基于LS-SVM的船舶操纵性黑箱建模与预报研究

文章提出了基于LS-SVM的船舶操纵性黑箱建模方法,通过选取影响操纵性能的主要因素,利用LS-SVM建立了操纵性能的非线性回归模型,并利用回归模型对自航模回转试验进行了预报,通过试验与预报结果的对比分析表明,所建立的回归模型具有较高的预报精度,为船舶操纵性预报提供了一种新的技术手段。     

船舶运动的极短期预报试验

利用自回归模型对船舶运动进行了预报试验研究。试验结果表明,对于直升机稳定平台补偿控制系统来说,由于只需要对船舶未来极短时间内的运动进行预报,所以基于自回归模型的预报方法能满足系统的实际要求,是一种简单、可行的方法。     

引入经验模态分解的舰船运动非线性极短期预报

船舶运动的极短期预报在船舶系统、设备作业等方面具有重要的意义，采用自回归模型对船舶运动进行预报等预报效果，如精度和时间长度，与实际应用的需要还存在较大距离。在自回归（AR）数学模型中引入经验模态分解（EMD）法，利用该方法将船舶运动的时历数据以“筛分”的方式分解成几个平稳的本征模态函数（IMF），并分别建立每个IMF的AR模型，用AR模型进行预报，然后将每个IMF的预报结果相加，将各预报结果的和作为原始信号的预报结果。采用该方法进行船舶非线性极短期预报对提高预报精度有一定的积极作用。     

基于AR-EMD方法的扩展非平稳船舶运动极短期预报AR模型

准确的极短期预报技术能够提高对船舶摇荡运动敏感的海洋特种作业安全性和效率。自回归（auto-regressive,AR）预报模型由于其自适应性强、计算效率高而被广泛应用于船舶运动的极短期预报研究。但该模型基于平稳随机假设,因而在非平稳船舶运动的极短期预报中存在困难。针对非平稳船舶运动极短期预报,文章提出一种基于AR-EMD方法的扩展AR模型,称为EMD-AR预报模型。其中,AR-EMD方法是指在经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）的过程中,采用AR预报的方法处理端点效应问题。 EMD-AR预报模型将非平稳信号分解成若干平稳的固有模态函数分量及余项,然后对各个分量分别用AR模型预报,得到最终的预报结果,以此克服非平稳性对AR预报模型的影响。研究基于船舶试验数据将EMD-AR模型与线性AR模型、非线性支持向量机回归（support vector regression,SVR）预报模型进行对比分析,结果表明,AR-EMD方法能够有效处理船舶运动非平稳性对AR预报模型的影响,提高该模型的预报精度,且EMD-AR模型预报性能较线性AR模型和非线性SVR模型更优。     

基于AR-EMD方法的扩展非平稳船舶运动极短期预报AR模型（英文）

准确的极短期预报技术能够提高对船舶摇荡运动敏感的海洋特种作业安全性和效率。自回归(auto-regressive,AR)预报模型由于其自适应性强、计算效率高而被广泛应用于船舶运动的极短期预报研究。但该模型基于平稳随机假设,因而在非平稳船舶运动的极短期预报中存在困难。针对非平稳船舶运动极短期预报,文章提出一种基于AR-EMD方法的扩展AR模型,称为EMD-AR预报模型。其中,AR-EMD方法是指在经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的过程中,采用AR预报的方法处理端点效应问题。EMD-AR预报模型将非平稳信号分解成若干平稳的固有模态函数分量及余项,然后对各个分量分别用AR模型预报,得到最终的预报结果,以此克服非平稳性对AR预报模型的影响。研究基于船舶试验数据将EMD-AR模型与线性AR模型、非线性支持向量机回归(support vector regression,SVR)预报模型进行对比分析,结果表明,AR-EMD方法能够有效处理船舶运动非平稳性对AR预报模型的影响,提高该模型的预报精度,且EMD-AR模型预报性能较线性AR模型和非线性SVR模型更优。     

耙吸挖泥船拖力预报研究

在单桨船自航性能预报二因次与三因次标准方法与规范的基础上,提出一种耙吸拖力自航试验及实船耙吸拖力预报方法。选取5条不同型号的双桨耙吸挖泥船进行模型试验,分别用二因次与三因次方法对耙吸拖力进行预报。根据预报结果对三因次法中的功率因子与转速因子进行回归分析,比较两种方法的最终预报结果,验证了所提方法的合理性、有效性。     

基于SPSS技术的船舶操纵性指数K、T预报

为了提高船舶操纵性指数K、T的预报精度以便更好地评价船舶性能,采用多元非线性回归模型,利用SPSS软件对43艘商船的K、T指数实船试验结果进行了回归分析。研究了对K、T有显著影响的非线性因素,给出了两个最优回归多项式。以某杂货船为例进行了操纵性指数的预报,预报效果令人满意,K、T误差分别为4.4%和1.1%。与原有的线性模型相比,预报误差分别减小了16.4%和70.3%。该文提出的非线性模型在回归方程的显著性以及对K′、T′值的预报准确性上均较线性模型有了很大提高,对操船者在航海实践中评估船舶的操纵性能有一定的参考价值。     

耙吸挖泥船拖力预报研究

在单桨船自航性能预报二因次与三因次标准方法与规范的基础上,提出一种耙吸拖力自航试验及实船耙吸拖力预报方法。选取5条不同型号的双桨耙吸挖泥船进行模型试验,分别用二因次与三因次方法对耙吸拖力进行预报。根据预报结果对三因次法中的功率因子与转速因子进行回归分析,比较两种方法的最终预报结果,验证了所提方法的合理性、有效性。     

基于机器学习的船舶阻力预报模型研究

基于泰洛标准组剩余阻力系数集[1],采用6种经典机器学习回归预测模型,随机抽取数据集不同排列组合作为训练样本和测试样本,以测试样本的真实值和预测值的均方误差和相关系数作为不同回归预测模型的评价指标。同时在其他参数相同的条件下,对4组不同宽度吃水比做线性插值,将所得剩余阻力系数与回归模型预报结果进行比较。结果表明,回归树在所选模型中对于泰洛标准组船舶阻力预报具有较高精度和较好的泛化能力,为以后船舶阻力预报近似模型的选择提供参考。     

波浪运动补偿平台广义升沉位移的实时预报

具有波浪运动补偿功能的稳定平台可有效减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响.为了有效地进行波浪运动补偿,需要对该平台的广义升沉位移(横摇、纵摇以及升沉的耦合作用结果)进行极短时预报.本文采用时间序列分析理论中的自回归(AR)模型作为预报模型,对波浪运动补偿平台的广义升沉位移进行极短时预报.在以往的研究中,通常采用递推最小二乘法AR模型进行在线参数估计.但是采用递推最小二乘法进行参数估计容易引起参数爆发,从而影响AR模型的稳定性.针对该问题,本文采用阻尼递推最小二乘法对AR模型进行在线参数估计,并结合实验获得的平台控制点的广义升沉位移数据进行实时建模预报.仿真结果表明,采用阻尼递推最小二乘法进行参数估计能抑制参数爆发,并能提高AR模型实时预报精度.     

Application of the Grey topological method to predict the effects of ship pitching

Ship motion, with six degrees of freedom, is a complex stochastic process. Sea wind and waves are the primary influencing factors. Prediction of ship motion is significant for ship navigation. To eliminate errors, a path prediction model incorporating ship pitching was developed using the Gray topological method, after analyzing ship pitching motions. With the help of simple introduction to Gray system theory, we selected a group of threshold values. Based on an analysis of ship pitch angle sequences over 40 second intervals, a Grey metabolism GM（1,1） model was established according to the time-series which every threshold corresponded to. Forecasting future ship motion with the GM （1,1） model allowed drawing of the forecast curve with effective forecasting points. The precision of the test results show that the model is accurate, and the forecast results are reliable.     

智能船舶中环境对WSN影响分析与优化对策

根据CCS《智能船舶规范》,分析了智能船舶WSN的应用特征及现状.根据电磁波传输理论,建立了"白盒"、"黑盒"、"窗口"、"反射"、"衍射"、"地面"6种静态组网模型;根据WSN应用,建立了"微微网"、"散射网"和"混合网"3种动态组网模型,系统地将整个船舶归纳为8种典型环境,并对此环境下智能船舶WSN节点的布局给予了优化方案.     

Study of the ship design process model for collaborative design

The ship design process model is the basis for developing the ship collaborative design system under network environment. According to the characteristics of the ship design, a method for dividing the ship design process into three layers is pat forward, that is project layer, design task layer and design activity layer, then the formalized definitions of the ship design process model, the decomposing principles of the ship design process and the architecture of the ship collaborative design （SDPM） system are presented. This method simplifies the activity network, makes the optimization and adjustment of the design plan convenient and also makes the design process easier to control and change, at last the architecture of the ship collaborative design system is discussed.     

A non-geometrically similar model for predicting the wake field of full-scale ships

The scale effect leads to large discrepancies between the wake fields of model-scale and actual ships, and causes differences in cavitation performance and exciting forces tests in predicting the performance of actual ships. Therefore, when test data from ship models are directly applied to predict the performance of actual ships, test results must be subjected to empirical corrections. This study proposes a method for the reverse design of the hull model. Compared to a geometrically similar hull model, the wake field generated by the modified model is closer to that of an actual ship. A non- geometrically similar model of a Korean Research Institute of Ship and Ocean Engineering (KRISO)’s container ship (KCS) was designed. Numerical simulations were performed using this model, and its results were compared with full-scale calculation results. The deformation method of getting the wake field of full-scale ships by the non-geometrically similar model is applied to the KCS successfully.     

长洲枢纽三线四线船闸平面布置研究

为保证西江黄金水道的畅通,提高长洲枢纽的通过能力,拟在长洲枢纽一线、二线船闸基础上增建三线、四线船闸。受枢纽河段地形条件的影响,三线四线船闸仅有长洲岛右缘和外江右侧台地可供布置。为判别两处位置的优劣,采用定床整体水工物理模型试验和遥控自航船模试验相结合的研究手段,对两处位置船闸布置通航条件进行了研究,分析了工程河段水流特性,研究了船闸上下游引航道口门区和连接段航道通航水流条件和船舶航行条件,确定三线、四线船闸合理可行的工程布置方案。     

依据MBD的LNG船分段虚拟建造仿真技术

依据基于模型定义（Model Based Definition，MBD）的船舶虚拟建造技术是对船舶设计技术的创新。通过选取液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船船体分段建造的重要工艺环节，基于统一的三维模型，根据船舶建造工艺流程，在实船建造前开展基于三维模型的虚拟仿真验证，动态分析船舶中间产品的可制造性以优化工艺设计，打通船舶产品设计（Ship Product Design，SPD）三维模型在三维完整性建模设计、虚拟仿真、生产中的数据链路，形成基于三维模型的产品设计、工艺设计和建造仿真技术方案，可有效降低现场返工率、提升船舶建造效率和质量。     

长洲枢纽三线四线船闸上游航线选择研究

为配合长洲枢纽三线四线船闸工程设计,判断中江布置方案可行性和合理性,采用定床物理模型试验和遥控自航船模试验相结合的研究手段,对长洲枢纽三线四线船闸中江布置方案的上游航线的航路进行研究。通过对工程河段水流特性、汊道分流比变化的分析,找出上游航线布置存在的主要问题,结合模型试验研究3条设计航线的通航水流条件和船模航行条件,对比分析3条航路的优劣,在此基础上,提出优选航路以及上游铁路桥和公路桥通航孔增设位置方案。     

浅水条件下船舶通过船闸时的水动力性能数值研究

文章通过应用CFD方法数值模拟在浅水条件下通过船闸的船舶粘性绕流,对船舶通过船闸时的水动力性能进行了数值预报研究。通过UDF编程定义船舶的运动,使用动网格方法和滑移交界面技术进行船舶运动过程中的网格更新,计算作用在船体上的水动力,并由计算得到的水动力求得船体下沉和纵倾。为了验证所采用的数值方法,以一艘通过比利时泽布吕赫Pierre Vandamme船闸的船舶为例,在模型尺度下进行了计算,并将计算结果和佛兰德水利研究所的模型试验基准数据进行了比较。通过分析不同船速、偏心距和水深条件下的数值结果,给出了这些因素对船舶通过船闸时的水动力性能的影响。该文研究结果可为浅水条件下船舶通过船闸时的安全操纵和控制提供一定的指导。     

PMM tests in a circulating water channel and nonlinear analysis

As a result of frequent marine disasters leading to the loss of human life and pollution of vast areas of the ocean, ship manoeuvrability has become a very important characteristic of ship design. Among several recent experimental techniques to determine ship manoeuvrability, the most popular is captive model testing using a planar motion mechanism (PMM). This article describes some tests, analyses, and results of PMM tests in a circulating water channel (CWC) using a model of a training ship. The hydrodynamic forces and moments acting on a model of the training ship Shioji Maru in pure yawing motion were measured, and hydrodynamic derivatives were obtained using two different methods of analysis: singular value decomposition (a least-squares fit method) and Fourier analysis. Derivatives obtained from the tests were used to simulate the turning trajectory of the actual ship, and these were compared with the results of sea trials. The results indicate that both methods of analysis yield fairly similar derivatives. The simulation results were also found to be a close match with the trial results. Received: February 7, 2002 / Accepted: May 14, 2002 Address correspondence to: K. Shoji (shoji@ipc.tosho-u.ac.jp)