基于混合核函数ν-SVR的船舶操纵运动非参数建模方法

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作者 姜立超 尚晓兵 +2 位作者 王伟 张智 李嘉祺 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1376-1384,共9页

非参数建模方法已广泛应用于船舶操纵运动建模。本文提出一种基于混合核函数(mixed kernel function,MK)的ν-支持向量回归(ν-support vector regression,ν-SVR)非参数建模方法,并采用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化超参数,即遗... 非参数建模方法已广泛应用于船舶操纵运动建模。本文提出一种基于混合核函数(mixed kernel function,MK)的ν-支持向量回归(ν-support vector regression,ν-SVR)非参数建模方法,并采用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化超参数,即遗传算法优化的混合核函数ν-支持向量回归(genetic algorithm-mixed kernel-ν-support vector regression,GA-MK-ν-SVR)。为了提高ν-SVR的性能,提出一种混合核函数,该核函数结合径向基和多项式核函数来同时捕获全局和局部性能。基于遗传算法,模型的超参数实现了优化。采用SIMMAN2008提供的KVLCC2油轮自由自航测试数据对该建模方法的性能进行了评估,并与多种现有操纵模型的预测结果进行了对比研究。试验结果表明,所提出的GA-MK-ν-SVR模型对船舶操纵运动具有良好的预测精度和较强的泛化能力。 展开更多

关键词 非参数模型 混合核函数 系统辨识 ν-SVR 船舶操纵运动 遗传算法 SIMMAN2008 KVLCC2

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基于LSTM-RNN的船舶操纵运动黑箱建模 被引量：4

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作者 田延飞 李知临 +1 位作者 艾万政 韩喜红 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第11期80-84,共5页

当无需揭示船舶操纵运动机理过程,而只需对输入输出建立映射时,黑箱建模成为一种有效途径。本文基于长短期记忆-循环神经网络(Long Short-term Memory-recurrent Neural Network,LSTM-RNN)构建船舶航向-舵角黑箱模型,LSTM网络为10-10-1... 当无需揭示船舶操纵运动机理过程,而只需对输入输出建立映射时,黑箱建模成为一种有效途径。本文基于长短期记忆-循环神经网络(Long Short-term Memory-recurrent Neural Network,LSTM-RNN)构建船舶航向-舵角黑箱模型,LSTM网络为10-10-1结构,误差指标为RMSE,参数学习采用Adam算法。开展实船Z型操纵实验获取了航向-舵角数据。前70%用于模型训练,后30%用于模型测试。训练后的模型使得RMSE达到设计目标。对测试集数据,训练后模型拟合优度在0.98以上,表明其具有良好的有效性和泛化性。文中航向-舵角LSTM-RNN黑箱模型结构简明清晰,参数明确,易于实际操作使用,为航向-舵角关系建模提供了一种可行方法。 展开更多

关键词 船舶操纵运动 黑箱建模 机器学习 LSTM-RNN

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船舶操纵运动CFD数值模拟研究进展 被引量：15

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作者 王建华 万德成 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期813-824,共12页

船舶操纵性是船舶设计中最关心的性能之一,而船舶操纵运动响应可以用于评估操纵性能的优劣。随着高性能计算机的飞速发展以及计算流体力学的长足进步,采用CFD全粘性流场求解方法进行船舶操纵运动,尤其是带桨带舵船舶操纵运动的数值模拟... 船舶操纵性是船舶设计中最关心的性能之一,而船舶操纵运动响应可以用于评估操纵性能的优劣。随着高性能计算机的飞速发展以及计算流体力学的长足进步,采用CFD全粘性流场求解方法进行船舶操纵运动,尤其是带桨带舵船舶操纵运动的数值模拟研究有着巨大的潜力和工程应用前景。本文阐述了基于CFD方法进行的船舶操纵运动数值模拟及约束船模操纵运动和自航船模操纵运动数值模拟研究状况,阐述了螺旋桨体积力模型、滑移网格方法和重叠网格方法在自航船舶操纵运动数值模拟中的研究进展。简述了船舶操纵运动数值模拟研究中的挑战及未来研究的趋势。 展开更多

关键词 船舶操纵运动 CFD数值模拟 船桨舵相互作用 粘性流场 体积力模型 滑移网格方法 重叠网格方法 RANS方法 分离涡模拟

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数据挖掘技术在船舶操纵运动预报中的应用研究 被引量：3

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作者 张会喜 周刚伟 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第8X期64-66,共3页

船舶操纵性直接影响船舶的航行安全。本文首先阐述BP神经网络的特点,并且以此为基础设计基于数据挖掘的船舶操纵运动预报的神经网络结构,选取散货船样本进行学习,获得3个预报样本,最后对散货船的水动力进行预报。预报结果表明,本文所采... 船舶操纵性直接影响船舶的航行安全。本文首先阐述BP神经网络的特点,并且以此为基础设计基于数据挖掘的船舶操纵运动预报的神经网络结构,选取散货船样本进行学习,获得3个预报样本,最后对散货船的水动力进行预报。预报结果表明,本文所采用的基于神经网络的数据挖掘技术预报精确度高。 展开更多

关键词 数据挖掘 BP神经网络 船舶操纵运动预报

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基于岭回归方法的船舶操纵运动建模 被引量：6

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作者 罗伟林 邹早建 《船海工程》 2009年第6期17-19,36,共4页

基于自航模试验的系统辨识方法是一种有效的船舶操纵运动建模方法。通过对舵角和转艏角速度试验数据的分析,用岭回归方法确定了船舶操纵运动数学模型中的模型参数,进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验数据对比,数值仿真结果验证了方... 基于自航模试验的系统辨识方法是一种有效的船舶操纵运动建模方法。通过对舵角和转艏角速度试验数据的分析,用岭回归方法确定了船舶操纵运动数学模型中的模型参数,进行了操纵运动预报仿真并同自航模试验数据对比,数值仿真结果验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 船舶操纵运动数学模型 系统辨识 最小二乘法 岭回归

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模糊关联挖掘算法在船舶操纵运动模型中的应用 被引量：2

6

作者 张淑媛 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第3X期76-78,共3页

首先将获取到的连续数据运用模糊C均值聚类算法离散化;然后将离散化的数据进行模糊关联挖掘;最后利用船舶中Z型实验时间序列验证船舶操纵模型的可靠性。实验结果表明,在存在环境干扰的情况下,预测航向偏差曲线更平滑,更能反映船舶操纵... 首先将获取到的连续数据运用模糊C均值聚类算法离散化;然后将离散化的数据进行模糊关联挖掘;最后利用船舶中Z型实验时间序列验证船舶操纵模型的可靠性。实验结果表明,在存在环境干扰的情况下,预测航向偏差曲线更平滑,更能反映船舶操纵运动情况。 展开更多

关键词 模糊关联 数据挖掘 船舶操纵运动

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基于ν-支持向量机的波浪中船舶操纵运动辨识建模 被引量：8

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作者 张艳云 欧阳子路 邹早建 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期637-645,共9页

本文采用系统辨识方法对船舶在波浪中的三自由度操纵运动进行黑箱建模。以KCS船为研究对象,建模所需的数据由规则波中的船模回转试验获得。分别利用原始数据及经低通滤波处理后的数据,应用ν-支持向量机进行黑箱建模。进一步地,利用所... 本文采用系统辨识方法对船舶在波浪中的三自由度操纵运动进行黑箱建模。以KCS船为研究对象,建模所需的数据由规则波中的船模回转试验获得。分别利用原始数据及经低通滤波处理后的数据,应用ν-支持向量机进行黑箱建模。进一步地,利用所建立的模型进行运动预报,并将预报结果与真实的试验值进行比较,对所提出的建模方法进行验证。结果表明,ν-支持向量机是一种可进行波浪中的船舶操纵运动辨识建模的有效方法。 展开更多

关键词 船舶在波浪上的操纵运动 系统辨识 黑箱建模 ν-支持向量机

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基于ν-SVR的船舶动力学机理模型-数据混合驱动建模方法

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作者 夏桂华 朱文旭 +3 位作者 姜立超 朱可遇 尚晓兵 张智 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第9期1809-1815,共7页

高精度的船舶动力学模型对于海上交通和海洋贸易具有十分重要的意义,然而,现存的船舶动力学机理模型的性能受限于模型结构和水动力参数,船舶动力学数据驱动模型缺乏可解释性。为解决这个问题,提出一种基于nu-支持向量回归(ν-SVR)的船... 高精度的船舶动力学模型对于海上交通和海洋贸易具有十分重要的意义,然而,现存的船舶动力学机理模型的性能受限于模型结构和水动力参数,船舶动力学数据驱动模型缺乏可解释性。为解决这个问题,提出一种基于nu-支持向量回归(ν-SVR)的船舶动力学机理模型-数据混合驱动建模方法。一种Abkowitz模型被用于构成混合模型的机理部分,一种ν-SVR被采用拟合机理模型和真实船之间的残差数据,遗传算法也被混合模型的超参数寻优。所提出方法的性能是基于一艘仿真的Mariner船舶进行验证的。通过多组操纵运动测试案例发现ν-SVR可以有效补偿机理模型的预测残差,同时,所提出的机理模型-数据混合驱动建模方法具有较好的预测精度和泛化能力。 展开更多

关键词 船舶动力学 数据驱动模型 Abkowitz模型 ν-SVR 船舶操纵运动

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船舶操纵模拟器中的系缆张力模型 被引量：3

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作者 孙霄峰 尹勇 张秀凤 《中国航海》 CSCD 北大核心 2007年第3期1-4,共4页

建立了可适用于6个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。系缆的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出的系缆无应力长度的计算公式,根据计算出的系缆无应力长度和系缆的实际长度的对应关系,用试算法计算系缆张力... 建立了可适用于6个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。系缆的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出的系缆无应力长度的计算公式,根据计算出的系缆无应力长度和系缆的实际长度的对应关系,用试算法计算系缆张力;否则,忽略系缆的自重,通过由系缆的应变曲线图拟合的多项式来计算系缆张力,并分别计算了系缆的水平张力和竖直张力。进行了系缆破断强度的计算,并对系缆张力是否超出安全负荷以及系缆是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。 展开更多

关键词 船舶 舰船工程 船舶操纵模拟器 系缆张力 船舶操纵运动数学模型 悬链线

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超标横流作用下航道尺度加宽研究及应用 被引量：1

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作者 陈浩东 童思陈 +2 位作者 张莹 孙开 王祥 《人民长江》 北大核心 2025年第1期156-163,共8页

支流入汇常导致支流口干流航道局部横流加大,进而影响船舶通航安全。为研究超标横流入汇对干流航道尺度的影响,采用Fortran语言自主开发了平面二维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,对模型的合理性和可靠性进行验证后,通过模拟横流... 支流入汇常导致支流口干流航道局部横流加大,进而影响船舶通航安全。为研究超标横流入汇对干流航道尺度的影响,采用Fortran语言自主开发了平面二维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型,对模型的合理性和可靠性进行验证后,通过模拟横流作用下的船舶运动,研究了超标横流对船舶横漂速度和漂角的影响,提出了超标横流安全范围和航道定量加宽值。实例应用表明:在传统航道尺度设计下,当支流口超标横流范围较小时可通过调整舵角实现航行安全;而当超标横流范围较大时则难以保障船舶安全通航,需进行河道加宽设计。提出的超标横流条件下航道加宽确定方法基本合理,对船舶操纵运动和航道设计具有一定参考价值。 展开更多

关键词 超标横流 航道加宽 水流数学模型 船舶操纵运动数学模型 支流入汇

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基于航向控制系统的船舶动态避碰机理 被引量：15

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作者 贺益雄 张晓寒 +4 位作者 胡惟璇 李梦霞 龚帅 金毅 牟军敏 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期988-993,1027,共7页

为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律(避碰机理),研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理,确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下,本船可避让所有物标的航速矢量区间;建立了基于模糊自适应比例积分... 为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律(避碰机理),研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理,确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下,本船可避让所有物标的航速矢量区间;建立了基于模糊自适应比例积分微分(PID)控制和船舶运动方程的航向控制系统,再现船舶改向过程中的航速矢量非线性变化;基于静态避碰机理和航向控制系统研究了船舶动态避碰机理,求解了符合船舶操纵运动过程的动态避碰改向区间.研究结果表明,在开阔水域随机设置的多物标环境中,可得到符合航速矢量非线性变化的动态避碰改向区间集合[-90°,-72°]、[31°,47°]、[62°,79°],受动态船舶主要影响形成改向范围为(-72°,31°)、(79°,90°]的碰撞航向区间,符合船舶操纵运动对改向避碰的影响规律,可为实现船舶避碰辅助决策、自动避碰和动态避碰路径规划提供基础理论和方法. 展开更多

关键词 避碰机理 速度障碍 船舶领域 模糊自适应比例积分微分(PID)控制 MMG(分离型船舶操纵运动模型)

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