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船舶虚拟仿真操纵系统设计-船舶航行虚拟仿真系统开发

发布时间:2024-04-23

编辑人:灵图互动

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船舶虚拟仿真操纵训练系统运用仿真和VR技术逼真的再现各种类型的船舶操纵特性和训练环境,使培训人员身临其境地操作各种仿真的车、舵和其他仪器仪表,提高船员应用各种航行设备进行船舶操纵的能力以及处理各种紧迫局面的应对能力等,从而在短时间内达到理想而有效的培训效果,并可避免实船训练误操作造成的海损事件。本位以舰船为例来进行详细描述。

船舶航行与操纵训练虚拟仿真系统由导演监控子系统、航行操纵训练虚拟仿真子系统、辅助设备三大部分组成。根据训练目标的不同,可以设置单个或多个航行操纵训练虚拟仿真系统,以便进行单舰航行操纵训练、双舰对抗训练、编队指挥训练等。

船舶航行与操纵训练虚拟仿真系统

1. 导演监控子系统

导演监控子系统是整个模拟训练系统的控制端,由训练场景计算与控制台、数据库资源管理台、信息管理与评估台、三维视景显示台、网络通信与监控台等部分组成。

导演监控子系统的主要功能包括:

(1)根据训练计划设定训练内容。包括训练场景、舰船、环境、目标、险情、故障等。

(2)控制模拟训练的组织运行,进行运行负载分配、导演控制等操作。包括训练任务的启动、暂停、继续、停止等。

(3)支持对各种训练过程动态人工干预。虚拟仿真训练中,根据需求可以随时设置各种训练场景,如天气环境变化、舰艇设备故障、对遇、追越局面等。

(4)实时显示综合态势与信息。以二维图形或三维视景方式显示战场态势和所有目标航行状等信息;以表页数据方式实时显示所有目标信息,如目标性质、位置、航行状态、目标之间的相对位置等。

(5)模拟训练过程重演,便于训练后的讲评分析。系统在组织训练时将所有模拟训练数据按一定的时间间隔或将系统状态的变化点存入数据库。需要重演时,将数据从数据库中读出,重演模拟训练全过程。

(6)数据库的管理。模拟数据库包括训练任务数据库、海区环境数据库、舰船模型数据库、港口模型数据库等,系统具备对这些数据数据库的基本管理功能。

(7)对网络信息进行管理、分配,监视全系统网络运行状态。

船舶虚拟仿真操纵系统的教练监控子系统

1.1 训练场景计算与控制台

训练场景计算与控制台负责训练任务的录入、维护、调用、管理,实现全系统的操演控制、运行控制、场景环境的产生与发布,同时在电子海图背景下显示训练过程、态势,并负责管理舰船装备数据和训练规则数据等。其主要功能包括:

(1)训练任务管理。对训练任务的增、删、改、查、导入导出等。设置训练任务的时候对训练区域、舰船、环境等进行确定。

(2)仿真运行控制。包括任务预演、任务状态控制、任务回放等,预演及回放时仿真速度可调。

(3)训练过程导调。在训练过程中可实时改变环境、移动本船、添加或移动目标、设置险情等。

(4)综合态势显示。基于电子海图实时显示训练区域的综合态势,监测各舰船的运行状态。

(5)目标物运行控制。解算目标船、目标物的运动信息。

1.2 数据库资源管理台

数据库资源管理台的主要功能是管理训练系统中使用的资源,包括三维场景、舰船模型、物标模型、训练任务、评估模型、操纵记录等,对以上资源可进行增、删、改、查等操作。

1.3 信息管理与评估台

信息管理与评估台的主要功能包括模拟训练系统的人员信息管理与训练成绩的管理、考核评估系统的构建与管理。

1.4 三维视景显示台

三维视景显示台以上帝视角控制显示直观的训练场景中的三维态势,辅助教官掌握整个训练的推演情况,给出训练过程和训练效果的直观描述。且支持通过遥杆、快捷键等方式迅速切换到各参训舰船的视角。

1.5 网络通信与监控台

在船舶虚拟仿真操纵系统运行阶段、讲评阶段或重演时,作为整个训练模拟系统的网络数据交换中心,网络通信与监控台用于实现对全系统各台位所有网络数据的转发交换、控制,以及全系统联网计算机的网络状态监控、逻辑分组监测、网络管理等。

船舶虚拟仿真操纵系统运行时,各种导演信息通过网络通信与监控台发送到舰船航行操纵训练虚拟仿真系统,为训练操演提供环境信息。同时,各航行操纵训练虚拟仿真系统的操作指令通过网络通信与控制台反馈到导演监控子系统。

船舶虚拟仿真操纵系统

2. 航行操纵训练仿真子系统

航行操纵训练仿真子系统由综合舰桥系统与模拟仿真系统两大部分组成。

1.2 综合舰桥系统

不同舰船的驾驶室布局、装备配备不同,综合舰桥系统按照被仿舰船来布置,即可达到更好的训练效果,又能通过模拟训练促进装备的使用及数据采集,为后续装备的研制提供数据支撑。

这里按照某型舰船的驾驶室来进行仿真,具体装备包括:

(1)导航雷达标绘台。

(2)航行管理台。即基于电子海图的航行信息显示系统。

(3)驾驶信息显示台。包括动力及损管显示系统。

(4)操舵控制台。包括随动舵、自动舵、应急舵、舵角指示器、罗经复视器、侧推控制手柄、综合信息显示等。

(5)左主推进器控制台。包括主车钟、应急车钟、车钟自动记录仪、转速表、主机报警板等。

(6)右主机控制台。设备同(5)。

(7)航行保障台。包括航行灯、信号灯控制面板;汽笛、雾笛控制板;探照灯、照明灯控制面板;减摇鳍控制面板;补给照明控制面板;灯火管制控制板;船舶应急警铃设备;内、外通信设备;雨刷和玻璃加热器;直升机起降信号指示器等。

1.2 模拟仿真系统

模拟仿真系统包括仿真计算系统与三维视景显示系统。

仿真计算系统由硬件采集模块、舰船六自由度运动计算模块、雷达数据生成模块、导航信息解算模块、模拟系统接口模块等组成,其主要功能为接收导演监控子系统的外界环境信息、综合舰桥系统的设备操纵信息,解算舰船六自由度运动模型得到舰船的位移与姿态等信息,供其他模块使用。

三维视景显示系统采用计算机成像技术、虚拟现实技术、无缝拼接宽视场角环幕投影技术等,能够为操作人员提供最接近真实的景象。

航行操纵训练仿真子系统

船舶虚拟仿真操纵系统可进行不同海域、不同海流、不同风向、不同能见度和不同时间光照等环境下航行操纵、避碰操纵、编队运动等项目训练。不仅为船舶航行操纵训练提供安全、性价比高的训练条件,还大大提高了船舶长航行操纵和复杂环境下对紧迫局面的处置、指挥能力。

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