一种船舶动力定位优化设计方法及系统

本发明涉及船舶自动控制，尤其涉及一种船舶动力定位优化设计方法及系统。

背景技术：

1、在船舶行驶时通常通过动力定位系统进行船舶的自动驾驶，现有技术通过实时获取风向数据来进行航线行驶的修正，从而规避海上的大风对航线行驶的影响。但由于实时采集的风向数据可能突变，容易出现数据计算量过大导致系统在计算航行修正数据时效率低下，进而导致航线偏离过大的问题。

2、因此，亟需一种船舶动力定位优化设计策略，从而解决由于风向数据突变导致航线偏离过大的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种船舶动力定位优化设计方法及系统，以解决由于风向数据突变导致航线偏离过大的问题。

2、为了解决上述问题，本发明一实施例提供一种船舶动力定位优化设计方法，包括：

3、获取船舶所处海域的气象数据；

4、在所述气象数据中提取预设时间内的预测风力数据；其中，所述预测风力数据包括：预测风向和预测风速；

5、根据所述预测风向和预测风速，生成动力定位系统在预设时间内的一次控制数据集，并生成所述动力定位系统的一次控制曲线；其中，预设时间内的每一时间点分别对应所述一次控制数据集中的每一一次控制数据；所述动力定位系统用于控制船舶行驶时产生的偏移；

6、重复执行控制修正操作，以使所述船舶按照航线行驶；其中，根据实时风力数据所生成的二次控制数据和一次控制曲线，生成所述控制修正操作。

7、作为上述方案的改进，所述控制修正操作，包括：

8、在预设时间内选取一预执行时间点；

9、接收由风力传感器传输的实时风力数据；其中，所述风力传感器设置于所述船舶上；所述实时风力数据包括：实时风向和实时风速；

10、基于所述实时风向和所述实时风速，生成所述动力定位系统在预执行时间点的二次控制数据；

11、在所述一次控制曲线中，判断所述二次控制数据在与执行时间点的一次控制数据之前的差值是否小于数据差阈值；

12、若是，则在预执行时间点执行一次控制数据；

13、若否，则在预执行时间点执行二次控制数据。

14、作为上述方案的改进，所述根据所述预测风向和预测风速，生成动力定位系统在预设时间内的一次控制数据集，包括：

15、在预设时间内，选取一时间点作为数据节点；

16、判断所述数据节点对应的预测风向与船舶前进方向的矢量角是否大于90度；

17、若否，则计算动力定位系统在数据节点处进行横移所需的一次控制数据；

18、若是，则计算动力定位系统在数据节点处进行前移和横移所需的一次控制数据；

19、汇总每一数据节点对应的一次控制数据，将时间点与一次控制数据匹配，生成一次控制数据集。

20、作为上述方案的改进，所述一次控制数据包括：前移功率和横移功率；所述计算动力定位系统在数据节点处进行前移和横移所需的一次控制数据，包括：

21、根据所述预测风向、所述预测风速、所述船舶的物理参数和所述船舶的行驶速度，代入预设的功率计算公式，获得动力定位系统的前移功率和横移功率；其中，所述动力定位系统输出的前移功率的方向与预测风向沿船头方向分量的方向相反，所述动力定位系统输出的横移功率的方向与预测风向沿船舶侧面法线分量的方向相反；所述物理参数包括：水线面积、正向阻力系数、侧面积、侧向阻力系数；

22、所述功率计算公式满足以下条件：

23、

24、式中，为前移阻力，为空气密度，为船舶的水线面积，为船舶的正向阻力系数，为船舶的侧面积，为船舶的侧向阻力系数，为风速，为风向与船头方向的夹角，为风向与船舶侧面法线的夹角，为行驶速度，为前移功率和为横移功率。

25、作为上述方案的改进，所述生成所述动力定位系统的一次控制曲线，包括：

26、根据所述动力定位系统的一次控制数据集；

27、以时间点为横坐标，以一次控制数据的前移功率值和横移功率值为纵坐标，基于所有点位绘制曲线，获得前移功率曲线和横移功率曲线；

28、将所述前移功率曲线和所述横移功率曲线汇总于同一坐标轴中，获得一次控制曲线。

29、作为上述方案的改进，在所述接收由风力传感器传输的实时风力数据之后，还包括：

30、根据当前时间所测得的实时风向和实时风速、以及当前时间对应的预测风向和预测风速，计算风向差值和风速差值；

31、基于所述风向差值和风速差值，对当前时间之后的预测风向和预测风速进行调整，获得当前时间之后的调整风向和调整风速；

32、基于所述调整风向和调整风速，计算当前时间之后的三次控制数据，并将所述三次控制数据存储于数据库中，以使接收到风力传感器在当前时间之后传输的数据与调整风向和调整风速匹配时，能够立即调取匹配成功的调整风向和调整风速对应的三次控制数据并应用于动力定位系统中。

33、作为上述方案的改进，所述预设时间包括：起始时间和终止时间；所述在所述气象数据中提取预设时间内的预测风力数据，包括：

34、响应用户输入的起始时间和终止时间，在气象数据中筛选出起始时间和终止时间范围内的目标气象数据；

35、基于风力数据种类，在目标气象数据中筛选，获得预测风力数据。

36、作为上述方案的改进，所述获取船舶所处海域的气象数据，包括：

37、获取所述船舶所处海域的地理位置；

38、在气象网络数据中调取所述地理位置对应的气象数据。

39、作为上述方案的改进，所述在气象网络数据中调取所述地理位置对应的气象数据，包括：

40、在若干气象平台所上传的气象网络数据中，调取每一气象平台在所述地理位置对应的待选气象数据；

41、基于所述风力传感器采集的实时风力数据，对每一所述待选气象数据中的风力数据进行匹配，将匹配度最高的待选气象数据选取为目标气象平台；

42、并将目标气象平台在所述地理位置采集的数据作为气象数据。

43、由上可见，本发明具有如下有益效果：

44、本发明提供了一种船舶动力定位优化设计方法，获取船舶所处海域的气象数据；在气象数据中提取预设时间内的预测风力数据；根据预测风向和预测风速，生成动力定位系统在预设时间内的一次控制数据集，并生成动力定位系统的一次控制曲线，动力定位系统用于控制船舶行驶时产生的偏移；重复执行控制修正操作，以使所述船舶按照航线行驶；其中，根据实时风力数据所生成的二次控制数据和一次控制曲线，生成所述控制修正操作。本发明通过获取预测的风力数据，对动力定位系统进行预控制规划，以使动力系统能够提前进行动力设置规划，并在执行预控制规划前通过控制修正操作避免预测风力数据和实时风力数据不一致导致的船舶偏航的问题，提高了船舶定航行驶准确性。同时由于预测风向数据和实时风向数据差距不大，能够避免由于数据突变所造成的动力方案规划效率低的问题。

技术特征：

1.一种船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述控制修正操作，包括：

3.根据权利要求2所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述根据所述预测风向和预测风速，生成动力定位系统在预设时间内的一次控制数据集，包括：

4.根据权利要求3所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述一次控制数据包括：前移功率和横移功率；所述计算动力定位系统在数据节点处进行前移和横移所需的一次控制数据，包括：

5.根据权利要求4所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述生成所述动力定位系统的一次控制曲线，包括：

6.根据权利要求2所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，在所述接收由风力传感器传输的实时风力数据之后，还包括：

7.根据权利要求2所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述预设时间包括：起始时间和终止时间；所述在所述气象数据中提取预设时间内的预测风力数据，包括：

8.根据权利要求7所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述获取船舶所处海域的气象数据，包括：

9.根据权利要求8所述的船舶动力定位优化设计方法，其特征在于，所述在气象网络数据中调取所述地理位置对应的气象数据，包括：

10.一种船舶动力定位优化设计系统，其特征在于，包括：数据获取模块、数据提取模块、控制数据计算模块以及控制修正模块；

技术总结本发明公开了一种船舶动力定位优化设计方法及系统，获取船舶所处海域的气象数据；在气象数据中提取预设时间内的预测风力数据；根据预测风向和预测风速，生成动力定位系统在预设时间内的一次控制数据集，并生成动力定位系统的一次控制曲线，动力定位系统用于控制船舶行驶时产生的偏移；重复执行控制修正操作，以使所述船舶按照航线行驶；其中，根据实时风力数据所生成的二次控制数据和一次控制曲线，生成所述控制修正操作。本发明通过获取预测的风力数据，对动力定位系统进行预控制规划，能够提前进行动力设置规划，并在执行预控制规划前通过控制修正操作避免预测风力数据和实时风力数据不一致导致的船舶偏航的问题，提高了船舶定航行驶准确性。技术研发人员：余培文,袁晓丽,孔建华受保护的技术使用者：广东海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11