CN111591407A - 一种船体型线特征参数提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船体型线特征参数提取方法，涉及船舶技术领域，该方法通过对船体的船型文件进行处理，可以自动化提取得到船体型线在给定吃水深度下的特征参数，在进行特征提取时，根据各特征参数的参数类型采用不同方法提取，对尺度、位置等代数型参数直接提取，对面积、体积等积分型参数进行积分求解处理提取，对角度、曲率等微分型参数进行微分求解处理提取，从而可以提取得到船体的表征整体特征的全局参数、表征区域特征的局部参数以及表征曲面细节特征的细部参数三个层次的特征参数，为后续的数据挖掘提供了数据基础。

Description

一种船体型线特征参数提取方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种船体型线特征参数提取方法。

背景技术

船体型线智能化设计过程中，需要从船体型线特征、流场特征、性能指标等大量的数据中提取有价值的信息，并开展下一步的结果分析和数据挖掘等工作。因此，需要对表达船体型线的特征参数进行合理的分析和提取，但船体型线特征复杂，目前较难开展深层的数据挖掘。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种船体型线特征参数提取方法，该方法包括如下步骤：

获取船体的船型文件并获取吃水深度，船型文件中包括表征船体的结构的型线；

直接基于船型文件的数据提取船体的尺度参数；

对船型文件的数据进行积分求解处理提取船体的剖面面积和排水体积；

对船型文件的数据进行微分求解处理提取船体在吃水深度下的横剖面船型特征值，横剖面船型特征值用于表征横剖面UV度；

提取得到船体型线的特征参数，包括尺度参数、位置参数、剖面面积、排水体积以及横剖面船型特征值。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种船体型线特征参数提取方法，该方法通过对船体的船型文件进行处理，可以自动化提取得到船体型线在给定吃水深度下的特征参数，在进行特征提取时，根据各特征参数的参数类型采用不同方法提取，对尺度、位置等代数型参数直接提取，对面积、体积等积分型参数进行积分求解处理提取，对角度、曲率等微分型参数进行微分求解处理提取，从而可以提取得到船体的表征整体特征的全局参数、表征区域特征的局部参数以及表征曲面细节特征的细部参数三个层次的特征参数，为后续的数据挖掘提供了数据基础。

附图说明

图1是本申请的船体型线特征参数提取方法的方法流程图。

图2是船体的纵剖面线的示意图。

图3是船体的横剖面线的一种局部示意图。

图4是对曲线进行拟合抛物线时的示意图。

图5是船体的横剖面线的另一种局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种船体型线特征参数提取方法，该方法包括如下步骤，请结合图1所示的流程图：

步骤S1，获取船体的船型文件并获取吃水深度T，船型文件中包括表征船体的结构的型线，常见的包括横剖面线、纵剖面线、设计水线等等。

步骤S2，直接基于船型文件的数据提取船体的尺度参数。

步骤S3，对船型文件的数据进行积分求解处理提取船体的剖面面积和排水体积。

步骤S4，对船型文件的数据进行微分求解处理提取船体在当前的吃水深度下的横剖面船型特征值，横剖面船型特征值用于表征横剖面UV度。

步骤S5，提取得到船体型线的特征参数，包括尺度参数、位置参数、剖面面积、排水体积以及横剖面船型特征值。

一、在上述步骤S2中，直接基于船型文件的数据提取到的主要包括一些代数型参数，具体的：

(1)提取得到的代数型参数主要是如上所述的船体结构的尺度参数，包括船体总长、垂线间长、水线长以及型宽，请结合图2所示的纵剖面线示意图，提取方法为,：

确定船体的船艏最前端至船艉最后端的水平距离为船体总长Loa。

确定船体的艏垂线与艉垂线之间的水平距离为垂线间长Lpp，艏垂线是通过设计水线与艏柱前缘的交点所作的垂直于设计水线面的垂线，艉垂线位于0站横剖面上。

确定设计水线最前端至船艉最后端的水平距离为水线长Lwl。

确定船体两侧型表面之间垂直于中线面的水平距离为型宽B，图中未示出，计算时采用中横剖面设计水线处的宽度。

(2)对于某些船型，这些船型的横剖面线或部分横剖面线具有较大的曲率，请结合图3，则提取得到的代数型参数还包括横剖面线的反曲点，比如常见的，一些船型的艉部的横剖面线具有较大的曲率。在提取每条横剖面线的反曲点时，采用逐步逼近法确定最逼近于横剖面线的逼近直线，如图3中虚线所示，遍历横剖面线上的所有点找到与逼近直线之间直线距离最远的点作为横剖面线的反曲点。

二、在上述步骤S3中，对船型文件的数据进行积分求解处理提取到的主要包括一些积分型参数，主要为面积参数和体积参数，常见的即为上述剖面面积和排水体积，在求解时，用抛物线拟合船体型线并计算抛物线包含面积得到剖面面积，然后进一步用抛物线拟合剖面面积并计算抛物线包含面积得到排水体积。

对于船体型线和剖面面积中的任意一种曲线，假设构成曲线的所有离散点共形成n个包络，每相邻两个离散点之间形成一个包络，若n＝1，则直接使用梯形计算公式计算，但通常情况下这种情况较少，其余情况用抛物线拟合曲线并计算抛物线包含面积的方法为，请结合图4：

按照三个离散点为一组将离散点划分为若干组离散点，每组离散点中的三个离散点形成两个包络，n≥2。比如图4中，第一组离散点形成包括包络1和包括2，第二组离散点包括包络3和包络4，以此类推，相邻两组离散点会共用一个离散点。

基于每组离散点中的三个离散点拟合得到对应的子抛物线，子抛物线方程表示为y＝ax²+bx+c。假设该组离散点中三个离散点的坐标分别为(x₀,y₀)、(x₁,y₁)和(x₂,y₂)，则求解该子抛物线有：

引入变量令h₁＝x₁-x₀，h₂＝x₂-x₁，l＝h₁+h₂＝x₂-x₀，则求解上述公式可得子抛物线方程的系数为：

对于每组离散点得到的上述子抛物线，求解得到子抛物线的面积，子抛物线的面积包括该组离散点形成的两个包络的总面积，具体的：

当

时，同时计算三个离散点包含的面积得到该组离散点对应的子抛物线的面积：

当

或者

时，分别计算该组离散点形成的两个包络的面积两个包络的面积的求解公式为：

求和得到该组离散点对应的子抛物线的面积S＝S₁+S₂。

由此可以求解得到每组离散点对应的子抛物线的面积，若n为偶数，则在划分离散点时正好可以划分为n/2组，此时直接对每组离散点对应的子抛物线的面积进行求和得到抛物线包含面积，也即相应得到剖面面积或排水体积。

若n为奇数，则此时会存在最后一个离散点未被划分到任何一组离散点内，若仅将每组离散点对应的子抛物线的面积进行求和则最后一个包络的面积未计算到，也即图中的包络n的面积未计算到，此时将该最后一个离散点与前面的数据进行组合，也即未划分到任何一组离散点内的最后一个离散点及其最接近的前两个离散点拟合得到对应的子抛物线，假设以(x₂,y₂)表示未划分到任何一组离散点内的最后一个离散点的坐标、(x₁,y₁)表示(x₂,y₂)最接近的前一个离散点的坐标、(x₀,y₀)表示(x₂,y₂)次接近的前一个离散点的坐标时，则得到的子抛物线的计算公式同样如上所述，则利用

即能基于该子抛物线求解得到最后一个离散点及其最接近的一个离散点之间形成的包络的落单包络面积，也即图4中包络n的面积，对求解得到的落单包络面积以及其余每组离散点对应的子抛物线的面积进行求和得到抛物线包含面积，也即相应得到剖面面积或排水体积。

在上述计算过程中，进一步的，当n＝2且

时，还可以直接利用两个梯形的面积之和求解得到子抛物线的面积也即

三、在上述步骤S4中，对船型文件的数据进行微分求解处理提取得到的主要包括一些微分型参数，主要是一些角度、曲率的参数，常见的即为上述提到的每条横剖面线的横剖面船型特征值，具体的，请结合图5，对于每条横剖面线：

取横剖面线在0.2T～0.8T范围内的型线段，其中T表示吃水深度。求得最逼近于该型线段的直线的直线斜率代表该剖面的特征，求解方式为：

假设最逼近于该型线段的直线的方程式为y＝m·z+b，利用最小二乘方法求解直线斜率m的方程式为：

解得：

式中，

j＝1,2,3,4，j表示水线序号，y_j为z_j处的型值，代入上式进一步可得：

因为m尚受B/T影响，因此确定横剖面线的横剖面船型特征值为：

其中B表示船体的型宽。

上述得到的横剖面船型特征值为按绝对型值计算得到的，进一步的，本申请对型值进行无量纲化得到无量纲参数

则

则基于无量纲参数将按绝对型值计算的横剖面船型特征值处理为按无量纲型值计算的横剖面船型特征值表示为

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船体型线特征参数提取方法，其特征在于，所述方法包括：

获取船体的船型文件并获取吃水深度，所述船型文件中包括表征所述船体的结构的型线；

直接基于所述船型文件的数据提取所述船体的尺度参数；

对所述船型文件的数据进行积分求解处理提取所述船体的剖面面积和排水体积；

对所述船型文件的数据进行微分求解处理提取所述船体在所述吃水深度下的横剖面船型特征值，所述横剖面船型特征值用于表征横剖面UV度；

提取得到船体型线的特征参数，包括所述尺度参数、位置参数、剖面面积、排水体积以及横剖面船型特征值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直接基于所述船型文件的数据提取得到的所述尺度参数包括船体总长、垂线间长、水线长以及型宽。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直接基于所述船型文件的数据提取所述船体的尺度参数，包括：

确定所述船体的船艏最前端至船艉最后端的水平距离为所述船体总长；

确定所述船体的艏垂线与艉垂线之间的水平距离为所述垂线间长，所述艏垂线是通过设计水线与艏柱前缘的交点所作的垂直于设计水线面的垂线，所述艉垂线位于0站横剖面上；

确定设计水线最前端至船艉最后端的水平距离为所述水线长；

确定所述船体两侧型表面之间垂直于中线面的水平距离为所述型宽。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

直接基于所述船型文件的数据提取所述船体的横剖面线的反曲点，在提取每条横剖面线的反曲点时，采用逐步逼近法确定最逼近于所述横剖面线的逼近直线，遍历所述横剖面线上的所有点找到与所述逼近直线之间直线距离最远的点作为所述横剖面线的反曲点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述船型文件的数据进行积分求解处理提取所述船体的剖面面积和排水体积，包括：

用抛物线拟合船体型线并计算抛物线包含面积得到所述剖面面积；

用抛物线拟合所述剖面面积并计算抛物线包含面积得到所述排水体积。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于所述船体型线和所述剖面面积中的任意一种曲线，用抛物线拟合所述曲线并计算抛物线包含面积的方法为：

假设构成所述曲线的所有离散点共形成n个包络，每相邻两个离散点之间形成一个包络，则按照三个离散点为一组将离散点划分为若干组离散点，每组离散点中的三个离散点形成两个包络，n≥2；

基于每组离散点中的三个离散点拟合得到对应的子抛物线并求解得到所述子抛物线的面积，所述子抛物线的面积包括该组离散点形成的两个包络的总面积；

当n为偶数时，对每组离散点对应的子抛物线的面积进行求和得到所述抛物线包含面积；

当n为奇数时，基于未划分到任何一组离散点内的最后一个离散点及其最接近的前两个离散点拟合得到对应的子抛物线，并基于所述子抛物线求解得到所述最后一个离散点及其最接近的一个离散点之间形成的包络的落单包络面积，对求解得到的所述落单包络面积以及每组离散点对应的子抛物线的面积进行求和得到所述抛物线包含面积。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

基于三个离散点拟合得到的对应的子抛物线表示为y＝ax²+bx+c且：

其中，(x₀,y₀)、(x₁,y₁)和(x₂,y₂)分别为三个离散点的坐标值，h₁＝x₁-x₀，h₂＝x₂-x₁，l＝h₁+h₂＝x₂-x₀；

当所述三个离散点属于同一组离散点且

时，同时计算三个离散点包含的面积得到该组离散点对应的子抛物线的面积：

当所述三个离散点属于同一组离散点且

或者

时，分别计算该组离散点形成的两个包络的面积并求和得到该组离散点对应的子抛物线的面积，两个包络的面积的求解公式为：

当所述三个离散点不属于同一组离散点，且(x₂,y₂)表示未划分到任何一组离散点内的最后一个离散点的坐标、(x₁,y₁)表示(x₂,y₂)最接近的前一个离散点的坐标、(x₀,y₀)表示(x₂,y₂)次接近的前一个离散点的坐标时，按照如下公式求解得到所述落单包络面积：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述船型文件的数据进行微分求解处理提取所述船体在所述吃水深度下的横剖面船型特征值，包括对于每条横剖面线：

取所述横剖面线在0.2T～0.8T范围内的型线段，T表示所述吃水深度；

求得最逼近于所述型线段的直线的直线斜率；

确定所述横剖面线的横剖面船型特征值为

m为所述直线斜率，B表示所述船体的型宽。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

求得的所述直线斜率的表达式为

其中，y_j为

处的型值；则求得的按绝对型值计算的所述横剖面船型特征值为：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对型值进行无量纲化得到无量纲参数

则

基于所述无量纲参数将按绝对型值计算的所述横剖面船型特征值处理为按无量纲型值计算的所述横剖面船型特征值表示为

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