专利名称：一种船型融合空间的典型样本点选取方法
技术领域：
本发明涉及一种样本点选取方法，尤其涉及一种船型融合空间的典型样本点选取方法。
背景技术：
目前，在船舶线型优化领域，如何有效快速地实现船体外形参数化变换一直是困扰这一领域的问题，也是阻碍获得具有更好性能的船型的关键问题之一。本发明提出采用基于NURBS (NonUniform Rational B-Spines)的融合方法进行船型参数化变换，克服了这
一问题。
发明内容
为了解决并避免上述问题的出现，本发明提供了一种能够有效快速地实现船体外形参数化变换的船型融合空间的典型样本点选取方法。一种船型融合空间的典型样本点选取方法，包括:首先在变量空间选取典型样本点；然后分别计算每个样本点对应船型的性能指标从而形成样本点集；接着根据样本点集回归近似模型的相关参数；最后得到需要的近似模型。优选地，根据变量空间的数学特性及性能空间特点分四部分选取典型样本点的步骤包括:首先在变量空间选取典型样本点，然后分别计算每个样本点对应船型的性能指标从而形成样本点集，接着根据样本点集回归近似模型的相关参数，最后得到需要的近似模型。优选地，所述分别计算每个样本点对应船型的性能指标从而形成样本点集的步骤包括对其进行数值分析的步骤。本发明能够有效快速地实现船体外形参数化变换，保证了近似模型的精确度，解决了船舶CFD计算起来复杂耗时的问题。
图1是船型融合空间的近似模型的构建过程的框图。图2是三个融合变量构成的空间示意图。图3是四个融合变量构成的空间示意图。
具体实施例方式在船舶线型优化领域，如何有效快速地实现船体外形参数化变换一直是困扰这一领域的问题，也是阻碍获得具有更好性能的船型的关键问题之一。本课题组提出采用基于NURBS(NonUniform Rational B-Spines)的融合方法进行船型参数化变换。如图1所示，其示出了近似模型的构建过程。首先在变量空间选取典型样本点SI，然后分别计算每个样本点对应船型的性能指标，形成样本点集S2，同时对其进行数值分析S5，接着根据样本点集回归近似模型的相关参数S3，最后得到需要的近似模型S4。可见其相关的研究主要包括典型样本点选取研究和近似模型形式研究两个部分，同时也是保证近似模型精确度的关键。其中典型样本点的选取方法和船型参数化方法密切相关，因为参数化方法决定着优化变量空间的数学特性。a.船型融合变量空间的数学特性及船型融合性能空间的特点一般情况下，变量之间没有相互耦合，三个变量构成的空间是立方体(图2中的立方体0C2AC3C1EDB)，四个变量构成的空间是超立方体。但是船型融合方法要求由融合系数 Ci (i = 1,2,…η)、0≤Ci≤I所构成的优化空间满=1的约束，则其3个融合变量 构成的空间是等边三角形(图2中的阴影部分-等边三角形C1C2C3)，4个融合变量构成的空间是正四面体(图3)，依次类推。本发明的具体原理如下:船型融合过程是以多条母型船为基础，通过调节融合系数(权重因子)，来产生一系列光顺的船型。这一融合的过程是直接操纵母型船的控制顶点，再由合成后的控制顶点产生船体曲面的网格,进而生成船体曲面。船型融合的性能空间具有如下特性:I)由于不知道性能较好的船型的形式，因此要求船型多样化，也即变量数较多，而性能较好的船型最终往往是由其中部分母型船融合得到的，也就是性能较好的船型位于试验区域的边界上；2)性能空间具有强非线性，构建这种空间的近似模型时，均匀散布的点集具有最好的效果，同样条件下得到的近似模型精度更高。b.接着根据变量空间的数学特性及性能空间特点分四部分选取典型样本点结合船型融合方法的特点，以及融合空间这类特殊空间的形式，我们提出了船型融合空间的典型样本点选取方法。该方法选取的典型样本点主要由以下四部分构成:a.s个融合空间的顶点,样本点为(1,0,...,())的s个置换(s为变量数)。b.Cs2个融合空间中各边的中点，样本点为(1/2,1/2,0,…，O)的置换。c.Cj个融合空间中各边界面的中心。d.-C〗个Ds4维立方体空间中均匀散布的点转换到融合空间Ts的点。以上四部分样本点的构成，第四部分是重点。在此重点进行阐述。因为直接在融合空间中选出均匀散布的样本点很难做到，因此首先在对应的Ds_1维立方体空间中选出偏差(偏差为度量点集在空间中均匀散布程度的指标)较小的点集uk(k = 1，…，η)，然后将这一点集转换到单位立方体空间CT1中具有最小偏差的点集ck，k=1，…，n，最后将其转换到融合空间中具有最小偏差的点集xk，k = 1，…，n，流程如下图所示。
权利要求
1.一种船型融合空间的典型样本点选取方法，包括:首先分析船型融合变量空间的数学特性及船型融合性能空间的特点；接着根据变量空间的数学特性及性能空间特点分四部分选取典型样本点；最后得到构建近似模型所需的典型样本点。
2.根据权利要求1所述的一种船型融合空间的典型样本点选取方法，所述根据变量空间的数学特性及性能空间特点分四部分选取典型样本点的步骤包括:首先在变量空间选取典型样本点，然后分别计算每个样本点对应船型的性能指标从而形成样本点集，接着根据样本点集回归近似模型的相关参数，最后得到需要的近似模型。
3.根据权利要求2所述的一种船型融合空间的典型样本点选取方法，所述分别计算每个样本点对应船型的性能指标从而形成样本点集的步骤包括对其进行数值分析的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种船型融合空间的典型样本点选取方法，其用途是为了构建基于船型融合方法的船型性能高精度近似模型，以便于大幅缩短优化时间，提高优化效率，保证优化结果的精确度。其主要思想在分析船型融合方法的特性及性能空间特点的基础上，选取有代表性的样本点，其选取的样本点包括三部分1)融合空间的顶点；2)融合空间的边界点；3)经过特殊转换到融合空间中具有一定散布规律的点。本发明能够有效快速地在船型融合空间选取代表性的样本点，可保证构建的船型性能近似模型的精确度，进而可以替代船型优化中船舶CFD计算，解决了船型优化复杂耗时的问题。
文档编号G06F17/50GK103207934SQ20131011839
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者常海超, 刘祖源, 冯佰威, 程细得, 詹成胜 申请人:常海超