一種散貨船配載儀中的最后分艙方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種散貨船配載儀，特別是一種散貨船配載儀中的最后分艙方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在散貨船的貨物裝載、運(yùn)輸和卸載過程中，保障船舶及貨物的安全是一項(xiàng)重要的 工作。導(dǎo)致散貨船不安全的因素有很多，其中配載不合理是一個(gè)重要原因。為保障散貨船 運(yùn)輸?shù)陌踩裕敥?國際海事組織）規(guī)定自1998年7月1日起，所有新建造的及現(xiàn)有的總 長(zhǎng)超過150m的散貨船和符合船級(jí)社規(guī)范所定義的甲板大開口船必須裝備配載儀，該配載 儀應(yīng)能提供規(guī)定的船體的剪力和彎矩資料。
[0003] 隨著航運(yùn)的發(fā)展，散貨船趨于大型化，但進(jìn)出一些港口時(shí)常常受到泊位水深的限 制。散貨船通常按裝貨前制定的配載方案進(jìn)行裝載，理論上可以達(dá)到平均吃水和吃水差的 要求。但在實(shí)際裝載時(shí)，裝入貨物后的實(shí)際吃水與預(yù)算的差別較大，吃水差也不相同。所以 散貨船裝貨時(shí)通常留出一部分貨進(jìn)行最后分艙，調(diào)整船舶的平均吃水和吃水差。
[0004] 目前大副在進(jìn)行最后分艙計(jì)算時(shí)基本采用兩種方法：文獻(xiàn)[1-4]中的"加載100t 吃水法"及文獻(xiàn)[5]中的"縱傾力矩法"，大多使用Excel計(jì)算，如圖1所示。
[0005] 1、使用"加載loot吃水法"進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算步驟如下：
[0006] (1)計(jì)算預(yù)留的待裝貨量P待裝：
[0007] P 待裝=!〇〇tpc(t 要求-T 初始）
[0008] 其中TWis為船舶當(dāng)前初始狀態(tài)的平均吃水，為要求的最終狀態(tài)的平均吃水， TPC為根據(jù)Tg查詢船舶的"船舶靜水力表"得到船舶平行上浮或下沉lcm時(shí)所引起的排水 量變化的噸數(shù)；
[0009] (2)計(jì)算最后分艙的裝載量，Pt為首艙要裝的貨物重量，為尾艙要裝的貨物重 量：
[0011] 其中：Δ 為船舶當(dāng)前初始狀態(tài)的吃水差；Δ 為要求的最終狀態(tài)的吃水差； Δ dFtl。。和Δ dAtl。。分別為查詢船舶的"加載100t首尾吃水變化表"得到首艙加100t貨物 引起首吃水的改變量、尾吃水的改變量；A dFjll。。和Δ dAjll。。尾艙加100t貨物引起首吃水 的改變量、尾吃水的改變量。
[0012] 2、使用"縱傾力矩法"進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算步驟如下：
[0013] (1)計(jì)算預(yù)留的待裝貨量P待裝：
[0014] P 待裝=!〇〇tpc(t 要求-T 初始）
[0015] (2)求最后分艙的裝載量，Pt為首艙要裝的貨物重量，為尾艙要裝的貨物重量：
[0016] 由如下的縱傾力矩計(jì)算吃水差改變量公式：
[0022] 其中：xP為待裝貨物重心的縱坐標(biāo)；△ t為吃水差改變量；MTC為每厘米的縱傾力 矩，船舶漂心的縱坐標(biāo)，xst為船舶首艙重心的縱坐標(biāo)，xs?為船舶尾艙重心的縱坐標(biāo)。
[0023] 但上述方法存在如下缺點(diǎn)：
[0024] 1、"加載100t吃水法"和"縱傾力矩法"計(jì)算原理相同，其存在如下假設(shè)：裝載時(shí) 船舶水線面的漂心縱向坐標(biāo)xF、每厘米縱傾力矩MTC和船舶平行上浮或下沉lcm時(shí)所引起 的排水量變化的噸數(shù)TPC不變，所以其結(jié)果只是近似值，尤其是當(dāng)船舶吃水改變較大時(shí)會(huì) 產(chǎn)生較大誤差。
[0025] 2、使用"加載100t吃水法"和"縱傾力矩法"進(jìn)行計(jì)算，只適合使用少量貨物來調(diào) 整船舶的平均吃水和吃水差，平均吃水和吃水差調(diào)整的范圍比較小。
[0026] 3、需要根據(jù)船舶的"加載100t首尾吃水變化表"和"船舶靜水力表"人工查詢并 手動(dòng)輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，非常不方便。
[0027] 本發(fā)明涉及的參考文獻(xiàn)如下：
[0028] [1]欒法敏.散貨船"最后分艙裝載"的一種計(jì)算方法[J].中國航 海，2013, 36(2) : 135-137。
[0029] [2]欒法敏.調(diào)整散裝船吃水差的快捷算法[J].中國水運(yùn)，2007 (02)，52-53。
[0030] [3]欒法敏，劉加釗.散裝船裝港吃水差調(diào)整的快捷方法[J].世界海 運(yùn)，2007, 30(2) : 1-2。
[0031] [4]謝福南.散裝船裝貨過程中最后吃水差調(diào)整的簡(jiǎn)化求解[J].航海技 術(shù)，2009(2)，27-28。
[0032] [5]邢向輝.散貨船裝載計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用的研究[D].大連：大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，2000。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0033] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種計(jì)算誤差小、適應(yīng)范圍大、無 需人工查詢的散貨船配載儀中的最后分艙方法。
[0034] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種散貨船配載儀中的最后分艙方 法，包括如下步驟：
[0035] A、將下述數(shù)據(jù)輸入到配載儀中：在船舶首艙和尾艙無貨情況下，最后分艙前船舶 總的排水量M。、重心的縱向坐標(biāo)·\、重心的橫向坐標(biāo)化和重心的垂向坐標(biāo)\ 5最后分艙后 船舶總的排水量Mlast、浮心的縱向坐標(biāo)，、浮心的橫向坐標(biāo)和浮心的垂向坐標(biāo),。
[0036] B、根據(jù)下述浮態(tài)方程組確定最后分艙的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量及約束條件：
[0037] 船舶平衡時(shí)所確定的浮態(tài)方程組為：
[0039] 其中：Δ為船舶排水量，p為水的密度，▽為船舶的排水體積；X(；、y(；、 Z(；分別為船 舶重心的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo)及垂向坐標(biāo)；xB、yB、zB分別為船舶浮心的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo) 及垂向坐標(biāo)；Θ和識(shí)分別為船舶的縱傾角和橫傾角。
[0040] B1、設(shè)定目標(biāo)函數(shù)：
[0041 ] 目標(biāo)函數(shù)
[0043] 其中：P為設(shè)計(jì)變量，η為用于最后分艙的貨艙總數(shù)，Pl為用于最后分艙的貨艙中 第i個(gè)貨艙裝載的貨物重量。
[0044] B 2、確定設(shè)計(jì)變量：
[0045] 由目標(biāo)函數(shù)確定設(shè)計(jì)變量為P = (Pd p2, . . . Pn)。
[0046] B3、確定約束條件：
[0047] 根據(jù)船舶平衡時(shí)所確定的浮態(tài)方程、每個(gè)艙室允許裝載的最大裝貨重量和最小裝 貨重量，得到約束條件如下：
[0049] 其中plMaxS要調(diào)整艙中第i個(gè)貨艙的最大裝貨重量，-1?、"^和化為調(diào)整吃水前 除調(diào)整艙外船舶重心的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo)和垂向坐標(biāo)；\、.\和4，分別為要調(diào)整艙中 第i個(gè)貨艙重心的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo)和垂向坐標(biāo)；·τ1、?和分別為調(diào)整后所需要 的船舶浮心的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo)和垂向坐標(biāo)。
[0050] C、使用差分進(jìn)化算法對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解、尋優(yōu)：
[0051 ] C1、初始化差分進(jìn)化算法所需的進(jìn)化種群。
[0052] C11、設(shè)定種群大小為NP，NP取值范圍為40-60 ;
[0053] C12、隨機(jī)生成NP個(gè)種群個(gè)體，即設(shè)計(jì)變量，每個(gè)個(gè)體#的每一維生成方法如下：
[0055] 其中，#表示第t代中第j個(gè)個(gè)體，這里t = 1 ;
[0056] rand(0，l)表示一個(gè)位于0到1之間的滿足均勻分布的隨機(jī)數(shù)；凡mm、iT" 分別表示初始化要調(diào)整艙中第i個(gè)貨艙的重量時(shí)選取的貨艙載重量最大值和最小值，
。對(duì)于不同的解向量，它的每一維元素值都是獨(dú)立生成 的。
[0057] C13、計(jì)算每個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值，其中根據(jù)"船舶艙容表"計(jì)算貨艙任意裝貨體積 下與之對(duì)應(yīng)重心的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo)和垂向坐標(biāo)值。計(jì)算方法如下：
[0058] 目標(biāo)函數(shù)值：
[0060] 并記錄符合下述條件的個(gè)體：
[0062] 其中G 表示 < 的違反約束值。
[0063] 根據(jù)艙容表計(jì)算貨艙任意裝貨體積Vnet下與之對(duì)應(yīng)的重心的縱向坐標(biāo)Xg、橫向 坐標(biāo)Yg、垂向坐標(biāo)Zg的值。每個(gè)貨艙的數(shù)據(jù)是按照Vnet遞增順序存儲(chǔ)的，有：
[0065] Vnetmin、Vnetmax、Vnetp Vnet^A^^lj表示貨艙裝載貨物凈體積的最小值、凈體積最 大值、存儲(chǔ)的首個(gè)值和存儲(chǔ)的末尾值。以下分三種情況計(jì)算Xg和Zg的值：
[0066] C131、當(dāng)Vnetmin< Vnet < Vnet _時(shí)，即Vnet在凈體積的最小值、最大值之間，選 擇與之相鄰的Vnetk丨和Vnet k進(jìn)行插值求得Xg、Yg和Zg的值。具體方法如下：

[0070] 其中：Vnetk Vnet < Vnet k 2 < k < last
[0071] C132、當(dāng)Vnet〈Vnetmin時(shí)，即Vnet小于凈體積的最小值，選擇最小的兩個(gè)體積值 VnetJP Vnet 2進(jìn)行插值求得Xg、Yg和Zg的值。具體方法如下：
[0075] C133、當(dāng)Vnet > Vnetmax時(shí)，即Vnet大于凈體積最大值，選擇最大的兩個(gè)體積值 VnetlasjP Vnet last丨進(jìn)行插值求得Xg、Yg和Zg的值。具體方法如下：
[0079] C14、計(jì)算每個(gè)個(gè)體的違反約束值，將約束條件改寫成如下形式：
[0081] 分別表示不等式約束和等式約束；q、m-q分別表示不等式約束的 數(shù)量和等式約束的數(shù)量，這里q = 2n，m = 2n+2。
[0082] 個(gè)體違反第r個(gè)約束的值的表示方法如下：
[0084] δ為等式約束的容許誤差，δ取值范圍為0.001-0. 01。
[0085] 則個(gè)體的違反約束值為：
[0087] C2、計(jì)算種群中符合約束的個(gè)體占總個(gè)體的比例，即可行率，用rate表示，計(jì)算方 法如下：
[0088]
[0089] C3、設(shè)定縮放因子F和交叉概率因子CR的值：
[0092] 其中T為最大進(jìn)化代數(shù)，t為當(dāng)前代數(shù)。
[0093] C4、用差分進(jìn)化算法進(jìn)行變異、交叉和選擇操作，并令j = 1 ;
[0094] C41、變異操作，按照如下方式進(jìn)行：
[0096] 這里ri，r2，r3是區(qū)間[1，NP]內(nèi)與j不等的隨機(jī)整數(shù)，且滿足兩兩互不相等；》4表 示產(chǎn)生的第t代第j個(gè)變異個(gè)體。
[0097] C42、交叉操作，按照如下方式進(jìn)行：
[0099] 其中縛表示第t代第j個(gè)實(shí)驗(yàn)個(gè)體；sn是一個(gè)隨機(jī)整數(shù)，滿足sne [1，2，···，η]; i表示第i維；
[0100] C43、選擇操作：
[0101] 計(jì)算實(shí)驗(yàn)個(gè)體和目標(biāo)個(gè)體的修正目標(biāo)函數(shù)值，計(jì)算方法如下：
[0102] C431、標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)函數(shù)值：
[0104] 其中：/二，/二分別表示第t代種群中最大目標(biāo)函數(shù)值和最小目標(biāo)函數(shù)值。
[0105] 當(dāng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)函數(shù)值為：
[0108]當(dāng)/?>./"時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)函數(shù)值為：
[0111]當(dāng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)函數(shù)值為：
[0114] C432、標(biāo)準(zhǔn)化違反約束值為：
[0116] 其中，（^η分別表示第t代種群中最大違反約束值和最小違反約束值。
[0117] 當(dāng)C7_ 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化違反約束值為：
[0120]當(dāng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化違反約束值為：
[0123]當(dāng)，標(biāo)準(zhǔn)化違反約束值為：
[0126] C433、計(jì)算個(gè)體距離與值，方法如下：
[0129] C434、計(jì)算懲罰項(xiàng)，方法如下：
[0134]懲罰項(xiàng) i? (X;)與 J)(?;.)為：
[0137] C435、修正目標(biāo)函數(shù)值，計(jì)算方法如下：
[0140] C436、選擇方法如下：
[0142] 其中 < 表示被選中的個(gè)體，替換原