[發(fā)明專利]一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010225768.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN111444614B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝永慧;李云珠;劉天源;張荻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立研究模型，劃分網(wǎng)格：

建立研究對(duì)象的計(jì)算模型，根據(jù)數(shù)值或?qū)嶒?yàn)需求劃分網(wǎng)格，并記錄網(wǎng)格信息；針對(duì)每一種計(jì)算模型，均可獲得一套網(wǎng)格信息，每套網(wǎng)格信息包括各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的位置信息L_m,l和網(wǎng)格劃分方式A_m,m；其中，m＝1,2,3...,M，M為該計(jì)算模型的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)，根據(jù)計(jì)算模型網(wǎng)格劃分的不同而不同；l＝1,2,...,L，依次表示計(jì)算模型的位置變量，而L為該計(jì)算模型的已知變量總數(shù)；

2)設(shè)定邊界條件：

設(shè)定研究對(duì)象在每套計(jì)算模型下的邊界條件，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的工況；邊界條件分為兩類：邊界條件若是直接設(shè)定某一個(gè)區(qū)域的流場(chǎng)信息，將其記錄為初始流場(chǎng)F⁰_m,k，其中k＝1,2,3...,K，依次表示研究對(duì)象的流場(chǎng)變量，而K為該研究對(duì)象的流場(chǎng)變量總數(shù)；邊界條件若是間接限定某一個(gè)區(qū)域的流場(chǎng)信息，則通過(guò)邊界自編碼器將間接邊界條件B′_m,h映射為間接流場(chǎng)B_m,h，其中h＝1,2,3...,H，依次表示研究對(duì)象的間接邊界條件變量，而H為該研究對(duì)象的間接邊界條件變量總數(shù)；

3)獲得全局流場(chǎng)信息：

根據(jù)步驟1)和步驟2)建立的計(jì)算模型，通過(guò)數(shù)值計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)獲得該計(jì)算模型的全局流場(chǎng)信息Y_m,k，其中k＝1,2,3...,K，依次表示研究對(duì)象的流場(chǎng)變量，而K為該研究對(duì)象的流場(chǎng)變量總數(shù)；

4)整合并處理數(shù)據(jù)：

首先，對(duì)研究對(duì)象的每套計(jì)算模型的信息進(jìn)行整合；拼接網(wǎng)格位置信息L_m,l、初始流場(chǎng)F⁰_m,k和間接流場(chǎng)B_m,h組成研究對(duì)象在該計(jì)算模型下的已知信息X_m,g，其中g(shù)＝1,2,3...,G，且G＝L+K+H，則研究對(duì)象的每一套計(jì)算模型均包含三大部分?jǐn)?shù)據(jù)：已知信息X_m,g、網(wǎng)格劃分方式A_m,m以及全局流場(chǎng)Y_m,k；其次，對(duì)研究對(duì)象的所有計(jì)算模型進(jìn)行整合，則研究對(duì)象的已知信息為{X_m,g}_n，網(wǎng)格劃分方式為{A_m,m}_n，全局流場(chǎng)為{Y_m,k}_n，其中n＝1,2,3...,N，N為研究對(duì)象的計(jì)算模型總數(shù)；最后，對(duì)計(jì)算模型信息進(jìn)行歸一化操作，歸一化后的數(shù)據(jù)分別表示為已知信息以及全局流場(chǎng)

5)搭建基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)劃分；按照2:2:1的比例分為訓(xùn)練集驗(yàn)證集與測(cè)試集其中作為重構(gòu)的輸入信息，而為網(wǎng)絡(luò)的輸出目標(biāo)；訓(xùn)練過(guò)程中采用訓(xùn)練集作為訓(xùn)練樣本，驗(yàn)證集以驗(yàn)證基于圖卷積的重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有效性，訓(xùn)練結(jié)束后測(cè)試集用以測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)能力；其次，獲得鄰接矩陣，鄰接矩陣是在網(wǎng)格劃分方式{A_m,m}_n的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖卷積結(jié)構(gòu)進(jìn)行再處理而得到的，處理后的鄰接矩陣標(biāo)記為最后，在鄰接矩陣的基礎(chǔ)上構(gòu)建基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)GCN，按照鄰接矩陣進(jìn)行信息傳遞、聚合以及更新操作，獲得重構(gòu)流場(chǎng)；

6)訓(xùn)練基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

7)應(yīng)用基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)研究流域進(jìn)行流場(chǎng)重構(gòu)：

首先，根據(jù)測(cè)量需要，設(shè)計(jì)合適的網(wǎng)格；其次，按照步驟1)到步驟4)處理已知信息并獲得網(wǎng)格劃分方式A_m,m；然后將其傳入圖卷積GCN，獲得重構(gòu)流場(chǎng)Y′_m,g。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法，其特征在于，步驟1)中，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的連接方式A_m,m為圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的鄰接矩陣，用于表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他所有節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，具體含義如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法，其特征在于，步驟1)中，每一套計(jì)算模型中的網(wǎng)格可采用不同的劃分方法，包括結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格以及混合網(wǎng)格，其網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)M根據(jù)網(wǎng)格劃分方式的不同而不同。