【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于船舶橫搖運(yùn)動預(yù)測，具體涉及一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法。
技術(shù)介紹
1、在海上風(fēng)電建設(shè)過程中，服務(wù)作業(yè)船(sov)作為海上風(fēng)電安裝與維護(hù)的重要平臺，承擔(dān)著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝、維修以及人員和物資運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)。然而，海洋環(huán)境的復(fù)雜性和波浪的影響對sov的作業(yè)效率和安全性產(chǎn)生了顯著影響，尤其是sov的橫搖運(yùn)動(sov-rm)。橫搖是指船體繞縱軸的轉(zhuǎn)動運(yùn)動，通常由波浪引起，其波動幅度和頻率隨海況的變化而變化，導(dǎo)致船只的穩(wěn)定性和人員、設(shè)備的安全性受到威脅。因此，如何應(yīng)對和預(yù)測sov-rm，特別是在復(fù)雜海況下，成為海上風(fēng)電施工中的重要問題。
2、波浪對sov的作用力可以通過波浪譜來描述。波浪譜反映了不同頻率波浪的能量分布，影響船舶的搖擺和姿態(tài)。在實(shí)際海況中，sov的橫搖運(yùn)動與波浪的頻率、波浪方向等因素緊密相關(guān)。當(dāng)波浪的頻率與sov的自然頻率接近時，可能會引發(fā)共振，導(dǎo)致橫搖運(yùn)動加劇。此外，波浪的方向也會影響船體的橫搖運(yùn)動力矩。在順浪情況下，波浪對船體的作用力相對較小，而在橫浪和頂浪情況下，波浪的影響更加顯著，可能會導(dǎo)致較大的橫搖角度。因此，波浪的頻率和方向是影響sov-rm的主要因素。
3、在不同海況下，波浪頻率、波浪方向及其能量分布存在顯著差異，這使得sov-rm的表現(xiàn)呈現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性。橫搖運(yùn)動的異質(zhì)性可以分為序列內(nèi)異質(zhì)性和序列間異質(zhì)性。序列內(nèi)異質(zhì)性指的是同一時間段內(nèi)sov-rm隨時間變化的分布偏移，通常表現(xiàn)為波浪頻率的變化導(dǎo)致的橫搖運(yùn)動幅度和周期的變化。序列間異質(zhì)性則指在不同海況下
4、波浪譜描述了不同頻率波浪的能量分布，通常分為不同的海況等級(如3-6級海況)。每種海況下的波浪譜特征不同，例如，在較高的海況等級下，波浪的頻率范圍較廣，且峰值頻率較低。波浪譜的變化直接影響sov的橫搖響應(yīng)。例如，在波浪的頻率范圍內(nèi)，當(dāng)頻率接近船舶的固有頻率時，可能引發(fā)共振，增加橫搖角度。不同海況下的波浪譜不同，導(dǎo)致了sov-rm的表現(xiàn)差異，這也是橫搖運(yùn)動異質(zhì)性產(chǎn)生的原因之一。
5、目前，針對sov-rm的研究主要集中在波浪力和船舶響應(yīng)模型的建立上。傳統(tǒng)的方法通常基于波浪譜和船舶的響應(yīng)函數(shù)(rao)來計(jì)算波浪對sov的影響。然而，這些方法在面對不同海況和復(fù)雜波浪條件時，往往無法有效捕捉橫搖運(yùn)動的變化規(guī)律，特別是無法處理由于波浪頻率變化和浪向角不同導(dǎo)致的異質(zhì)性問題。此外，現(xiàn)有的模型在面對多變的海況時，其預(yù)測精度和穩(wěn)定性存在不足，難以滿足實(shí)際工程中的需求。
6、因此，如何解決橫搖運(yùn)動的異質(zhì)性問題，并在此基礎(chǔ)上提高sov-rm的預(yù)測精度，成為推動海上風(fēng)電建設(shè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法。
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)提供了一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
4、通過傳感器實(shí)時采集船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)，所述船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)包括各個時間節(jié)點(diǎn)的船舶橫搖角度；
5、對船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相似性量化劃分，將船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)劃分為源域運(yùn)動數(shù)據(jù)與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)；
6、將源域運(yùn)動數(shù)據(jù)與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型進(jìn)行處理，輸出未來時刻預(yù)測的船舶橫搖運(yùn)動數(shù)據(jù)；
7、對采集的船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)與預(yù)測的船舶橫搖運(yùn)動數(shù)據(jù)分別進(jìn)行運(yùn)動學(xué)反解，獲得stewart平臺六個電動缸的對應(yīng)采樣點(diǎn)的伸縮量；
8、將獲得的stewart平臺六個電動缸的對應(yīng)采樣點(diǎn)的伸縮量反饋給船舶控制系統(tǒng)，實(shí)時調(diào)整船舶運(yùn)動。
9、進(jìn)一步的，所述各個時間節(jié)點(diǎn)的船舶橫搖角度為：
10、
11、其中，φ(ω,α)為船舶橫搖角度，ω為角頻率，α為浪向角，f(ω)為波浪的作用力，d為船舶橫搖轉(zhuǎn)動的力臂，i為船舶的轉(zhuǎn)動慣量，b為橫搖阻尼系數(shù)，σ為虛數(shù)單位，c為船舶的恢復(fù)力矩系數(shù)。
12、進(jìn)一步的，所述對船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相似性量化劃分，具體包括以下步驟：
13、給定任意t個時間點(diǎn)t1≤…≤tt，在[0,t1],··[tt-1tt]的時間段中，每個時間段觀測到的橫搖運(yùn)動定義為單元領(lǐng)域d1、d2…dt表示為：
14、
15、其中，為時間段l第i個時間點(diǎn)的船舶橫搖運(yùn)動數(shù)據(jù)，為時間段l第i個時間點(diǎn)的船舶橫搖運(yùn)動的預(yù)測值，nl為時間段l的時間點(diǎn)數(shù)量，xl、yl分別表示時間段l的船舶橫搖運(yùn)動數(shù)據(jù)空間和預(yù)測值空間；
16、根據(jù)獲得的單元領(lǐng)域d1、d2…dt，選擇時間段[t1t2…tt-1]中的任意時間點(diǎn)tj(j∈{1,2,…,t-1})，將前j個單元領(lǐng)域合并為源領(lǐng)域ds＝[d1,d2,…,dj]，后t-j個單元領(lǐng)域合并為目標(biāo)領(lǐng)域dt＝[dj+1,dj+2,…,dt]；
17、對每一對源領(lǐng)域ds和目標(biāo)領(lǐng)域dt，計(jì)算其分布偏移，每個領(lǐng)域?qū)Φ姆植计瓶梢员硎緸椋?/p>
18、ldm(ds,dt)＝dadv(xs,xt)
19、其中，xs、xt分別表示源領(lǐng)域ds和目標(biāo)領(lǐng)域dt中的船舶橫搖運(yùn)動數(shù)據(jù)空間，分布偏移度量d(xs,xt)使用對抗性訓(xùn)練算法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：
20、dadv(xs,xt)＝-e([log[g(xs)]]+[log[1-g(xt)]])
21、其中，e(·)表示分布函數(shù)的期望值，g(·)是一個判別網(wǎng)絡(luò)，用于判別數(shù)據(jù)是否屬于源域數(shù)據(jù)；
22、通過時間相似性量化算法，找出在t-1種組合的領(lǐng)域?qū)χ蟹植计谱畲蟮囊粚υ从蜻\(yùn)動數(shù)據(jù)ds與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)dt，其計(jì)算過程通過以下公式描述：
23、
24、進(jìn)一步的，所述領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型包括：單層的解碼器與編碼器結(jié)構(gòu)，其中，編碼器中包括多頭注意力機(jī)制模塊、前饋網(wǎng)絡(luò)和領(lǐng)域自適應(yīng)模塊，解碼器中包括掩碼多頭注意力機(jī)制模塊、多頭注意力機(jī)制模塊和前饋網(wǎng)絡(luò)。
25、進(jìn)一步的，所述將源域運(yùn)動數(shù)據(jù)與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)輸入領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型進(jìn)行處理，處理過程包括：
26、將源域運(yùn)動數(shù)據(jù)與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行位置編碼，獲得融合了時間信息的橫搖運(yùn)動數(shù)據(jù)；
27、將位置編碼后的源域與目標(biāo)域數(shù)據(jù)輸入編碼器進(jìn)行特征提取，編碼器通過多頭注意力機(jī)制和前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取源域與目標(biāo)域的時序特征，輸出源域第一特征序列與目標(biāo)域第一特征序列；
28、計(jì)算源域第一特征序列與目標(biāo)域第一特征序列的特征分布差異，基于計(jì)算的特征分布差異，通過動態(tài)調(diào)整匹配權(quán)重的方式，進(jìn)行領(lǐng)域?qū)μ卣髌ヅ洌?/p>
29、將匹配后的特征數(shù)據(jù)輸入領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型的解碼器部分，解碼器利用掩碼多頭注意力機(jī)制模本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述各個時間節(jié)點(diǎn)的船舶橫搖角度為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述對船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相似性量化劃分，具體包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型包括：單層的解碼器與編碼器結(jié)構(gòu)，其中，編碼器中包括多頭注意力機(jī)制模塊、前饋網(wǎng)絡(luò)和領(lǐng)域自適應(yīng)模塊，解碼器中包括掩碼多頭注意力機(jī)制模塊、多頭注意力機(jī)制模塊和前饋網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述將源域運(yùn)動數(shù)據(jù)與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)輸入領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型進(jìn)行處理，處理過程包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述計(jì)算源域第一特征序列與目標(biāo)域第一特征序列的特
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述基于計(jì)算的特征分布差異，通過動態(tài)調(diào)整匹配權(quán)重的方式，進(jìn)行領(lǐng)域?qū)μ卣髌ヅ洌唧w包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述預(yù)測序列獲取步驟包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型損失函數(shù)為：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型的遷移學(xué)習(xí)采用動態(tài)解凍策略，具體包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述各個時間節(jié)點(diǎn)的船舶橫搖角度為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述對船舶運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相似性量化劃分，具體包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模型包括：單層的解碼器與編碼器結(jié)構(gòu)，其中，編碼器中包括多頭注意力機(jī)制模塊、前饋網(wǎng)絡(luò)和領(lǐng)域自適應(yīng)模塊，解碼器中包括掩碼多頭注意力機(jī)制模塊、多頭注意力機(jī)制模塊和前饋網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)的船舶運(yùn)動預(yù)測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述將源域運(yùn)動數(shù)據(jù)與目標(biāo)域運(yùn)動數(shù)據(jù)輸入領(lǐng)域自適應(yīng)遷移學(xué)習(xí)模...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張琴，周峰，胡雄，
申請(專利權(quán))人：上海海事大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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