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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 6DOF船舶智能操縱模擬器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 6DOF智能型船舶操縱模擬器包括以下幾個(gè)基本組成： 仿真控制服務(wù)器； 智能目標(biāo)船運(yùn)算服務(wù)器； 若干具有高精度、可編輯船模、可擴(kuò)展的本船端。本船端包括電子海圖、船模解算、模擬ARPA、三維視景、船舶控制、避碰決策自動(dòng)教學(xué)演示和液壓驅(qū)動(dòng)等模塊，可分為帶液壓平臺(tái)的三維視景終端、普通三維視景終端和桌面終端。
- 詳細(xì)介紹：
- 目的： 為了實(shí)現(xiàn)模擬器中目標(biāo)船不具備按照《規(guī)則》避讓它船的能力，同時(shí)更加真實(shí)的模擬船舶航行環(huán)境包括動(dòng)態(tài)環(huán)境和靜態(tài)環(huán)境，從而達(dá)到全面訓(xùn)練學(xué)員的判斷能力。 基本思路： 針對(duì)傳統(tǒng)船舶操縱模擬器的不足以及STCW公約馬尼拉修正案對(duì)船舶操縱模擬器提出的更高需求的客觀事實(shí)，本項(xiàng)目將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、信息處理技術(shù)、人工智能技術(shù)、決策技術(shù)以及分布式計(jì)算等高新技術(shù)與航海技術(shù)相結(jié)合，提出了將六自由度液壓伺服平臺(tái)、六自由度船模、自動(dòng)避碰成果、AIS實(shí)時(shí)交通流等引進(jìn)新型船舶操縱模擬器的研發(fā)中，自主研發(fā)了6DOF智能型船舶操縱模擬器。該模擬器實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)船能根據(jù)當(dāng)時(shí)的船舶交通會(huì)遇態(tài)勢(shì)按照《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》 （以下簡(jiǎn)稱“規(guī)則”）或者海員習(xí)慣做法進(jìn)行智能航行，使得模擬航行態(tài)勢(shì)與實(shí)際更加接近。除此之外，本項(xiàng)目還利用OpenScenceGraph技術(shù)（簡(jiǎn)稱OSG）對(duì)船舶操縱模擬器視景系統(tǒng)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)了模擬器的視覺(jué)效果和仿真度，與同類產(chǎn)品相比，我們的視景系統(tǒng)具有引擎先進(jìn)、模塊清晰、效果逼真等優(yōu)勢(shì)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 創(chuàng)新點(diǎn)： 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用的船舶操縱模擬器普遍存在一個(gè)致命的缺陷，模擬訓(xùn)練中增加的目標(biāo)船都不具備航行智能性，這些目標(biāo)船只能根據(jù)既定的設(shè)計(jì)航線按照一定的航向和航速行駛，而不會(huì)按照避碰規(guī)則和海員通常做法行使讓路船的責(zé)任。要達(dá)到全面訓(xùn)練學(xué)員的判斷能力的目的，使用這種“不遵守規(guī)則”的目標(biāo)船顯然是不夠的。本項(xiàng)目所提交的6DOF智能型船舶操縱模擬器具有智能目標(biāo)船功能，使目標(biāo)船也能夠按照《規(guī)則》或航海習(xí)慣自動(dòng)避讓，實(shí)現(xiàn)真正意義上的人機(jī)對(duì)抗練習(xí)。 本項(xiàng)目集成了當(dāng)前世界上最先進(jìn)的六自由度船模之一，即丹麥Force Technology公司的DEN-Mark1六自由度船模驅(qū)動(dòng)程序及其船模庫(kù)與ShipYard船模編輯器。在此基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)首次將六自由度液壓伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)引入到船舶操縱模擬器的開(kāi)發(fā)中，利用六自由度船模輸出的船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，驅(qū)動(dòng)六自由度液壓平臺(tái)，來(lái)模擬船舶在風(fēng)、波浪、流等外界干擾下的首搖、橫搖、縱搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩運(yùn)動(dòng)，逼真地體現(xiàn)船舶在海浪中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使學(xué)員有全真的搖晃感受。而船舶在車、舵控制下的自主運(yùn)動(dòng)則利用自主研發(fā)的三維視景生成模塊來(lái)模擬，該模塊使用Creator建模工具和基于開(kāi)源OpenSceneGraph研發(fā)的三維引擎驅(qū)動(dòng)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)， 三維效果逼真，系統(tǒng)反映快速，能夠達(dá)到航海仿真中實(shí)時(shí)性的要求?；贠penSceneGraph的自主三維引擎在海浪、地形等方面比傳統(tǒng)三維引擎有較大的提高，并且解決了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的老問(wèn)題。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 如上述創(chuàng)新點(diǎn)所闡述，針對(duì)傳統(tǒng)船舶操縱模擬器的不足以及STCW公約馬尼拉修正案對(duì)船舶操縱模擬器提出的更高需求的客觀事實(shí)，6DOF智能型船舶操縱模擬器創(chuàng)新性地解決了以下技術(shù)問(wèn)題： 智能目標(biāo)船功能，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的人機(jī)對(duì)抗練習(xí)。 將六自由度液壓伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)引入到船舶操縱模擬器中，更加逼真地體現(xiàn)船舶在海浪中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 在模擬器中接入真實(shí)的港口船舶AIS交通流，使學(xué)員不用出海便能夠體驗(yàn)到真實(shí)海上交通環(huán)境。 在PIDVCA程序的基礎(chǔ)上，以直觀便捷的方式為學(xué)員提供本船避碰決策自動(dòng)教學(xué)演示功能。 在模擬器中使用了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖基礎(chǔ)平臺(tái)，滿足了STCW公約馬尼拉修正案對(duì)ECDIS(電子海圖顯示與信息系
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 獲得集美大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽三等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 已有樣品
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 校企合作
作品可展示的形式
- 錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 該項(xiàng)目在國(guó)際上首次把人工智能技術(shù)應(yīng)用到船舶操縱模擬器之中，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)船智能避讓障礙物和其他目標(biāo)船，并能遵守《規(guī)則》和船舶定線制。從根本上解決了因?yàn)閭鹘y(tǒng)船舶操縱模擬器中目標(biāo)船不遵守規(guī)則而照成學(xué)員對(duì)規(guī)則的理解偏差和良好船藝培養(yǎng)上的障礙。同時(shí)，本船舶操縱模擬器也是國(guó)內(nèi)首次在模擬船舶領(lǐng)域引入六自由度平臺(tái)，也首次把船舶數(shù)學(xué)模型解算分離成由于船舶動(dòng)力引起的船舶運(yùn)動(dòng)和由波浪、風(fēng)等自然因素引起的船舶橫搖、縱搖、首搖和垂蕩。而由船舶動(dòng)力因素引起的船舶運(yùn)動(dòng)則轉(zhuǎn)化成了船舶位移和航向變化；由于自然因素引起的船舶運(yùn)動(dòng)將轉(zhuǎn)化成六自由度平臺(tái)的控制命令，經(jīng)過(guò)擬合之后由六自由度液壓平臺(tái)來(lái)執(zhí)行，使受訓(xùn)學(xué)員有全真的物理感受。
同類課題研究水平概述
- 經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，船舶操縱模擬器技術(shù)已經(jīng)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，為船員教育與培訓(xùn)提供了一種有效的途徑和手段。然而，在先進(jìn)的航海訓(xùn)練模式和現(xiàn)代化的導(dǎo)航設(shè)備普及的今天，船舶碰撞事故仍時(shí)有發(fā)生。鑒于導(dǎo)致碰撞事故的主要原因是人為因素、以及船員的海齡隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在逐步降低的事實(shí)，在根本解決人為因素的自動(dòng)避碰設(shè)備誕生之前，如何更有效地將專家經(jīng)驗(yàn)引入航海培訓(xùn)教學(xué)，進(jìn)一步提升船舶操縱模擬器的訓(xùn)練質(zhì)量，是值得探討的課題。進(jìn)一步綜合分析國(guó)內(nèi)外各種船舶操縱模擬器，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的船舶操縱模擬器技術(shù)還是有一些可以進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化的空間，比如： 1）當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用的船舶操縱模擬器普遍存在著一個(gè)很大的缺陷，模擬訓(xùn)練中增加的目標(biāo)船都不具備航行智能性，即這些目標(biāo)船只能根據(jù)既定的設(shè)計(jì)航線按照一定的航向和航速行駛，而不會(huì)按照《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)則”）和海員通常做法行使讓路船的責(zé)任。為了達(dá)到全面訓(xùn)練學(xué)員的判斷能力，迫切需要考慮到實(shí)際的、真實(shí)的船舶航行環(huán)境，使目標(biāo)船也具備按照《規(guī)則》和海員習(xí)慣做法進(jìn)行正常避讓本船和其他目標(biāo)船的能力，以提高航行環(huán)境動(dòng)態(tài)模擬的逼真度。 2）當(dāng)前國(guó)內(nèi)外船舶操縱模擬器所使用的電子海圖平臺(tái)，基本上都是各個(gè)廠家自己定義的數(shù)據(jù)格式和顯示標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法符合IHO S-57的電子海圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、IHO S-52電子海圖顯示標(biāo)準(zhǔn)等。隨著STCW公約馬尼拉修正案對(duì)ECDIS(電子海圖顯示與信息系統(tǒng))培訓(xùn)的強(qiáng)制要求，現(xiàn)有船舶操縱模擬器的非標(biāo)準(zhǔn)電子海圖技術(shù)將會(huì)給學(xué)員產(chǎn)生一定的誤導(dǎo)作用。 3）國(guó)外已有基于六自由度液壓平臺(tái)的全功能船舶操縱模擬器，如紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)水產(chǎn)與航海學(xué)院的全功能船舶操縱模擬器就是基于六自由度液壓平臺(tái)由挪威Norcontrol公司開(kāi)發(fā)的航海模擬器產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有在培訓(xùn)教學(xué)中得到應(yīng)用，也尚未見(jiàn)到在港航論證等應(yīng)用的例子。 4）船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了各類船舶上，如何充分地將這一新技術(shù)應(yīng)用到船舶操縱模擬器中，也是一個(gè)值得研究的課題。 5）國(guó)外學(xué)者近年來(lái)也開(kāi)始探討將人工智能技術(shù)應(yīng)用于船舶操縱模擬器訓(xùn)練這方面的問(wèn)題，但目前國(guó)外產(chǎn)品也還僅是涉及訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)的模塊，還沒(méi)有智能決策支持或?qū)＜蚁到y(tǒng)模塊在船舶操縱模擬器實(shí)際應(yīng)用的例子，這也是一個(gè)值得研究的課題。
