基于ν-支持向量机的波浪中船舶操纵运动辨识建模

本文采用系统辨识方法对船舶在波浪中的三自由度操纵运动进行黑箱建模。以KCS船为研究对象,建模所需的数据由规则波中的船模回转试验获得。分别利用原始数据及经低通滤波处理后的数据,应用ν-支持向量机进行黑箱建模。进一步地,利用所建立的模型进行运动预报,并将预报结果与真实的试验值进行比较,对所提出的建模方法进行验证。结果表明,ν-支持向量机是一种可进行波浪中的船舶操纵运动辨识建模的有效方法。

基于海事规则和船舶操纵性的运动规划方法研究

文中提出了一种基于海事规则和船舶操纵性的运动规划方法.根据海事规则的要求,限制船舶转艏可行域.根据船舶推进器布局分析船舶操纵性能,并通过人工势场求取船舶转艏方向,采用计算势能的方式取代传统方法中计算合力的方式,计算船舶所需推力和转矩.将所求推力和转矩作用于船舶,得到一条包含速度和艏向信息的船舶运动轨迹.将并提出的方法与传统人工势场法进行仿真对比.结果表明:所提出的运动规划方法所规划的轨迹能够满足海事规则的要求,与传统人工势场法所规划的轨迹相比更加平滑,且满足船舶操纵性的要求,控制效果更好.

基于LSTM-RNN的船舶操纵运动黑箱建模

当无需揭示船舶操纵运动机理过程,而只需对输入输出建立映射时,黑箱建模成为一种有效途径。本文基于长短期记忆-循环神经网络(Long Short-term Memory-recurrent Neural Network,LSTM-RNN)构建船舶航向-舵角黑箱模型,LSTM网络为10-10-1结构,误差指标为RMSE,参数学习采用Adam算法。开展实船Z型操纵实验获取了航向-舵角数据。前70%用于模型训练,后30%用于模型测试。训练后的模型使得RMSE达到设计目标。对测试集数据,训练后模型拟合优度在0.98以上,表明其具有良好的有效性和泛化性。文中航向-舵角LSTM-RNN黑箱模型结构简明清晰,参数明确,易于实际操作使用,为航向-舵角关系建模提供了一种可行方法。

船舶操纵运动预报的实现及其在航行安全的应用

在恶劣海况下,船舶操纵变得异常复杂且具有挑战性。因此,船舶操纵运动预报已成为提高航行安全与效率的重要领域。准确的船舶操纵运动预报技术可以为多船避碰、靠离泊工作以及恶劣环境下驾驶训练提供技术参考,以提高航行效率和减少事故风险,还可以为智能船舶自主操纵系统奠定基础。随着信息技术的不断发展,不同船舶操纵运动预报方法被提出,这也相应拓展了船舶操纵运动预报在航行安全方面的应用研究。

船舶在波浪中的操纵运动预报

本文应用水平的随船坐标系 ,建立了船舶在波浪中的六自由度操纵运动方程。为了检验数学模型的正确性 ,进行了船舶在波浪中的操纵运动模型试验。应用上述数学模型 ,初步分析了波浪对船舶操纵性能的影响 。

船舶在波浪中操纵运动仿真

本文研究了双桨双舵船在规则波中的回转运动。首先进行了约束模型试验，得到了操纵运动数学模型中的水动力系数。然后，进行了静水中操纵运动数值仿真，并与自航模型试验结果进行了比较。最后，预报了船舶在规则波中的回转运动，对一些影响回转运动的因素进行了讨论。

长峰与短峰不规则波对船舶运动与波浪载荷的影响分析

[目的]为了研究真实三维海况短峰波中船舶运动与波浪载荷响应,克服现阶段二维长峰波假设的思路束缚,提出一种短峰波中船舶运动与波浪载荷的预报方法。[方法]基于频域谱分析法和概率统计法,预报二维长峰不规则波及三维短峰不规则波中船舶运动与载荷响应的短期及长期统计值,并分析短峰波方向函数对船舶运动与载荷响应的影响。随后,基于水池模型试验和大尺度模型海上试验,对比验证长峰与短峰不规则波中船舶运动与载荷短期响应谱及概率统计值的差异性。[结果]结果显示,在同等级海况下迎浪航行时,长峰波会夸大船舶的载荷响应统计均值,而低估真实海浪下的极值载荷;二维长峰波中的船舶运动及加速度能量集中在某一频率附近。[结论]船舶在真实三维海浪中的运动与载荷响应与二维长峰波中的响应存在显著差异,短峰波方向函数对船舶运动与载荷响应有着显著影响。

船舶在波浪中操纵运动的模型试验研究

介绍了船舶在波浪中的操纵运动船模试验的模型、方法、内容和结果 ,并对试验结果进行比较 ,据此初步分析了波浪对船舶操纵性能的影响。

船舶操纵性约束模测量系统设计与分析

为解决实验室船舶操纵性约束模实验中的测量及数据分析处理技术问题,开发组建实验测量系统,推导数据分析处理方法,以期实现约束模实验的测量与数据在线分析处理;根据前期研究经验,设计了较为完善的测量硬件系统方案;为实现约束模中精确的零相位整周期测量要求,采用光电开关利用数据采集卡的硬件触发启动功能,并给出了整数周期测量的方案;利用最小二乘拟合及傅里叶分析等方法推导给出各船舶水动力导数数据处理方法;在此基础上,作为重点编写了完整的在线测量与数据在线分析程序,主要功能内部独立实现;该系统手工介入频度低,基本实现了测量的自动化,效率得到大幅提高;最后进行实际测量验证,数据的拟合结果与测量结果符合良好,验证了该系统的可靠性;同时处理结果显示船舶附加质量导数Y同船舶惯性质量很接近,而导数Y′r,N′数值很小,近于零。

关于船舶在波浪中操纵运动计算方法的一个评注

本文回顾了船舶在波浪中操纵运动计算方法的发展历史，详细介绍了两种典型的研究方法。

基于TCN-BLSTM-TPA模型的不规则波中船舶运动预报

为了提高不规则波浪中船舶运动预报精度,将时序卷积神经网络和注意力机制双向长短期记忆神经网络相结合,建立能够挖掘时序特征并聚焦局部信息的网络结构,用于预报不规则波浪中船舶运动,并提出一种自适应粒子群优化算法用于神经网络超参数优化。以5级海况下船舶在横浪中的横摇运动和迎浪中的垂荡和纵摇为测试算例,验证该模型的有效性。研究结果表明:改进的粒子群算法增强了模型对不同提前预报时长的适应性,有效提高了模型的预报精度;在提前预报时长达到15 s时,相较于注意力机制双向长短期记忆神经网络模型,所提出模型在船舶横摇、垂荡和纵摇运动预报精度上至少提升了29%、31%和44%。该研究成果可为船舶在不规则波浪中运动短期预报提供参考。

船舶在随机波浪中操纵运动预报

将船舶操纵运动模型和船舶耐波性理论结合起来,建立了适用于求解船舶在随机波浪中运动的六自由度数学模型。该模型采用水平随船坐标系,与操纵运动有关的水动力采用经验公式估算;与耐波性相关的水动力除二阶力外采用从频域到时域的方法,其中一阶波浪力通过脉冲响应函数的卷积求取,记忆效应力由时延函数的卷积表示;对于二阶波浪力则只考虑其定常部分。最后,应用该模型对一艘集装箱船在静水、规则波、随机波下的回转运动进行了预报,并就波浪对回转运动的影响做了讨论。认为一阶力对船舶操纵运动影响不明显;在考察波浪对船舶操纵运动的影响,必须考虑二阶力的作用。

湘江株洲枢纽库尾整治河段船舶操纵运动模拟

为解决散乱浅滩弯曲河段水流条件复杂、船舶航行困难且易受浅水效应影响的问题,建立平面二维水流数学模型及船舶操纵运动数学模型,以湘江株洲枢纽库尾鱼弄子滩为例,通过实测资料验证数学模型的可靠性,对典型工况进行船舶运动数值模拟,计算相应航行参数,评估航道整治效果及通航条件。结果表明:疏浚受散乱浅滩影响的弯曲航道能有效优化航道水流流态,明显改善船舶通航条件。该数值模拟可为评估散乱浅滩弯曲航道的整治效果提供科学依据和指导。

基于船舶操纵模拟器的大型滚装船泊稳条件试验方法

为分析风、浪、流联合作用对大型滚装船泊稳性的影响,确定船舶泊稳条件,提出基于船舶操纵模拟器的大型滚装船泊稳条件试验方法。从船舶受力着手,构建基于风、浪、流效应的大型滚装船系泊运动数学模型,并将其运用于船舶操纵模拟器中,对船舶运动及船舶与系泊系统的相互作用过程进行数值模拟。以湛江港某4万t重大件滚装船为例,通过所建的仿真平台计算得到系泊船体运动量、系泊缆力和护舷反作用力,将其与OPTIMOOR软件的分析结果进行对比分析,并结合相关规范对2种环境下的船舶系泊进行安全校核,确定不可作业的风、浪、流条件。结果表明:所建立的大型滚装船系泊运动数学模型符合船舶系泊运动规律,缆绳的最大张力满足应用要求,验证了所建模型的正确性,进而证明了基于船舶操纵模拟器开展船舶泊稳条件试验的可行性。

顶浪中船舶运动的数值模拟与波浪增阻计算

基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了规则波浪的生成传播,并对顶浪中航行船舶的运动进行了模拟计算研究。讨论了数值模拟中的波浪环境表达,验证了数值波浪水池中波浪的生成、传播与消波等,模拟计算了多个航速顶浪中航行Wigley-III船模的运动与波浪增阻。将计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据相比较,吻合良好。对比和研究表明,基于数值水池的数值模拟方法比试验更易实现和控制,能细致描述船舶周围的流场,在波浪中舰船水动力性能的分析与运动预报等方面具有广阔的应用前景。

规则波浪中船舶操纵响应遭遇频率频散概念与机制

采用船舶单自由度横摇运动方程,以及纵摇与垂荡耦合摇荡运动方程,数值模拟了规则波浪中船舶操纵响应不规则摇荡运动现象。假定波浪中船舶遭遇频率具有谐波分量形式,定义了遭遇频率常量、强度和散射频率,提出了船舶遭遇频率频散概念,推导了遭遇频率的频散关系,分析得到了航速和浪向角度变化引起的两种频散机制。散射机制表明:顶浪航行时航速散射效率最高,正横浪航行时航向角散射效率最高。

舰船操纵运动时高频波浪力的算例

提出六自由度舰船波浪中操纵性计算方法 ,应用切片理论STF法及二维Frank源汇分布法研究了舰船在波浪中操纵运动时高频波浪力的计算 ,并编制程序 ,数值计算了在波浪中摇荡的一矩形剖面和某舰船的高频波浪力、附加质量 。

船舶横稳性高对操纵运动影响的四自由度仿真

基于分离建模思想建立了船舶四自由度操纵运动方程,将作用于船舶的作用力分解为船体惯性力、船体粘性力、螺旋桨推力和舵力,运用四阶龙格库塔数值方法求解了船舶操纵运动方程,探讨了初稳性高对船舶回转运动的影响,并对S-175大型船在静水中的回转运动进行了数值仿真。数值结果表明:随着初稳性高的增大,船舶的回转直径增大,稳定横倾角则逐渐减小,并且航向对操舵的响应存在一定延迟效应。

不均匀流中船舶操纵运动仿真模型及应用

本文给出不均匀流中船舶操纵运动数学模型，研究了在不均匀流中作用于船体上流体动力的估算及不均匀流场的生成，提出了不均匀流中船舶操纵运动的仿真方法。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用。

波浪中破损船舶运动的时域预报

波浪中破损船舶的运动会同时受到波浪激励和进出水的影响,而船体运动也会影响进出水过程,二者相互影响。因此,准确地评估波浪中考虑破舱进出水影响的破损船体运动是十分复杂的。论文提出采用一种基于势流理论的方法进行波浪中破损船体运动的预报,该方法假设舱内的液面水平,利用修正的伯努利方程模拟破舱进/出水,利用Ikeda`s经验公式修正阻尼系数,采用4DOF(横荡-垂荡-横摇-纵摇)相互耦合的时域方法评估波浪中破损船体的运动。文中以一艘ITTC破损稳性标模为例,研究了规则波中破损船体的运动响应;通过计算结果和模型试验的对比,验证了论文采用方法的有效性,并研究了破舱口位置对运动响应的影响。研究表明,论文采用的数值模拟方法结合合理的横摇阻尼模型,可以定量地评估破损船舶在波浪中的运动。