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六自由度運動平臺應用于航海模擬教學的意義
發布時間:2021-01-05 09:50

  船舶操縱模擬器系統是以計算機技術為主,結合船舶水動力學等學科,模擬各種海區和海況、各種類型船舶及其控制系統,達到模擬仿真訓練的目的。目前,船舶操縱模擬器系統在航海教學和船員培訓方面不僅得到了國際航運界的普遍認同,而且也受到了國際海事組織(IMO)的高度重視。為此,隨著船舶操縱模擬器的不斷發展和成熟,在STCW78/95公約中IMO多次強調了航海模擬器的作用,并就其在航海訓練中的應用做出了明確的強制性與建議性規定。

  根據統計,海上交通事故中約有80%是由人為因素引起的,因此,如何減少人為因素的影響是我們急需解決的問題,船舶操縱模擬器系統的開發和應用正是為了解決這個問題而提出的。船舶操縱模擬器在航海教學和船員培訓方面,船舶操縱模擬器的使用比實船的訓練具有訓練效率高、消耗費用少、訓練過程安全性好等特點,可進行實船無法進行的危險局面的訓練,它在提高和訓練航海技術人員對各種海上環境的應變能力和各種不同類型事故的處理能力,對保證海上安全,防止人員傷亡,避免對海洋環境及財產造成危害和損失,特別是預防海難事故中由于人為因素導致的事故,起到積極的作用。其主要的系統用途是可用于航海教學、在職船員培訓、VTS操作員培訓以及航運安全管理人員培訓等。

  根據STCW78/95公約和我國海事局《海船船員適任考試和評估大綱》對強制性和非強制性模擬器訓練的要求,針對目前國內船舶操縱模擬器在航海教學和培訓應用方面進行了深入研究,考察了國內航??蒲袡C構和航運院校對該系統的研制和使用的情況,特別是了解了各航運院校關于船舶操縱模擬器在航海教學和船員培訓方面的應用情況,同時也發現了一些問題,如模擬訓練不夠真實化、規范化,缺乏一定的實用性,教學培訓質量受到不同程度的影響。因此,不斷加強對船舶操縱模擬器在航海教學和船員培訓方面的應用研究,能使船舶操縱模擬器訓練更合理、更真實、更規范。本文對船舶操縱模擬器在“船舶駕駛專業學生教學培訓”中的應用以及船舶操縱模擬器在“海員大型船舶操縱特殊培訓”中的應用進行了進一步的研究,提出了自己的一些想法和嘗試,并提出了船舶操縱模擬器在“船舶駕駛專業學生航行實習”中應用的設想和建議,從而能更好地發揮船舶操縱模擬器的作用。最后針對船舶操縱模擬器訓練項目的考試和評估提出了評估系統設計的設想。

  航海模擬器用船舶六自由度運動數學模型的建立方法

  船舶運動數學模型是船舶運動仿真與控制問題的核心。航海模擬系統是人-機交互的實時仿真系統。在航海模擬系統中,系統為每一個仿真對象——"本船"建立六自由度船舶運動數學模型,系統運行時,由模型解算程序根據每條船的特性數據、航行環境以及操船指令計算采樣時刻本船的運動參數,然后將本船的運動參數提供給系統的其他模塊,比如:視景系統、駕駛臺儀器儀表顯示以及雷達顯示模塊等。

  本發明的技術方案為:通過操作與實船控制設備外形、功能一致的硬件操作設備 (車鐘、舵、拖輪、纜繩等)和設置環境信息(風、浪、流),將其產生的信號傳輸給船舶運動 數學模型,并對微分方程進行求解,實時獲得船舶六自由度運動的響應,實現航海模擬器中 人在回路中的交互,在大地坐標系和隨船運動坐標系下,采用匪G分離建模的思想建立船 舶六自由度運動方程,將不規則波看成是有限個規則波疊加的線性理論,并將船體近似為 箱型船,計算得到不規則波中裸船體的波浪力(力矩),將其作為船體受到的外力,疊加到船舶六自由度運動方程的右側,然后采用四階龍格_庫塔數值積分的算法進行微分方程組 的求解,得到船舶在不規則波中六自由度運動的響應。

關鍵詞: 六自由度運動平臺,航海模擬教學
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