[发明专利]一种基于AIS的船舶驾驶实时虚拟增强仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶虚拟操纵仿真技术领域，尤其是一种基于AIS的船舶驾驶实时虚拟增强仿真系统及方法，主要用于复杂航渡水域环境下船舶航行指挥演练、决策论证和特殊操纵方案评估。

背景技术

利用模拟器进行超大型船舶和特种用途船舶操纵训练是STCW78/95公约及其附则的强制性要求。传统的航海模拟器利用仿真技术对船舶、航道、雷达建立数学模型、动力模型和3D模型，构建船舶驾驶、雷达跟踪的虚拟仿真环境，主要用于航海教学与技术培训。近年来，由于仿真技术、计算机技术、虚拟现实技术和网络技术的发展，模拟器技术发展非常迅速，出现了许多大型的综合模型器，数学模型精度也有较大的提高，应用范围也越来越广，可对船舶的航行性能进行测试并给出试验结果。

发明内容

本发明的目的在于建立一种虚实结合的船舶航行指挥和操纵训练仿真与评估验证系统，即基于AIS的船舶驾驶实时虚拟增强仿真系统，主要为大型船舶在复杂航渡水域环境和极端天气情况下开展操纵训练和适任评估提供高精度、多维度仿真环境，为航行指挥和航渡保障任务工况设计提供演示验证与决策支持。

所涉及的仿真模型均采用实船或船模试验结果进行确定或验证，以确保仿真精度。

本发明的技术构思是：

1）AIS综合处理软件接收AIS设备数据，通过解析、关联和插值等处理形成连续实时的目标船信息，与从航渡指挥系统获取的实际气象、水文环境信息一起融合到仿真系统中。

2）通过建立导演监控软件、船舶驾驶显控软件、船舶动力模型解算软件、电子海图软件、船舶驾驶视景软件和导航雷达软件，能够完全模拟船舶驾驶台设备功能，与真实的AIS目标和气象、水文环境信息结合，构建船舶驾驶虚拟增强仿真环境。

3）采用人在回路中的半实物仿真方式，一方面在构建的船舶虚拟增强环境中，获得船舶航行的真实体验；另一方面，把真实AIS目标船作为主本船，进行跟随航行，从而为船舶操纵和航行指挥提供演示验证与决策支持。

本发明的技术方案是：

一种基于AIS的船舶驾驶实时虚拟增强仿真系统，主要由导演监控软件、AIS综合处理软件、船舶驾驶显控软件、船舶动力模型解算软件、电子海图软件、导航雷达软件和船舶驾驶视景软件组成；

所述导演监控软件用于发布仿真任务信息和仿真开始、停止的指令，把仿真区域的环境条件、目标船实时运动状态和涉及主本船的航海仪器设备、操纵设备和导航辅助设备的设置状态发送到船舶驾驶显控软件、船舶动力模型解算软件、电子海图软件、导航雷达软件和船舶驾驶视景软件中，以供进行任务仿真，实时记录仿真数据，对记录的仿真数据做出航行过程回放重演，并以仿真过程中计算机自动记录的数据为依据给出仿真评估结果；

所述AIS综合处理软件用于接收AIS设备的数据，通过解析、关联和插值处理生成连续实时的目标船信息，并将目标船信息与从航渡指挥系统获取的实际气象、水文环境信息一起发送到导演监控软件；

所述船舶驾驶显控软件用于人机交互完成主本船的车、舵、锚、缆、侧推器和拖轮的控制，完成航海仪器的显示以及导航辅助设备的显示与控制，并进行状态信息发布；

所述船舶动力模型解算软件用于根据导演监控软件提供的气象、水文环境信息和目标船信息，电子海图软件提供的港岸地理环境信息，船舶驾驶视景软件提供的波浪环境信息，以及船舶驾驶显控软件提供的车、舵、锚、缆、侧推器和拖轮的信息，实时计算主本船运动信息和主本船的锚、缆及拖轮状态信息并进行发布；

所述电子海图软件用于将接收到的主本船运动信息，目标船运动信息，车、舵、锚、缆、侧推器和拖轮的状态信息进行二维可视化显示，并进行航行监控，把航行区域的地理环境信息发布给船舶动力模型解算软件进行碰撞检测计算；

所述导航雷达软件用于接收气象、水文环境信息、波浪信息、主本船运动状态信息和目标船运动状态信息，并根据海图高程数据形成雷达回波图像，进行雷达目标识别与导航；

所述船舶驾驶视景软件用于根据接收到的气象环境、时间以及主本船的位置信息，在视景综合数据库的支撑下，进行天空、港岸地形、海浪水面的实时仿真模拟；把主本船运动信息、目标船运动信息、以及船舶的锚、缆、号灯、号型、音效信息进行三维显示和播放；并形成大视角的虚拟环境；为船舶动力模型解算软件提供波浪环境信息。