多向不规则波方向谱分析的遗传算法

【摘要】： 海浪是一种三维的随机过程,它的波高、周期是随机变化的,而且其传播方向也分布在相当广的范围内,通常采用方向谱来描述。实际的海浪是多向的不规则波,而海浪的方向谱亦即海浪能量随频率和方向的分布,是合理计算海浪对海上建筑物和近岸泥沙运动的作用以及分析深水结构物振动的重要依据,是研究船体、浮柱以及其它浮体对海浪反应的重要输入资料。因此,方向谱的研究日益受到人们的重视。但是,方向谱的观测和分析要比频谱复杂得多,它需要布置几个(不少于3个)测点同步观测波浪的某些特性(如浪高,水质点速度、加速度等)或同一瞬时某一海区内的波面记录(立体摄影等),通过测得各波浪特性或各点波面之间的相位关系来获得方向谱。观测费用也比较高。因此,受经济和技术等条件的限制,人们不可能过多地增加所测波浪特性的个数,为此,提出了种种不同的方法,以期从有限的观测资料中获得比较满意的方向谱。 本文利用数值模拟和物理模型试验相结合的方法对多向不规则波浪的方向谱分析方法进行了研究。建立了一种简单的直接求解方法(这里称直接算法),和一种仿生的随机优化和搜索方法,即模拟生命演化的算法——遗传算法(GA)。在分析波浪方向谱时,遗传算法通过遗传优化由模拟(或实测)互谱和理论互谱的差别组成的适应函数来确定波浪的方向分布。将遗传算法用于数值模拟的波浪互谱和波面的分析计算,以检验该方法分析多向不规则波浪的适用性。模拟结果表明,在多向不规则波浪场中遗传算法分析得到的方向分布和输入方向分布吻合较好,并将其分析的结果和BDM法比较得出,遗传算法分析得到的结果更理想。因此遗传算法能够很好地应用于分析多向不规则波浪的方向谱。