一種基于ais的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件組成。仿真開始時(shí)，導(dǎo)演監(jiān)控軟件發(fā)布仿真任務(wù)，其他仿真軟件根據(jù)仿真任務(wù)進(jìn)行仿真，導(dǎo)演監(jiān)控軟件對(duì)整個(gè)仿真過程進(jìn)行記錄，最終重放、評(píng)估、分析仿真全過程，并給出評(píng)價(jià)結(jié)果。本發(fā)明采用人在回路中的半實(shí)物仿真方式，人員在仿真中進(jìn)行各種操縱；同時(shí)也能把真實(shí)AIS目標(biāo)船作為主本船，進(jìn)行跟隨航行體驗(yàn)。本發(fā)明能使操縱者獲得船舶航行的真實(shí)體驗(yàn)，真實(shí)地反映艦船航行時(shí)的人機(jī)互動(dòng)，能夠?yàn)榇安倏v和航行指揮提供演示驗(yàn)證與決策支持。
【專利說明】一種基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)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(píng)估。
【背景技術(shù)】
[0002]利用模擬器進(jìn)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(qiáng)制性要求。傳統(tǒng)的航海模擬器利用仿真技術(shù)對(duì)船舶、航道、雷達(dá)建立數(shù)學(xué)模型、動(dòng)力模型和3D模型，構(gòu)建船舶駕駛、雷達(dá)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(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)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(duì)船舶的航行性能進(jìn)行測試并給出試驗(yàn)結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于建立一種虛實(shí)結(jié)合的船舶航行指揮和操縱訓(xùn)練仿真與評(píng)估驗(yàn)證系統(tǒng)，即基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)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(píng)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(jì)提供演示驗(yàn)證與決策支持。
[0004]所涉及的仿真模型均采用實(shí)船或船模試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行確定或驗(yàn)證，以確保仿真精度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是:
[0006]DAIS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(shí)時(shí)的目標(biāo)船信息，與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實(shí)際氣象、水文環(huán)境信息一起融合到仿真系統(tǒng)中。
[0007]2)通過建立導(dǎo)演監(jiān)控軟件、船舶駕駛顯控軟件、船舶動(dòng)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(dá)軟件，能夠完全模擬船舶駕駛臺(tái)設(shè)備功能，與真實(shí)的AIS目標(biāo)和氣象、水文環(huán)境信息結(jié)合，構(gòu)建船舶駕駛虛擬增強(qiáng)仿真環(huán)境。
[0008]3)采用人在回路中的半實(shí)物仿真方式，一方面在構(gòu)建的船舶虛擬增強(qiáng)環(huán)境中，獲得船舶航行的真實(shí)體驗(yàn)；另一方面，把真實(shí)AIS目標(biāo)船作為主本船，進(jìn)行跟隨航行，從而為船舶操縱和航行指揮提供演示驗(yàn)證與決策支持。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]一種基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件組成；
[0011]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(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件中，以供進(jìn)行任務(wù)仿真，實(shí)時(shí)記錄仿真數(shù)據(jù)，對(duì)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(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)給出仿真評(píng)估結(jié)果；
[0012]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(shí)時(shí)的目標(biāo)船信息，并將目標(biāo)船信息與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實(shí)際氣象、水文環(huán)境信息一起發(fā)送到導(dǎo)演監(jiān)控軟件；
[0013]所述船舶駕駛顯控軟件用于人機(jī)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(jìn)行狀態(tài)信息發(fā)布；
[0014]所述船舶動(dòng)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(biāo)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(shí)時(shí)計(jì)算主本船運(yùn)動(dòng)信息和主本船的錨、纜及拖輪狀態(tài)信息并進(jìn)行發(fā)布；
[0015]所述電子海圖軟件用于將接收到的主本船運(yùn)動(dòng)信息，目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息，車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的狀態(tài)信息進(jìn)行二維可視化顯示，并進(jìn)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(dòng)力模型解算軟件進(jìn)行碰撞檢測計(jì)算；
[0016]所述導(dǎo)航雷達(dá)軟件用于接收氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并根據(jù)海圖高程數(shù)據(jù)形成雷達(dá)回波圖像，進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別與導(dǎo)航；
[0017]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(shí)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(jìn)行天空、港岸地形、海浪水面的實(shí)時(shí)仿真模擬；把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息、以及船舶的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型、音效信息進(jìn)行三維顯示和播放；并形成大視角的虛擬環(huán)境；為船舶動(dòng)力模型解算軟件提供波浪環(huán)境信息。
[0018]優(yōu)選地，所述AIS綜合處理軟件主要由數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成；所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收航渡指揮系統(tǒng)真實(shí)氣象信息和AIS設(shè)備的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于解析AIS數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)和插值A(chǔ)IS目標(biāo)數(shù)據(jù)以形成目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信肩、Ο
[0019]優(yōu)選地，所述導(dǎo)演監(jiān)控軟件主要由仿真任務(wù)編輯模塊、仿真任務(wù)控制模塊、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊、文件存儲(chǔ)單元、仿真數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)回放模塊和評(píng)估模塊組成；仿真任務(wù)編輯模塊用于在任務(wù)仿真前設(shè)置仿真的科目、主本船初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、計(jì)劃航線和主本船儀器設(shè)備工作狀態(tài)；仿真任務(wù)控制模塊用于在仿真過程中對(duì)主本船狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)發(fā)布仿真區(qū)域的自然環(huán)境條件和目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息；所述仿真數(shù)據(jù)記錄模塊用于實(shí)時(shí)記錄船位、航向、航速和人員的操作動(dòng)作和命令；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊用于顯示船舶在航行過程中與擬定航行路線的區(qū)別監(jiān)控，進(jìn)行航路監(jiān)視；數(shù)據(jù)回放模塊用于仿真結(jié)束后對(duì)記錄的仿真數(shù)據(jù)做出航行過程回放重演；評(píng)估模塊用于參照有關(guān)航海經(jīng)驗(yàn)、建立專家評(píng)判模型、并以仿真過程中計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)自動(dòng)評(píng)定仿真結(jié)果。
[0020]優(yōu)選地，所述船舶駕駛顯控軟件主要由航海儀器顯控模塊、操縱設(shè)備顯控模塊、導(dǎo)航輔助設(shè)備顯控模塊和駕駛信息綜合顯示模塊組成；其中:所述航海儀器顯控模塊用于提供虛擬AIS/GPS (全稱“全球定位系統(tǒng)”)設(shè)備、計(jì)程儀、測深儀操作與顯示；所述操縱設(shè)備顯控模塊用于提供主本船車、舵、錨、纜和側(cè)推器的操作與顯示；導(dǎo)航輔助設(shè)備顯控模塊提供主本船聲響、號(hào)燈、號(hào)型、旗幟以及主本船視景觀察視點(diǎn)的操作與顯示，駕駛信息綜合顯示模塊顯現(xiàn)主本船的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和操縱設(shè)備狀態(tài)。
[0021]優(yōu)選地，所述船舶動(dòng)力模型解算軟件主要由數(shù)據(jù)處理模塊和實(shí)時(shí)計(jì)算模塊組成；數(shù)據(jù)處理模塊用來接收和處理導(dǎo)演監(jiān)控軟件提供的氣象、水文環(huán)境信息和目標(biāo)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、纜和側(cè)推器的信息，然后把處理數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)計(jì)算模塊；所述實(shí)時(shí)計(jì)算模塊用于根據(jù)接收的處理數(shù)據(jù)計(jì)算主本船的船體流體動(dòng)力、推進(jìn)力、舵力、風(fēng)力、波浪力、流效應(yīng)、淺水效應(yīng)、限制水道效應(yīng)、碰撞力、碰墊力，將計(jì)算結(jié)果疊加到船舶六自由度運(yùn)動(dòng)方程，給出主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并驅(qū)動(dòng)主本船的纜繩、錨和拖輪與主本船進(jìn)行作用，實(shí)時(shí)對(duì)外發(fā)布運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。
[0022]優(yōu)選地，所述限制水道效應(yīng)包括岸吸力、船間吸力、系纜力及拖輪拉力。
[0023]優(yōu)選地，所述電子海圖軟件主要由電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊、電子海圖繪制模塊、目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控模塊和電子海圖綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；所述電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊用于提取電子海圖綜合信息數(shù)據(jù)庫中電子海圖文件，實(shí)現(xiàn)海圖數(shù)據(jù)及更新數(shù)據(jù)的自動(dòng)導(dǎo)入和無縫拼接；電子海圖繪制模塊用于根據(jù)電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊提取的岸線、等高線、等深線和水深點(diǎn)信息，將由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的矢量海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化，根據(jù)海圖要素的表示方法和圖例符號(hào)對(duì)海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理；目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控模塊用于將動(dòng)態(tài)目標(biāo)信息二維可視化，顯示船舶的輪廓線，自動(dòng)計(jì)算船舶航行過程偏離計(jì)劃航線的距離，實(shí)時(shí)反映船舶當(dāng)前所處的位置是否與其他虛擬物體相撞，以及與其他虛擬物體相撞后對(duì)船舶行駛姿態(tài)的影響。
[0024]優(yōu)選地，所述導(dǎo)航雷達(dá)軟件主要由回波圖像顯示模塊、目標(biāo)檢測錄取模塊、目標(biāo)跟蹤模塊、目標(biāo)自動(dòng)標(biāo)繪模塊、目標(biāo)告警模塊和導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；所述回波圖像顯示模塊用于通過接收氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并根據(jù)導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫提供的海圖高程數(shù)據(jù)，形成雷達(dá)回波圖像；目標(biāo)檢測錄取模塊用于結(jié)合主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和導(dǎo)航雷達(dá)回波信息，完成對(duì)目標(biāo)船、導(dǎo)航標(biāo)志的檢測錄取，提供目標(biāo)船的錄取點(diǎn)跡信息；目標(biāo)跟蹤模塊用于根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)檢測錄取模塊所提供的目標(biāo)船觀測位置的相繼變化，建立目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)的過程；雷達(dá)自動(dòng)標(biāo)繪模塊用于對(duì)任何被跟蹤的目標(biāo)計(jì)算CPA (全稱“最接近距離”)、TCPA (全稱“到達(dá)最接近點(diǎn)的時(shí)間”)、目標(biāo)真方位、目標(biāo)距離、真航向、真航速；目標(biāo)告警模塊用于當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入選定的警戒區(qū)時(shí)提供視覺/聽覺的告警功能。
[0025]優(yōu)選地，所述船舶駕駛視景軟件主要由地形模塊、水面模塊、天空模塊、目標(biāo)模塊、音效模塊、特效模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊、多通道視景處理模塊和視景綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；所述船舶視景軟件用于三維虛擬空間初始化；地形模塊用于顯示港岸地形地物無邊際流暢漫游；天空模塊用于確定日、月、星體的位置，并繪制動(dòng)態(tài)天空；水面模塊用于仿真水面場景；目標(biāo)模塊用于把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息以及船舶的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型信息進(jìn)行三維顯示；音效仿真模塊用于生成船舶行駛過程中駕駛室聽到的聲音信息；特效模塊用于形成船舶駕駛視景中云、霧、雨和雪的動(dòng)態(tài)三維顯示，并實(shí)時(shí)提供顯示航行燈和信號(hào)燈的燈光視景效果，船舶航跡效果；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；多通道視景處理模塊用于實(shí)現(xiàn)大視角顯示，生成視聽一體化的船舶航行特定范圍的虛擬環(huán)境。[0026]優(yōu)選地，所述視景綜合信息數(shù)據(jù)庫包括港岸地理信息數(shù)據(jù)庫、天文信息數(shù)據(jù)庫、水文氣象數(shù)據(jù)庫、船舶目標(biāo)信息數(shù)據(jù)庫和音響信息數(shù)據(jù)庫。
[0027]優(yōu)選地，地形模塊是通過港岸地理信息數(shù)據(jù)庫，采用多線程分頁數(shù)據(jù)庫技術(shù)顯示港岸地形地物無邊際流暢漫游；天空模塊是根據(jù)當(dāng)前視點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算當(dāng)?shù)貢r(shí)間、時(shí)區(qū)、儒略日J(rèn)D和恒星時(shí)GMT確定日、月、星體的位置，根據(jù)太陽的高度角采用多重紋理和shader語言繪制動(dòng)態(tài)天空；所述水面模塊是采用基于Phillips譜通過FFT (全稱“快速傅里葉變換”)計(jì)算獲得的水面網(wǎng)格的高程數(shù)據(jù)仿真水面場景；所述特效模塊是采用粒子系統(tǒng)和GLSL著色語言的方法形成云、霧、雨和雪的動(dòng)態(tài)三維顯示；多通道視景處理模塊是提高多通道同步和多通道拼接校正實(shí)現(xiàn)大視角顯示；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊是采用基于心跳機(jī)制的組播傳輸方式進(jìn)行傳輸。
[0028]優(yōu)選地，所述目標(biāo)模塊在進(jìn)行三維顯示時(shí)，所有目標(biāo)都建立可視體包圍盒和L0D(全稱“多層次細(xì)節(jié)”)節(jié)點(diǎn)。
[0029]一種基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真方法，包括以下步驟:
[0030]( 1)導(dǎo)演監(jiān)控軟件啟動(dòng)，發(fā)布仿真任務(wù)信息和仿真開始指令；
[0031](2) AIS綜合處理軟件接收到仿真任務(wù)和開始指令后，接收航渡指揮系統(tǒng)真實(shí)氣象、水文信息和AIS設(shè)備數(shù)據(jù)，對(duì)AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、關(guān)聯(lián)和插值處理生成連續(xù)實(shí)時(shí)的目標(biāo)船信息，并將目標(biāo)船信息與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實(shí)際氣象、水文環(huán)境信息一起發(fā)送到導(dǎo)演監(jiān)控軟件；
[0032](3)導(dǎo)演監(jiān)控軟件把仿真區(qū)域的氣象、水文環(huán)境信息、目標(biāo)船信息和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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件中，進(jìn)行任務(wù)仿真；
[0033](4)船舶駕駛顯控軟件經(jīng)過人機(jī)交互操作完成車、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(jìn)行狀態(tài)信息發(fā)布；
[0034](5)船舶駕駛視景軟件根據(jù)接收到的氣象環(huán)境、時(shí)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(jìn)行天空、港岸地形、波浪水面的實(shí)時(shí)模擬，同時(shí)把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息、以及主本船和目標(biāo)船的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型、音效信息進(jìn)行三維顯示和播放，并通過多通道視景處理模塊形成大視角的虛擬環(huán)境；
[0035](6)電子海圖軟件把接收到的主本船運(yùn)動(dòng)信息，目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息，車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的信息進(jìn)行二維可視化顯示，同時(shí)進(jìn)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(dòng)力模型解算軟件，進(jìn)行碰撞檢測計(jì)算；
[0036](7)船舶動(dòng)力模型解算軟件根據(jù)導(dǎo)演監(jiān)控軟件提供的氣象、水文環(huán)境信息和目標(biāo)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(shí)時(shí)計(jì)算主本船運(yùn)動(dòng)信息和主本船的錨、纜及拖輪狀態(tài)信息并發(fā)布；
[0037](8)導(dǎo)航雷達(dá)軟件根據(jù)接收到的氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息以及海圖高程數(shù)據(jù)，形成雷達(dá)回波圖像，進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別與導(dǎo)航；
[0038](9)導(dǎo)演監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)記錄船舶駕駛顯控軟件、船舶動(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件發(fā)布的數(shù)據(jù)；[0039](10)仿真任務(wù)結(jié)束，由導(dǎo)演監(jiān)控軟件發(fā)布仿真停止命令，船舶駕駛顯控軟件、船舶動(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件停止仿真；
[0040](11)導(dǎo)演監(jiān)控軟件對(duì)記錄的仿真數(shù)據(jù)做出航行過程比例回放重演，并以仿真過程中記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)，給出仿真評(píng)估結(jié)果。
[0041]優(yōu)選地，所述步驟(3)是通過文件存儲(chǔ)單元提取以前仿真區(qū)域的環(huán)境條件、目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行發(fā)布。
[0042]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:
[0043]本發(fā)明在虛擬增強(qiáng)仿真方法上通過建立港岸地理信息數(shù)據(jù)庫、天文信息數(shù)據(jù)庫、水文氣象數(shù)據(jù)庫、船舶目標(biāo)信息數(shù)據(jù)庫和音響信息數(shù)據(jù)庫，在融入AIS的真實(shí)目標(biāo)和當(dāng)時(shí)航行區(qū)域真實(shí)氣象、水文環(huán)境下，運(yùn)用多線程平衡加載、多級(jí)L0D、GPU (著色語言)繪制、基于心跳機(jī)制的組播可靠傳輸、多通道同步和多通道幾何校正融合等技術(shù)，開發(fā)大視景、沉浸感強(qiáng)的虛擬增強(qiáng)仿真環(huán)境，并與船舶駕駛臺(tái)仿真設(shè)備一起，構(gòu)建完整的船舶操縱環(huán)境平臺(tái)，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(píng)估提供了高精度、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(jì)提供了演示驗(yàn)證與決策支持。本發(fā)明提供了反映船舶執(zhí)行任務(wù)區(qū)域真實(shí)情況的虛擬環(huán)境，能夠更真實(shí)地模擬船舶航行時(shí)的人機(jī)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)船舶航行指揮決策論證和特殊操縱方案評(píng)估，開創(chuàng)了與實(shí)船實(shí)景實(shí)操相一致的航行顯示、觀測和操控半實(shí)物仿真新途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1是本發(fā)明所述基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。
[0045]圖2是本發(fā)明所述導(dǎo)演監(jiān)控軟件處理流程圖。
[0046]圖3是本發(fā)明所述AIS綜合處理軟件處理流程圖。
[0047]圖4是本發(fā)明所述船舶駕駛顯控軟件處理流程圖。
[0048]圖5是本發(fā)明所述船舶動(dòng)力模型解算軟件處理流程圖。
[0049]圖6是本發(fā)明所述電子海圖軟件處理流程圖。
[0050]圖7是本發(fā)明所述導(dǎo)航雷達(dá)軟件處理流程圖。
[0051]圖8是本發(fā)明所述船舶駕駛視景軟件處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。以下沒來得及看
[0053]圖1所示為本發(fā)明所述基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖，所述基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)主要由AIS綜合處理軟件、導(dǎo)演監(jiān)控軟件、船舶駕駛顯控軟件、船舶動(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件七部分組成。
[0054]所述導(dǎo)演監(jiān)控軟件主要由仿真任務(wù)編輯模塊、仿真任務(wù)控制模塊、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊、文件存儲(chǔ)單元、仿真數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)回放模塊和評(píng)估模塊組成；用于在仿真任務(wù)中控制、監(jiān)視并重放、評(píng)估、分析船舶駕駛的仿真全過程。
[0055]所述AIS綜合處理軟件由數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成；用于接收航渡指揮系統(tǒng)真實(shí)氣象信息和AIS設(shè)備的數(shù)據(jù)，對(duì)AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、關(guān)聯(lián)和插值處理生成目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并將目標(biāo)船信息與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實(shí)際氣象、水文環(huán)境信息一起發(fā)送到導(dǎo)演監(jiān)控軟件。
[0056]船舶駕駛顯控軟件主要由航海儀器顯控模塊、操縱設(shè)備顯控模塊、導(dǎo)航輔助設(shè)備顯控模塊和駕駛信息綜合顯示模塊組成；用于完成船舶運(yùn)動(dòng)控制、視景控制、船舶狀態(tài)參數(shù)顯示、航海儀器設(shè)備顯示與控制和導(dǎo)航輔助設(shè)備顯示與控制。
[0057]船舶動(dòng)力模型解算軟件主要由數(shù)據(jù)處理模塊和實(shí)時(shí)計(jì)算模塊組成；用于根據(jù)主本船的受力情況，實(shí)時(shí)計(jì)算主本船的運(yùn)動(dòng)方程，給出主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0058]電子海圖軟件主要由電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊、電子海圖繪制模塊、目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控模塊和電子海圖綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；用于將船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以二維圖形的方式標(biāo)繪出來，精確顯示船舶的輪廓線和運(yùn)動(dòng)軌跡，自動(dòng)計(jì)算船舶航行過程偏離計(jì)劃航線的距離，實(shí)時(shí)反映船舶當(dāng)前所處的位置是否與其他虛擬物體相撞，以及相撞后對(duì)船舶行駛姿態(tài)的影響。
[0059]導(dǎo)航雷達(dá)軟件主要由回波圖像顯示模塊、目標(biāo)檢測錄取模塊、目標(biāo)跟蹤模塊、目標(biāo)自動(dòng)標(biāo)繪模塊、目標(biāo)告警模塊和導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；用于及時(shí)發(fā)現(xiàn)物標(biāo)，并提供物標(biāo)的方位、距離、速度等信息，及時(shí)對(duì)威脅目標(biāo)做出告警。
[0060]船舶駕駛視景軟件主要由地形模塊、水面模塊、天空模塊、目標(biāo)模塊、音效模塊、特效模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊、多通道視景處理模塊和視景綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；用于生成視聽一體化的船舶航行特定范圍的虛擬環(huán)境，通過接收AIS目標(biāo)船信息和真實(shí)氣象、水文環(huán)境信息，進(jìn)行虛實(shí)信息融合，形成更加逼真的航行區(qū)虛擬增強(qiáng)可視化環(huán)境。
[0061]圖2是本發(fā)明所述的導(dǎo)演監(jiān)控軟件處理流程圖。在仿真時(shí)，首先，打開導(dǎo)演監(jiān)控軟件程序,接收其他軟件的注冊(cè)申請(qǐng),完成軟件注冊(cè)過程。
[0062]任務(wù)仿真開始前，仿真任務(wù)編輯模塊負(fù)責(zé)編輯仿真的科目、主本船初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、計(jì)劃航線和主本船儀器設(shè)備工作狀態(tài)，編輯完成后向其他軟件發(fā)送想定，同時(shí)命令仿真開始。
[0063]在仿真過程中，仿真任務(wù)控制模塊起到對(duì)總體信息的控制作用，能夠?qū)χ鞅敬?、舵、錨、纜、航海儀器設(shè)備的狀況進(jìn)行重新設(shè)置，也能把真實(shí)AIS目標(biāo)船作為主本船，進(jìn)行跟隨航行，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行船舶航行的真實(shí)體驗(yàn)。同時(shí)，實(shí)時(shí)發(fā)布由AIS綜合處理軟件提供的仿真區(qū)域的自然環(huán)境條件和目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。另外，如果AIS綜合處理軟件不工作，也能通過文件存儲(chǔ)單元提取以前仿真區(qū)域的環(huán)境條件、目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行發(fā)布。
[0064]仿真數(shù)據(jù)記錄模塊根據(jù)仿真訓(xùn)練過程運(yùn)行情況，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔，對(duì)船舶動(dòng)態(tài)信息、船舶駕駛過程數(shù)據(jù)、船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、航線交通狀況數(shù)據(jù)、事件報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。所述船舶動(dòng)態(tài)信息包括記錄時(shí)間、經(jīng)度/緯度、航向/航速、羅經(jīng)航向/計(jì)程儀速度、船艏橫向速度/船艉橫向速度、舵角/轉(zhuǎn)向率、左舷螺旋槳轉(zhuǎn)速/每分鐘轉(zhuǎn)速、右舷螺旋槳轉(zhuǎn)速/每分鐘轉(zhuǎn)速、左右舷側(cè)推器響應(yīng)等，所述船舶駕駛過程數(shù)據(jù)包括航向變化、速度變化、主機(jī)控制變化、操舵裝置變化等，所述航線交通狀況數(shù)據(jù)包括時(shí)間、目標(biāo)船位置、目標(biāo)船航向、目標(biāo)船航速等。
[0065]仿真數(shù)據(jù)顯示模塊提供窗口和表格顯示所有仿真目標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)、船舶信息、事件報(bào)告等駕駛仿真數(shù)據(jù)。具體地，所述所有仿真目標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)包括主本船、目標(biāo)船、拖輪、駁船、漂浮目標(biāo)、直升機(jī)、陸地目標(biāo)、訓(xùn)練環(huán)境等，所述船舶信息包括名稱、緯度、經(jīng)度、船艏向、真航速、真航向、轉(zhuǎn)向率、船艏橫向速度、船艉橫向速度，所述事件報(bào)告包括報(bào)告時(shí)間、目標(biāo)、事件類型、事件備注。
[0066]仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)回放模塊對(duì)記錄的仿真數(shù)據(jù)做出航行過程比例回放重演，包括駕駛?cè)藛T的操作動(dòng)作及命令，參照有關(guān)航海經(jīng)驗(yàn)，建立專家評(píng)判模型，并以仿真過程中記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)，由評(píng)估模塊自動(dòng)評(píng)定仿真結(jié)果，增加了評(píng)估工作的客觀性。
[0067]圖3是本發(fā)明所述的AIS綜合處理軟件處理流程圖。首先，AIS綜合處理軟件向?qū)а荼O(jiān)控軟件發(fā)出申請(qǐng)，注冊(cè)成功后，接收導(dǎo)演監(jiān)控軟件的發(fā)出的仿真任務(wù)和仿真開始指令，AIS綜合處理軟件仿真開始。這時(shí)，所述數(shù)據(jù)接收模塊通過串口實(shí)時(shí)接收航渡指揮系統(tǒng)的真實(shí)氣象信息和AIS設(shè)備的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)要在所述數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、關(guān)聯(lián)和插值處理，具體的，處理過程分三步:
[0068]第一步為AIS數(shù)據(jù)解析，通過AIS協(xié)議解碼AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)，提取目標(biāo)的船名、呼號(hào)、麗S1、長度、GPS位置、航向、航速、數(shù)據(jù)時(shí)間信息。
[0069]第二步為AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，解析以后的AIS含有每個(gè)AIS設(shè)備唯一的麗SI，通過MMSI號(hào)碼能夠關(guān)聯(lián)已經(jīng)接收到的AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)，使得AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)具有連續(xù)性。由于AIS目標(biāo)有時(shí)會(huì)比較多，采用哈希散列的形式存儲(chǔ)麗SI與目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0070]第三步為AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)插值，采用勻速目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程平滑濾波算法，將AIS的位置的經(jīng)緯度、航向、速度轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)形式。具體地，位置經(jīng)緯度使用莫卡托投影轉(zhuǎn)換，獲得較高精度的轉(zhuǎn)換效果。位置變換時(shí)，以接收到的該目標(biāo)的第一次數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度為原點(diǎn)進(jìn)行變換，獲得位置坐標(biāo)。為了對(duì)AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值后，能夠以更高的采樣頻率輸出，獲得更加平滑的數(shù)據(jù)，獲得逼真的虛實(shí)結(jié)合的訓(xùn)練效果。
[0071]通過上述環(huán)節(jié)后，AIS綜合處理軟件把接收到真實(shí)氣象、水文環(huán)境信息和由AIS數(shù)據(jù)形成的目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，發(fā)送導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真任務(wù)控制模塊，供虛擬增強(qiáng)仿真環(huán)境使用。最后，當(dāng)接收到導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真結(jié)束命令，結(jié)束仿真。
[0072]圖4是本發(fā)明的船舶駕駛顯控軟件處理流程圖。首先，船舶駕駛顯控軟件向?qū)а荼O(jiān)控軟件發(fā)出申請(qǐng)，注冊(cè)成功后，會(huì)接收導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真任務(wù)和仿真開始指令，船舶駕駛顯控軟件仿真開始。
[0073]操縱設(shè)備顯控模塊提供主本船車、舵、錨、纜和側(cè)推器的操作與顯示，在仿真過程中，駕駛臺(tái)人員對(duì)其進(jìn)行操作，來控制主本船的運(yùn)動(dòng)。
[0074]車、舵和側(cè)推器提供的顯示和操作包括:船舶主機(jī)顯示與控制、舵機(jī)顯示與控制、側(cè)推器顯示與控制。具體地，所述船舶主機(jī)顯示與控制包括根據(jù)船舶模型本身的推進(jìn)器套數(shù)，可使用單車或雙車控制；主機(jī)準(zhǔn)備狀態(tài)顯示、傾斜角度顯示、主機(jī)車鐘顯示控制、主機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速顯示。所述舵機(jī)為隨動(dòng)舵、自動(dòng)舵或應(yīng)急舵。所述舵機(jī)顯示與控制包括命令舵角、實(shí)際舵角、船舶轉(zhuǎn)頭速率、三面舵角指示器、航向的動(dòng)態(tài)。對(duì)于有艏、艉側(cè)推的船舶，所述側(cè)推器顯示與控制為艏、艉側(cè)推的控制，并實(shí)時(shí)顯示螺距比?？煞謩e實(shí)施左舷側(cè)推器控制、右舷側(cè)推器控制。
[0075]錨泊操縱通過二維界面的形式提供錨操作面板，對(duì)左錨、右錨進(jìn)行拋錨、絞錨、松放、剎停操作，并動(dòng)態(tài)顯示錨鏈的長度和張力。
[0076]通過二維界面形式顯示船舶離靠碼頭時(shí)的系纜操作及其受力情況。根據(jù)船舶的大小，能同時(shí)進(jìn)行多達(dá)8根纜的帶纜、解纜、絞纜操作，絞纜速度可調(diào)，能顯示張力、長度。在電子海圖上能選擇纜樁或浮筒的位置，能動(dòng)態(tài)顯示每根纜的長度和受力動(dòng)態(tài)顯示。并通過二維界面的形式提供拖輪操作面板，用來選擇拖輪作用位置、拖輪與主本船的相對(duì)位置以及拖輪用力。能任意選擇拖輪與主本船的相對(duì)位置。
[0077]導(dǎo)航輔助設(shè)備顯控模塊提供主本船聲響、號(hào)燈、號(hào)型、旗幟以及主本船視景觀察視點(diǎn)的操作與顯示，在仿真過程中，駕駛臺(tái)人員對(duì)其進(jìn)行操作，來顯示主本船的航行狀況。
[0078]船舶視景控制通過軟件界面形式改變視景視點(diǎn)位置及視景界面顯示內(nèi)容等，同時(shí)能設(shè)置單獨(dú)的通道，用于視景的左右環(huán)視、仰視、俯視和自由漫游功能。同時(shí)具有望遠(yuǎn)鏡功能，能用望遠(yuǎn)鏡左右環(huán)視、仰視、俯視或自由漫游整個(gè)視景，望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)可調(diào)，并能進(jìn)行多視點(diǎn)顯示選擇。具體地，能夠改變視景視點(diǎn)位置為左舷前中后三個(gè)固定位置、右舷前中后三個(gè)固定位置、船橋中央前中后三個(gè)固定位置、自定義水平方向視景扇區(qū)中心位置或自定義垂直方向視景扇區(qū)中心位置；所述能夠調(diào)整視景界面顯示內(nèi)容在訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練區(qū)域、海況、事件報(bào)告、全景展示之間變換。
[0079]船舶聲響通過軟件界面形式提供船舶聲響設(shè)備顯示與操作，與船舶駕駛視景軟件進(jìn)行命令交互，能隨時(shí)反映在主本船的視景系統(tǒng)中?？刂迫缦绿厥馇闆r下的聲響:錨泊、擱淺、失控、操縱能力受限、吃水受限。能見度不良時(shí)，能手動(dòng)或自動(dòng)鳴放霧號(hào)。并能手動(dòng)鳴放船頭鈴聲、船尾鑼聲。提供與模擬海況對(duì)應(yīng)的風(fēng)、浪、聲響等環(huán)境聲響及主機(jī)、輔機(jī)、錨、纜操作等工作環(huán)境聲響。能模擬船舶碰撞、擱淺、擦淺、觸礁等海損事故的音響效果。
[0080]船舶號(hào)燈通過仿實(shí)裝的軟件界面形式提供船舶航行燈設(shè)備和信號(hào)燈設(shè)備控制面板操作，與船舶駕駛視景軟件進(jìn)行命令交互，能隨時(shí)反映在主本船的視景系統(tǒng)中。所述船舶航行燈設(shè)備包括前錨燈、前桅燈、左舷燈、右舷燈、艉燈、后桅燈、后錨燈、艏旗桿燈、拖帶燈、失控?zé)?、上航跡燈、失控?zé)?、下航跡燈，所述信號(hào)燈設(shè)備包括第一層左右紅色信號(hào)燈、第二層左右白色信號(hào)燈、第三層左綠右紅信號(hào)燈、第四層左紅右白信號(hào)燈、第五層左白右紅信號(hào)燈、第六層右白信號(hào)燈、第七層左右紅色信號(hào)燈、第八層左白右綠信號(hào)燈和紅艉燈。
[0081]船舶號(hào)型通過軟件界面形式提供船舶號(hào)型顯示與操作，與船舶駕駛視景軟件進(jìn)行命令交互，能隨時(shí)反映在主本船的視景系統(tǒng)中。船舶號(hào)型包括球體號(hào)型、菱形體號(hào)型和圓柱體號(hào)型共三種形體號(hào)型。
[0082]船舶旗幟通過軟件界面形式提供SOLAS公約規(guī)定的《國際信號(hào)規(guī)則》中船舶旗幟信號(hào)顯示與操作，與船舶駕駛視景軟件進(jìn)行命令交互，能隨時(shí)反映在主本船的視景系統(tǒng)中。
[0083]航海儀器顯控模塊提供虛擬AIS/GPS設(shè)備、計(jì)程儀、測深儀等航海儀器操作與顯示，反映主本船的航向、航速、位置等信息。
[0084]最后，接收到導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真結(jié)束命令，結(jié)束仿真。
[0085]圖5是本發(fā)明的船舶動(dòng)力模型解算軟件處理流程圖。首先船舶動(dòng)力模型解算軟件向?qū)а荼O(jiān)控軟件發(fā)出申請(qǐng)，注冊(cè)成功后，會(huì)接收導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真任務(wù)和仿真開始指令，船舶動(dòng)力模型解算軟件仿真開始。
[0086]在仿真過程中，數(shù)據(jù)處理模塊用來接收和處理導(dǎo)演監(jiān)控軟件提供的氣象、水文環(huán)境信息和目標(biāo)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、纜和側(cè)推器等信息，然后把相應(yīng)數(shù)據(jù)傳遞給實(shí)時(shí)計(jì)算模塊。[0087]實(shí)時(shí)計(jì)算模塊根據(jù)這些參數(shù)，進(jìn)行主本船的船體流體動(dòng)力計(jì)算，推進(jìn)力計(jì)算，舵力計(jì)算，風(fēng)力計(jì)算，波浪力計(jì)算，流效應(yīng)計(jì)算，淺水效應(yīng)計(jì)算，限制水道效應(yīng)包括岸吸力計(jì)算，船間吸力計(jì)算，系纜力及拖輪拉力計(jì)算，碰撞力計(jì)算，碰墊力計(jì)算，疊加到船舶六自由度運(yùn)動(dòng)方程，給出主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，主本船的纜繩、錨和拖輪與主本船進(jìn)行作用，狀態(tài)發(fā)生變化，這些狀態(tài)信息也要實(shí)時(shí)對(duì)外發(fā)布。
[0088]最后，接收到導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真結(jié)束命令，結(jié)束仿真。
[0089]圖6是本發(fā)明的電子海圖軟件處理流程圖。首先電子海圖軟件向?qū)а荼O(jiān)控軟件發(fā)出申請(qǐng)，注冊(cè)成功后，會(huì)接收導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真任務(wù)和仿真開始指令，電子海圖軟件軟件仿真開始。
[0090]在仿真過程中，電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊根據(jù)設(shè)定的電子海圖數(shù)據(jù)文件夾目錄，提取符合國際航道測量組織(ΙΗ0)使用的數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)(IHO S-57)格式電子海圖文件，實(shí)現(xiàn)海圖數(shù)據(jù)及更新數(shù)據(jù)的自動(dòng)導(dǎo)入和無縫拼接，保證信息的完整性和無損性，建立鏈節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型及其相應(yīng)算法從中提取出岸線、等高線、等深線和水深點(diǎn)等信息，從而建立用戶數(shù)據(jù)格式的物標(biāo)分類編碼系統(tǒng)，支持點(diǎn)擊和物標(biāo)模糊搜索查詢，支持用于電子海圖繪制。
[0091]電子海圖繪制模塊根據(jù)從S-57標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)提取的岸線、等高線、等深線和水深點(diǎn)等信息，將由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的矢量海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化，根據(jù)海圖要素的表示方法和圖例符號(hào)對(duì)海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。參照有關(guān)ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有無級(jí)放大和縮小、區(qū)域放大、自動(dòng)漫游、分層顯示；支持各種情景顯示模式，如白晝模式、黃昏模式、夜晚模式等；支持不同的符號(hào)顯示方式，包括簡單符號(hào)和傳統(tǒng)符號(hào)；支持海圖內(nèi)容分級(jí)顯示，如基本顯示、標(biāo)準(zhǔn)顯示、全部顯示,還能自定義要顯示的物標(biāo)類型；具有大容量動(dòng)態(tài)目標(biāo)的顯示跟蹤能力，屏幕無閃爍；具有海圖要素拾取、航線設(shè)計(jì)，能進(jìn)行海圖編輯、改正；使用刺激性強(qiáng)的顏色、高亮度閃爍等手段強(qiáng)調(diào)危險(xiǎn)物的存在。
[0092]目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)目標(biāo)信息的二維可視化，精確顯示船舶的輪廓線，自動(dòng)計(jì)算船舶航行過程偏離計(jì)劃航線的距離。顯示主本船的錨、纜和與主本船交互的拖輪的位置和狀態(tài)信息。實(shí)時(shí)反映船舶當(dāng)前所處的位置是否與其他虛擬物體相撞，以及相撞后對(duì)船舶行駛姿態(tài)的影響，例如，當(dāng)船舶離靠碼頭時(shí)，船舶擱淺時(shí)都會(huì)產(chǎn)生碰撞，都會(huì)影響船舶行駛的狀態(tài)。這樣需要實(shí)時(shí)計(jì)算船舶與各種虛擬物體的碰撞，計(jì)算相應(yīng)的碰撞反應(yīng)，更新繪制結(jié)果，并將碰撞情況進(jìn)行發(fā)布。
[0093]最后，接收到導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真結(jié)束命令，結(jié)束仿真。
[0094]圖7是本發(fā)明的導(dǎo)航雷達(dá)軟件處理流程圖。首先導(dǎo)航雷達(dá)軟件向?qū)а荼O(jiān)控軟件發(fā)出申請(qǐng)，注冊(cè)成功后，會(huì)接收導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真任務(wù)和仿真開始指令，導(dǎo)航雷達(dá)軟件仿真開始。
[0095]仿真過程中，海圖高程數(shù)據(jù)保持在導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫中，是參考ΙΗ0數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)IHO S-57，建立專用轉(zhuǎn)換模型和算法，生成特定格式的數(shù)字海圖頭文件。結(jié)合30米精度數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，提取等間隔的地形高程數(shù)字表示文件，使用一塊方形網(wǎng)格地形表示，且網(wǎng)格交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面某點(diǎn)的高程值，用于雷達(dá)地物回波圖像模擬。
[0096]回波圖像顯示模塊通過接收氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并根據(jù)導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫提供的海圖高程數(shù)據(jù)，采用的矢量線段定義計(jì)算回波反射屬性、平均高度和發(fā)現(xiàn)距離等。采用圓周掃描方式，求出每一瞬時(shí)掃描線與目標(biāo)線段的交點(diǎn)，由交點(diǎn)向目標(biāo)內(nèi)側(cè)沿掃描線方向延伸，延伸線段的長度隨機(jī)，并與回波的反射屬性相關(guān)，延伸線段采用以Bresenham算法為基礎(chǔ)的回波生成算法，能夠獲得回波強(qiáng)度隨距離衰減、小扇形擴(kuò)散的效果。根據(jù)地形數(shù)據(jù)中包含的平均高度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地物遮擋、隱藏顯示。根據(jù)雷達(dá)圖像的生成算法，對(duì)雷達(dá)假回波、雷達(dá)同頻干擾、異常大氣條件對(duì)雷達(dá)的影響所產(chǎn)生的雜波進(jìn)行仿真。
[0097]目標(biāo)檢測錄取模塊結(jié)合主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和導(dǎo)航雷達(dá)回波信息，完成對(duì)目標(biāo)船、導(dǎo)航標(biāo)志的檢測錄取，提供目標(biāo)船的錄取點(diǎn)跡信息。
[0098]目標(biāo)跟蹤模塊根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)檢測錄取模塊所提供的目標(biāo)船觀測位置的相繼變化，建立目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)的過程。雷達(dá)自動(dòng)標(biāo)繪模塊對(duì)任何被跟蹤的目標(biāo)計(jì)算CPA、TCPA、目標(biāo)真方位、目標(biāo)距離、真航向、真航速等。
[0099]目標(biāo)告警模塊在當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入選定的警戒區(qū)時(shí)，提供視覺/聽覺的告警功能，對(duì)引起告警的物標(biāo)在顯示器上明顯標(biāo)示出來。對(duì)目標(biāo)在跟蹤過程中丟失進(jìn)行警報(bào)，并能把該目標(biāo)最后的被跟蹤位置在顯示器上顯示出來。
[0100]最后，接收到導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真結(jié)束命令，結(jié)束仿真。
[0101]圖8是本發(fā)明的船舶駕駛視景軟件處理流程圖。首先船舶駕駛視景軟件向?qū)а荼O(jiān)控軟件發(fā)出申請(qǐng)，注冊(cè)成功后，會(huì)接收導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真任務(wù)和仿真開始指令，船舶駕駛視景軟件仿真開始。
[0102]在仿真過程中，船舶視景軟件在由港岸地理信息數(shù)據(jù)庫、天文信息數(shù)據(jù)庫、水文氣象數(shù)據(jù)庫、船舶目標(biāo)信息數(shù)據(jù)庫和音響信息數(shù)據(jù)庫組成的視景綜合信息數(shù)據(jù)庫的支持下，在接收到的氣象環(huán)境、時(shí)間以及主本船的位置信息時(shí)，進(jìn)行三維虛擬空間初始化。
[0103]地形模塊通過港岸地理信息數(shù)據(jù)庫，采用多線程分頁數(shù)據(jù)庫技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前視點(diǎn)的地理位置動(dòng)態(tài)加載或刪除三維場景中地形和地物數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)港岸地形地物無邊際流暢漫游顯示。為了三維場景能夠與電子海圖準(zhǔn)確匹配，視景中的地形數(shù)據(jù)來自S-57海圖形成DEM數(shù)據(jù)，地物和助航物的三維和位置點(diǎn)數(shù)據(jù)來自實(shí)際拍攝和S-57海圖數(shù)據(jù)。另外，地形視景模塊提供通過配置文件添加、修改和刪除三維地理實(shí)體模型。地形視景模塊能夠滿足黃山碼頭和長江航道部分重點(diǎn)三維場景顯示和數(shù)據(jù)調(diào)度。
[0104]天空模塊根據(jù)當(dāng)前視點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算當(dāng)?shù)貢r(shí)間、時(shí)區(qū)、儒略日J(rèn)D和恒星時(shí)GMT，進(jìn)而確定日、月、星體等天體的位置，然后根據(jù)太陽的不同高度角用多重紋理和著色語言繪制逼真的動(dòng)態(tài)天空。天空視景模塊能夠顯示太陽、月亮和星星顯示以及形成早、中、晚全天的天色效果，這其中太陽、月亮和一些星體在虛擬天空的位置與實(shí)際星空基本是吻合的。
[0105]水面模塊能夠提供真實(shí)的水面場景，水面網(wǎng)格的高程數(shù)據(jù)是基于Phillips譜通過FFT計(jì)算獲得的，能夠根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速形成不同的浪級(jí)。此海浪繪制模型采用了不同浪級(jí)數(shù)據(jù)預(yù)先計(jì)算和與視點(diǎn)相關(guān)L0D技術(shù)及裁減技術(shù)，使海浪的繪制速度有很明顯的提高，能夠滿足實(shí)時(shí)仿真的要求?；贕PU繪制技術(shù)，利用GLSL著色語言形成海面光照、浪花和艦艇尾跡效果。特別地，在實(shí)時(shí)繪制水面場景時(shí)不再進(jìn)行海浪網(wǎng)格各點(diǎn)高度計(jì)算。
[0106]在形成自然地理環(huán)境虛擬空間后，目標(biāo)模塊負(fù)責(zé)把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息、以及相應(yīng)船舶的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型等信息進(jìn)行三維顯示，航行燈的可見范圍、能見距離、助航設(shè)施中的燈質(zhì)、能見距離嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)則顯示，確保燈光提供的信息準(zhǔn)確無誤。為了增加視景繪制速度，所有目標(biāo)都建立可視體包圍盒和LOD節(jié)點(diǎn)，以便進(jìn)行可見性裁減。
[0107]音效仿真是生成艦船行駛過程中駕駛室聽到的聲音信息，包括艦船在行駛狀態(tài)中發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴聲、汽笛聲的聲音信息、艦船與環(huán)境相互作用的聲音信息，例如離靠碼頭的碰撞聲，以及自然環(huán)境中的聲音信息。其中發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴聲由艦船行駛狀態(tài)決定，汽笛聲由駕駛室中的汽笛開關(guān)控制。音效仿真模塊的實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)駕駛室中操縱的狀態(tài)、模型控制模塊計(jì)算出的艦船行駛狀態(tài)和視景仿真模塊中產(chǎn)生的自然環(huán)境，利用OpenAL聲音引擎，對(duì)硬盤中保存的樣本聲音進(jìn)行調(diào)用，生成當(dāng)前情況下的各種聲音數(shù)據(jù)并通過聲卡播放。聲音模塊產(chǎn)生的聲音效果是具有三維信息的，并能模擬出自然環(huán)境下的各種聲音現(xiàn)象，如多普勒現(xiàn)象、遮擋現(xiàn)象等。
[0108]特效仿真采用粒子系統(tǒng)和GLSL著色語言的方法形成船舶駕駛視景中云、霧、雨和雪等的動(dòng)態(tài)三維顯示，并能實(shí)時(shí)根據(jù)天氣效果等級(jí)調(diào)整視景顯示，提供顯示航行燈和信號(hào)燈的燈光視景效果。
[0109]仿真過程中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊采用基于心跳機(jī)制的組播可靠傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，即通過在通信協(xié)議的應(yīng)用層添加可靠時(shí)序協(xié)議層模型來實(shí)現(xiàn)的，從而保證數(shù)據(jù)傳輸可靠的同時(shí)，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信快捷，使動(dòng)態(tài)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡能夠平滑的顯示。通信中，采用多線程技術(shù)，讓數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算和場景繪制各自分開，避免因其中某個(gè)環(huán)節(jié)耗時(shí)，而影響到其他環(huán)節(jié)。
[0110]多通道視景處理模塊包括兩個(gè)部分，分別為多通道同步和多通道拼接校正，拼接校正是通過純軟件拼接融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)曲面校正和邊界融合，達(dá)到五通道無縫拼接的要求。多通道的同步過程由控制主機(jī)和顯示從機(jī)之間的通信來完成，系統(tǒng)將控制主機(jī)也作為中間顯示通道，稱為Master通道，其它顯示從機(jī)均為Slave通道。為了使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信快捷，主機(jī)與從機(jī)采用組播的通信模式，這樣使主機(jī)計(jì)算好的仿真數(shù)據(jù)能夠快速傳到客戶機(jī)，較大程度上提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。經(jīng)過上述處理實(shí)現(xiàn)大視角顯示，生成逼真的視聽一體化的船舶航行特定范圍的虛擬環(huán)境。
[0111]最后，接收到導(dǎo)演監(jiān)控軟件的仿真結(jié)束命令，結(jié)束仿真。
[0112]以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非本發(fā)明所有實(shí)施方式的窮舉，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真系統(tǒng)，其特征在于，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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)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(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件中，以供進(jìn)行任務(wù)仿真，實(shí)時(shí)記錄仿真數(shù)據(jù)，對(duì)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(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)給出仿真評(píng)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(shí)時(shí)的目標(biāo)船信息，并將目標(biāo)船信息與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實(shí)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(jī)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(jìn)行狀態(tài)信息發(fā)布； 所述船舶動(dòng)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(biāo)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(shí)時(shí)計(jì)算主本船的運(yùn)動(dòng)信息和主本船的錨、纜及拖輪狀態(tài)信息并進(jìn)行發(fā)布； 所述電子海圖軟件用于將接收到的主本船運(yùn)動(dòng)信息，目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息，車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的狀態(tài)信息進(jìn)行二維可視化顯示，并進(jìn)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(dòng)力模型解算軟件進(jìn)行碰撞檢測計(jì)算； 所述導(dǎo)航雷達(dá)軟件用于接收氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并根據(jù)海圖高程數(shù)據(jù)形成雷達(dá)回波圖像，進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)識(shí)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、水文環(huán)境、時(shí)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(jìn)行天空、港岸地形、波浪水面的實(shí)時(shí)仿真模擬；把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息、以及船舶的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型、音效信息進(jìn)行三維顯示和播放；并形成大視角的虛擬環(huán)境；為船舶動(dòng)力模型解算軟件提供的波浪環(huán)境信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述AIS綜合處理軟件主要由數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成；所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收航渡指揮系統(tǒng)真實(shí)氣象、水文信息和AIS設(shè)備的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于解析AIS數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)和插值A(chǔ)IS目標(biāo)數(shù)據(jù)以形成目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)演監(jiān)控軟件主要由仿真任務(wù)編輯模塊、仿真任務(wù)控制模塊、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊、文件存儲(chǔ)單元、仿真數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)回放模塊和評(píng)估模塊組成；仿真任務(wù)編輯模塊用于在任務(wù)仿真前設(shè)置仿真的科目、主本船初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、計(jì)劃航線和主本船儀器設(shè)備工作狀態(tài)；仿真任務(wù)控制模塊用于在仿真過程中對(duì)主本船狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)發(fā)布仿真區(qū)域的自然環(huán)境條件和目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息；所述仿真數(shù)據(jù)記錄模塊用于實(shí)時(shí)記錄船位、航向、航速和人員的操作動(dòng)作和命令；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊用于顯示船舶在航行過程中與擬定航行路線的區(qū)別監(jiān)控，進(jìn)行航路監(jiān)視；數(shù)據(jù)回放模塊用于仿真結(jié)束后對(duì)記錄的仿真數(shù)據(jù)做出航行過程回放重演；評(píng)估模塊用于參照有關(guān)航海經(jīng)驗(yàn)、建立專家評(píng)判模型、并以仿真過程中計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)自動(dòng)評(píng)定仿真結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述船舶駕駛顯控軟件主要由航海儀器顯控模塊、操縱設(shè)備顯控模塊、導(dǎo)航輔助設(shè)備顯控模塊和駕駛信息綜合顯示模塊組成；其中:所述航海儀器顯控模塊用于提供虛擬AIS/GPS設(shè)備、計(jì)程儀、測深儀操作與顯示；所述操縱設(shè)備顯控模塊用于提供主本船車、舵、錨、纜和側(cè)推器的操作與顯示；導(dǎo)航輔助設(shè)備顯控模塊提供主本船聲響、號(hào)燈、號(hào)型、旗幟以及主本船視景觀察視點(diǎn)的操作與顯示，駕駛信息綜合顯示模塊顯現(xiàn)主本船的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和操縱設(shè)備狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述船舶動(dòng)力模型解算軟件主要由數(shù)據(jù)處理模塊和實(shí)時(shí)計(jì)算模塊組成；數(shù)據(jù)處理模塊用來接收和處理導(dǎo)演監(jiān)控軟件提供的氣象、水文環(huán)境信息和目標(biāo)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、纜和側(cè)推器的信息，然后把處理數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)計(jì)算模塊；所述實(shí)時(shí)計(jì)算模塊用于根據(jù)接收的處理數(shù)據(jù)計(jì)算主本船的船體流體動(dòng)力、推進(jìn)力、舵力、風(fēng)力、波浪力、流效應(yīng)、淺水效應(yīng)、限制水道效應(yīng)、碰撞力、碰墊力，將計(jì)算結(jié)果疊加到船舶六自由度運(yùn)動(dòng)方程，給出主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并驅(qū)動(dòng)主本船的纜繩、錨和拖輪與主本船進(jìn)行作用，實(shí)時(shí)對(duì)外發(fā)布運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述限制水道效應(yīng)包括岸吸力、船間吸力、系纜力及拖輪拉力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述電子海圖軟件主要由電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊、電子海圖繪制模塊、目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控模塊和電子海圖綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；所述電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊用于提取電子海圖綜合信息數(shù)據(jù)庫中電子海圖文件，實(shí)現(xiàn)海圖數(shù)據(jù)及更新數(shù)據(jù)的自動(dòng)導(dǎo)入和無縫拼接；電子海圖繪制模塊用于根據(jù)電子海圖數(shù)據(jù)管理模塊提取的岸線、等高線、等深線和水深點(diǎn)信息，將由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的矢量海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化，根據(jù)海圖要素的表示方法和圖例符號(hào)對(duì)海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理；目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控模塊用于將動(dòng)態(tài)目標(biāo)信息二維可視化，顯示船舶的輪廓線，自動(dòng)計(jì)算船舶航行過程偏離計(jì)劃航線的距離，實(shí)時(shí)反映船舶當(dāng)前所處的位置是否與其他虛擬物體相撞，以及與其他虛擬物體相撞后對(duì)船舶行駛姿態(tài)的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)航雷達(dá)軟件主要由回波圖像顯示模塊、目標(biāo)檢測錄取模塊、目標(biāo)跟蹤模塊、目標(biāo)自動(dòng)標(biāo)繪模塊、目標(biāo)告警模塊和導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；所述回波圖像顯示模塊用于通過接受氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并根據(jù)導(dǎo)航雷達(dá)綜合信息數(shù)據(jù)庫提供的海圖高程數(shù)據(jù)，形成雷達(dá)回波圖像；目標(biāo)檢測錄取模塊用于結(jié)合主本船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和導(dǎo)航雷達(dá)回波信息，完成對(duì)目標(biāo)船、導(dǎo)航標(biāo)志的檢測錄取，提供目標(biāo)船的錄取點(diǎn)跡信息；目標(biāo)跟蹤模塊用于根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)檢測錄取模塊所提供的目標(biāo)船觀測位置的相繼變化，建立目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)的過程；雷達(dá)自動(dòng)標(biāo)繪模塊用于對(duì)任何被跟蹤的目標(biāo)計(jì)算CPA、TCPA、目標(biāo)真方位、目標(biāo)距離、真航向、真航速；目標(biāo)告警模塊用于當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入選定的警戒區(qū)時(shí)提供視覺/聽覺的告警功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述船舶駕駛視景軟件主要由地形模塊、水面模塊、天空模塊、目標(biāo)模塊、音效模塊、特效模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊、多通道視景處理模塊和視景綜合信息數(shù)據(jù)庫組成；所述船舶視景軟件用于三維虛擬空間初始化；地形模塊用于顯示港岸地形地物無邊際流暢漫游；天空模塊用于確定日、月、星體的位置，并繪制動(dòng)態(tài)天空；水面模塊用于仿真水面場景；目標(biāo)模塊用于把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息以及船舶的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型信息進(jìn)行三維顯示；音效仿真模塊用于生成船舶行駛過程中駕駛室聽到的聲音信息；特效模塊用于形成船舶駕駛視景中云、霧、雨和雪的動(dòng)態(tài)三維顯示，并實(shí)時(shí)提供顯示航行燈和信號(hào)燈的燈光視景效果，船舶航跡效果；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；多通道視景處理模塊用于實(shí)現(xiàn)大視角顯示，生成視聽一體化的船舶航行特定范圍的虛擬環(huán)境。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述視景綜合信息數(shù)據(jù)庫包括港岸地理信息數(shù)據(jù)庫、天文信息數(shù)據(jù)庫、水文氣象、水文數(shù)據(jù)庫、船舶目標(biāo)信息數(shù)據(jù)庫和音響信息數(shù)據(jù)庫。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，地形模塊是通過港岸地理信息數(shù)據(jù)庫，采用多線程分頁數(shù)據(jù)庫技術(shù)顯示港岸地形地物無邊際流暢漫游；天空模塊是根據(jù)當(dāng)前視點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算當(dāng)?shù)貢r(shí)間、時(shí)區(qū)、儒略日J(rèn)D和恒星時(shí)GMT確定日、月、星體的位置，根據(jù)太陽的高度角采用多重紋理和shader語言繪制動(dòng)態(tài)天空；所述水面模塊是采用基于Phillips譜通過FFT計(jì)算獲得的水面網(wǎng)格的高程數(shù)據(jù)仿真水面場景；所述特效模塊是采用粒子系統(tǒng)和GLSL著色語言的方法形成云、霧、雨和雪的動(dòng)態(tài)三維顯示；多通道視景處理模塊是提高多通道同步和多通道拼接校正實(shí)現(xiàn)大視角顯示；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊是采用基于心跳機(jī)制的組播傳輸方式進(jìn)行傳輸。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)模塊在進(jìn)行三維顯示時(shí)，所有目標(biāo)都建立可視體包圍盒和LOD節(jié)點(diǎn)。
13.一種基于AIS的船舶駕駛實(shí)時(shí)虛擬增強(qiáng)仿真方法，其特征在于，包括以下步驟: (O導(dǎo)演監(jiān)控軟件啟動(dòng)，發(fā)布仿真任務(wù)信息和仿真開始指令； (2)AIS綜合處理軟件接收到仿真任務(wù)和開始指令后，接收航渡指揮系統(tǒng)真實(shí)氣象、水文信息和AIS設(shè)備數(shù)據(jù)，對(duì)AIS數(shù)據(jù)進(jìn)`行解析、關(guān)聯(lián)和插值處理生成連續(xù)實(shí)時(shí)的目標(biāo)船信息，并將目標(biāo)船信息與從航渡指揮系統(tǒng)獲取的實(shí)際氣象、水文環(huán)境信息一起發(fā)送到導(dǎo)演監(jiān)控軟件； (3)導(dǎo)演監(jiān)控軟件把仿真區(qū)域的氣象、水文環(huán)境信息、目標(biāo)船信息和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(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件中，進(jìn)行任務(wù)仿真； (4)船舶駕駛顯控軟件經(jīng)過人機(jī)交互操作完成車、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(jìn)行狀態(tài)信息發(fā)布； (5)船舶駕駛視景軟件根據(jù)接收到的氣象、水文環(huán)境、時(shí)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(jìn)行天空、港岸地形、波浪水面的實(shí)時(shí)模擬，同時(shí)把主本船運(yùn)動(dòng)信息、目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息、以及主本船和目標(biāo)船的錨、纜、號(hào)燈、號(hào)型、音效信息進(jìn)行三維顯示和播放，并通過多通道視景處理模塊形成大視角的虛擬環(huán)境； (6)電子海圖軟件把接收到的主本船運(yùn)動(dòng)信息，目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)信息，車、舵、錨、纜、側(cè)推器和拖輪的信息進(jìn)行二維可視化顯示，同時(shí)進(jìn)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(dòng)力模型解算軟件，進(jìn)行碰撞檢測計(jì)算； (7)船舶動(dòng)力模型解算軟件根據(jù)導(dǎo)演監(jiān)控軟件提供的氣象、水文環(huán)境信息和目標(biāo)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(shí)時(shí)計(jì)算主本船運(yùn)動(dòng)信息和主本船的錨、纜及拖輪狀態(tài)信息并發(fā)布；(8)導(dǎo)航雷達(dá)軟件根據(jù)接收到的氣象、水文環(huán)境信息、波浪信息、主本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息以及海圖高程數(shù)據(jù)，形成雷達(dá)回波圖像，進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別與導(dǎo)航；(9)導(dǎo)演監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)記錄船舶駕駛顯控軟件、船舶動(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件發(fā)布的數(shù)據(jù)；(10)仿真任務(wù)結(jié)束，由導(dǎo)演監(jiān)控軟件發(fā)布仿真停止命令，船舶駕駛顯控軟件、船舶動(dòng)力模型解算軟件、電子海圖軟件、導(dǎo)航雷達(dá)軟件和船舶駕駛視景軟件停止仿真；(11)導(dǎo)演監(jiān)控軟件對(duì)記錄的仿真數(shù)據(jù)做出航行過程比例回放重演，并以仿真過程中記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)，給出仿真評(píng)估結(jié)果。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的仿真方法，其特征在于，所述步驟(3)是通過文件存儲(chǔ)單元提取以前仿 真區(qū)域的環(huán)境條件、目標(biāo)船實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行發(fā)布。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK103631148SQ201310385464
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】宋元, 劉喜作, 周晶, 李彩霞, 許林周, 牛海, 馮朝陽, 李智, 王藝 申請(qǐng)人:中國人民解放軍海軍大連艦艇學(xué)院