(19)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 202210825687.7 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 上海船舶运输科 学研究所有限公司 地址 200135 上海市浦东 新区民生路6 00号 (72)发明人 杜云龙　陈伟民　董国祥　张青山　 陈昆鹏　车霖源　任海奎　 (74)专利代理 机构 北京海虹嘉诚知识产权代理 有限公司 1 1129 专利代理师 高丽萍 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06F 111/06(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种船型性能预报与优化方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种船型性能预报与优化方 法及系统， 该方法基于多个样 本船型的三维几何 模型， 采用特定的船型特征提取方法、 船型曲面 特征变形方法和船型性能预报模 型生成方法， 训 练得到多个船舶性能预报模型， 并采用特定的计 算方式构建三维几何模型的目标船型与样本船 型特征对比分析目标函数， 基于遗传算法开展目 标船型与 样本船型几何模型贴近， 直至几何贴近 达标， 获取几何模型贴近达标时的船型曲面变形 控制参数值， 做为船型性能预报模型的输入参 数， 得到目标船型的水动力性能数据， 实现目标 船型性能预报， 最后构建目标船型预报与优化设 计， 能够有效扩展船舶性能预报模 型所能涵盖的 船型范围， 实现基于目标船型三维几何模型的预 报和优化， 提高预报模型的适用范围和应用效 果。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115146412 A 2022.10.04 CN 115146412 A 1.一种船 型性能预报与优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 船型特征提取步骤： 获取多个母型船为样本船型的三维几何模型， 基于三维几何模型 提取各样本船型 的尺度特征参数， 并对三维几何模型和尺度特征参数进行标准化处理； 基 于标准化处理后的三维几何模型， 提取各样本船型 的船型特征线， 根据船型特征线获取各 样本船型的船型特征拐点三维坐标和型值 点三维坐标； 船型曲面特征变形步骤： 根据 标准化处理后的尺度 特征参数、 船型特征线、 船型特征拐 点三维坐标和型值点三维坐标， 计算出各样本船型曲面不同特征区域的特征长度和位置坐 标； 基于特征长度、 位置坐标和船型特征线， 利用曲面变形技术对各样本船型曲面构建三 维 几何变形控制体， 得到各样本船型 的曲面变形控制参数及其变化范围， 并采用拉丁超立方 算法对样本船型的曲面变形控制参数变化范围内的多个样本点进 行采集， 基于采集的多个 样本点， 利用曲面变形技术对各样本船型进行三维几何变形， 得到与曲面变形控制参数一 一对应的多个船 型样本点 三维几何模型； 性能预报模型生成步骤： 基于多个船型样本点三维几何模型， 采用船舶CFD技术计算出 船舶水动力性能特征参数， 将变形后的样本船型各样本点对应的尺度特征参数和曲面变形 控制参数作为输入， 船舶水动力性能特征参数作为输出， 基于BP神经网络方法进行模型训 练， 得到多个样本船 型的性能预报模型； 目标函数构建步骤： 获取目标船型的三维几何模型， 并根据船型特征提取步骤和船型 曲面特征变形步骤获得目标船型的型值点三 维坐标和曲面变形控制参数， 根据目标船型和 样本船型的型值点三 维坐标计算出目标船型与样本船型的型值点平均间距和间距最大值， 在给定船型特征 的限制条件下， 根据型值点平均间距和间距最大值， 构建目标船型与样本 船型特征对比分析的目标函数； 参数值获取步骤： 以目标船型的曲面变形控制参数作为输入， 目标函数作为输出， 基于 遗传算法迭代计算出目标函数 的最小值， 以筛选出与目标船型相匹配的样本船型， 并获取 目标函数最小值时的船型曲面变形控制参数值， 将船型曲面变形控制参数值输入与目标船 型相匹配的样本船 型的性能预报模型中， 得到目标 船型的水动力性能数据； 船型优化步骤： 以目标船型的曲面变形控制参数作为输入， 以性能预报模型输出的水 动力性能数据为目标函数作为输出， 基于遗传算法对目标船型进行分析和优化， 得到目标 船型的性能优化方案 以及对应的船型曲面变形控制参数组， 根据船型曲面变形控制参数 组， 重复船型曲面特征变形步骤， 对目标船型进 行三维几何变形， 完成目标船型的三 维几何 模型优化。 2.根据权利要求1所述的船型性 能预报与优化方法， 其特征在于， 所述船型特征提取步 骤中， 所述尺度特征参数包括船型基本尺度参数和船型全局特征参数， 所述船型基本尺度 参数包括船舶垂线间长、 船舶设计水线长、 船舶型宽、 船舶设计吃水、 螺旋桨轴高和螺旋桨 盘面距艉垂线的距离的任意组合， 所述船型全局特征参数包括船舶长宽比、 船舶宽度吃水 比、 方形系数、 船舶湿表面积和浮心纵向位置的任意组合。 3.根据权利要求1所述的船型性 能预报与优化方法， 其特征在于， 所述船型特征提取步 骤中， 所述船型特征线包括船体横剖线、 船体纵剖线、 水线、 中纵剖线、 首尾轮廓线、 平 边线、 平底线和船舶横剖面积分布曲线的任意组合。 4.根据权利要求2所述的船型性 能预报与优化方法， 其特征在于， 所述目标函数构建步权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115146412 A 2骤中， 根据方形系数和浮心纵向位置计算出目标船型与样本船型的方形系数残差和浮心纵 向位置残差， 以构建出 船型特征限制条件。 5.根据权利要求4所述的船型性 能预报与优化方法， 其特征在于， 所述参数值获取步骤 中， 在计算 目标函数 的最小值时， 还根据目标船型与样本船型 的方形系 数残差和浮心纵向 位置残差与预设阈值的比对结果判断计算的目标函数的最小值是否有效， 若方形系数残差 小于第一预设阈值， 且浮心纵向位置残差小于第二预设阈值， 则计算的目标函数 的最小值 有效。 6.一种船型性能预报与优化系统， 其特征在于， 包括依次连接的船型特征提取模块、 船 型曲面特征变形模块、 性能预报模型生成模块、 目标函数构建模块、 参数值 获取模块以及船 型优化模块， 船型特征提取模块， 获取多个母型船为样本船型的三维几何模型， 提取三维几何模型 中各样本船型的尺度特征参数， 并对三 维几何模型中的三维几何模型和尺度特征参数进 行 标准化处理； 基于标准化处理后的三 维几何模型， 提取各样本船型的船型特征线， 根据船型 特征线获取 各样本船 型的船型特征拐点三维坐标和型值 点三维坐标； 船型曲面特征变形模块， 根据 标准化处理后的尺度 特征参数、 船型特征线、 船型特征拐 点三维坐标和型值点三维坐标， 计算出各样本船型曲面不同特征区域的特征长度和位置坐 标； 基于特征长度、 位置坐标和船型特征线， 利用曲面变形技术对各样本船型曲面构建三 维 几何变形控制体， 得到各样本船型 的曲面变形控制参数及其变化范围， 并采用拉丁超立方 算法对样本船型的曲面变形控制参数变化范围内的多个样本点进 行采集， 基于采集的多个 样本点， 利用曲面变形技术对各样本船型进行三维几何变形， 得到与曲面变形控制参数一 一对应的多个船 型样本点 三维几何模型； 性能预报模型生成模块， 基于多个船型样本点三维几何模型， 采用船舶CFD技术计算出 船舶水动力性能特征参数， 将变形后的样本船型各样本点对应的尺度特征参数和曲面变形 控制参数作为输入， 船舶水动力性能特征参数作为输出， 基于BP神经网络方法进行模型训 练， 得到多个样本船 型的性能预报模型； 目标函数构建模块， 获取目标船型的三维几何模型， 并根据船型特征提取模块和船型 曲面特征变形模块获得各目标船型的型值点三维坐标和曲面变形控制参数， 根据目标船型 和样本船型 的型值点三维坐标计算出目标船型与样本船型的型值点平均间距和间距最大 值， 在给定船型特征的 限制条件下， 根据型值点平均间距和间距最大值， 构建目标船型与样 本船型特征对比分析的目标函数； 参数值获取模块， 以目标船型的曲面变形控制参数作为输入， 目标函数作为输出， 基于 遗传算法迭代计算出目标函数 的最小值， 以筛选出与目标船型相匹配的样本船型， 并获取 目标函数最小值时的船型曲面变形控制参数值， 将船型曲面变形控制参数值输入与目标船 型相匹配的样本船 型的性能预报模型中， 得到目标 船型的水动力性能数据； 船型优化模块， 以目标船型的曲面变形控制参数作为输入， 以性能预报模型输出的水 动力性能数据为目标函数作为输出， 基于遗传算法对目标船型进行分析和优化， 得到目标 船型的性能优化方案 以及对应的船型曲面变形控制参数组， 根据船型曲面变形控制参数 组， 重复船型曲面特征变形步骤， 对目标船型进 行三维几何变形， 完成目标船型的三 维几何 模型优化。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115146412 A 3