[发明专利]一种海洋拖曳系统多目标优化方法及装置

说明书

本发明属于海洋拖曳系统优化技术领域，为了解决目前海洋拖曳系统优化模型计算效率较低的问题，提出一种海洋拖曳系统多目标优化方法及装置。其中该方法包括获取拖曳系统相关参数；基于海洋拖曳系统的多目标优化模型及拖曳系统相关参数，得到海洋拖曳系统的所有目标参数优化解，以指导海洋拖曳系统完成海上任务；其中，所述多目标优化模型是基于拖曳系统模型而构建的；所述拖曳系统模型包括规则细长结构模型和非规则结构模型。其采用代理模型‑解析模型相结合的方式，简化了海洋拖曳系统的优化模型，最终提高了海洋拖曳系统完成海洋作业的效率。

技术领域

本发明属于海洋拖曳系统优化技术领域，尤其涉及一种海洋拖曳系统多目标优化方法及装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

海洋拖曳系统广泛应用于海洋物理和海洋地质探测等任务。海洋拖曳系统主要由母船、拖曳缆、拖体、阵列缆及稳定装置组成。母船是整个系统的动力来源，拖曳着系统实施作业。拖曳缆连接着母船和拖体。拖体根据作业任务不同搭载不同科学仪器。阵列缆上布置多种信号接收器，能够及时获取海底信息。稳定装置多为对称结构，给阵列缆提供向后的拖曳力，保持其平直状态，进而提高其接收信息的质量。

拖曳系统的拖曳速度与工作效率密切相关。拖曳速度过小，单位时间探测区域过小，工作效率低；拖曳速度过大，系统受到水阻力增加，拖体上浮，拖深又不能满足探测需求。因此，确定系统拖曳速度时需结合多个因素综合考虑。另外，当海床高度变化时，需通过收放拖曳缆长度调整拖体拖深，以保证拖体与海床保持安全距离。例如，当海床高度升高时，需收缆使拖体上浮；降低时，放缆使拖体下沉。为及时调整拖体深度，应尽量缩短拖曳缆长度。然而，若拖曳缆长度过短，拖深过小，又无法满足探测需求。因此，确定拖曳缆长度时同样要考虑多个因素。由于系统拖曳速度、拖曳缆长度及拖深三者间复杂作用关系，深拖系统的设计必然是一个多目标优化设计问题。系统的力学建模是多目标优化设计的重要环节。对于系统中的规则结构物，常用集中质量法、有限差分法对其建模。然而，即使是选择在三种方法中计算量较小的集中质量法，在对长达数千米的拖曳缆建模时，其控制方程数量仍会随着结构物尺寸增加骤增，由此导致解算拖曳缆形态耗时增加，大大降低优化模型的计算效率；对于系统中的不规则结构物，如拖体，对其力学建模时必须要计算其水动力载荷。计算流体力学方法(CFD)是计算不规则结构物水动力载荷的常用方法。然而，利用CFD获取水动力载荷需要消耗较大计算资源，同样使优化模型难以求解。

综上所述，发明人发现，目前海洋拖曳系统优化模型计算效率较低，降低了海洋拖曳系统的设计效率。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在技术问题，本发明提供一种海洋拖曳系统多目标优化方法及装置，其采用代理模型-解析模型相结合的方式，简化了海洋拖曳系统的优化模型，最终提高了海洋拖曳系统完成海洋作业的效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种海洋拖曳系统多目标优化方法。

一种海洋拖曳系统多目标优化方法，其包括：

获取拖曳系统相关参数；

基于海洋拖曳系统的多目标优化模型及拖曳系统相关参数，得到海洋拖曳系统的所有目标参数优化解，以指导海洋拖曳系统完成海上任务；

其中，所述多目标优化模型是基于拖曳系统模型而构建的；所述拖曳系统模型包括规则细长结构模型和非规则结构模型；

所述规则细长结构模型是采用理论解析模型而构建的，且基于准静态迭代算法求解得到相应力学参数；

所述非规则结构模型为利用人工神经网络而建立的非规则结构的运动状态与拖曳粘滞阻力的代理模型，或者为利用数据拟合方法而建立的非规则结构的运动状态与拖曳粘滞阻力的解析模型。