自航耙吸挖泥船疏浚优化的机理分析及工程化应用

摘要

随着疏浚事业的蓬勃发展,自航耙吸挖泥船的使用越来越广泛,无论是河道清淤还是吹填工作都可以看到耙吸挖泥船的身影。近年来,耙吸挖泥船的发展趋势一直是自动化、高效化,而目前耙吸挖泥船的疏浚效率比较低下,使得对疏浚优化的研究变得尤为重要。
　　本课题在“交通部疏浚重点实验室基金”的支持下,采用遗传算法对耙吸挖泥船的疏浚过程优化,以周期产能为优化目标,搜索最优控制参数,达到周期产能最大。并开发了参数控制以及疏浚结果的人机界面指导工程化应用。本文的主要工作如下:
　　针对耙吸挖泥船耙头工作的不同环境,建立了不含高压冲水和含高压冲水这两种类型的耙头数学模型,并分别采用不同海域的疏浚数据对这两种耙头数学模型进行验证,证明了耙头模型的正确性,可以利用此耙头数学模型估计耙头的吸入密度,为操船者提供便利。
　　采用上海长江口实船疏浚数据,结合本文建立验证的耙头吸入密度模型和泥舱沉积模型,通过遗传算法搜索最优的航速、泥浆进舱流量以及高压冲水的最优值,对周期产能优化。仿真结果显示,优化后的干土吨和周期产能均有所增长,可在工程化应用中提高疏浚效率以及经济效益。
　　基于Visual C++平台开发了指导工程化应用的人机界面。界面可随时显示疏浚的历史数据,在疏浚过程中,通过优化的控制参数不断调整实船疏浚的工作状态,提高疏浚效率。并显示疏浚的干土吨变化曲线以及周期产能的大小,为操船者进行余下的疏浚工程提供决策依据。

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Contents

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题的国内外现状和发展趋势

1.3 本文研究的主要内容

第2章 遗传算法优化疏浚的理论研究

2.1 引言

2.2 遗传算法的介绍

2.3 选用的遗传算法的流程

2.4 遗传算法中参数的选定

2.5 耙吸挖泥船疏浚优化选用遗传算法的依据

2.6 本章小结

第3章 自航耙吸挖泥船耙头模型的分析和仿真验证

3.1 引言

3.2 耙头概述

3.3 不含高压冲水的耙头研究

3.4 含高压冲水的耙头研究

3.5 本章小结

第4章 自航耙吸挖泥船的疏浚优化

4.1 引言

4.2 优化的目标以及参照量

4.3 泥舱沉积模型

4.4 优化方法

4.5 优化的结果

4.6 本章小结

第5章 工程化应用研究

5.1 引言

5.2 优化目标的选用

5.3 疏浚工程的优化界面分析

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢