利用先进的图像处理技术、活动轮廓算法和并行处理方法进行船舶结构腐蚀检测

《Ocean Engineering》：Ship structure corrosion detection using advanced image processing, active contour algorithm, and parallel processing

提出一种基于功率均分的方法，从频率相关的流体动力数据中推导出等效的常数值质量矩阵和阻尼矩阵，从而简化船舶运动模拟的计算复杂度。通过两种船模的验证，该方法在保持动能和平均功率耗散一致性的同时，显著提高了计算效率，并优于传统的零频率近似方法。

　　在海洋工程领域，船舶在波浪中的运动模拟与控制是至关重要的。为了准确捕捉波浪对船舶的动态影响，模型需要考虑流体记忆效应和波浪激励力。然而，传统的航行理论通常采用恒定的水动力系数，这些系数往往在零频率下进行近似，从而导致在某些海况下的性能下降。本文提出了一种基于能量的平均方法，用于从频率域的波浪保持性数据中推导出物理上一致的等效附加质量与阻尼矩阵，避免了需要求解Cummins方程的步骤，同时确保了时间域模拟和控制设计的准确性。

该方法通过使用归一化的波浪谱对水动力系数进行加权平均，以保持总动能和平均能量耗散。与传统的选择任意频率（通常为零频率）不同，本文的方法能够处理频率依赖的水动力系数，适用于线性和非线性的航行模型。这一框架适用于零速度和非零速度下的六自由度（6-DOF）船舶模型，并且可以将波浪激励力通过线性叠加方式加入模型中。通过使用ShipX的水动力数据对S175集装箱船和WAMIT对标准油轮的验证表明，该方法在不求解Cummins方程的情况下仍能产生准确的结果。

在波浪保持理论中，通常采用频率依赖的附加质量和阻尼系数来描述船舶对波浪的响应，这些系数考虑了流体记忆效应。Cummins方程是一种常用的模型，但其计算复杂度较高，不适合实时的航行模拟和控制应用。相比之下，航行理论通常使用常数水动力系数，这些系数与频率无关，简化了模型的复杂性，但在捕捉瞬态行为和波浪激励效应方面存在局限。

本文提出的基于能量的平均方法在计算等效附加质量与阻尼矩阵时，避免了选择特定频率的主观性，而是通过对整个波浪谱进行积分，确保了能量的守恒。这种方法特别适用于六自由度船舶模型，因为它能够处理低频和高频运动之间的耦合效应，而传统的零频率近似则无法有效捕捉这些混合频率的影响。这种方法能够保留波浪激励力的频率依赖性，同时保持计算效率。

通过将波浪谱的能量密度作为权重，该方法能够在不同海况和航速下，对船舶的运动进行一致的模拟。这不仅适用于频率依赖的附加质量矩阵，还适用于阻尼矩阵，使得模型能够更准确地预测波浪激励下的船舶响应。在验证过程中，使用了两种典型的船舶模型：S175集装箱船和标准油轮，分别通过ShipX和WAMIT获取频率域的水动力数据，并将其应用于六自由度模型中。

该方法在时间域模拟中表现出色，能够显著减少计算负担，同时保持模型的准确性。在实际应用中，传统方法通常在零频率下近似水动力系数，这种方法在某些情况下会导致不准确的结果，尤其是在波浪激励显著的海况下。本文的方法通过使用波浪谱的能量密度作为权重，避免了这种不准确性的引入，使得模型在不同海况和航速下都能保持良好的一致性。

此外，该方法能够适用于不同类型的船舶和不同的海况，这使得它在工程实践中具有广泛的适用性。通过将波浪激励力和推进力等综合考虑，该方法支持统一的模拟框架，使得船舶的运动控制设计更加高效和准确。这种方法的灵活性也体现在其对不同数据来源的兼容性上，无论是基于面板法的流体动力学数据，还是高保真度的计算流体力学（CFD）或实验流体动力学（EFD）数据，都可以应用该方法进行处理。

本文的研究不仅展示了基于能量的平均方法在六自由度模型中的有效性，还通过定量验证（如均方根误差RMSE）进一步证明了其在实际应用中的优越性。这些结果表明，该方法能够显著提高模拟的准确性，特别是在与波浪激励相关的运动中，如垂向运动（如纵摇和横摇）和耦合运动（如横摇-纵摇耦合）。因此，这种方法为海洋工程中的船舶模拟和控制设计提供了一个新的、高效且物理一致的解决方案。