海洋卫星数据在航海模拟器中的应用研究报告课件

,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,海洋卫星数据在航海模拟器,中的应用研究,海洋卫星数据在航海模拟器,航海,模拟器的重要性,航海模拟器是一种专业教学训练设备,，它能够提供逼真,的航行环境，让学生在虚拟场景中进行驾驶台业务实际操作,练习，以达到如实际上船操作的效果。,中国海事局在,2011,年,12,月,29,日下发了“关于做好,STCW,公,约马尼拉修正案履约准备工作有关事项的通知（海船员,2011923,号）”文件，该文件明确要求了所有航海院校,在,2013,年,7,月,1,日前必须配置船舶操纵模拟器和,ECDIS,模拟,器，,进一步强调了船舶操纵模拟器、,ECDIS,模拟器等航海模,拟器在驾驶台资源管理、电子海图、雷达操作与应用等学生,训练科目中的使用。,可以说，,现代航海教育已离不开航海模拟器。,航海模拟器的重要性 航海模拟器是一种专业教学训练设备，,集美大学自主,研发,的系列航海模拟器,集,美大学航海技术,研究所,与,厦门泓庚航海科技有限公司,合作,成立了“航海模拟器研发中心”，该中心,通过,校企合作,技术,攻关，掌握,了系列,航海模拟器的生产技术，取得了,中国,船级社,的型式认可证书，并进行国内外市场的推广营销，,截,止,目前已经有四十几家航海模拟器用户单位。,大型船舶操纵模拟器,雷达模拟器,ECDIS,模拟器,航海仪器模拟器,航线设计与航次评估模拟器,GMDSS,模拟器,游艇操纵模拟器,操舵仪模拟器,集美大学自主研发的系列航海模拟器 集美大学航海技术研究,360,度船舶操纵模拟器主本船,360度船舶操纵模拟器主本船,360,度船舶操纵模拟器主本船,360度船舶操纵模拟器主本船,带六自由度运动平台的本船,带六自由度运动平台的本船,游艇模拟器,游艇模拟器,ECDIS,模拟器,ECDIS模拟器,雷达模拟器,雷达模拟器,操舵仪模拟器,操舵仪模拟器,其他产品,航海仪器仿真系统,GMDSS,模拟器,其他产品航海仪器仿真系统GMDSS模拟器,现状分析,现代,航海模拟器经过数十年的发展，已经取得了长足的进步，,我国,的,航海模拟器研究和应用也已进入了国际先进,行列。,但是近两年来，,随,着,STCW,公约马尼拉修正案的生效和实施，航海模拟器在航海技术专业,驾,驶,台资源管理（,BRM,）、雷达操作与应用、电子海图等课程实践教学,中,得到,了真正的深入使用，其在技术上和功能上的不足也日益显露出来,：,（,1,）无法完成类似实船的港到港航次任务。,传统,航海模拟器三维地形均以港口（水域）为基本单元，,用户选择,港口,（水域）之后，无法实现港口（水域）外三维地形的动态加载。,因,此,，航海模拟器的练习编辑是基于港口（水域）进行的，也就是学员,只,能,在教练员预先设置好的某一港口（水域）范围内进行各种操船训练,，,尚,无法在航海模拟器上实现从一个港口连续航行到另一港口，完成,模拟,实,船的航次任务。,现状分析 现代航海模拟器经过数十年的发展，已经取得了长足,（,2,）航行环境编辑麻烦，存在失真。,传统,航海模拟器的水文气象要素的编辑、触发和变化都是依靠,教师,在,控制台进行操作，与仿真当时当地的气压场形势没有关联；目标船,的,生成,及其航线需要教师在控制台进行设定，所制定的目标船航路也,带有,一定,主观,盲目性。,由于,这些问题存在，一方面使得航行环境的仿真与实际海上环境,相,比,存在较大的失真；另一方面也使得航海模拟器在,BRM,课程的使用中,经,常,遭受任课教师的诟病，也确实给任课老师带来了不少麻烦和工作量。,（,3,）仿真中船舶摇荡与波浪运动的匹配度不高。,发展,到现阶段，国内外主流航海模拟器所配置的船舶运动,数学模型,普遍,是采用响应型六自由度模型，充分考虑了船舶型线、装载、车舵,操,控,、外界风流、水深、拖轮等影响，模型解算精度已能满足工程及,船员,培训,的需要，并得到广泛的应用。但是实际使用中,发现,一些,航海模拟器,在,三维视景系统中，船舶的六自由度摇荡与波浪运动之间并不匹配和,同,步,，两者基本上是“各摇各的”，给人一种很假的感觉，大大降低了,三,维,视景的沉浸感。,（2）航行环境编辑麻烦，存在失真。,课题的,提出,和立项,技术,总是要向前发展的，过去的成绩永远属于过去，不能代表,现在,和,将来。虽然我国的航海模拟器研究和应用已经进入了国际先进行列,，,但是,所研制的航海模拟器在其性能上和功能上的不足也已经日益显露,出,来,了，应该引起我们研究人员的足够重视和深入思考,。,随着,现代硬件技术的发展，特别是大尺寸液晶电视机（墙）的引入,，,航海,模拟器的硬件设备已经具备了长时间连续运行的条件,。,因此，,借助,2015,年,国家,自然科学基金项目申报的机会,，,我们,全面,梳理了自己的,研究,工作,，,提出了“全天候智能型航海模拟器”的概念,，认真分析了现有,航,海,模拟器的不足和解决思路，撰写,了项目,申请书,，,并最终,得到,了,国家自,然,科学基金的项目资助,，以突破全天候海上航行环境的仿真技术、,船舶,摇荡,与视景波浪运动的匹配技术、航次剧本模型的描述技术、基于,工作,过程,的智能评估技术等关键技术，使航海模拟器,具备完成模拟实船的,港,到,港航次任务的能力,。,课题的提出和立项 技术总是要向前发展的，过去的成绩永远,研究目标,通过,本项目的研究，突破和解决全天候智能型航海,模拟,器,的若干关键技术，,使航海模拟器能够实现从一个港口到,另,一,港口（跨洲际）的长时间连续航行，完成模拟实船的港,到,港,航次任务,，并在航行值班过程中让学员能够遭遇其今后,实,际,航海职业生涯中可能遇到的各种情景（船舶会遇、船舶,遇,险,、船舶碰撞、船舶搁浅、船舶机电故障、船舶溢油、,火灾,事故,、船体破损、恶劣海况、海盗等），,达到海上航行,实习,的,效果,，以提升航海类学生应对各种突发事故的能力，,能够,随时,对环境和局面的变化做出及时反应和采取有效措施。,研究目标 通过本项目的研究，突破和解决全天候智能型航海,全天候海上航行环境的仿真技术研究,（,1,）气象、水文要素的自动生成技术研究,通过与,龙船,（北京）科技,有限公司,合作，,全天候,航海模拟器引入,气,象,、水文要素的自动生成,技术,，,包括,历史数据再现与实时数据引入,两,部,分内容。,具体介绍如下：,前者,将收集的全球完整一年的气象,/,水文数据，以观测站为索引,，,建立,历史气象,/,水文数据库系统,。通过,对各种内插算法的比较分析，,应,用,反距离加权,（,IDW,）插值算法进行气象要素的异构融合建库，生成,统,一,的气象要素矢量分布图。,在仿真过程中，就可以根据仿真的时间、,地,理,位置，通过矢量拓展的反距离加权算法快速检索和生成仿真区域的,气,象,、水文要素值，再调用风浪、雾、雨雪、星空等自然现象的三维,视景,展现,模块，就可以生成与仿真当时当地的气压场形势直接关联的自然,天,气,和海况现象，再现当时的船舶航行状态。,后者,通过接入授权的实时气象,数据服务器,，在仿真过程中，,该,服务,器,将,实时的发布训练水域的相关水文气象要素，自动作用到三维视景,仿,真,与船舶运动仿真中，从而实现虚实结合的最高境界。,全天候海上航行环境的仿真技术研究（1）气象、水文要素的自动生,全天候海上航行环境的仿真技术研究,全天候海上航行环境的仿真技术研究,全天候海上航行环境的仿真技术研究,全天候海上航行环境的仿真技术研究,全天候海上航行环境的仿真技术研究,（,2,）球体三维地形的自动生成技术研究,球体,三维基础模型采用官方电子海图发布的相同地球参数，建立,地,球,三维模型，以保证与水文气象数据的空间一致性。通过免费离线,获取,美国国家航空航天局（,NASA,）的,Blue Marble,数据作为纹理，以美国,地,质,调查局,（,USGS,）地球资源观测卫星,GTOPO30,数据，建立三维地球,基础,地形数据库,。采用四叉树算法对,Blue Marble,数据建立光栅金字塔，,用,于,纹理贴图,。,全天候海上航行环境的仿真技术研究（2）球体三维地形的自动生成,全天候海上航行环境的仿真技术研究,（,3,）智能交通流的自动生成技术研究,通过,与,龙船（北京）科技有限公司,合作，,全天候航海模拟器,引入全,球,实时,AIS,数据（包括卫星,AIS,数据）。在,仿真过程中,，根据,仿真的时间,、,地理位置,快速检索和生成仿真区域的在航船舶，然后按照时间轴重现,这,些,船舶的,AIS,真实动态数据，这些动态数据经过网络广播、解码处理后,，,可,在航海模拟器的三维视景、电子海图和雷达等仿真终端中同步显示,。,AIS,真实信号接入三维视景中的处理方法，关键是,解决,了,模型,匹配,、,运动平滑,（,船位跳跃,平滑,、,航向不稳定平滑,）,等,问题。,全天候海上航行环境的仿真技术研究（3）智能交通流的自动生成技,船舶摇荡与视景波浪运动的匹配技术研究,船舶,由海浪引起的运动主要包括横摇、纵摇和垂荡。,为,了,在视景中达到船舶的运动与波面运动的协调一致,，采用将,船体,网格化的方法,，,使,船舶,的六自由度摇荡与波浪运动,之间,相互,匹配和同步，船舶“随波逐流”大大提升了三维视景,的,沉浸,感。,船舶摇荡与视景波浪运动的匹配技术研究 船舶由海浪引起的,航次剧本模型的描述技术研究,为了,最大程度模拟实船在海上的完整营运过程，达到综合性、,全局,性,的训练效果，需要全面考虑船公司、监管部门、气象站、港口国,及其,他,辅助机构对船舶营运过程的业务需求，,建立航次“剧本,”,模型，,航次,剧本,模型实例化后启动、控制某航次的全过程，启动航次任务时间段,的,天气系统,、调用相应的船模（包括吃水、载态、船舶操纵性能、船舶,所,处,港口）、开始相应时间的船舶交通流、按时间序列调用航次中事故,、,设置,某个水域的事故前的现场、触发沿线的航行警告、发布无线,电信号,以,提供模拟船上的气象传真及气象电传、开始响应模拟船上发回来的,电,文,和,VHF,、,MF,、,HF,的通信等,。,依据,复杂适应系统,（,CAS,）理论的基本思想，将航次剧本分解为,多,个,计算实体,Agent,，然后将其组合为多,Agent,系统,（,MAS,），通过,多,Agent,的联合或群集动态模拟复杂系统的非线性交互、并发行为及协作,、,自组织,的真实情景，,解决仿真过程中的水文气象、船舶交通流、应急,事,故,等仿真要素的自动生成和演化问题,。,航次剧本模型的描述技术研究 为了最大程度模拟实船在海上,基于工作过程的智能评估技术研究,以,船舶的实际需求为依据，采取综合评估的模式，,最大,限度,的模拟船舶实际工作情景，,评估中将运用基于,工作过程,的,方法将适任评估项目设计成上船接任、船舶在港、海上,航,行,、离船交班四个具体工作任务,(,即四个模块,),。,本,项目将开发一套具备评估结果反馈功能的船员适任,评,估,智能化的评估评分系统,，,采用的自动评分,模型需要,考虑,学,员,操作结果的准确性和操作的熟练度。,前者可以通过比较,学,员,的操作结果场景与标准答案场景的方式评价，而熟练度,可,跟踪,分析学员操作各种设备的记录和完成的整个考试的,时间,进行,评价,。,1,周建文,，杨神化，索永,峰,.,ECDIS,模拟器实训的智能评估模型与系统,实现,J.,中国航海，,2014,37,（,2,）：,1-4,基于工作过程的智能评估技术研究 以船舶的实际需求为依据，,研究,项目的,意义,（,1,）拓展了航海模拟器的模拟用途,通过,本项目的研究，将在航海模拟器上实现从一个,港口,长,时间连续航行到另一港口（跨洲际），完成模拟实船的,航,次,任务，,让学员可以模拟大副、二副和三副角色在航海,模拟,器,上进行连续的轮流值班，并在航行值班过程中让学员,能够,遭遇,其今后实际航海职业生涯中可能遇到的各种局面,（,船舶,会,遇、船舶遇险、船舶碰撞、船舶搁浅、船舶机电故障、,船,舶,溢油、火灾事故、船体破损、恶劣海