常不佳，导致船舶安全航行不断面临风险挑战。与此同时，在船舶智能化、无人化不断发展的今天，大型船舶的先天操纵性不佳问题也对实现安全的船舶自主操控提出了更为严苛的技术要求。为了提升现有船舶的减速性能，文章提出了一种减速鳍装置，基于实尺度计算流体动力学（CFD）绕流阻力分析研究其减速性能，并对其减速效果进行仿真。研究表明，配备设计得当的减速鳍，可明显提升大型船舶的减速及转艏性能，从而大幅改善船舶操纵性及航行安全性。

为提高传统虚拟同步发电机控制的船舶岸电系统频率的稳定性，引入惯量和阻尼自适应变化的控制策略。首先通过虚拟同步发电机的有功功率小信号模型分析出惯量和阻尼对频率的影响，然后根据有功功率和角频率的暂态过程，列举出系统在非稳态不同阶段下惯量和阻尼的需求，以此设计一种使惯量和阻尼能随负载变化而自适应调整的控制方式，从而有效抑制岸电频率波动。仿真试验表明：与惯量和阻尼为定值的传统虚拟同步发电机控制相比，虚拟同步发电机自适应控制对岸电频率的调节有着更小的超调量、更短的调节时间和更优的调节精度，能有效改善系统的调频特性；且可以提高从岸电向船电转移有功功率的平滑程度。

随着国家“双碳”目标下内河液化天然气（LNG）燃料在能源结构中的占比不断提高，LNG水上泄漏后果成为其推广营运过程中首要考虑的风险因素。已有研究对LNG地面泄漏模型的有效性进行验证，然而与地面相比，水面与LNG之间存在剧烈的热交换过程，其对LNG泄漏后果的影响不可忽略。在已有研究成果的基础上，提出LNG水上泄漏水面传热模拟方法，耦合多相流模型、湍流扩散模型和燃烧模型等，利用大型LNG水上泄漏试验Falcon-1号试验和Phoenix-1号试验数据，引入相对偏差（FB）、几何平均偏差（MG）、几何平均方差（VG）、相对均方误差（MRSE）、归一化的均方误差（NMSE）和FAC2等统计学参数作为定量评价指标，对LNG水上泄漏后果计算模型进行有效性验证。结果表明：基于LNG水上泄漏水面传热模拟方法对LNG水上泄漏扩散和燃烧后果进行模拟时，各定量评价统计指标的取值均能满足模型有效性评价标准的要求，该模型未来可有效应用于LNG水上泄漏后果仿真模拟中，对LNG燃料内河营运相关政策的制定和其安全保障也具有重要的意义。

“公转水”是内陆运输减排路径之一，内河航运业的低碳减排受到广泛关注，内河船舶碳排放强度指标既能反映内河航运绿色化进程，也能一定程度上反映“公转水”效果，开展内河船舶碳排放强度预测也是制定内河航运新能源政策的基础。文章针对国内外前沿研究中探讨的内河航运业绿色转型问题，在分析内河船舶营运碳排放影响因素及其相互关系的基础上，运用系统动力学（SD）模型提出了内河船舶营运碳排放强度预测方法，并以长江集装箱船舶为案例验证对象，分析各情景下长江集装箱船舶碳排放强度变化趋势。论文结论显示：1) 文章构建的内河船舶营运碳排放强度预测模型通过了有效性检验，能够较为真实地反映现实系统。2) 提高船舶能效情景下，2030年和2060年碳排放强度相较于基准情景分别下降到94.04%、64.40%；优化能源结构情景下，与基准情景相比，2030年和2060年碳排放强度分别下降到92.62%、44.59%。3) 在提高船舶能效措施、优化能源结构措施、加速淘汰船舶措施和征收碳税措施的多重作用下，2030年和2060年碳排放强度分别下降到同年基准情景的87.47%、29.35%。

航运绿色发展是内河航运高质量发展的重要基础，通过分析广东经济、航运、能源和环境间的关系，运用系统动力学方法构建广东内河绿色航运系统模型并进行情景仿真，分析不同绿色情景对广东内河航运能耗和污染物排放的作用效果。结果表明：至2030年，降低运输工具单位能耗对航运业绿色效果优于能源结构；组合情景绿色效果优于单一情景，内河航运系统组合情景两种方案的节能效果分别为18.25%和36.39%；减排效果分别22.42%和50.93%；内河航运系统船舶转用低硫油情景平均降低大气污染物SO₂和NO_x的排放量约4.93万吨和6.05万吨。长期来看，广东内河航运绿色发展可基于优化产业结构，从改变能源结构、技术手段等多种策略综合实施。

为科学推动航运业绿色转型、提高航运企业环境责任意识，文章建立了一个由两家环境责任意识水平不同的航运企业组成的产量博弈模型，深入研究市场竞争过程中环境责任意识对企业绿色航运投资水平和经济效用的影响。研究结果表明，企业的最优绿色航运投资水平只受到投资本身的成本和收益影响，而与其他公司的投资水平和市场环境无关。当航运公司间环境责任意识差距过大或间接货运损益过低时，在企业竞争过程中，主动进行绿色航运转型的企业出于环境保护要求会出现生产性资源被过度侵占、经济效益降低从而失去竞争优势的情况，此时绿色航运转型意愿会被削弱。另外，为保证航运市场的总体效用随着绿色转型的深入而提高，需要控制绿色投资成本、提高绿色航运的投资回报率，减小企业绿色转型压力。最后，基于分析结果，建议政府颁布政策法规统一绿色航运标准、鼓励航运技术创新、推动行业协同与技术共享等以实现绿色转型持续推进。

综合交通清洁低碳发展对于防控与缓解危害人类可持续健康发展的大气环境问题具有重大意义，为此依据主管部门公开的铁路、公路、水路、民航、城市等5种运输方式的统计数据、可持续发展报告、污染防治规划，分别设定了铁水联运、中欧班列、高铁客运、电子不停车收费（ETC）、车用燃料质量提升、港口效率提升、海运能效提升、船舶燃油质量提升、固液散货码头污染治理减排、民航节能减排能力提升、电动公交、轨道交通等12种关于清洁低碳发展的对策情景，提出了基于燃料法-运输能耗-排放因子-替代运输量的空气污染物及温室气体减排量计算模式和基于类比及统计分析等方法的12种对策情景减排量估算方法，根据估算的2013年以来的燃油及空气污染物和CO₂的减排量，对综合交通清洁低碳发展的成效进行了回顾，针对面临的问题与挑战对综合交通清洁低碳的发展做出了展望。

我国内河水资源丰富，内河集装箱运输是内陆沿河地区运输系统的主要方式，但随着公路网规模的增加、路网结构的优化及陆运竞争加剧，导致了内河运输的费用下降，内陆集装箱运输面临巨大挑战。为更好地发挥内河水运经济、节能的作用，引导货主选择水路运输方式，文章从内陆集装箱运输系统的角度出发，将碳排放这一经济外部性通过运输总成本进行内部化，针对内河集装箱运输与公路运输的方式选择问题进行了定量分析。在低碳目标影响下，建立了基于内陆集装箱运输系统的运输方式选择均衡模型。同时，文章利用经济学方法重点分析了等运输总成本运距与其相关影响因素的经济学特征，最后用数值算例验证了模型的有效性。算例结果表明运输距离大于1 100 km时，低碳目标下货主选择水路运输更具有经济性。

针对港区沿岸工程水陆地形特殊复杂，载人测量船无法进入施测，同时部分测区限制无人机作业的情况，本文提供了一种结合无人船测深与三维激光扫描的综合测量方法。该方法在广西港区沿岸工程的实际应用表明，采用测量数据融合控制和点云精拼技术，能安全高效获取全测区高密点云数据，成果精度验证符合作业规范要求，可为其他港区沿岸工程综合施测应用提供参考借鉴。

随着2023年船舶营运碳强度指标（CII）的生效，航运公司因日益严格的要求面临经营压力。本文提出面向CII法规约束的船队优化方法，以某班轮公司8 500 TEU系列船在5条航线的排班为研究对象，考虑船队中主机油耗性能差异，对“考虑单船CII等级限制的船队排班”和“以单船无E级船舶和生物燃油最少限度使用的船队排班”两个场景进行优化。研究结果表明，本文提出的优化算法对比随机排班能够保持船队CII合规以及降低生物燃料的使用量。该研究有助于解决航运企业满足船队CII等级履约以及减少碳排放的实际需求，后续能够进一步提升航运公司对国际绿色低碳法规的应对能力。