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实海域风浪环境预报与舰船摇荡性能评估研究
| 论文题名： | 实海域风浪环境预报与舰船摇荡性能评估研究 |
| 关键词： | 舰船;摇荡性能;风浪预报;卷积神经网络 |
| 摘要： | 海洋波浪是引起舰船摇荡运动的主要因素，对舰船海上作业或执行任务产生不利影响。海洋风速、波高等水文气象预报可为舰船航行提供辅助判断的信息。这种条件下，具体操控决策往往依赖驾驶人员经验，缺少基于海洋环境信息进行直接、量化评估船舶航行状态的辅助决策方法。由此，本文基于海浪模式进行中、大尺度的实海域风浪预报，开展实海域舰船摇荡性能评估研究，可为舰船航行安全和航线规划等提供一种直接、量化和更为准确的预报方法，对舰船航行信息化和智能化保障具有重要意义。 实海域风浪模拟是实海域舰船摇荡性能评估的基础。第三代海浪模式已发展成熟，并广泛应用于海洋领域，但仍缺乏适于中国近海的海浪模式参数方案。为此，开展中国近海的波浪模拟的参数优化研究。基于黄海公开浮标数据进行海浪模式参数优化研究。考虑到白帽耗散系数对波浪模拟起到重要作用，针对白帽耗散系数进行寻优，结果表明:地形分辨率对波浪模拟结果无明显影响、季节相同则最优白帽耗散系数相近、峰值最优白帽耗散系数与全局最优耗散系数之比靠近某常数。 针对海浪模式进行高分辨率、长时间的波浪模拟耗时较长的问题，利用卷积神经网络(ConvolutionalNeuralNetwork,CNN)构建区域波浪预报模型，并对该模型结构、预报精度与效率以及适应性等方面进行分析。结果表明:模型输入中增加历史风浪信息可显著改善预报精度;基于历史波浪的模型预报精度最高，且计算效率远高于海浪模式;模型对浅水海域、遭遇极端海况的海域等不同海域均有较好的适应性。同时计算效率的提升使得区域波浪预报模型为实海域舰船摇荡性能的实时评估提供条件。 针对实海域舰船摇荡性能评估问题，首先，利用切片法、二维半方法建立了小航速间隔的船舶幅值响应数据库，并利用插值方法构建船舶任意航速下的幅值响应计算模型。其次，基于海浪模式模拟的海洋环境信息和舰船航行的幅值响应，利用传统的谱分析方法，建立实海域舰船摇荡性能评估模型，基于Qt环境编制了舰船摇荡性能评估软件，并以实船航行运动数据进行了验证。 通过本文研究，将中尺度风浪预报与船舶运动预报结合研究，利用谱分析方法建立了实海域舰船摇荡评估模型，并利用实船的运动数据初步验证了可行性。本文的研究成果可为舰船航行安全保障、航线规划优化等提供技术基础。 |
| 作者： | 景裕 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 黄礼敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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