详情

原文传递一种基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统及方法

专利名称：	一种基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统及方法，包括仿真控制平台，仿真控制平台内设计或远程接收过闸控制算法仿真船舶编队过闸，实时计算船舶编队状态；若干客户端分别在仿真控制平台之外设计过闸控制算法，并通过信息交互模块接收船舶编队状态；评价端接收船舶编队状态，将编队距离、速度和航向作为评价指标，以船船、船墙平均距离和最近距离、船舶横向和纵向相对速度、船舶编队相对航向作为评价量，从时空维度对船舶编队控制效果进行评估。利用本发明系统和方法，能够实现多个端口的共同控制和数据交互，形成整套的效果评价体系。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	柳晨光;李松龙;初秀民;贺治卜;蔡启烈;初晓;吴文祥
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-02T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111287933.X
公开号：	CN114115176A
代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：	王丹
分类号：	G05B23/02;G;G05;G05B;G05B23;G05B23/02
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，本过闸控制及效果评估系统包括：仿真控制平台，包括信息交互模块、仿真场景搭建模块和船舶运动驱动模块；仿真场景搭建模块用于搭建地形系统、动画系统和仿真模型；其中仿真模型根据集装箱船动力学模型和船闸水域低速动力学模型搭建，船舶运动驱动模块接收船舶状态数据，在动画系统的渲染帧中更新船舶运动状态；仿真控制平台内设计或远程接收过闸控制算法仿真船舶编队过闸，实时计算船舶编队状态；信息交互模块用于信息交互；若干客户端，用于分别在仿真控制平台之外设计过闸控制算法，形成的编队状态数据封装后通过网络传输给所述信息交互模块，并通过信息交互模块接收船舶编队状态；评价端，与所述信息交互模块通信，用于接收船舶编队状态，将编队距离、速度和航向作为评价指标，以船船、船墙平均距离和最近距离、船舶横向和纵向相对速度、船舶编队相对航向作为评价量，从时空维度对船舶编队控制效果进行评估。 2.根据权利要求1所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，所述的评价端具体包括：数据获取模块，用于在船舶进入船闸后，按照一定的时间间隔，检测与周围障碍物的距离和相对速度，获取本船的艏向角、本船速度、它船相对艏向角和它船相对速度；距离安全评价模块，用于根据检测出的与周围障碍物的距离，通过判断障碍物类型计算某船舶到距离闸壁的最近距离、与编队内其它船舶的横向距离、与编队内其它船舶的纵向距离，同时考虑船舶尺寸和船闸尺寸，分别设置横向距离代价函数和纵向距离代价函数，计算每个船舶的横向距离代价值和纵向距离代价值；速度安全评价模块，用于根据获取的它船相对速度，提取其中跟随船与领航船的相对速度，进行时域修正后，设置速度代价函数，计算跟随船的速度代价值；艏向角安全评价模块，用于根据获取的它船相对艏向角，提取其中跟随船与领航船的相对艏向角，进行时域修正后，设置艏向角代价函数，计算跟随船的艏向角代价值；总体安全评价模块，用于将横向距离代价值、纵向距离代价值、速度代价值和艏向角代价值，按照编队中的船舶进行归一、汇总，形成编队总体代价值。 3.根据权利要求2所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，所述的距离安全评价模块，在船舶表面增加探测网格，以探测网格离目标模型最近的点到目标模型的距离，作为船舶与目标模型的距离，所述的目标模型为船舶过闸时的周围障碍物。 4.根据权利要求3所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，设船闸内表面为平面，其平面方程为： Ax+By+Cz+D＝0 其中，平面系数A、B、C和D由船闸位置确定，x、y、z为直角坐标系的三个轴；探测网格上某点的坐标位置为(x1，y1，z1)，则探测点到墙面的距离d为：船舶编队中船舶相对船舶的位置由本船探测网格与它船探测网格平面距离的均值表示，船舶相对船闸位置由本船探测网格与闸室平面距离的均值表示。 5.根据权利要求4所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，所述的距离安全评价模块中，将船舶与周围障碍物之间的横向距离划分为安全、较安全、一般危险、显著危险和失败五个等级，并对不同的评价进行评分，横向距离代价函数如下：其中DLT，i代表i船关于横向距离的代价值，dLT，S代表设定的横向安全距离，当i船的横向距离dLT，i大于或等于dLT，s时，i船横向距离保持较好，DLT，i为0，评价为安全；当i船横向距离小于dLT，S时，i船横向距离保持较差，DLT，i开始增加，按照DLT，i的从小到大评价为较安全、一般危险、显著危险和失败。 6.根据权利要求2所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，所述的速度安全评价模块中，速度代价函数如下：式中，DV，f为跟随船的速度代价值，vF为跟随船f与领航船l的相对速度，vF，S表示预设的安全相对速度。 7.根据权利要求2所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统，其特征在于，所述的艏向角安全评价模块中，艏向角代价函数如下：式中，DΨ，f为跟随船的艏向角代价值，跟随船f与领航船l的相对船艏向ΨF，ΨF，S表示预设的相对船艏向允许最大值。 8.一种利用权利要求1至7中任意一项所述的基于仿真的船舶编队过闸控制及效果评估系统实现的过闸控制及效果评估方法，其特征在于，本方法包括：在仿真控制平台中设计过闸控制算法，根据船舶状态数据在渲染帧中更新船舶运动状态；实时监听船舶状态，实时计算船舶编队状态，并将编队状态数据一方面反馈给各个客户端，客户端根据反馈的数据了解本船在船舶编队的相对位置、速度和航向信息，并根据这些信息更改控制指令；评价端接收编队状态数据，分析船舶编队航行的安全性，从航行安全对过闸效果进行在线评估。 9.根据权利要求8所述的过闸控制及效果评估方法，其特征在于，客户端设计过闸控制算法，形成的编队状态数据封装后通过网络传输给仿真控制平台；多客户端共同控制。
所属类别：	发明专利