基本信息
- 項目名稱：
- 6DOF船舶智能操縱模擬器
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 6DOF智能型船舶操縱模擬器包括以下幾個基本組成： 仿真控制服務(wù)器； 智能目標船運算服務(wù)器； 若干具有高精度、可編輯船模、可擴展的本船端。本船端包括電子海圖、船模解算、模擬ARPA、三維視景、船舶控制、避碰決策自動教學演示和液壓驅(qū)動等模塊，可分為帶液壓平臺的三維視景終端、普通三維視景終端和桌面終端。
- 詳細介紹：
- 目的： 為了實現(xiàn)模擬器中目標船不具備按照《規(guī)則》避讓它船的能力，同時更加真實的模擬船舶航行環(huán)境包括動態(tài)環(huán)境和靜態(tài)環(huán)境，從而達到全面訓練學員的判斷能力。 基本思路： 針對傳統(tǒng)船舶操縱模擬器的不足以及STCW公約馬尼拉修正案對船舶操縱模擬器提出的更高需求的客觀事實，本項目將虛擬現(xiàn)實技術(shù)、自動控制理論、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、六自由度船模、自動避碰成果、AIS實時交通流等引進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。該模擬器實現(xiàn)了目標船能根據(jù)當時的船舶交通會遇態(tài)勢按照《1972年國際海上避碰規(guī)則》 （以下簡稱“規(guī)則”）或者海員習慣做法進行智能航行，使得模擬航行態(tài)勢與實際更加接近。除此之外，本項目還利用OpenScenceGraph技術(shù)（簡稱OSG）對船舶操縱模擬器視景系統(tǒng)進行三維驅(qū)動，增強了模擬器的視覺效果和仿真度，與同類產(chǎn)品相比，我們的視景系統(tǒng)具有引擎先進、模塊清晰、效果逼真等優(yōu)勢。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 創(chuàng)新點： 當前國內(nèi)外使用的船舶操縱模擬器普遍存在一個致命的缺陷，模擬訓練中增加的目標船都不具備航行智能性，這些目標船只能根據(jù)既定的設(shè)計航線按照一定的航向和航速行駛，而不會按照避碰規(guī)則和海員通常做法行使讓路船的責任。要達到全面訓練學員的判斷能力的目的，使用這種“不遵守規(guī)則”的目標船顯然是不夠的。本項目所提交的6DOF智能型船舶操縱模擬器具有智能目標船功能，使目標船也能夠按照《規(guī)則》或航海習慣自動避讓，實現(xiàn)真正意義上的人機對抗練習。 本項目集成了當前世界上最先進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)動程序及其船模庫與ShipYard船模編輯器。在此基礎(chǔ)上，本項目在國內(nèi)首次將六自由度液壓伺服運動平臺引入到船舶操縱模擬器的開發(fā)中，利用六自由度船模輸出的船舶運動狀態(tài)信息，驅(qū)動六自由度液壓平臺，來模擬船舶在風、波浪、流等外界干擾下的首搖、橫搖、縱搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩運動，逼真地體現(xiàn)船舶在海浪中的真實運動狀態(tài)，使學員有全真的搖晃感受。而船舶在車、舵控制下的自主運動則利用自主研發(fā)的三維視景生成模塊來模擬，該模塊使用Creator建模工具和基于開源OpenSceneGraph研發(fā)的三維引擎驅(qū)動模型來實現(xiàn)， 三維效果逼真，系統(tǒng)反映快速，能夠達到航海仿真中實時性的要求?；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產(chǎn)權(quán)的老問題。
科學性、先進性
- 如上述創(chuàng)新點所闡述，針對傳統(tǒng)船舶操縱模擬器的不足以及STCW公約馬尼拉修正案對船舶操縱模擬器提出的更高需求的客觀事實，6DOF智能型船舶操縱模擬器創(chuàng)新性地解決了以下技術(shù)問題： 智能目標船功能，實現(xiàn)了真正意義上的人機對抗練習。 將六自由度液壓伺服運動平臺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運動狀態(tài)。 在模擬器中接入真實的港口船舶AIS交通流，使學員不用出海便能夠體驗到真實海上交通環(huán)境。 在PIDVCA程序的基礎(chǔ)上，以直觀便捷的方式為學員提供本船避碰決策自動教學演示功能。 在模擬器中使用了符合國際標準的電子海圖基礎(chǔ)平臺，滿足了STCW公約馬尼拉修正案對ECDIS(電子海圖顯示與信息系
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 獲得集美大學“挑戰(zhàn)杯”課外學術(shù)作品競賽三等獎
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
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 該項目在國際上首次把人工智能技術(shù)應用到船舶操縱模擬器之中，實現(xiàn)了目標船智能避讓障礙物和其他目標船，并能遵守《規(guī)則》和船舶定線制。從根本上解決了因為傳統(tǒng)船舶操縱模擬器中目標船不遵守規(guī)則而照成學員對規(guī)則的理解偏差和良好船藝培養(yǎng)上的障礙。同時，本船舶操縱模擬器也是國內(nèi)首次在模擬船舶領(lǐng)域引入六自由度平臺，也首次把船舶數(shù)學模型解算分離成由于船舶動力引起的船舶運動和由波浪、風等自然因素引起的船舶橫搖、縱搖、首搖和垂蕩。而由船舶動力因素引起的船舶運動則轉(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動將轉(zhuǎn)化成六自由度平臺的控制命令，經(jīng)過擬合之后由六自由度液壓平臺來執(zhí)行，使受訓學員有全真的物理感受。
同類課題研究水平概述
- 經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展歷程，船舶操縱模擬器技術(shù)已經(jīng)取得了突飛猛進的進步，為船員教育與培訓提供了一種有效的途徑和手段。然而，在先進的航海訓練模式和現(xiàn)代化的導航設(shè)備普及的今天，船舶碰撞事故仍時有發(fā)生。鑒于導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)濟的發(fā)展在逐步降低的事實，在根本解決人為因素的自動避碰設(shè)備誕生之前，如何更有效地將專家經(jīng)驗引入航海培訓教學，進一步提升船舶操縱模擬器的訓練質(zhì)量，是值得探討的課題。進一步綜合分析國內(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)還是有一些可以進一步改進和優(yōu)化的空間，比如： 1）當前國內(nèi)外使用的船舶操縱模擬器普遍存在著一個很大的缺陷，模擬訓練中增加的目標船都不具備航行智能性，即這些目標船只能根據(jù)既定的設(shè)計航線按照一定的航向和航速行駛，而不會按照《1972年國際海上避碰規(guī)則》（以下簡稱“規(guī)則”）和海員通常做法行使讓路船的責任。為了達到全面訓練學員的判斷能力，迫切需要考慮到實際的、真實的船舶航行環(huán)境，使目標船也具備按照《規(guī)則》和海員習慣做法進行正常避讓本船和其他目標船的能力，以提高航行環(huán)境動態(tài)模擬的逼真度。 2）當前國內(nèi)外船舶操縱模擬器所使用的電子海圖平臺，基本上都是各個廠家自己定義的數(shù)據(jù)格式和顯示標準，無法符合IHO S-57的電子海圖數(shù)據(jù)標準、IHO S-52電子海圖顯示標準等。隨著STCW公約馬尼拉修正案對ECDIS(電子海圖顯示與信息系統(tǒng))培訓的強制要求，現(xiàn)有船舶操縱模擬器的非標準電子海圖技術(shù)將會給學員產(chǎn)生一定的誤導作用。 3）國外已有基于六自由度液壓平臺的全功能船舶操縱模擬器，如紐芬蘭紀念大學水產(chǎn)與航海學院的全功能船舶操縱模擬器就是基于六自由度液壓平臺由挪威Norcontrol公司開發(fā)的航海模擬器產(chǎn)品，但國內(nèi)尚沒有在培訓教學中得到應用，也尚未見到在港航論證等應用的例子。 4）船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）已經(jīng)廣泛地應用到了各類船舶上，如何充分地將這一新技術(shù)應用到船舶操縱模擬器中，也是一個值得研究的課題。 5）國外學者近年來也開始探討將人工智能技術(shù)應用于船舶操縱模擬器訓練這方面的問題，但目前國外產(chǎn)品也還僅是涉及訓練評估系統(tǒng)的模塊，還沒有智能決策支持或?qū)＜蚁到y(tǒng)模塊在船舶操縱模擬器實際應用的例子，這也是一個值得研究的課題。
