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非恒定流条件下航道要素及船舶航线动态预报研究
| 论文题名： | 非恒定流条件下航道要素及船舶航线动态预报研究 |
| 关键词： | 日调节非恒定流;水位预测;复杂滩段;航道要素预报;航线规划 |
| 摘要： | 自金沙江向家坝与岷江高场水电站运行以来，其调峰发电时下泄的非恒定流在宜宾合江门汇合后，形成更为复杂的非恒定流过程，导致叙渝段300余公里航道沿程滩险的水位、比降、流速等航道要素相比于天然河道具有日变化快、变幅大等特点，给船舶行驶带来了困难。因此，有必要对日调节非恒定流作用下叙渝段典型滩险开展航道要素及船舶航线预报研究。 本文以长江上游叙渝段泸州神背嘴复杂滩群河段为背景，利用深度学习方法构建了适用于非恒定流条件下的短期水位预测模型，以模型预测值作为前置条件，结合二维数学模型开展航道要素预报，并通过遗传算法实现了船舶航线动态规划。论文的主要成果如下： (1)提出了一种长江上游枯水期日调节非恒定流水位连续型缺失的填补方法。针对连续时间段内存在多个数据缺失的情况，对比分析了不同插值方式对水位过程线延补精度的影响，表明采用构建上下游水位回归模型的方法对连续缺失区间进行插值，并通过平移搜索最大相关性系数法得出了上下游水位的滞后时间，可在一定程度上减少滞后特性对回归模型带来的影响。 (2)构建了基于CNN-LSTM的短期水位预测模型。针对日调节非恒定流条件下传统水位预测模型难以挖掘其复杂水位变化规律的问题，基于深度学习方法搭建了CNN-LSTM神经网络模型，通过控制变量法和网格搜索法对预测模型的超参数和结构进行优化，并与BP模型和LSTM模型进行对比实验分析，结果表明，CNN-LSTM组合模型具有更好的预测性能。 (3)提出了神背嘴复杂滩段非恒定流下航道要素预报方法。通过建立二维数学模型对神背嘴河段进行数值模拟，将计算出的不同水位条件下的航道要素储存于MySQL数据库中，以水位预测值为索引，与航道要素数据库中的工况水位进行匹配，重构最接近水位预测值的航道要素变化过程，从而实现航道要素的预报。 (4)提出了神背嘴河段船舶航线动态规划方法，开发了基于三维场景图的神背嘴河段船舶航线动态规划系统。以船舶转向角、船舶航行水深作为约束条件，以航道要素预报结果作为构建船舶航行环境地图的基础信息，利用改进的遗传算法在船舶航行环境地图中规划出以满足航道通航条件、航行阻力最小和通过时间最短等多目标要求的最优航线，可为限制性河段船舶通航提供参考。 |
| 作者： | 何博 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 胡江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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