[發(fā)明專利]一種基于AIS的船舶駕駛實時虛擬增強仿真系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103631148B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋元;劉喜作;周晶;李彩霞;許林周;牛海;馮朝陽;李智;王藝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍大連艦艇學(xué)院
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京中海智圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11282
• 代理人: 李奎書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶虛擬操縱仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于AIS的船舶駕駛實時虛擬增強仿真系統(tǒng)及方法，主要用于復(fù)雜航渡水域環(huán)境下船舶航行指揮演練、決策論證和特殊操縱方案評估。

背景技術(shù)

利用模擬器進行超大型船舶和特種用途船舶操縱訓(xùn)練是STCW78/95公約及其附則的強制性要求。傳統(tǒng)的航海模擬器利用仿真技術(shù)對船舶、航道、雷達建立數(shù)學(xué)模型、動力模型和3D模型，構(gòu)建船舶駕駛、雷達跟蹤的虛擬仿真環(huán)境，主要用于航海教學(xué)與技術(shù)培訓(xùn)。近年來，由于仿真技術(shù)、計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，模擬器技術(shù)發(fā)展非常迅速，出現(xiàn)了許多大型的綜合模型器，數(shù)學(xué)模型精度也有較大的提高，應(yīng)用范圍也越來越廣，可對船舶的航行性能進行測試并給出試驗結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于建立一種虛實結(jié)合的船舶航行指揮和操縱訓(xùn)練仿真與評估驗證系統(tǒng)，即基于AIS的船舶駕駛實時虛擬增強仿真系統(tǒng)，主要為大型船舶在復(fù)雜航渡水域環(huán)境和極端天氣情況下開展操縱訓(xùn)練和適任評估提供高精度、多維度仿真環(huán)境，為航行指揮和航渡保障任務(wù)工況設(shè)計提供演示驗證與決策支持。

所涉及的仿真模型均采用實船或船模試驗結(jié)果進行確定或驗證，以確保仿真精度。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：

1）AIS綜合處理軟件接收AIS設(shè)備數(shù)據(jù)，通過解析、關(guān)聯(lián)和插值等處理形成連續(xù)實時的目標船信息，與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實際氣象、水文環(huán)境信息一起融合到仿真系統(tǒng)中。

2）通過建立導(dǎo)演監(jiān)控軟件、船舶駕駛顯控軟件、船舶動力模型解算軟件、電子海圖軟件、船舶駕駛視景軟件和導(dǎo)航雷達軟件，能夠完全模擬船舶駕駛臺設(shè)備功能，與真實的AIS目標和氣象、水文環(huán)境信息結(jié)合，構(gòu)建船舶駕駛虛擬增強仿真環(huán)境。

3）采用人在回路中的半實物仿真方式，一方面在構(gòu)建的船舶虛擬增強環(huán)境中，獲得船舶航行的真實體驗；另一方面，把真實AIS目標船作為主本船，進行跟隨航行，從而為船舶操縱和航行指揮提供演示驗證與決策支持。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于AIS的船舶駕駛實時虛擬增強仿真系統(tǒng)，主要由導(dǎo)演監(jiān)控軟件、AIS綜合處理軟件、船舶駕駛顯控軟件、船舶動力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達軟件和船舶駕駛視景軟件組成；

所述導(dǎo)演監(jiān)控軟件用于發(fā)布仿真任務(wù)信息和仿真開始、停止的指令，把仿真區(qū)域的環(huán)境條件、目標船實時運動狀態(tài)和涉及主本船的航海儀器設(shè)備、操縱設(shè)備和導(dǎo)航輔助設(shè)備的設(shè)置狀態(tài)發(fā)送到船舶駕駛顯控軟件、船舶動力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達軟件和船舶駕駛視景軟件中，以供進行任務(wù)仿真，實時記錄仿真數(shù)據(jù)，對記錄的仿真數(shù)據(jù)做出航行過程回放重演，并以仿真過程中計算機自動記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)給出仿真評估結(jié)果；

所述AIS綜合處理軟件用于接收AIS設(shè)備的數(shù)據(jù)，通過解析、關(guān)聯(lián)和插值處理生成連續(xù)實時的目標船信息，并將目標船信息與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實際氣象、水文環(huán)境信息一起發(fā)送到導(dǎo)演監(jiān)控軟件；

所述船舶駕駛顯控軟件用于人機交互完成主本船的車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的控制，完成航海儀器的顯示以及導(dǎo)航輔助設(shè)備的顯示與控制，并進行狀態(tài)信息發(fā)布；

所述船舶動力模型解算軟件用于根據(jù)導(dǎo)演監(jiān)控軟件提供的氣象、水文環(huán)境信息和目標船信息，電子海圖軟件提供的港岸地理環(huán)境信息，船舶駕駛視景軟件提供的波浪環(huán)境信息，以及船舶駕駛顯控軟件提供的車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的信息，實時計算主本船運動信息和主本船的錨、纜及拖輪狀態(tài)信息并進行發(fā)布；

所述電子海圖軟件用于將接收到的主本船運動信息，目標船運動信息，車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的狀態(tài)信息進行二維可視化顯示，并進行航行監(jiān)控，把航行區(qū)域的地理環(huán)境信息發(fā)布給船舶動力模型解算軟件進行碰撞檢測計算；

所述導(dǎo)航雷達軟件用于接收氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運動狀態(tài)信息和目標船運動狀態(tài)信息，并根據(jù)海圖高程數(shù)據(jù)形成雷達回波圖像，進行雷達目標識別與導(dǎo)航；

所述船舶駕駛視景軟件用于根據(jù)接收到的氣象環(huán)境、時間以及主本船的位置信息，在視景綜合數(shù)據(jù)庫的支撐下，進行天空、港岸地形、海浪水面的實時仿真模擬；把主本船運動信息、目標船運動信息、以及船舶的錨、纜、號燈、號型、音效信息進行三維顯示和播放；并形成大視角的虛擬環(huán)境；為船舶動力模型解算軟件提供波浪環(huán)境信息。