[发明专利]基于OGRE的三维内河航行仿真中船舶碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶碰撞的检测，具体地指一种基于OGRE的三维内河航行仿真中船舶碰撞检测方法。

背景技术

随着内河航运的发展，内河运输具有低成本的特性，船舶数量日益增多，吨位日益增大与速度的提升，船舶在航行状态则会有船舶的碰撞，现实内河河道中经常出现重大交通事故，船舶的碰撞事故不仅给国家与个人带来巨大的经济损失。此外，由于内河运输航线是在大江的主线上面，大江同时也是居民用水的主要来源，所以发生碰撞事故对水质的影响直接威胁到城镇居民的饮水安全。

内河三维船舶航行仿真系统中场景的是由河床地形、河水平面、航行的船舶以及岸边树木与建筑物所组成。随着虚拟现实技术的发展，碰撞检测成为一个热点的研究领域。碰撞检测是指一对或者一组物体在给定时刻内是否占有相同的区域。其在三维仿真系统中碰撞检测的实时性与精确性是至关重要的二个因素。如何使船舶避碰或者减少碰撞事故是国家十分关注的问题，同时结合内河通航的特殊性，所以急需要一种将OGRE（Object-Oriented Graphics Rendering Engine， 面向对象图形渲染引擎）中三维仿真技术与实际避碰规则、算法相结合，构造出基于OGRE对于内河船舶航行的避碰算法。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种基于OGRE的三维内河航行仿真中船舶碰撞检测方法，该方法能够将内河通航中船舶与船舶之间碰撞检测和船舶与航道河床碰撞（搁浅）检测的三维可视化仿真。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于OGRE的三维内河航行仿真中船舶碰撞检测方法，包括：

（1）基于真实内河的河道数据提取离散数据并转换为网格数据，通过所述网格数据实现地形建模，并结合地形模型构建三维河床漫游仿真系统；

（2）在所述三维河床漫游仿真系统下通过船舶与船舶间碰撞的检测，实现船舶之间的碰撞预警；

（3）在所述三维河床漫游仿真系统下通过船舶与河底碰撞的检测，实现船舶的搁浅预警。

在上述技术方案中，步骤（1）具体包括：

（1-1）选用内河河道的CAD数据作为DEM数据源，所述CAD数据为*.dwg格式的数据，将所述.dwg格式的数据向*.dxf格式数据转换，然后根据DXF文件规则使用数据点提取算法提取高程点坐标，得到离散点数据，使用离散点插值方法surfit得到规则网格GRID数据，进而转换得到高位图数据，通过镜像处理得到最终高位图数据以及地形高程灰度图；

（1-2）利用OGRE渲染引擎框架读入所述地形高程灰度图，根据构建的地形模型，使用OGRE中地形场景管理器对所述地形高程灰度图和地形纹理、细节纹理进行确定与着色，设置所述地形高程图边长大小为2ⁿ+1的正方形，实现地形建模。

在上述技术方案中，步骤（２）具体包括：

（2-1）基于遗传算法选择最佳避碰路径建立船舶与船舶间碰撞检测方法，使用随机搜索过程，得到全部最优解，从而确定最优化的避碰路径；

（2-2）使用包装盒查询来模拟船舶领域，设定航行船舶的优先级，对航行船舶设定包装盒查询，然后利用返回的查询结果集来判定本船是否与其它船有达到危险的邻域，若达到了危险的邻域，则触发船舶根据优先级采取不同的动作，对处于危险距离的船舶进行转向或者减速从而达到避碰的效果。

在上述技术方案中，步骤（3）具体包括：

（3-1）根据实际航行条件设定一个报警水深，采用球体查询，球心设在船头，通过球体查询返回与河床的触点，算出前面路径中水深的平均值，当前方航道达到需要报警的水深时，利用以下公式计算出船舶所处位置到离搁浅的时间并显示：

t =davg/sdown

式中，davg 是船头球心位置距离河床的水深的平均值，sdown是单位时间内船舶离河床距离的下降米数；

（3-2）使用球体查询，先在船头设置球心的位置与球的半径，再执行球体查询，最后得到返回的查询结果集，对结果集中的值进行求平均值，即是前方航道的水深。

本发明方法的优点，本发明方法可以在根据真实数据构建三维河床漫游系统的基础上，合理选择最佳避碰路径实现船舶之间的碰撞预警，用包装盒查询方法模拟领域使用球体查询实现船舶的搁浅预警。此外，本方法应用于三维内河仿真中，将遗传算法和内河通航规则相结合，使用球体查询模拟实际船舶搁浅判断方法，可以在PC机上三维仿真中有效实现船舶碰撞的检测。

附图说明

图1为本发明基于OGRE的三维内河航行仿真中船舶碰撞检测方法流程图；