【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及船舶設(shè)計(jì)與制造，具體地，涉及一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在船舶設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，試航測(cè)速是評(píng)估船舶速度和功率性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了確保測(cè)速結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，試航航線的選擇至關(guān)重要。傳統(tǒng)上，試航航線的確定主要依賴于操作人員的專業(yè)知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)，他們需要在海圖中尋找外界干擾小、風(fēng)浪條件較為平穩(wěn)且直線距離足夠的區(qū)域作為試航區(qū)域。然而，隨著船舶尺寸和復(fù)雜性的增加，以及用戶對(duì)試航數(shù)據(jù)精度要求的提高，這種依賴人工判斷和經(jīng)驗(yàn)的方法逐漸顯露出其局限性。
2、實(shí)際試航時(shí)，船舶試航區(qū)域往往覆蓋廣闊的海域，其中風(fēng)浪條件復(fù)雜多變，且存在顯著的時(shí)空差異。操作人員難以在短時(shí)間內(nèi)全面評(píng)估并篩選出滿足所有條件的理想試航航線。此外，風(fēng)浪數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率較低，進(jìn)一步增加了航線選擇的難度和不確定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的是提供一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法及系統(tǒng)，以獲取船舶試航時(shí)空內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)及浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，提供多條較優(yōu)的試航航線供用戶選擇。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案：
3、一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，包括：基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或結(jié)合優(yōu)化算法的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型；將試航區(qū)域的平面劃分為多個(gè)微單元，在所述試航區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)所述船舶的試航航線，每條預(yù)設(shè)的所述試航航線經(jīng)過(guò)所述微單元；基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合船舶試航過(guò)程中相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算預(yù)設(shè)的每條所述試航航線
4、在一些實(shí)施方式中，所述構(gòu)建風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的過(guò)程包括：基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或結(jié)合優(yōu)化算法的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型；采用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)所述初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到終止標(biāo)準(zhǔn)即得初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型；加載測(cè)試數(shù)據(jù)集對(duì)訓(xùn)練完成的所述初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型進(jìn)行測(cè)試，滿足測(cè)試精度即得所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型。
5、在一些實(shí)施方式中，所述優(yōu)化算法包括但不限于遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法，其用于優(yōu)化所述bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的初始權(quán)值和初始閾值。
6、在一些實(shí)施方式中，所述bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包含輸入層、隱藏層和輸出層，其中，所述輸入層為一層，所述輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)等于輸入?yún)?shù)的數(shù)目，所述輸入?yún)?shù)包括經(jīng)緯度范圍、時(shí)間范圍、氣溫場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、水溫場(chǎng)、水深、洋流場(chǎng)、密度場(chǎng)和地形岸線；所述隱藏層的層數(shù)為一層或多層，所述隱藏層的層數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)所述bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的性能和訓(xùn)練效率進(jìn)行調(diào)整；所述輸出層為一層，所述輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)等于輸出參數(shù)數(shù)目，所述輸出參數(shù)至少包括風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)浪高、風(fēng)浪周期、風(fēng)浪頻率、風(fēng)浪長(zhǎng)、涌浪高、涌浪周期、涌浪頻率和涌浪長(zhǎng)。
7、在一些實(shí)施方式中，訓(xùn)練所述初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來(lái)自風(fēng)浪的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)值仿真數(shù)據(jù)、物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的訓(xùn)練終止標(biāo)準(zhǔn)由誤差參數(shù)(例如決定系數(shù)、均方誤差)或訓(xùn)練次數(shù)設(shè)置，其中，所述決定系數(shù)、所述均方誤差的計(jì)算式分別見(jiàn)式(1)和式(2)，
8、
9、其中，r2表示決定系數(shù)；yi表示第i組預(yù)報(bào)值；yi0表示第i組測(cè)量值；ym表示測(cè)量值的平均值；n表示數(shù)據(jù)總組數(shù)；xmse表示均方誤差。
10、在一些實(shí)施方式中，所述將試航區(qū)域的平面劃分為多個(gè)微單元，在所述試航區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)所述船舶的試航航線的步驟，包括：在試航區(qū)域的平面內(nèi)劃分微單元并確定中心微單元，所述微單元為多邊形或圓形，所述微單元的大小能容納整個(gè)船體；以船舶試航起點(diǎn)為所述中心微單元的中心，設(shè)定所述中心微單元的中心的某一方向(例如正北方)為0°方向，順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚪嵌仍龃螅辉谒鲈嚭絽^(qū)域預(yù)設(shè)多條試航航線，相鄰預(yù)設(shè)的所述試航航線間的夾角為n°，設(shè)定所述試航航線的方向?yàn)榇棒枷颉?/p>
11、在一些實(shí)施方式中，所述基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合船舶試航過(guò)程中相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算預(yù)設(shè)的每條所述試航航線上每一微單元的風(fēng)浪增阻，累加所述試航航線經(jīng)過(guò)的所有微單元的風(fēng)浪增阻，包括：至少向所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型中輸入試航時(shí)空的經(jīng)緯度范圍、時(shí)間范圍、氣溫場(chǎng)、氣壓場(chǎng)、水溫場(chǎng)、水深、洋流場(chǎng)、密度場(chǎng)、地形岸線，以獲取試航時(shí)空內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)。
12、在一些實(shí)施方式中，所述基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合船舶試航過(guò)程中相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算預(yù)設(shè)的每條所述試航航線上每一微單元的風(fēng)浪增阻，累加所述試航航線經(jīng)過(guò)的所有微單元的風(fēng)浪增阻，包括：基于獲取的船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，在每條預(yù)設(shè)的所述試航航線上，根據(jù)預(yù)設(shè)的試航起止時(shí)間、航速，得到船舶在所述試航航線上的時(shí)間與軌跡；根據(jù)所述時(shí)間與軌跡，在獲取的所述風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)中提取船舶試航時(shí)的預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)向和浪向。
13、在一些實(shí)施方式中，所述船舶試航過(guò)程中相關(guān)的參數(shù)包括船舶特征、預(yù)設(shè)航速和其他參數(shù)；所述船舶特征至少包括水線、垂線間長(zhǎng)、型寬、舯吃水、縱傾和方形系數(shù)；所述其他參數(shù)為基于所述船舶試航時(shí)的預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)向和浪向，根據(jù)預(yù)設(shè)的試航艏向和測(cè)風(fēng)儀高度，計(jì)算船舶在所述微單元內(nèi)的相對(duì)風(fēng)速、相對(duì)風(fēng)向、真實(shí)風(fēng)速、真實(shí)風(fēng)向、參考高度處的相對(duì)風(fēng)向、參考高度處的相對(duì)風(fēng)速和浪向。
14、在一些實(shí)施方式中，所述計(jì)算預(yù)設(shè)的每條所述試航航線上每一微單元的風(fēng)浪增阻，通過(guò)風(fēng)增阻和浪增阻的計(jì)算式計(jì)算得到：風(fēng)增阻的計(jì)算式例如式(3)所示，浪增阻的stawave2計(jì)算式例如式(4)所示。
15、
16、其中，raa表示風(fēng)增阻；ρa(bǔ)表示空氣密度；caa(ψwrref)表示參考高度處的相對(duì)風(fēng)向所對(duì)應(yīng)的風(fēng)阻力系數(shù)；axv表示船舶水線以上包括上層建筑在內(nèi)的橫向投影面積；vwrref表示參考高度處的相對(duì)風(fēng)速；caa(0)表示迎風(fēng)平均阻力系數(shù)；vg表示船舶對(duì)地速度；raw表示浪增阻；rawml表示運(yùn)動(dòng)引起的阻力增加；rawrl表示波浪反射引起的平均阻力增加；ζa表示波幅；sη(ω)表示頻譜。
17、在一些實(shí)施方式中，所述基于風(fēng)浪增阻篩選試航航線，包括：統(tǒng)計(jì)預(yù)設(shè)的每條所述試航航線上不同所述微單元間風(fēng)浪增阻值的離散程度，得到預(yù)設(shè)所述試航航線上船舶風(fēng)浪增阻的平均值、最大值、標(biāo)準(zhǔn)差和方差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)；基于規(guī)劃目標(biāo)參數(shù)篩選試航航線，所述規(guī)劃目標(biāo)參數(shù)包括船舶風(fēng)浪增阻的總值大小及離散程度。
18、本申請(qǐng)第二方面提供了一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃系統(tǒng)，包括：模型構(gòu)建模塊、試航航線規(guī)劃模塊、風(fēng)浪增阻計(jì)算模塊和試航航線篩選模塊；其中，所述模型構(gòu)建模塊，其用于基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或結(jié)合優(yōu)化算法的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型；所述試航航線規(guī)劃模塊，其用于將試航區(qū)域的平面劃分為多個(gè)微單元，在所述試航區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)所述船舶的試航航線，每條預(yù)設(shè)的所述試航航線經(jīng)過(guò)若干所述微單元；所述風(fēng)浪增阻計(jì)算模塊，其用于基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述構(gòu)建風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的過(guò)程包括：
3.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述優(yōu)化算法包括遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法，其用于優(yōu)化所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的初始權(quán)值和初始閾值。
4.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包含輸入層、隱藏層和輸出層，其中，
5.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，訓(xùn)練所述初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來(lái)自風(fēng)浪的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)值仿真數(shù)據(jù)、物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
6.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，將所述試航區(qū)域的平面劃分為多個(gè)微單元，在所述試航區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)所述船舶的試航航線的步驟，包括：
7.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合
8.如權(quán)利要求7所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試航時(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和浪場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合船舶試航過(guò)程中相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算預(yù)設(shè)的每條所述試航航線上每一微單元的風(fēng)浪增阻，累加所述試航航線經(jīng)過(guò)的所有微單元的風(fēng)浪增阻，包括：
9.如權(quán)利要求8所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，
10.如權(quán)利要求9所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述計(jì)算預(yù)設(shè)的每條所述試航航線上每一微單元的風(fēng)浪增阻，通過(guò)風(fēng)增阻和浪增阻的計(jì)算式計(jì)算得到：
11.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述基于風(fēng)浪增阻篩選試航航線，包括：
12.一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，包括：模型構(gòu)建模塊、試航航線規(guī)劃模塊、風(fēng)浪增阻計(jì)算模塊和試航航線篩選模塊；其中，
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述構(gòu)建風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的過(guò)程包括：
3.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述優(yōu)化算法包括遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法，其用于優(yōu)化所述bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的初始權(quán)值和初始閾值。
4.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包含輸入層、隱藏層和輸出層，其中，
5.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，訓(xùn)練所述初始風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來(lái)自風(fēng)浪的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)值仿真數(shù)據(jù)、物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
6.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，將所述試航區(qū)域的平面劃分為多個(gè)微單元，在所述試航區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)所述船舶的試航航線的步驟，包括：
7.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)浪增阻的船舶試航航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述基于所述風(fēng)浪預(yù)報(bào)模型獲取船舶試...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁靜，代焜，劉正浩，樊濤，林源，張洋，李曉姣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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