船舶横向运动短期姿态预报数学建模可行性研究

传统的船舶横向运动短期姿态预报数学模型存在着预报性能低的缺陷,为此提出船舶横向运动短期姿态预报数学建模可行性研究。采用平均滤除法对船舶横向运动数据中的不良数据进行去除,完成船舶横向运动数据准备,将得到的船舶横向运动数据进行归一化处理,适应预报函数的需求,将得到的归一化的船舶横向运动数据输入到BP神经网络算法中完成船舶横向运动短期姿态的预报,实现了船舶横向运动短期姿态预报数学模型的建立。通过实验得到,构建的船舶横向运动短期姿态预报数学模型预报误差比传统模型低了21.41%,预报时间比传统模型高出3.25 s,充分说明构建的船舶横向运动短期姿态预报数学模型具备良好的可行性与预报性能。     

一种基于参数估计的自适应舰船运动预报方法

运动预报是部分舰船系统的重要组成部分。为了有效地解决这一问题,文章提出了一种基于海浪峰值频率估计的自适应舰船运动预报方法。在舰船运动与海浪激励的建模基础上,建立了基于最小二乘估计的自复位海浪峰值频率估计器。采用自回归移动平均(ARIMA)模型拟合方法预报舰船运动,并通过海浪峰值频率估计值自适应调节ARIMA模型的采样周期,提高了复杂海况下对舰船运动的预报能力。该方法与常规ARIMA模型方法、反向传播神经网络方法的仿真对比结果表明了该方法在解决舰船动态预报问题上的良好精度和鲁棒性。     

基于船舶运动信息的航行海域海浪特性预报

以船舶自身为波浪测量仪,致力于采集方便而又尽可能少的船舶运动信号以提取航行海域实时海浪特性.由于估计中不依赖原始理论计算的传递函数,不需要附带波浪采集装置,而仅利用航行中船舶运动的观测序列完成海浪谱反演,故该海浪测量方法可适应船舶自身运动参数的变化.另一方面,由于反演估计的船舶运动频率响应特性,与事先计算或以其它实验方法得到的船舶运动频率响应特性得以比较,可以深化、修正对许多不易实时测量的海浪激励状态与船舶运动响应关系的认识,并积累船舶工程研究设计所必需的相关海域海浪谱信息.     

高速集装箱船在实海域中的耐波性预报

耐波性是衡量船舶性能优劣的一个重要衡量指标.基于数值计算以及船测海浪数据,对3100箱集装箱船进行耐波性方面的预报.给出船舶具体的航行海域,结合该海域的海浪统计资料对船舶运动进行长期预报.在海浪谱的选择上,考虑到能够更加真实的描述实际海浪,计算中选择使用了方向谱.     

不同海浪谱对船舶载货系统运动响应分析的影响

本文从船舶远洋运输角度对三种典型海浪谱的特性进行了研究,利用三维势流理论对船舶频域统计进行分析,在同一气象环境参数下,分别计算了Neumann谱、P-M谱和JONSWAP谱对船舶载货系统的运动响应短期预报极值,得到了P-M谱和JONSWAP谱下设备模块运动加速度等短期预报值的相近,而Neumann谱下设备模块运动加速度等短期预报值偏小的结果。说明根据技术条件慎重选择海浪谱进行船舶载货系统运动响应分析十分关键。     

不同航态下船舶运动规律仿真研究

主要根据波浪叠加理论,采用ITTC单参数标准海浪谱对随机海浪作用下船舶线性横摇、纵摇运动进行建模和仿真研究,探讨不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)下船舶横摇和纵摇运动规律,为进一步研究船舶的减摇预报与控制打下基础。     

基于回声状态网络的船舶摇荡连续预报方法研究

回声状态网络(ESNS)是一种新型递归神经网络,可通过对有限的已知样本进行训练,建立非线性模型来预报未知样本。该算法在解决非线性问题时具有一定优势。无需知道海浪的先验信息和船舶航行姿态的状态方程,仅利用实测的船舶横摇、纵摇历史数据,寻求规律即可进行实测摇荡数据的极短期预报。仿真结果表明,该算法在预报15 s以内可达到较高的预报精度,通过预报窗口的平移,可以进行连续在线预报。     

基于回声状态网络的船舶摇荡连续预报方法研究

回声状态网络（ ESNS）是一种新型递归神经网络,可通过对有限的已知样本进行训练,建立非线性模型来预报未知样本。该算法在解决非线性问题时具有一定优势。无需知道海浪的先验信息和船舶航行姿态的状态方程,仅利用实测的船舶横摇、纵摇历史数据,寻求规律即可进行实测摇荡数据的极短期预报。仿真结果表明,该算法在预报15 s以内可达到较高的预报精度,通过预报窗口的平移,可以进行连续在线预报。     

基于二阶自适应Volterra级数的船舶运动极短期预报研究

针对随机海浪作用下船舶运动的非平稳、非线性特性,文章提出了基于卡尔曼(Kalman)滤波原理的非线性二阶Volterra级数自适应预报模型.通过把Volterra级数核向量作为状态向量,利用随机游动模型建立系统的状态方程,一步Volterra级数预报模型作为系统的观测方程,从而进一步提高了Volterra级数模型的核估计的收敛速度.同时验证了利用AIC准则对Volterra级数预报模型定阶的可行性,通过迭代法实现了自适应多步预报.仿真结果表明文中提出的基于Kalman滤波算法的自适应预报模型应用于船舶运动极短期预报是可行的,该方法在理论和工程应用方面具有重要的意义.     

短峰波中船舶运动与波浪载荷的频域水弹性理论与试验研究

传统的耐波性及波浪载荷理论与试验主要针对船舶在二维长峰波中的运动与载荷响应进行预报,然而实际海浪是三维短峰波。研究表明,基于长峰波的理论计算及水池模型试验所预报的船舶运动与载荷响应与实际情况存在一定的差异,且三维波浪的方向扩散特性是影响船舶运动与载荷响应的重要因素之一。为了研究短峰波中船舶运动与载荷响应特性及其与长峰波中响应的差异性,本文首先基于三维水弹性理论计算船舶在规则波中的频域响应,然后基于二维谱分析法将其扩展至短峰不规则波中船舶运动与载荷响应预报,进而分析短峰波方向扩散函数对于船舶运动与载荷响应的影响,最后基于实际海浪环境下大尺度模型水弹性试验数据验证理论计算结果。     

船舶横向运动受扰力与受扰力矩估计

首先建立船舶横向运动状态方程和测量方程,提出三种力与力矩的估计方法,即用中心差分法、次优估计法和最优估计法对海浪扰动下的船舶横向运动的扰动力和力矩作出估计,并加以分析比较,最后得出结论.     

船舶运动状态下极短期预报视景仿真系统研究

通过对视景仿真软件VEGA的应用,实现由船舶运动极短期预报的结果来判断民用甲板直升机是否安全起降及船舶运动姿态的视景仿真.开发了对船舶的运动数据接收、极短期预报和发送的实时程序,实现视景仿真的实时性.绘图程序实现船舶运动试验值和预报值的比较及对甲板直升机起降的判断.     

基于改进神经网络方法的船舶姿态高精度预报研究

针对船舶姿态预报精度的难题,结合船舶姿态变化特点,提出基于改进神经网络方法的船舶姿态高精度预报模型,首先对船舶姿态的数据进行采集,并对船舶姿态数据进行去噪处理,然后采用神经网络对船舶姿态变化特点进行高精度逼近,并对神经网络存在的一些缺陷进行相应的改进,最后进行船舶姿态预报的仿真实验。实验结果表明,改进神经网络提高了船舶姿态预报精度,克服了当前其它船舶姿态预报模型存在误差大的弊端,船舶姿态效果优势十分明显。     

海浪模拟视觉仿真系统与并联六自由度平台控制系统的数据通信

应用六自由度并联平台对海浪模拟运动仿真,是对船舶运动姿态及相关设备研究的基础,也是对船舶主动减摇研究的主要手段.针对六自由度平台对海浪模拟运动的仿真,提出了一种基于OSG的海浪视觉模拟系统与并联六自由度平台控制系统的数据通信的方法,应用SQL Server 2000数据库作为桥梁实现LabVIEW对海浪模拟信号的读取,并基于OPC技术实现LabVIEW与S7-300PLC数据通信.所设计的通信方法可实现上述平台之间数据的高速通信,较为优越的实现海浪模拟信号与控制系统的通信,为并联六自由度平台对海浪模拟系统进行实时运动仿真奠定基础.     

船舶动力定位系统非线性无源观测器的仿真

船舶动力定位系统是维持动力定位船舶在航行过程中的位置和方向,保证船舶姿态。为了克服环境干扰对船舶航行造成的影响,文章采用非线性无源观测器对船舶的综合位置信号进行分离,滤除船舶高频运动成分,估计出船舶低频位置和运动速度。利用控制器对低频运动进行补偿,从而较精确控制船舶姿态。仿真结果表明该非线性无源观测器的状态估计性能和滤波效果良好,船舶运动最终能稳定于目标位置,验证了该非线性无源观测器的有效性。     

应用二轴流速仪定向原理估计船舶遭遇的浪向

浪向信息对船舶安全航行至关重要.然而实际海浪是复杂的三维不规则波,目前尚无简易的浪向预报装置,驾驶者只能靠目测初步判断浪向,同时根据船舶在波浪中的运动状态逐步调整航向.本文基于"二轴流速仪定向原理",将航行中的船舶纵摇、横摇运动信息转换为二轴流速仪的输出,实现了以最少的信息采集和数据处理方法以获得基本的浪向信息,为航行中的船舶提供了一较简易、可靠的浪向估计方法.     

船舶运动极短期预报中小波基和分层数的选取

对于随机海浪作用下船舶运动所具有的非平稳性和非线性,首先运用小波多尺度理论,将运动姿态时间序列分解为若干层近似意义上的平稳时间序列,再使用时间序列模型对每层的单支重构信号进行预报,最后综合每层的预报值得到原序列的预报值.同时根据原始时间序列的功率谱分祈,由小波多尺度分析的频带划分范围确定小波分析中分解层数的选取;再根据不同小波基函数各自的特性,分析并选取适合的小波基函数,仿真结果表明,所提出的分解层数和小波基函数的选取方法提高了预报精度和预报时长.     

可控被动式减摇水舱随机控制策略研究

在"船舶-可控被动式减摇水舱"系统数学模型基础上,根据安装减摇水舱的船舶在随机海浪作用下的横摇运动特点,利用成型滤波器以及在线辨识方法对"船舶-可控被动式减摇水舱"系统横摇运动进行预报,并利用预报信息以及实时测量信号对减摇水舱内液体进行控制,实现船舶横摇运动与水舱内液体运动的相位控制,使减摇水舱在不同航态以及不同海情下均有较好的减摇效果.     

海浪预报在港口合理化运营中的应用

长时间、长周期的涌浪,对大型船舶的系靠泊及作业会产生较大影响,可靠的波浪预报数据能够为大型船舶及港口的运营提供生产决策依据。本文基于先进的海浪预报数值模式及技术手段,针对董家口港区影响船舶安全生产作业的海浪进行精细、准确的预报、预警。通过对该港区数值模拟与海浪监测站实测有效波高进行对比,两者吻合较好,均方根误差满足业务化海浪预报要求,为保障船舶系泊安全,合理进行生产调度,提高码头装卸效率提供科学指导。     

一种分解策略的船舶横摇运动姿态在线预报方法

为了解决单一预报模型对复杂的船舶横摇运动姿态时间序列建模预报困难以及支持向量机预报方法离线训练导致实时性差的问题,文中提出一种分解域船舶运动姿态在线预报方法。采用经验模式分解法对时序的不同特征信息进行分解;应用游程法将分量重构为高、中、低频三个分量;针对每个分量建立在线最小二乘支持向量机预报模型,对各分量的预报结果累加得出最终预报值。对某船横摇角时序进行了预报,结果表明,所提方法预报10s的相对均方误差在13%以内,相比于支持向量机预报模型,该模型能够有效提高预报精度和效率。