一种有效近似建模方法及船舶耐波性代理模型构建

船舶耐波性能预报计算过程复杂,会受到诸多设计变量的影响;且采用高精度商业软件如CFD预报船舶性能的计算代价非常高。文章采用拉丁超立方方法进行了设计空间抽样。定义了一个新的综合衡准指标来表达船舶耐波性能,即短期和长期作用下船舶非工作时间百分数。考虑了船舶耐波性能中的五个运动方向：横摇、纵摇、转艏、横荡和升沉。为提高船舶耐波性能计算效率,一种有效的近似建模方法—单参数Lagrangian 支持向量回归算法被用于训练并构建代理模型以预报船舶耐波性能,且该算法是由作者在过去的研究工作中首次提出。以海洋平台支援船（OSV）为例,采用SPL-SVR算法预报船舶耐波性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络和经典支持向量回归算法进行对比。该文考虑OSV的两种速度,建立了海洋平台支援船短期作用下非工作时间百分数的耐波性能响应面模型,结果显示采用SPL-SVR算法建立的船舶耐波性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较高的计算效率。     

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。     

大型豪华邮轮在迎浪中非线性运动预报方法研究

目前工程上通常采用的线性理论耐波性预报方法尚不能够准确地预报船舶非线性运动,而全非线性理论预报又因为耗时长不能广泛应用于实际工程中。现将基于切片理论的频域线性预报方法加以扩展,考虑湿表面变化的非线性因素,在时域中求解船舶非线性运动。通过对某艘大型豪华邮轮的非线性运动耐波特性研究,对其理论计算结果与试验结果比较,表明该预报方法能够较好地评估该船的非线性运动耐波特性。给出的计算方法简便、实用,适用于船舶纵向非线性运动预报,对船舶设计阶段的耐波性能评估具有一定的工程实用价值。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

耐波性预报的数值方法

基于三维势流理论的水动力商业软件AQWA用于多种浮式结构物在波浪上运动的分析。而在国内鲜见以AQWA为平台计算船舶的运动响应,因此本文以方形系数为0.7的系列60船为例,研究AQWA是否可以用于预报船舶耐波性能,并将AQWA的计算结果与基于STF法的Seakeeper的计算结果和水池试验结果进行对比。通过对比发现,利用AQWA计算得到的船体运动响应合理地反映了系列60船的实际耐波性能,可用于船舶波浪载荷预报。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

半潜首船型耐波性能研究

半潜首船型是近期发展的减摇新船型,半潜首作为船舶的一个浮体可有效地减小船舶在风浪中的纵向运动——特别是减小纵摇运动以及首部速度、加速度诸运动参数。这对于要求有优良耐波性能的中小型快速船具有重要意义。 本文介绍了半潜首船型耐波性能的理论预报方法,并针对一具体船型计算了半潜首的设置及其形状对运动性能的影响。计算数据和实验结果的比较表明,两者吻合较好。 文中还对二维船舶水动力的数值方法作了改进。     

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。     

船舶在波浪中大幅度运动和载荷时域预报

切片理论具有其它方法无法比拟的优点,目前已成为船舶在波浪上运动和载荷计算和预报的一种常规的实用手段。本文基于扩展的切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响,在时域内计算了船舶在波浪中的运动和载荷,本文的研究对船舶设计阶段的耐波性能评估具有工程实用价值。     

大型自航绞吸挖泥船的耐波性预报

选取三维势流理论,使用SESAM软件计算大型自航绞吸挖泥船在规则波中六个自由度的运动响应,并根据线性系统的响应规律对甲板上浪和螺旋桨出水做了短期预报,在计算中考虑了短峰波和方向谱.为考察艏艉开槽对船舶耐波性能的影响,计算时选取了艏艉封口的船型作对比计算,计算结果表明艏艉开槽降低了船舶的耐波性能.     

船舶综合性能预报系统

从船舶航速预报、耐波性能和操纵性能预报的市场需求出发,分析了国内外船舶综合性能预报的现状,详细介绍了由上海船舶运输科学研究所承担,中国船舶工业集团第708所、中国船舶重工集团第702所参加开发的船舶综合性能预报系统(SPPS1.0)。该预报系统首次将计算机网络技术、母型船航速预报技术和优良船型水动力试验动态数据库有机结合起来,并应用耐波性理论、操纵性理论,建立起依托互联网,面向船舶行业,实时远程预报船舶性能的共性技术平台;开发的系统软件有效解决了数据库中核心技术资源的保密性和全行业共享应用的矛盾,具有良好实用性和预报指标的先进性。     

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。     

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。     

基于增强现实技术的船舶智能导航系统

增强现实技术AR是在计算机技术和虚拟现实技术VR的基础上发展而来的,增强现实技术利用计算机的渲染功能和传感器融合技术,以增强用户对现实世界的感知。船舶导航系统是船舶的关键组成,具有导航与通信等功能,本文基于增强现实技术对船舶导航系统进行优化,设计一种船舶智能导航系统,并重点介绍了智能导航系统的增强现实技术、数据库技术等内容。     

基于格型递归最小二乘算法的船舶运动极短期预报

在最小二乘方法(RLS,recursive least square)的基础上,提出利用格型递归最小二乘(LRLS,lattice recursive least square)算法对AR模型参数进行自适应估计.该算法为模块式的多极格型结构,降低了一般RLS算法的计算复杂度.利用实测的动态数据结合AIC准则建立自适应AR预报模型,并将该模型应用于船舶运动预报中,仿真结果表明,相对于最小二乘算法,基于LRLS算法的AR预报模型可有效提高船舶运动预报精度.     

海洋信息环境下船舶耐波性指标研究

船舶在实际海洋环境中的性能代表航行性能的优劣,通过结合海洋环境信息数据来探究船舶的耐波性能以达到对船舶辅助航行的目的,首先使用以切片法为理论的seakeeper软件对船舶耐波性进行仿真研究,获得船舶运动的传递函数和船舶纵摇、升沉、横摇有义值曲线,采用莫尔公式对模拟结果进行验证,通过数值模拟找到对耐波性指标较大的因素,根据耐波性指标衡准对船舶耐波性能做出评价,并应用统计学中的正交试验方法对耐波性的影响因素(航速、风速、航向)对耐波性指标的影响程度进行研究,使海洋环境中船舶的耐波性达到最优,从而起到指导船舶航行的目的。     

船舶运动的自适应预报

本文讨论了船舶在不规则海浪中运动的AR模型描述方法和AR模型阶的选择,并用自适应预报的方法提出了超前k步的自适应预报器。为了进一步改善预报器的性能,采用了三点平滑以及先消除周期性的确定性分量再进行自适应预报的方法。作者对一艘海船的预报与实船试验结果比较表明,本文的预报方法较理想。     

风浪联合作用下船舶耐波性能的数值模拟

在以往船舶耐波性能研究过程中,忽略了风浪环境的模拟精度,造成在不同波高环境下,耐波性模拟结果与实测数据相差较大的问题。因而,设计风浪联合作用下船舶耐波性能的数值模拟方法。采用UDF造波技术以及二阶Stokes波浪理论完成海洋风浪仿真,获取船舶实测数据,引用有限元法构建船舶模型。结合响应关系算子,实现船舶耐波性能数值模拟。构建方法应用环节,将此方法与原有2种方法在不同波高下,对测试船舶的耐波性进行模拟。通过测试结果可知,此方法的模拟精度高于原有方法。     

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.