(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111169807.4 (22)申请日 2021.10.08 (71)申请人 青岛杰瑞工控技 术有限公司 地址 266071 山东省青岛市 市南区山 东路 27号东栋101室 (72)发明人 赵奎　马志宇　崔海朋　赵巍　 陆文超　魏代善　纪海龙　姜英昌　 (74)专利代理 机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 代理人 孟令彩 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06N 3/00(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于风浪流的港口船舶拖轮配置的确 定方法 (57)摘要 本发明涉及港口船舶安全管 理技术领域， 具 体地说， 涉及一种基于风浪流的港口船舶拖轮配 置的确定方法。 包括确定港口的水深及其误差、 确定船舶流体作用力、 确定船舶下沉力及下沉 量、 确定船舶运动方程、 分别计算风浪流三种因 素对船舶的干扰、 计算风浪流联合作用下船舶靠 离泊所需最小拖力、 采用遗传算法与粒子群算法 叠加结合的多目标优化算法计算最优解等步骤。 本发明设计通过确定船舶流体作用力、 建立船舶 运动方程， 可以计算风浪流联合作用下所需拖轮 的最小拖力， 最终通过多目标优化算法优化拖轮 配置情况， 达到优化船舶靠泊时拖轮拖力的最佳 配置， 提高港口调度效率， 减轻港口拖轮的工作 压力， 减少拖轮的资源浪费， 降低船舶靠离泊时 拖轮的费用成本 。 权利要求书4页 说明书8页 附图6页 CN 113919067 A 2022.01.11 CN 113919067 A 1.一种基于风浪流的港口船舶拖轮 配置的确定方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1、 根据现存资料及实时采集的数据， 确定 港口的水深及其 误差； S2、 根据到港的船舶资料， 确定船舶流体作用力， 计算船舶下沉力及下沉量， 确定船舶 运动方程； S3、 通过实测参数分别计算 风、 浪、 流 三种因素对船舶的干扰； S4、 计算风浪流联合作用下 船舶靠离泊所需最小拖力； S5、 以经济最优、 路线最短、 拖力最大为目标， 采用遗传算法与粒子群算法叠加结合的 多目标优化 算法， 通过遗传算法不断优化目标权 重， 计算最优解。 2.根据权利要求1所述的基于风浪流的港口船舶拖轮配置的确定方法， 其特征在于： 所 述S2中， 根据到 港船舶的质量， 根据如下 所示的公式计算船舶流体作用力： 上式经转换后得到： 式 （1） 中， P为船舶流体作用力， ρ 为流体密度， C为常数， 为流体速度势， t为时间， V为 船速， g为重力加速度， z为自由液面高度。 3.根据权利要求2所述的基于风浪流的港口船舶拖轮配置的确定方法， 其特征在于： 所 述S2中， 计算船舶下沉力及下沉 量的计算表达式为： 根据流体作用力计算船舶下沉力的计算方程 为： 式 （2） 中， 表示船体单位法线向量， 为船舶流体作用力的变化量， d表示船舶水下 部分的高度， s表示船舶与水平面相接触的横截面积； 通过船体下沉力确定船舶下沉 量， 采用Ho oft公式计算船舶下沉 量的表达式为： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113919067 A 2式 （3a） 、 式 （3b） 、 式 （3c） 、 式 （3 d） 中， T为船首的下沉量， 为船体平均下沉量， 为纵 倾变化引起的首倾量， 为船舶的垂 线间长， 为船舶排水体积， 为水深傅 汝德数， g 为重力加速度， V为船速， h为水深； 其中， 由上述各式可得， 船体下沉量与水深、 船舶尺度及船速相关， 特别与船速紧密相 关。 4.根据权利要求3所述的基于风浪流的港口船舶拖轮配置的确定方法， 其特征在于： 所 述S2中， 根据势流理论， 确定船舶运动方程， 方程表达式为： 式 （4） 中，   为随时间变化的六自由度运动， M为船体广义质量矩阵， [ A]、 [B]、  [C]为三维水动力系数。 5.根据权利要求4所述的基于风浪流的港口船舶拖轮配置的确定方法， 其特征在于： 所 述S3中， 通过实测参数计算 风因素对船舶干扰的方法具体步骤如下： 通过实测风 参数确定风载荷系数的计算表达式为： 式 （5a） 中、 式 （5b） 中， Cx为纵向风载荷系数， 为水线上船体侧投影面积， AT为水线上 船体正投影面积， S为水线以上船体侧投影 面积周长， B为船宽， LOA为船长， C 为侧投影 面积型 心距船艏距离， N为侧投影面积中线面支柱或桅杆的数目， Cy为横向风载荷系数， A ss为上层 建筑侧投影面积； 进而， 可计算作用在船舶上的风压力为： 式 （5c） 、 式 （5d） 中， 为纵向的风压力， 为横向的风压力， 为空气密度，   为相对风速 。 6.根据权利要求5所述的基于风浪流的港口船舶拖轮配置的确定方法， 其特征在于： 所 述S3中， 通过实测参数计算浪因素对船舶干扰的计算表达式为： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113919067 A 3