海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)在航海模擬器中的應用研究報告課件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)在航海模擬器,中的應用研究,海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)在航海模擬器,航海,模擬器的重要性,航海模擬器是一種專業(yè)教學訓練設備,，它能夠提供逼真,的航行環(huán)境，讓學生在虛擬場景中進行駕駛臺業(yè)務實際操作,練習，以達到如實際上船操作的效果中國海事局在,2011,年,12,月,29,日下發(fā)了“關于做好,STCW,公,約馬尼拉修正案履約準備工作有關事項的通知（海船員,2011923,號）”文件，該文件明確要求了所有航海院校,在,2013,年,7,月,1,日前必須配置船舶操縱模擬器和,ECDIS,模擬,器，,進一步強調(diào)了船舶操縱模擬器、,ECDIS,模擬器等航海模,擬器在駕駛臺資源管理、電子海圖、雷達操作與應用等學生,訓練科目中的使用可以說，,現(xiàn)代航海教育已離不開航海模擬器航海模擬器的重要性 航海模擬器是一種專業(yè)教學訓練設備，,集美大學自主,研發(fā),的系列航海模擬器,集,美大學航海技術,研究所,與,廈門泓庚航?？萍加邢薰?合作,成立了“航海模擬器研發(fā)中心”，該中心,通過,校企合作,技術,攻關，掌握,了系列,航海模擬器的生產(chǎn)技術，取得了,中國,船級社,的型式認可證書，并進行國內(nèi)外市場的推廣營銷，,截,止,目前已經(jīng)有四十幾家航海模擬器用戶單位。

大型船舶操縱模擬器,雷達模擬器,ECDIS,模擬器,航海儀器模擬器,航線設計與航次評估模擬器,GMDSS,模擬器,游艇操縱模擬器,操舵儀模擬器,集美大學自主研發(fā)的系列航海模擬器 集美大學航海技術研究,360,度船舶操縱模擬器主本船,360度船舶操縱模擬器主本船,360,度船舶操縱模擬器主本船,360度船舶操縱模擬器主本船,帶六自由度運動平臺的本船,帶六自由度運動平臺的本船,游艇模擬器,游艇模擬器,ECDIS,模擬器,ECDIS模擬器,雷達模擬器,雷達模擬器,操舵儀模擬器,操舵儀模擬器,其他產(chǎn)品,航海儀器仿真系統(tǒng),GMDSS,模擬器,其他產(chǎn)品航海儀器仿真系統(tǒng)GMDSS模擬器,現(xiàn)狀分析,現(xiàn)代,航海模擬器經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足的進步，,我國,的,航海模擬器研究和應用也已進入了國際先進,行列但是近兩年來，,隨,著,STCW,公約馬尼拉修正案的生效和實施，航海模擬器在航海技術專業(yè),駕,駛,臺資源管理（,BRM,）、雷達操作與應用、電子海圖等課程實踐教學,中,得到,了真正的深入使用，其在技術上和功能上的不足也日益顯露出來,：,（,1,）無法完成類似實船的港到港航次任務傳統(tǒng),航海模擬器三維地形均以港口（水域）為基本單元，,用戶選擇,港口,（水域）之后，無法實現(xiàn)港口（水域）外三維地形的動態(tài)加載。

因,此,，航海模擬器的練習編輯是基于港口（水域）進行的，也就是學員,只,能,在教練員預先設置好的某一港口（水域）范圍內(nèi)進行各種操船訓練,，,尚,無法在航海模擬器上實現(xiàn)從一個港口連續(xù)航行到另一港口，完成,模擬,實,船的航次任務現(xiàn)狀分析 現(xiàn)代航海模擬器經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足,（,2,）航行環(huán)境編輯麻煩，存在失真?zhèn)鹘y(tǒng),航海模擬器的水文氣象要素的編輯、觸發(fā)和變化都是依靠,教師,在,控制臺進行操作，與仿真當時當?shù)氐臍鈮簣鲂蝿輿]有關聯(lián)；目標船,的,生成,及其航線需要教師在控制臺進行設定，所制定的目標船航路也,帶有,一定,主觀,盲目性由于,這些問題存在，一方面使得航行環(huán)境的仿真與實際海上環(huán)境,相,比,存在較大的失真；另一方面也使得航海模擬器在,BRM,課程的使用中,經(jīng),常,遭受任課教師的詬病，也確實給任課老師帶來了不少麻煩和工作量3,）仿真中船舶搖蕩與波浪運動的匹配度不高發(fā)展,到現(xiàn)階段，國內(nèi)外主流航海模擬器所配置的船舶運動,數(shù)學模型,普遍,是采用響應型六自由度模型，充分考慮了船舶型線、裝載、車舵,操,控,、外界風流、水深、拖輪等影響，模型解算精度已能滿足工程及,船員,培訓,的需要，并得到廣泛的應用。

但是實際使用中,發(fā)現(xiàn),一些,航海模擬器,在,三維視景系統(tǒng)中，船舶的六自由度搖蕩與波浪運動之間并不匹配和,同,步,，兩者基本上是“各搖各的”，給人一種很假的感覺，大大降低了,三,維,視景的沉浸感2）航行環(huán)境編輯麻煩，存在失真課題的,提出,和立項,技術,總是要向前發(fā)展的，過去的成績永遠屬于過去，不能代表,現(xiàn)在,和,將來雖然我國的航海模擬器研究和應用已經(jīng)進入了國際先進行列,，,但是,所研制的航海模擬器在其性能上和功能上的不足也已經(jīng)日益顯露,出,來,了，應該引起我們研究人員的足夠重視和深入思考,隨著,現(xiàn)代硬件技術的發(fā)展，特別是大尺寸液晶電視機（墻）的引入,，,航海,模擬器的硬件設備已經(jīng)具備了長時間連續(xù)運行的條件,因此，,借助,2015,年,國家,自然科學基金項目申報的機會,，,我們,全面,梳理了自己的,研究,工作,，,提出了“全天候智能型航海模擬器”的概念,，認真分析了現(xiàn)有,航,海,模擬器的不足和解決思路，撰寫,了項目,申請書,，,并最終,得到,了,國家自,然,科學基金的項目資助,，以突破全天候海上航行環(huán)境的仿真技術、,船舶,搖蕩,與視景波浪運動的匹配技術、航次劇本模型的描述技術、基于,工作,過程,的智能評估技術等關鍵技術，使航海模擬器,具備完成模擬實船的,港,到,港航次任務的能力,。

課題的提出和立項 技術總是要向前發(fā)展的，過去的成績永遠,研究目標,通過,本項目的研究，突破和解決全天候智能型航海,模擬,器,的若干關鍵技術，,使航海模擬器能夠?qū)崿F(xiàn)從一個港口到,另,一,港口（跨洲際）的長時間連續(xù)航行，完成模擬實船的港,到,港,航次任務,，并在航行值班過程中讓學員能夠遭遇其今后,實,際,航海職業(yè)生涯中可能遇到的各種情景（船舶會遇、船舶,遇,險,、船舶碰撞、船舶擱淺、船舶機電故障、船舶溢油、,火災,事故,、船體破損、惡劣海況、海盜等），,達到海上航行,實習,的,效果,，以提升航海類學生應對各種突發(fā)事故的能力，,能夠,隨時,對環(huán)境和局面的變化做出及時反應和采取有效措施研究目標 通過本項目的研究，突破和解決全天候智能型航海,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,（,1,）氣象、水文要素的自動生成技術研究,通過與,龍船,（北京）科技,有限公司,合作，,全天候,航海模擬器引入,氣,象,、水文要素的自動生成,技術,，,包括,歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)與實時數(shù)據(jù)引入,兩,部,分內(nèi)容具體介紹如下：,前者,將收集的全球完整一年的氣象,/,水文數(shù)據(jù)，以觀測站為索引,，,建立,歷史氣象,/,水文數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),通過,對各種內(nèi)插算法的比較分析，,應,用,反距離加權,（,IDW,）插值算法進行氣象要素的異構融合建庫，生成,統(tǒng),一,的氣象要素矢量分布圖。

在仿真過程中，就可以根據(jù)仿真的時間、,地,理,位置，通過矢量拓展的反距離加權算法快速檢索和生成仿真區(qū)域的,氣,象,、水文要素值，再調(diào)用風浪、霧、雨雪、星空等自然現(xiàn)象的三維,視景,展現(xiàn),模塊，就可以生成與仿真當時當?shù)氐臍鈮簣鲂蝿葜苯雨P聯(lián)的自然,天,氣,和海況現(xiàn)象，再現(xiàn)當時的船舶航行狀態(tài)后者,通過接入授權的實時氣象,數(shù)據(jù)服務器,，在仿真過程中，,該,服務,器,將,實時的發(fā)布訓練水域的相關水文氣象要素，自動作用到三維視景,仿,真,與船舶運動仿真中，從而實現(xiàn)虛實結合的最高境界全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究（1）氣象、水文要素的自動生,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,（,2,）球體三維地形的自動生成技術研究,球體,三維基礎模型采用官方電子海圖發(fā)布的相同地球參數(shù)，建立,地,球,三維模型，以保證與水文氣象數(shù)據(jù)的空間一致性通過免費離線,獲取,美國國家航空航天局（,NASA,）的,Blue Marble,數(shù)據(jù)作為紋理，以美國,地,質(zhì),調(diào)查局,（,USGS,）地球資源觀測衛(wèi)星,GTOPO30,數(shù)據(jù)，建立三維地球,基礎,地形數(shù)據(jù)庫,。

采用四叉樹算法對,Blue Marble,數(shù)據(jù)建立光柵金字塔，,用,于,紋理貼圖,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究（2）球體三維地形的自動生成,全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究,（,3,）智能交通流的自動生成技術研究,通過,與,龍船（北京）科技有限公司,合作，,全天候航海模擬器,引入全,球,實時,AIS,數(shù)據(jù)（包括衛(wèi)星,AIS,數(shù)據(jù)）在,仿真過程中,，根據(jù),仿真的時間,、,地理位置,快速檢索和生成仿真區(qū)域的在航船舶，然后按照時間軸重現(xiàn),這,些,船舶的,AIS,真實動態(tài)數(shù)據(jù)，這些動態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡廣播、解碼處理后,，,可,在航海模擬器的三維視景、電子海圖和雷達等仿真終端中同步顯示,AIS,真實信號接入三維視景中的處理方法，關鍵是,解決,了,模型,匹配,、,運動平滑,（,船位跳躍,平滑,、,航向不穩(wěn)定平滑,）,等,問題全天候海上航行環(huán)境的仿真技術研究（3）智能交通流的自動生成技,船舶搖蕩與視景波浪運動的匹配技術研究,船舶,由海浪引起的運動主要包括橫搖、縱搖和垂蕩為,了,在視景中達到船舶的運動與波面運動的協(xié)調(diào)一致,，采用將,船體,網(wǎng)格化的方法,，,使,船舶,的六自由度搖蕩與波浪運動,之間,相互,匹配和同步，船舶“隨波逐流”大大提升了三維視景,的,沉浸,感。

船舶搖蕩與視景波浪運動的匹配技術研究 船舶由海浪引起的,航次劇本模型的描述技術研究,為了,最大程度模擬實船在海上的完整營運過程，達到綜合性、,全局,性,的訓練效果，需要全面考慮船公司、監(jiān)管部門、氣象站、港口國,及其,他,輔助機構對船舶營運過程的業(yè)務需求，,建立航次“劇本,”,模型，,航次,劇本,模型實例化后啟動、控制某航次的全過程，啟動航次任務時間段,的,天氣系統(tǒng),、調(diào)用相應的船模（包括吃水、載態(tài)、船舶操縱性能、船舶,所,處,港口）、開始相應時間的船舶交通流、按時間序列調(diào)用航次中事故,、,設置,某個水域的事故前的現(xiàn)場、觸發(fā)沿線的航行警告、發(fā)布無線,電信號,以,提供模擬船上的氣象傳真及氣象電傳、開始響應模擬船上發(fā)回來的,電,文,和,VHF,、,MF,、,HF,的通信等,依據(jù),復雜適應系統(tǒng),（,CAS,）理論的基本思想，將航次劇本分解為,多,個,計算實體,Agent,，然后將其組合為多,Agent,系統(tǒng),（,MAS,），通過,多,Agent,的聯(lián)合或群集動態(tài)模擬復雜系統(tǒng)的非線性交互、并發(fā)行為及協(xié)作,、,自組織,的真實情景，,解決仿真過程中的水文氣象、船舶交通流、應急,事,故,等仿真要素的自動生成和演化問題,。

航次劇本模型的描述技術研究 為了最大程度模擬實船在海上,基于工作過程的智能評估技術研究,以,船舶的實際需求為依據(jù)，采取綜合評估的模式，,最大,限度,的模擬船舶實際工作情景，,評估中將運用基于,工作過程,的,方法將適任評估項目設計成上船接任、船舶在港、海上,航,行,、離船交班四個具體工作任務,(,即四個模塊,),本,項目將開發(fā)一套具備評估結果反饋功能的船員適任,評,估,智能化的評估評分系統(tǒng),，,采用的自動評分,模型需要,考慮,學,員,操作結果的準確性和操作的熟練度前者可以通過比較,學,員,的操作結果場景與標準答案場景的方式評價，而熟練度,可,跟蹤,分析學員操作各種設備的記錄和完成的整個考試的,時間,進行,評價,1,周建文,，楊神化，索永,峰,.,ECDIS,模擬器實訓的智能評估模型與系統(tǒng),實現(xiàn),J.,中國航海，,2014,37,（,2,）：,1-4,基于工作過程的智能評估技術研究 以船舶的實際需求為依據(jù)，,研究,項目的,意義,（,1,）拓展了航海模擬器的模擬用途,通過,本項目的研究，將在航海模擬器上實現(xiàn)從一個,港口,長,時間連續(xù)航行到另一港口（跨洲際），完成模擬實船的,航,次,任務，,讓學員可以模擬大副、二副和三副角色在航海,模擬,器,上進行連續(xù)的輪流值班，并在航行值班過程中讓學員,能夠,遭遇,其今后實際航海職業(yè)生涯中可能遇到的各種局面,（,船舶,會,遇、船舶遇險、船舶碰撞、船舶擱淺、船舶機電故障、,船,舶,溢油、火災事故、船體破損、惡劣海。