CN116127614A - 基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统 - Google Patents

基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及船舶动力定位分析技术领域，公开了一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统，用于提高对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率。该方法包括：通过划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；建立最大风速求解模型；基于多个风向角度数据，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。

Description

基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统
技术领域
本发明涉及船舶动力定位分析领域，尤其涉及一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统。
背景技术
随着海洋资源的开发与利用，人类已经进入海洋经济时代，对海洋资源的开发和探索也将越来越深，越来越广。在海洋环境中船舶常常要在特定需要的位置进行各种海洋作业，对设备本身的操作和定位的要求越来越高。动力定位系统由自身装备的各种传感器测量出船舶运动的位置和航向，利用计算机进行复杂的实时计算，进而控制船舶的推力装置产生推进力和力矩去抵抗由外界环境引起的干扰力，使船舶保持目标的船位和船艏向。船舶利用动力定位系统，可以在锚泊系统不起作用的深水区域进行操作，动力定位能力分析是计算动力定位系统所产生的推力所能抵抗不同角度的最大环境载荷，分析船舶的动力定位能力。动力定位能力分析不仅可作为评估动力定位系统优劣的标准，而且还是动力定位系统设计的依据。因此动力定位能力分析十分重要，无论是生产厂家、使用者还是第三方机构如船级社等都非常关心这个问题。
在进行动力定位能力分析时，传统的求解方法是在某计算角度下，逐步增加风速，通过推力分配，判断有无可行解。如果有可行解，则代表船舶能够抵抗该风速所产生的力。继续增加风速，直至无可行解产生，即得到该角度下船舶所能抵抗的最大风速。再变化到其他角度进行分析。还有一些先进的处理方法，在某一角度下，采用二分法计算最大风速，减小求解步数。二分法求解最大风速，在一定程度上提高了计算速度，但也需要迭代数次，且随着精度要求的提高，迭代次数将继续增加，使计算速度变慢。在某些情况下，船舶需要在线对定位能力进行分析，以对现场作业操作进行决策，对计算的实时性有较高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法及系统，解决了对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率较低的技术问题。
本发明提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法，包括：通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
在本发明中，所述通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据步骤，包括：对所述划分规则进行划分份数提取，确定目标划分份数；通过所述目标划分份数对所述风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据。
在本发明中，所述基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的纵向风载荷力、横向风载荷力以及艏向风载荷力矩步骤，包括：基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的纵向力系数，通过单位纵向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行纵向作用力分析，得到单位纵向风载荷力；基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的侧向力系数，通过单位侧向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行侧向作用力分析，得到单位侧向风载荷力；基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的艏向力矩系数，通过单位艏向风载荷力矩计算公式对所述目标船舶进行艏向作用力分析，得到单位艏向风载荷力矩。
在本发明中，所述单位纵向风载荷力计算公式如下所示；
Figure SMS_1
；
所述单位侧向风载荷力计算公式如下所示：
Figure SMS_2
；
所述单位艏向风载荷力矩计算公式如下所示：
Figure SMS_3
；
其中，
Figure SMS_5
为单位纵向风载荷力，
Figure SMS_8
单位侧向风载荷力，
Figure SMS_9
为单位艏向风载荷力矩，
Figure SMS_4
为纵向力系数，
Figure SMS_7
为侧向力系数，
Figure SMS_11
为艏向力矩系数，
Figure SMS_13
为空气密度，
Figure SMS_6
为风速，
Figure SMS_10
为所述目标船舶的船体水线以上部分的正向投影面积，
Figure SMS_12
为所述目标船舶的船体水线以上部分的侧向投影面积，
Figure SMS_14
为所述目标船舶的船体长度。
在本发明中，所述基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数步骤，包括：基于所述基准风向角，建立目标函数，其中，所述目标函数为：
Figure SMS_15
其中，
Figure SMS_16
为目标函数；通过所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立等式约束函数，其中，所述等式约束函数如下所示：
Figure SMS_17
其中，
Figure SMS_18
为所述目标船舶中第
Figure SMS_21
个推进器的推力，
Figure SMS_22
为所述目标船舶中第
Figure SMS_19
个推进器的推力方向与所述目标船舶的纵向轴的夹角，N为推进器的数量，
Figure SMS_23
为第
Figure SMS_24
个推进器在目标船舶的纵向轴的坐标值、
Figure SMS_25
为第
Figure SMS_20
个推进器在目标船舶的侧向轴的坐标值；通过所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立不等式约束函数。
在本发明中，所述基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果步骤，包括：通过所述最大风速求解模型分别对每一风向角度数据进行最大风速分析，得到每一风向角度数据对应的最大风速数据；通过所述每一风向角度数据对应的最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图；通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
在本发明中，所述通过所述最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图步骤，包括：对所述每一风向角度数据对应的最大风速数据进行极坐标映射，得到极坐标下的极坐标点集合；对所述极坐标点集合中每一极坐标点进行连接，生成目标风速包络图。
本发明还提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析系统，包括：
角度划分模块，用于通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；
角度分析模块，用于对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；
载荷分析模块，用于基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；
模型建立模块，用于基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；
风速分析模块，用于基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
本发明中，通过划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；建立最大风速求解模型；基于多个风向角度数据，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果，在本发明实施例中，在某一角度下，直接对能抵抗的最大风速进行寻优，1次寻优便可以得到船舶能抵抗的最大风速，计算时长大幅减小，本发明的最大风速是直接寻优得到的，计算精度大幅提高，以进一步提高对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于求解风包络的动力定位能力分析方法的流程图。
图2为本发明实施例中通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析的流程图。
图3为本发明实施例中基于求解风包络的动力定位能力分析系统的示意图。
附图标记：
301、角度划分模块；302、角度分析模块；303、载荷分析模块；304、模型建立模块；305、风速分析模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，图1是本发明实施例的一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法的流程图，如图1所示，该流程图包括以下步骤：
S101、通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；
具体的，将0°至360°的风向角均匀划分为n份，则风向角度依次分别取值为0°、360°/n、360°/n×2、360°/n×3、…、360°/n×（n-1）。
S102、对多个风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；
S103、基于基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；
S104、基于基准风向角、单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；
S105、基于多个风向角度数据，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
在本发明中，首先，将0°至360°角度，划分为n份，本例中n取72，即每5°取一个角度，所取角度为0°、5°、10°、15°、…、350°、355°。选定风向角度为0°，根据船舶的风载荷系数，计算单位风速（1m/s）下，船舶受到的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩，在所选角度为风向角度为0°的情况下，建立求解最大风速的寻优模型，其目标函数、等式约束函数和不等式约束函数，最终，求解由目标函数、等式约束函数和不等式约束函数组成的寻优模型，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。需要说明的是，在本发明中，重复上述步骤，分别计算求得5°、10°、15°、…、350°、355°方向下的最大风速，在极坐标下，连接不同角度下的最大风速，即得到风包络图。
通过执行上述步骤，通过划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；建立最大风速求解模型；基于多个风向角度数据，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果，在本发明实施例中，在某一角度下，直接对能抵抗的最大风速进行寻优，1次寻优便可以得到船舶能抵抗的最大风速，计算时长大幅减小，本发明的最大风速是直接寻优得到的，计算精度大幅提高，以进一步提高对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率。
在一具体实施例中，执行步骤S101的过程可以具体包括如下步骤：
（1）对划分规则进行划分份数提取，确定目标划分份数；
（2）通过目标划分份数对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据。
具体的，首先，将0°至360°角度，划分为n份，本例中n取72，即每5°取一个角度，所取角度为0°、5°、10°、15°、…、350°、355°。需要说明的是，划分规则的划分份数提取可以根据具体情况来选择不同的方法，常用的包括分层抽样、等分法、聚类分析等等。确定目标划分份数需要考虑实际需求以及数据特点，通常需要进行反复尝试和调整，通过目标划分份数对风向角进行等角度划分可以采用以下步骤，根据目标划分份数，将差值平均分成若干等份，得到每个等分区间的大小。从最小风向角开始，按照每个等分区间的大小逐个增加，得到多个风向角度数据，例如，如果原始数据中最大风向角为360度，最小风向角为0度，目标划分份数为8，则每个等分区间为45度。从最小风向角0度开始，依次增加45度得到的八个风向角度数据分别为0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度。
在一具体实施例中，执行步骤S105的过程可以具体包括如下步骤：
（1）通过最大风速求解模型分别对每一风向角度数据进行最大风速分析，得到每一风向角度数据对应的最大风速数据；
（2）通过每一风向角度数据对应的最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图；
（3）通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
具体的，服务器需要根据划分规则对风向角度数据进行分段，得到多个子集数据。然后，针对每个子集数据使用最大风速求解模型，计算出每组风向角度数据对应的最大风速数据，服务器需要将每组风向角度数据对应的最大风速数据拼接在一起，同时使用插值等技术进行平滑处理，生成目标风速包络图。
针对目标船舶的设计特征和所处环境，在目标风速包络图上找到对应的点，读取该点对应的最大风速和其他相关参数，在服务器端进行船舶静态力学性能及动力定位能力分析，得出目标动力定位能力分析结果。
在一具体实施例中，执行通过每一风向角度数据对应的最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图的过程，可以具体包括如下步骤：
（1）对每一风向角度数据对应的最大风速数据进行极坐标映射，得到极坐标下的极坐标点集合；
（2）对极坐标点集合中每一极坐标点进行连接，生成目标风速包络图。
具体的，对于每组风向角度数据对应的最大风速数据，进行极坐标映射。这可以通过将风向角度看作是角度坐标，最大风速看作是半径坐标来实现，将所有的极坐标点集合绘制在极坐标系中，并根据点的位置和密度等信息进行插值处理，得到平滑且完整的曲线，在极坐标系下连接所有的极坐标点，生成目标风速包络图。
需要注意的是，在绘制极坐标系下的包络图时，要避免出现多余的空白区域和缺失的数据点，同时需要根据实际需求调整极坐标映射的参数，以得到更为准确的结果，相比于直角坐标系下的包络图，极坐标系下的包络图不仅能够展示各个方向下的最大风速，还能够很好地反映不同风向角度下的变化趋势。
在一具体实施例中，如图2所示，执行步骤S103的过程可以具体包括如下步骤：
S201、基于基准风向角以及风载荷系数集合中的纵向力系数，通过单位纵向风载荷力计算公式对目标船舶进行纵向作用力分析，得到单位纵向风载荷力；
S202、基于基准风向角以及风载荷系数集合中的侧向力系数，通过单位侧向风载荷力计算公式对目标船舶进行侧向作用力分析，得到单位侧向风载荷力；
S203、基于基准风向角以及风载荷系数集合中的艏向力矩系数，通过单位艏向风载荷力矩计算公式对目标船舶进行艏向作用力分析，得到单位艏向风载荷力矩。
在一具体实施例中，单位纵向风载荷力计算公式如下所示；
Figure SMS_26
；
单位侧向风载荷力计算公式如下所示：
Figure SMS_27
；
单位艏向风载荷力矩计算公式如下所示：
Figure SMS_28
；
其中，
Figure SMS_30
为单位纵向风载荷力，
Figure SMS_32
单位侧向风载荷力，
Figure SMS_36
为单位艏向风载荷力矩，
Figure SMS_29
为纵向力系数，
Figure SMS_33
为侧向力系数，
Figure SMS_35
为艏向力矩系数，
Figure SMS_38
为空气密度，
Figure SMS_31
为风速，
Figure SMS_34
为目标船舶的船体水线以上部分的正向投影面积，
Figure SMS_37
为目标船舶的船体水线以上部分的侧向投影面积，
Figure SMS_39
为目标船舶的船体长度。
在一具体实施例中，执行步骤S104的过程，可以具体包括如下步骤：
（1）基于基准风向角，建立目标函数，其中，目标函数为：
Figure SMS_40
其中，
Figure SMS_41
为目标函数；
（2）通过单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩建立等式约束函数，其中，等式约束函数如下所示：
Figure SMS_42
其中，
Figure SMS_44
为目标船舶中第
Figure SMS_46
个推进器的推力，
Figure SMS_48
为目标船舶中第
Figure SMS_45
个推进器的推力方向与所述目标船舶的纵向轴的夹角，N为推进器的数量，
Figure SMS_47
为第
Figure SMS_49
个推进器在目标船舶的纵向轴的坐标值、
Figure SMS_50
为第
Figure SMS_43
个推进器在目标船舶的侧向轴的坐标值；
其中，需要说明的是，三个等式的左侧为推进器产生的船舶纵向力、横向力及艏向力矩，等式右侧为负的风力，当推进器产生的推力与负的风力相等时，推力与风力维持平衡，船舶可以维持原有的航向和位置。
（3）通过单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩建立不等式约束函数。
需要说明的是，不等式约束函数为：
Figure SMS_51
式中，
Figure SMS_53
为目标船舶中第
Figure SMS_56
个推进器的最大推力，
Figure SMS_59
为目标船舶中第
Figure SMS_54
个推进器的推力方向与所述目标船舶的纵向轴的夹角的最小值，
Figure SMS_55
为目标船舶中第
Figure SMS_58
个推进器的推力方向与所述目标船舶的纵向轴的夹角的最大值。需要说明的是，对于侧向推进器
Figure SMS_60
，对于全回转推进器
Figure SMS_52
，
Figure SMS_57
。
本发明实施例还提供了一种基于求解风包络的动力定位能力分析系统，如图3所示，该基于求解风包络的动力定位能力分析系统具体包括：
角度划分模块301，用于通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；
角度分析模块302，用于对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；
载荷分析模块303，用于基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；
模型建立模块304，用于基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；
风速分析模块305，用于基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
通过上述各个模块的协同合作，通过划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；对多个风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；建立最大风速求解模型；基于多个风向角度数据，通过最大风速求解模型对目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过目标风速包络图对目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果，在本发明实施例中，在某一角度下，直接对能抵抗的最大风速进行寻优，1次寻优便可以得到船舶能抵抗的最大风速，计算时长大幅减小，本发明的最大风速是直接寻优得到的，计算精度大幅提高，以进一步提高对船舶进行动力定位能力分析时的准确率及效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；
对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；
基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；
基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；
基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据步骤，包括：
对所述划分规则进行划分份数提取，确定目标划分份数；
通过所述目标划分份数对所述风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据。
3.根据权利要求1所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的纵向风载荷力、横向风载荷力以及艏向风载荷力矩步骤，包括：
基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的纵向力系数，通过单位纵向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行纵向作用力分析，得到单位纵向风载荷力；
基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的侧向力系数，通过单位侧向风载荷力计算公式对所述目标船舶进行侧向作用力分析，得到单位侧向风载荷力；
基于所述基准风向角以及所述风载荷系数集合中的艏向力矩系数，通过单位艏向风载荷力矩计算公式对所述目标船舶进行艏向作用力分析，得到单位艏向风载荷力矩。
4.根据权利要求3所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述单位纵向风载荷力计算公式如下所示；
Figure QLYQS_1
；
所述单位侧向风载荷力计算公式如下所示：
Figure QLYQS_2
；
所述单位艏向风载荷力矩计算公式如下所示：
Figure QLYQS_3
；
其中，
Figure QLYQS_5
为单位纵向风载荷力，
Figure QLYQS_8
单位侧向风载荷力，
Figure QLYQS_11
为单位艏向风载荷力矩，
Figure QLYQS_6
为纵向力系数，
Figure QLYQS_9
为侧向力系数，
Figure QLYQS_10
为艏向力矩系数，
Figure QLYQS_13
为空气密度，
Figure QLYQS_4
为风速，
Figure QLYQS_7
为所述目标船舶的船体水线以上部分的正向投影面积，
Figure QLYQS_12
为所述目标船舶的船体水线以上部分的侧向投影面积，
Figure QLYQS_14
为所述目标船舶的船体长度。
5.根据权利要求4所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数步骤，包括：
基于所述基准风向角，建立目标函数，其中，所述目标函数为：
Figure QLYQS_15
其中，
Figure QLYQS_16
为目标函数；
通过所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立等式约束函数，其中，所述等式约束函数如下所示：
Figure QLYQS_17
其中，
Figure QLYQS_18
为所述目标船舶中第
Figure QLYQS_21
个推进器的推力，
Figure QLYQS_23
为所述目标船舶中第
Figure QLYQS_20
个推进器的推力方向与所述目标船舶的纵向轴的夹角，N为推进器的数量，
Figure QLYQS_22
为第
Figure QLYQS_24
个推进器在所述目标船舶的纵向轴的坐标值、
Figure QLYQS_25
为第
Figure QLYQS_19
个推进器在所述目标船舶的侧向轴的坐标值；
通过所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立不等式约束函数。
6.根据权利要求1所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果步骤，包括：
通过所述最大风速求解模型分别对每一风向角度数据进行最大风速分析，得到每一风向角度数据对应的最大风速数据；
通过所述每一风向角度数据对应的最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图；
通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
7.根据权利要求6所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，所述通过所述最大风速数据进行包络图生成，得到目标风速包络图步骤，包括：
对所述每一风向角度数据对应的最大风速数据进行极坐标映射，得到极坐标下的极坐标点集合；
对所述极坐标点集合中每一极坐标点进行连接，生成目标风速包络图。
8.一种基于求解风包络的动力定位能力分析系统，用以执行如权利要求1至7任一项所述的基于求解风包络的动力定位能力分析方法，其特征在于，包括：
角度划分模块，用于通过预设的划分规则对风向角进行等角度划分，得到多个风向角度数据；
角度分析模块，用于对多个所述风向角度数据进行基准角度分析，得到基准风向角；
载荷分析模块，用于基于所述基准风向角，通过目标船舶的风载荷系数集合对目标船舶进行作用力分析，得到所述目标船舶对应的单位纵向风载荷力、单位横向风载荷力以及单位艏向风载荷力矩；
模型建立模块，用于基于所述基准风向角、所述单位纵向风载荷力、所述单位横向风载荷力以及所述单位艏向风载荷力矩建立最大风速求解模型，其中，所述最大风速求解模型包括目标函数、不等式约束函数以及等式约束函数；
风速分析模块，用于基于多个所述风向角度数据，通过所述最大风速求解模型对所述目标船舶进行最大风速分析，得到目标风速包络图，并通过所述目标风速包络图对所述目标船舶进行动力定位能力分析，得到目标动力定位能力分析结果。
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