基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及船舶动力定位分析技术领域，公开了一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统，用于提高对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率。该方法包括：通过划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；建立最大风速求解模型；基于多个风向角度数据，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。析结果。析结果。

【技术实现步骤摘要】
基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及船舶动力定位分析领域，尤其涉及一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统。

技术介绍

[0002]随着海洋资源的开发与利用，人类已经进入海洋经济时代，对海洋资源的开发和探索也将越来越深，越来越广。在海洋环境中船舶常常要在特定需要的位置进行各种海洋作业，对设备本身的操作和定位的要求越来越高。动力定位系统由自身装备的各种传感器测量出船舶运动的位置和航向，利用计算机进行复杂的实时计算，进而控制船舶的推力装置产生推进力和力矩去抵抗由外界环境引起的干扰力，使船舶保持目标的船位和船艏向。船舶利用动力定位系统，可以在锚泊系统不起作用的深水区域进行操作，动力定位能力分析是计算动力定位系统所产生的推力所能抵抗不同角度的最大环境载荷，分析船舶的动力定位能力。动力定位能力分析不仅可作为评估动力定位系统优劣的标准，而且还是动力定位系统设计的依据。因此动力定位能力分析十分重要，无论是生产厂家、使用者还是第三方机构如船级社等都非常关心这个问题。
[0003]在进行动力定位能力分析时，传统的求解方法是在某计算角度下，逐步增加风速，通过推力分配，判断有无可行解。如果有可行解，则代表船舶能够抵抗该风速所产生的力。继续增加风速，直至无可行解产生，即得到该角度下船舶所能抵抗的最大风速。再变化到其他角度进行分析。还有一些先进的处理方法，在某一角度下，采用二分法计算最大风速，减小求解步数。二分法求解最大风速，在一定程度上提高了计算速度，但也需要迭代数次，且随着精度要求的提高，迭代次数将继续增加，使计算速度变慢。在某些情况下，船舶需要在线对定位能力进行分析，以对现场作业操作进行决策，对计算的实时性有较高的要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统，解决了对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率较低的技术问题。
[0005]本专利技术提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法，包括：通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
[0006]在本专利技术中，所述通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据步骤，包括：对所述划分规则进行划分份数提取，确定目标划分份数；通过所述目标划分份数对所述风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据。
[0007]在本专利技术中，所述基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的纵向风载荷力、横向风载荷力以及艏向风载荷力矩步骤，包括：基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的纵向力系数，通过单位纵向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行纵向作用力分析，得到单位纵向风载荷力；基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的侧向力系数，通过单位侧向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行侧向作用力分析，得到单位侧向风载荷力；基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的艏向力矩系数，通过单位艏向风载荷力矩计算公式对所述目标船舶进行艏向作用力分析，得到单位艏向风载荷力矩。在本专利技术中，所述单位纵向风载荷力计算公式如下所示；；
[0008]所述单位侧向风载荷力计算公式如下所示：；
[0009]所述单位艏向风载荷力矩计算公式如下所示：；其中，为单位纵向风载荷力，单位侧向风载荷力，为单位艏向风载荷力矩，为纵向力系数，为侧向力系数，为艏向力矩系数，为空气密度，为风速，为所述目标船舶的船体水线以上部分的正向投影面积，为所述目标船舶的船体水线以上部分的侧向投影面积，为所述目标船舶的船体长度。
[0010]在本专利技术中，所述基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数步骤，包括：基于所述基准风向角，建立目标函数，其中，所述目标函数为：
[0011]其中，为目标函数；通过所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立等式约束函数，其中，所述等式约束函数如下所示：
其中，为所述目标船舶中第个推进器的推力，为所述目标船舶中第个推进器的推力方向与所述目标船舶的纵向轴的夹角，N为推进器的数量，为第个推进器在目标船舶的纵向轴的坐标值、为第个推进器在目标船舶的侧向轴的坐标值；通过所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立不等式约束函数。
[0012]在本专利技术中，所述基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果步骤，包括：通过所述最大风速求解模型分别对每一风向角度数据进行最大风速分析，得到每一风向角度数据对应的最大风速数据；通过所述每一风向角度数据对应的最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图；通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
[0013]在本专利技术中，所述通过所述最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图步骤，包括：对所述每一风向角度数据对应的最大风速数据进行极坐标映射，得到极坐标下的极坐标点集合；对所述极坐标点集合中每一极坐标点进行连接，生成目标风速包络图。
[0014]本专利技术还提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析系统，包括：角度划分模块，用于通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；角度分析模块，用于对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；载荷分析模块，用于基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；模型建立模块，用于基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；风速分析模块，用于基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，包括如下步骤：通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。2.根据权利要求1所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据步骤，包括：对所述划分规则进行划分份数提取，确定目标划分份数；通过所述目标划分份数对所述风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据。3.根据权利要求1所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的纵向风载荷力、横向风载荷力以及艏向风载荷力矩步骤，包括：基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的纵向力系数，通过单位纵向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行纵向作用力分析，得到单位纵向风载荷力；基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的侧向力系数，通过单位侧向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行侧向作用力分析，得到单位侧向风载荷力；基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的艏向力矩系数，通过单位艏向风载荷力矩计算公式对所述目标船舶进行艏向作用力分析，得到单位艏向风载荷力矩。4.根据权利要求3所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述单位纵向风载荷力计算公式如下所示；；所述单位侧向风载荷力计算公式如下所示：；所述单位艏向风载荷力矩计算公式如下所示：；其中，为单位纵向风载荷力，单位侧向风载荷力，为单位艏向风载荷力矩，为纵向力系数，为侧向力系数，为艏向力矩系数，为空气密度，为风速，
为所述目标船舶的船体水线以上部分的正向投影面积，为所述目标船舶的船体水线以上部分的侧向投影面积，为所述目标船舶的船体长度。5.根据权利要求4所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳川，黄炜，赵宾，王岭，王福，徐凯，王小东，孟令桐，郭颖，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：