[發(fā)明專利]基于OGRE的三維內(nèi)河航行仿真中船舶碰撞檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310252795.0
• 申請(qǐng)日: 2013-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN103390077A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)新平;陳先橋;劉海浪;王三權(quán);鄭望賢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;胡紅林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶碰撞的檢測(cè)，具體地指一種基于OGRE的三維內(nèi)河航行仿真中船舶碰撞檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著內(nèi)河航運(yùn)的發(fā)展，內(nèi)河運(yùn)輸具有低成本的特性，船舶數(shù)量日益增多，噸位日益增大與速度的提升，船舶在航行狀態(tài)則會(huì)有船舶的碰撞，現(xiàn)實(shí)內(nèi)河河道中經(jīng)常出現(xiàn)重大交通事故，船舶的碰撞事故不僅給國(guó)家與個(gè)人帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。此外，由于內(nèi)河運(yùn)輸航線是在大江的主線上面，大江同時(shí)也是居民用水的主要來(lái)源，所以發(fā)生碰撞事故對(duì)水質(zhì)的影響直接威脅到城鎮(zhèn)居民的飲水安全。

內(nèi)河三維船舶航行仿真系統(tǒng)中場(chǎng)景的是由河床地形、河水平面、航行的船舶以及岸邊樹木與建筑物所組成。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，碰撞檢測(cè)成為一個(gè)熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域。碰撞檢測(cè)是指一對(duì)或者一組物體在給定時(shí)刻內(nèi)是否占有相同的區(qū)域。其在三維仿真系統(tǒng)中碰撞檢測(cè)的實(shí)時(shí)性與精確性是至關(guān)重要的二個(gè)因素。如何使船舶避碰或者減少碰撞事故是國(guó)家十分關(guān)注的問題，同時(shí)結(jié)合內(nèi)河通航的特殊性，所以急需要一種將OGRE（Object-Oriented?Graphics?Rendering?Engine，?面向?qū)ο髨D形渲染引擎）中三維仿真技術(shù)與實(shí)際避碰規(guī)則、算法相結(jié)合，構(gòu)造出基于OGRE對(duì)于內(nèi)河船舶航行的避碰算法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于OGRE的三維內(nèi)河航行仿真中船舶碰撞檢測(cè)方法，該方法能夠?qū)?nèi)河通航中船舶與船舶之間碰撞檢測(cè)和船舶與航道河床碰撞（擱淺）檢測(cè)的三維可視化仿真。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種基于OGRE的三維內(nèi)河航行仿真中船舶碰撞檢測(cè)方法，包括：

（1）基于真實(shí)內(nèi)河的河道數(shù)據(jù)提取離散數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，通過所述網(wǎng)格數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地形建模，并結(jié)合地形模型構(gòu)建三維河床漫游仿真系統(tǒng)；

（2）在所述三維河床漫游仿真系統(tǒng)下通過船舶與船舶間碰撞的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)船舶之間的碰撞預(yù)警；

（3）在所述三維河床漫游仿真系統(tǒng)下通過船舶與河底碰撞的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)船舶的擱淺預(yù)警。

在上述技術(shù)方案中，步驟（1）具體包括：

（1-1）選用內(nèi)河河道的CAD數(shù)據(jù)作為DEM數(shù)據(jù)源，所述CAD數(shù)據(jù)為*.dwg格式的數(shù)據(jù)，將所述.dwg格式的數(shù)據(jù)向*.dxf格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)DXF文件規(guī)則使用數(shù)據(jù)點(diǎn)提取算法提取高程點(diǎn)坐標(biāo)，得到離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，使用離散點(diǎn)插值方法surfit得到規(guī)則網(wǎng)格GRID數(shù)據(jù)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換得到高位圖數(shù)據(jù)，通過鏡像處理得到最終高位圖數(shù)據(jù)以及地形高程灰度圖；

（1-2）利用OGRE渲染引擎框架讀入所述地形高程灰度圖，根據(jù)構(gòu)建的地形模型，使用OGRE中地形場(chǎng)景管理器對(duì)所述地形高程灰度圖和地形紋理、細(xì)節(jié)紋理進(jìn)行確定與著色，設(shè)置所述地形高程圖邊長(zhǎng)大小為2ⁿ+1的正方形，實(shí)現(xiàn)地形建模。

在上述技術(shù)方案中，步驟（２）具體包括：

（2-1）基于遺傳算法選擇最佳避碰路徑建立船舶與船舶間碰撞檢測(cè)方法，使用隨機(jī)搜索過程，得到全部最優(yōu)解，從而確定最優(yōu)化的避碰路徑；

（2-2）使用包裝盒查詢來(lái)模擬船舶領(lǐng)域，設(shè)定航行船舶的優(yōu)先級(jí)，對(duì)航行船舶設(shè)定包裝盒查詢，然后利用返回的查詢結(jié)果集來(lái)判定本船是否與其它船有達(dá)到危險(xiǎn)的鄰域，若達(dá)到了危險(xiǎn)的鄰域，則觸發(fā)船舶根據(jù)優(yōu)先級(jí)采取不同的動(dòng)作，對(duì)處于危險(xiǎn)距離的船舶進(jìn)行轉(zhuǎn)向或者減速?gòu)亩_(dá)到避碰的效果。

在上述技術(shù)方案中，步驟（3）具體包括：

（3-1）根據(jù)實(shí)際航行條件設(shè)定一個(gè)報(bào)警水深，采用球體查詢，球心設(shè)在船頭，通過球體查詢返回與河床的觸點(diǎn)，算出前面路徑中水深的平均值，當(dāng)前方航道達(dá)到需要報(bào)警的水深時(shí)，利用以下公式計(jì)算出船舶所處位置到離擱淺的時(shí)間并顯示：

t?=davg/sdown

式中，davg?是船頭球心位置距離河床的水深的平均值，sdown是單位時(shí)間內(nèi)船舶離河床距離的下降米數(shù)；

（3-2）使用球體查詢，先在船頭設(shè)置球心的位置與球的半徑，再執(zhí)行球體查詢，最后得到返回的查詢結(jié)果集，對(duì)結(jié)果集中的值進(jìn)行求平均值，即是前方航道的水深。

本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明方法可以在根據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建三維河床漫游系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，合理選擇最佳避碰路徑實(shí)現(xiàn)船舶之間的碰撞預(yù)警，用包裝盒查詢方法模擬領(lǐng)域使用球體查詢實(shí)現(xiàn)船舶的擱淺預(yù)警。此外，本方法應(yīng)用于三維內(nèi)河仿真中，將遺傳算法和內(nèi)河通航規(guī)則相結(jié)合，使用球體查詢模擬實(shí)際船舶擱淺判斷方法，可以在PC機(jī)上三維仿真中有效實(shí)現(xiàn)船舶碰撞的檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于OGRE的三維內(nèi)河航行仿真中船舶碰撞檢測(cè)方法流程圖；