一种基于高低频分离的随船波浪测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于高低频分离的随船波浪测量方法，包括：开展针对浮式海洋平台的水动力模型实验，建立海洋工程模型试验数据集，对数据集中的数据进行预处理；建立波面升高线性计算模型，进行波面升高线性推算；将波面升高线性推算结果和平台六自由度运动响应分别进行高低频分离，将信号分解为高频信号和低频信号，并分别建立处理高频数据和低频数据的神经网络；实时监测训练过程，分别选取各自表现最优的神经网络参数，分别作为计算真实波面升高的高频计算模型和低频计算模型；将浮式海洋平台所处位置处的实时运动响应数据和气隙响应数据经过高低频分离后分别输入高频神经网络模型和低频神经网络模型，得到浮式平台所在位置处的真实波面升高。位置处的真实波面升高。位置处的真实波面升高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高低频分离的随船波浪测量方法


[0001]本专利技术涉及船舶与海洋工程
，具体地，涉及一种基于高低频分离的随船波浪测量方法。

技术介绍

[0002]随着近年来复杂的深海环境条件及超强台风的频繁出现对深海装备的安全性提出了严重挑战，对海洋环境波浪，特别是极端波浪的测量对我国海洋仪器装备研发、深海探测、海洋资源利用等方面具有十分重要的意义。然而，目前常规的波浪测量手段在此方面均存在一定局限性，亟需开展海洋环境波浪测量新技术的研发。
[0003]目前，海洋结构物周围波浪信息的测量主要利用固定在结构物舷侧的测波雷达实现，然而这种测量方法获取的是测量位置处的平台气隙响应，除了入射波信息外，其中包含了平台自身运动因素以及波浪
‑
结构物相互作用过程中的复杂非线性因素，存在精度不高的问题。
[0004]因此，需要开发一种利用高低频分离提升波浪测量精度，并且利用数据驱动和深度学习的方法实现随船波浪精确测量的方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可实现对浮式海洋平台所在位置波面升高精确测量的基于高低频分离的随船波浪测量方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种基于高低频分离的随船波浪测量方法，包括以下步骤：
[0008]开展针对浮式海洋平台的水动力模型实验，建立海洋工程模型试验数据集，对数据集中的数据进行预处理；
[0009]建立波面升高线性计算模型，进行波面升高线性推算；
[0010]将波面升高线性推算结果和平台六自由度运动响应分别进行高低频分离，将信号分解为高频信号和低频信号，并分别建立处理高频数据和低频数据的神经网络；
[0011]实时监测训练过程，对高频部分神经网络和低频部分神经网络的各参数和超参数开展敏感性分析，分别选取各自表现最优的神经网络参数，分别作为计算真实波面升高的高频计算模型和低频计算模型；
[0012]将浮式海洋平台所处位置处的实时运动响应数据和气隙响应数据经过高低频分离后分别输入高频神经网络模型和低频神经网络模型，结合高频和低频神经网络模型的计算结果得到浮式平台所在位置处的真实波面升高。
[0013]优选地，所述模型试验数据包括平台六自由度运动响应数据、测点处相对波面升高数据以及入射波数据，所述数据预处理包括不规则波试验中测得的相对波面升高时历、平台六自由度运动响应时历以及入射波时历。
[0014]优选地，所述平台六自由度运动响应数据包括纵荡、横荡和垂荡三个线运动以及
横摇、纵摇和艏摇三个角运动。
[0015]优选地，所述建立波面升高线性计算模型，进行波面升高线性推算的步骤具体包括：建立波面升高线性计算模型，通过平台六自由度运动计算相对波面升高测点所在位置处垂向运动，结合测得相对波面升高对该位置波面升高进行线性推算。
[0016]优选地，根据平台六自由度运动响应以及气隙测点位置(X
p
,Y
p
,Z
p
)与平台中心位置处(X
c
,Y
c
,Z
c
)的相对坐标，利用空间运动坐标转换计算公式计算测点位置处的垂向位移，计算公式为：
[0017]其中Surge
p
,Sway
p
,Heave
p
和Surge
c
,Sway
c
,Heave
c
分别表示气隙测点位置和平台重心位置处的纵荡、横荡和垂荡运动，转换矩阵M表示为：
[0018][0019]优选地，利用计算的测点位置处垂向位移，结合该位置气隙响应数据，经过数据同步后，根据线性方法推算出该位置的波面升高，推算公式为：其中，a0表示所述平台在静水状态下的气隙值，a
t
(t)表示所述平台的动态气隙响应，λ表示平台在波浪作用下其横摇和纵摇角对波浪测量带来的影响系数，λ计算公式为：
[0020][0021]优选地，所述将波面升高线性推算结果和平台六自由度运动响应分别进行高低频分离，将信号分解为高频信号和低频信号，并分别建立处理高频数据和低频数据的神经网络的步骤具体包括：对波面升高线性推算结果进行高低频分离处理将波面升高线性推算分解为高频部分和低频部分，对六自由度运动响应进行高低频分离处理将运动响应分解为高频部分和低频部分，对入射波时历进行高低频分离处理将入射波分解为高频部分和低频部分。
[0022]优选地，所述将波面升高线性推算结果和平台六自由度运动响应分别进行高低频分离，将信号分解为高频信号和低频信号，并分别建立处理高频数据和低频数据的神经网络的步骤具体还包括：建立低频部分的人工神经网络，以波面升高线性推算低频信号和平台六自由度运动低频响应为输入，以模型试验的入射波低频信号为目标值，计算损失函数并利用优化算法进行监督学习，更新神经网络模型权重。
[0023]优选地，所述将波面升高线性推算结果和平台六自由度运动响应分别进行高低频分离，将信号分解为高频信号和低频信号，并分别建立处理高频数据和低频数据的人工神经网络的步骤具体还包括：建立高频部分的人工神经网络，以波面升高线性推算高频信号和平台六自由度运动高频响应为输入，以模型试验的入射波高频信号为目标值，计算损失函数并利用优化算法进行监督学习，更新神经网络模型权重。
[0024]优选地，所述将浮式海洋平台所处位置处的实时运动响应数据和气隙响应数据经过高低频分离后分别输入高频神经网络模型和低频神经网络模型，结合高频和低频神经网络模型的计算结果得到浮式平台所在位置处的真实波面升高的步骤具体包括：分别将浮式海洋平台的实时运动响应数据和气隙响应数据进行高低频分离，将低频信号传入低频神经网络模型，将高频信号传入高频神经网络模型，经过推算并将结果相加，得到浮式平台所在位置处的真实波面升高。
[0025]与现有技术相比，本专利技术方法利用浮式海洋平台水动力模型试验数据，基于高低频分离方法，分别建立高频和低频部分的人工神经网络，从而对影响波面升高测量精度的波浪
‑
结构物非线性效应进行实时解算，实现对浮式海洋平台所在位置波面升高的精确测量。
附图说明
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027]图1为本专利技术实施例提供的基于高低频分离的随船波浪测量方法流程框图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供的基于高低频分离的随船波浪测量方法示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0030]具体地，本专利技术提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高低频分离的随船波浪测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：开展针对浮式海洋平台的水动力模型实验，建立海洋工程模型试验数据集，对数据集中的数据进行预处理；建立波面升高线性计算模型，进行波面升高线性推算；将波面升高线性推算结果和平台六自由度运动响应分别进行高低频分离，将信号分解为高频信号和低频信号，并分别建立处理高频数据和低频数据的神经网络；实时监测训练过程，对高频部分神经网络和低频部分神经网络的各参数和超参数开展敏感性分析，分别选取各自表现最优的神经网络参数，分别作为计算真实波面升高的高频计算模型和低频计算模型；将浮式海洋平台所处位置处的实时运动响应数据和气隙响应数据经过高低频分离后分别输入高频神经网络模型和低频神经网络模型，结合高频和低频神经网络模型的计算结果得到浮式平台所在位置处的真实波面升高。2.根据权利要求1所述的基于高低频分离的随船波浪测量方法，其特征在于，所述模型试验数据包括平台六自由度运动响应数据、测点处相对波面升高数据以及入射波数据。3.根据权利要求2所述的基于高低频分离的随船波浪测量方法，其特征在于，所述平台六自由度运动响应数据包括纵荡、横荡和垂荡三个线运动以及横摇、纵摇和艏摇三个角运动。4.根据权利要求1所述的基于高低频分离的随船波浪测量方法，其特征在于，所述建立波面升高线性计算模型，进行波面升高线性推算的步骤具体包括：建立波面升高线性计算模型，通过平台六自由度运动计算相对波面升高测点所在位置处垂向运动，结合测得相对波面升高对该位置波面升高进行线性推算。5.根据权利要求4所述的基于高低频分离的随船波浪测量方法，其特征在于，根据平台六自由度运动响应以及气隙测点位置(X
p
,Y
p
,Z
p
)与平台中心位置处(X
c
,Y
c
,Z
c
)的相对坐标，利用空间运动坐标转换计算公式计算测点位置处的垂向位移，计算公式为：其中Surge
p
,Sway
p
,Heave
p
和Surge
c
,Sway
c
,Heave
c
分别表示气隙测点位置和平台重心位置处的纵荡、横荡和垂荡运动，转换矩阵M表示为：6.根据权利要求5所述的基于高低频分离的随船波浪测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文月，张建宏，李欣，田新亮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：