Метод прогнозирования мощности судовой силовой установки во льдах на основе машинного обучения

В последние годы вопросы безопасности плавания полярных судов во льдах стали актуальным направлением исследований. Точное прогнозирование мощности силовой установки играет важную роль в обеспечении безопасности судоходства и оценке навигационных возможностей судна; при этом глубокое обучение широко применяется в судоходной отрасли, а искусственные нейронные сети (ИНС) являются одним из распространённых методов. В настоящем исследовании рассматриваются научные задачи, связанные с ледовым сопротивлением и мощностью силовой установки при проектировании полярных судов, с особым вниманием к разработке модели ИНС для прогнозирования мощности силовой установки полярных судов. Для выбора подходящих входных признаков и обучающей выборки используются традиционные требования к мощности силовой установки, установленные различными классификационными обществами, а также данные модельных и натурных испытаний судов. Рассматриваются три метода прогнозирования: построение модели на основе радиально-базисной функции и оптимизации роем частиц (RBF-PSO) для непосредственного прогнозирования мощности силовой установки; расчёт мощности силовой установки по данным натурных и модельных испытаний с использованием формулы Правил ледовых классов Финляндии и Швеции (FSICR); а также применение искусственной нейронной сети для прогнозирования ледового сопротивления (ANN-IR) с последующим расчётом мощности силовой установки по формуле FSICR. Определяются ошибки прогнозирования и проводится анализ чувствительности соответствующих параметров мощности силовой установки с использованием указанных методов. Результаты показывают, что модель RBF-PSO, основанная на девяти входных признаках, обладает приемлемой обобщающей способностью. По сравнению с данными модельных и натурных испытаний её средняя ошибка составляет приблизительно 14%, что свидетельствует о высокой точности метода и возможности его использования в качестве инструмента прогнозирования мощности силовой установки.