基于船舶装载仪的惯性半径计算方法、系统及介质与流程

本发明涉及船舶工程计算，尤其涉及一种基于船舶装载仪的惯性半径计算方法、一种基于船舶装载仪的惯性半径计算系统，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、船舶装载仪是现代船舶营运中不可或缺的安全辅助工具，其核心功能是根据船舶实际配载状态，计算并显示排水量、重心位置、初稳性高度、纵倾及船体总纵向强度等静水力参数，辅助营运人员进行安全决策。

2、然而，对于重大件运输船、半潜船等特种船舶，仅掌握上述静水力参数仍然不够。此类特种船舶在执行重大件运输任务时，每个航次需要单独进行船舶运动响应分析。船舶绕其x轴、y轴和z轴的惯性半径是运动响应分析必不可少的计算参数，但现有装载仪均未将其纳入计算范畴。

3、在船舶惯性半径的计算领域，现有研究已有一定积累。例如，专利cn111177844a公开了一种通过将船体各组成部分的几何模型按多面体结构离散为多个有限元空间单元、并依次积分叠加以得到全船转动惯量的计算方法。

4、然而，经分析和工程实践发现，现有的船舶惯性半径相关计算方法在实际工程应用中仍存在局限性。

5、首先，现有的船舶惯性半径相关计算方法与配载流程相互独立，无法实时联动。例如，cn111177844a的方案是作为独立的专业计算程序运行，需要依赖完整的船舶三维有限元结构模型作为输入，运行环境与船舶装载仪的配载软件系统相互独立，数据无法互通。在实际配载作业时，一旦液舱装载量或货物位置发生调整，配载人员必须在配载软件调整后，将数据手动转移至独立的专业软件中重新计算，无法获知惯性半径的实时变化。这种往复操作的过程费时费力，且极易因人工转移数据时的输入错误而引发计算偏差，严重制约了配载工作效率与安全性。

6、其次，现有的船舶惯性半径相关计算方法无法兼顾精度与实时性，难以满足特种船舶实际营运需求。一方面，传统计算方法采用基于船舶主尺度的简化经验公式进行估算，忽略了实际装载状态，计算精度不足。另一方面，为了提高精度，专利cn111177844a提出了采用有限元网格离散和体积微积分的方法。这种离散计算法依赖专业的三维建模和详细的网格划分，前期建模工作量大、计算流程复杂，无法满足特种船舶配载的实时计算要求。

7、最后，现有的船舶惯性半径相关计算方法对货物自身惯性特性的处理存在缺陷。现有技术在计算整船惯性矩时，通常将货物简单等效为质点，忽略其自身转动惯量的贡献；虽然专利cn111177844a针对均匀散货、液货或标准集装箱等规则货物建立了几何离散模型以提升计算精度，但其货物建模方法仍以均质填充的规则几何体为基础，不适用于外形不规则的重大件货物。对于重大件运输船运载的岸边集装箱起重机、海洋平台等货物，其外形不规则、重心高且质量分布不均，既无法以均质几何体快速建模，也不能简化为质点，否则会导致全船总惯性矩的计算结果产生明显偏差，难以满足重大件运输高精度工程分析的需求。

8、上述局限相互叠加，导致重大件运输船在配载阶段无法便捷、准确地获取惯性半径，制约了运动响应分析的效率与可靠性。为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本领域亟需一种基于船舶装载仪的惯性半径计算方法，能够被集成在船舶装载仪配载流程中，并且能够兼顾工程实用性与计算精度。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

2、为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本发明提供了一种基于船舶装载仪的惯性半径计算方法、一种基于船舶装载仪的惯性半径计算系统、一种船舶装载仪软件系统，以及一种计算机可读存储介质，能够被集成在船舶装载仪配载流程中，并且能够兼顾工程实用性与计算精度。

3、具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述基于船舶装载仪的惯性半径计算方法，包括：步骤s1：获取船舶的空船数据和实时装载数据，所述实时装载数据包括液舱装载数据和货物装载数据，所述液舱装载数据包括各液舱的装载量，所述货物装载数据包括每个货物的重量、重心以及货物绕其自身重心三个主轴的主惯性矩，所述货物装载数据由用户直接输入；步骤s2：基于所述液舱装载数据计算各液舱内液体的实际重量、重心和体积以及液面高度，以确定液舱液体的完整几何参数及液体绕其自身形心三个主轴的惯性矩；步骤s3：汇总空船、所有液舱以及所有货物的重量与重力矩，计算出整船的总质量及整船总重心在船舶坐标系中的三维坐标位置；步骤s4：应用平行轴定理计算空船、各液舱以及所有货物相对于整船总重心的惯性矩，通过空船、各液舱以及所有货物的自身主惯性矩与平移项的叠加，得到整船通过总重心的x轴、y轴和z轴的总惯性矩；以及步骤s5：基于所述整船总质量和总惯性矩，解算船舶绕通过总重心的x轴、y轴和z轴的惯性半径。

4、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤s2包括：基于各液舱的装载量和舱容表，通过线性插值计算出各液舱内液体的实际重量、重心和体积；以及读取各液舱的长度和宽度，结合各液舱内液体的所述体积，解算出液面高度，以确定液舱液体的完整几何参数及液体绕其自身形心三个主轴的惯性矩。

5、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤s3包括：将空船重量、所有液舱的重量、所有货物的重量相加以得到当前装载状态下的整船总质量；以及基于空船、所有液舱、所有货物的总重力矩除以所述整船总质量，得到整船总重心在船舶坐标系中的三维坐标位置。

6、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤s4包括：根据各分项绕通过自身重心的第一主轴的惯性矩、各分项的质量以及各分项的重心与所述整船总重心在除所述第一主轴外的两轴上的距离确定各分项绕通过所述整船总重心的第一主轴的总惯性矩的贡献；以及基于各分项绕通过所述整船总重心的所述第一主轴的总惯性矩的贡献确定整船绕所述第一主轴的总惯性矩。

7、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤s5包括：利用整船通过总重心的x轴、y轴和z轴的总惯性矩分别除以所得到的所述整船总质量再开平方根，以确定船舶绕通过总重心的x轴、y轴和z轴的惯性半径。

8、进一步地，在本发明的一些实施例中，还包括：步骤s6：响应于载荷数据发生变动，重复步骤s1~s5以实时更新所述船舶绕通过总重心的x轴、y轴和z轴的惯性半径。

9、此外，根据本发明的第二方面提供的上述基于船舶装载仪的惯性半径计算系统包括存储器及处理器。所述存储器上存储有计算机指令。所述处理器连接所述存储器，并被配置用于执行所述存储器上存储的计算机指令，以实施上述任意一个实施例所提供的基于船舶装载仪的惯性半径计算方法。

10、此外，根据本发明的第三方面提供的上述船舶装载仪软件系统，包括：装载仪数据库；以及本发明的第二方面提供的上述基于船舶装载仪的惯性半径计算系统，所述惯性半径计算系统与所述装载仪数据库连接。

11、进一步地，在本发明的一些实施例中，上述船舶装载仪软件系统还包括：用户界面，所述用户界面用于接收用户输入并显示结果，所显示的结果包括所述惯性半径计算系统输出的船舶绕通过总重心的x轴、y轴和z轴的惯性半径、船舶的稳性指标和船舶运动响应计算的关键参数。

12、此外，根据本发明的第四方面提供的上述计算机可读存储介质上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，实施上述任意一个实施例所提供的基于船舶装载仪的惯性半径计算方法。