应急协调避碰决策的AIS语音播报

为进一步完善AIS自动播发信息的功能,在文献[1]基础上,基于微软语音库,通过C++编程,实现了语音播报AIS短信息功能.实验结果表明,此方法与船舶智能避碰辅助决策支持系统软件相结合,可将产生的应急协调避碰决策信息,通过语音的方式清晰准确播报,进而使船舶驾驶员能够迅速获悉协调避碰信息,及时采取有效行动,达到避碰目的.     

AR-HUD技术在船舶值班瞭望中的应用

为帮助船舶驾驶员快速获取船舶避碰信息以及航行中其他物标信息,利用增强现实抬头显示技术和增强信息投影算法,分析驾驶员、目标船和本船挡风玻璃三者之间的空间关系,建立了从海面会遇船舶到投影设备屏幕坐标,以及与人眼几何投影关系的数学模型,提出了一种基于AR-HUD的辅助瞭望系统架构。通过计算机仿真,建立本船与两条目标船会遇局面,并根据驾驶员观察的方向,投影对应避碰信息。仿真结果验证了AR-HUD技术在船舶值班辅助瞭望中具有较强的适用性。     

一种基于GAN的多船轨迹预测方法

为更好地预测船舶密集水域多船会遇避碰场景中的船舶轨迹，基于生成式对抗网络思想，提出一种多船轨迹预测模型——Vessel-GAN。针对船舶轨迹特点，Vessel-GAN模型基于时序卷积网络的多船历史轨迹编解码、船舶交互特征提取、终点信息引导和避碰损失函数等技术，通过在历史轨迹上的对抗训练，实现了能够拟合船舶航行行为数据分布的多船预测轨迹生成。基于琼州海峡近5000万条由AIS数据构建的船舶交互数据集的实验表明，相较Social-GAN基准模型，Vessel-GAN在计算速度方面提升了36%,平均位移精度、终点位移精度分别提升28%、41%,生成的多船预测轨迹更加符合船舶真实行为特征，且具有更好的预测实时性和稳定性。     

AIS性能标准对船舶航行安全的影响

船舶自动识别系统(AIS)作为一种新型的船用助航设备在船舶避碰方面起到重要的作用,通过介绍AIS的发展过程与技术性能,分析因盲目信赖AIS可能带来的不安全因数,针对如何充分利用AIS的特性,提出维护水上交通安全的看法.     

多种会遇状态下基于强化学习的船舶自动避碰路径仿真

为实现海域中多会遇局面的船舶自动避碰,依据船舶间状态信息的实时获取,构建了自适应启发评价的船舶避碰算法。算法中通过再励信号由强化学习训练得到船舶从会遇形成到驶过让清动态过程的优化转向决策,模拟给出了两船会遇局面、多船会遇局面下的避碰优化路径。结果表明算法能够满足避碰规则并完成安全避碰,与已有分布式避碰决策方法对比,显示了更好的实时性和经济性。     

E-Navigation系统中的MIP-AIS技术

为解决内河与沿海非公约适用船舶的避碰和安全航行问题,弥补现有基于VHF通信方式的AIS系统在该领域应用的缺陷,提出一种基于公众移动IP网络的AIS技术(MIP-AIS).研究实现基于MIP-AIS技术的两种船舶自动识别模式-S-C模式和S-S模式,以及其对通信网络带宽的需求模型.仿真试验与实际系统的实现均表明:MIP-AIS技术可经济可靠地提供沿海船舶与内河船舶之间以及船舶和MIP-AIS控制中心之间的信息交互;基于S-S模式的船舶自动识别系统的信息传输性能优于基于S-C模式,但是前者的船载终端设备的复杂度要高于后者.     

基于捷联惯导系统的船舶姿态测量与三维可视化研究

为使姿态数据能够直观、逼真地展现船舶运动状况,利用串口通信、Creator建模和OpenSceneGraph(OSG)场景管理技术,实现船舶姿态三维可视化.采用OSG三维渲染引擎创建三维场景,利用解析捷联惯导系统串口输出的姿态数据来控制Creator建模软件建立的船舶模型,并创建场景漫游器,实现从任意位置观察船舶运动的目的.以VisualStudio2008和OSG场景管理软件为开发平台,完成船舶运动姿态三维显示系统的开发,将船舶运动姿态实时、直观地显示给驾引人员,为船舶姿态显示提供了一种新的方法,并可应用到船舶综合船桥系统中.     

基于改进PPO算法的船舶自主避碰决策

为减少船舶避碰决策过程中人为失误导致的海难事故，提出一种基于改进近端策略优化(PPO)算法的船舶自主避碰决策。在传统PPO算法广义优势估计基础上加入自适应基线调整，并且使用长短期记忆网络(LSTM)改进网络结构。船舶的航行信息和激光雷达矢量线被应用于神经网络输入，航行制导、角度偏差及《1972年避碰规则》均被纳入改进的奖励函数设计。两船和多船会遇场景仿真实验表明：本文提出的避碰决策可使船舶实现自主航行，并在避碰过程中符合《避碰规则》,为处理复杂局面下的船舶避碰决策提供了参考。     

基于AIS的船舶智能避碰专家系统的研究

充分利用AIS的优越性，并以专家系统技术为主，设计具有一定智能的船舶避碰专家系统。该系统通过对海上两船间会遇局面进行分析，判断且能给出合理的避让方案，能有效解决避碰问题，保证了航行安全。     

目标船碰撞危险及模型

针对目标船间的碰撞危险提出一种利用本船观测获取的目标船数据,解算目标船间dCPA和tCPA的方法,通过建立的目标船间碰撞危险数学模型可直接获得周边水域目标间的碰撞危险信息,为值班驾驶员及避碰专家系统提供更加有效的避碰决策信息,有利于提高船舶避碰决策的正确性.     

基于Cesium时空三维可视化的数据调度与缓存机制

针对传统三维可视化技术存在数据调度速度慢、场景绘制效率低等问题,本文提出了一种绘制线程与调度线程并行的双线程数据调度策略。该策略将数据调入等待队列,根据视点距离进行顶点层次划分,再利用双线程渲染管线进行场景绘制。为了提升了三维场景处理速度,建立了二级缓存渲染机制与瓦片数据更新策略,并基于Cesium图形引擎,设计并开发了武夷山国家公园时空三维可视化系统,优化了三维场景绘制与数据调度性能,实现了国家公园多源数据集成,提高了虚拟场景中跨平台、跨终端三维展示与交互能力,为国家公园数字化建设提供了行业参考。     

多孔介质海床对波浪传播影响理论分析

假定海床为刚性、不透水边界的传统波浪理论难以模拟多孔介质海床对波浪传播的消能影响.基于完全动力响应模式,建立了能够考虑波浪-海床相互作用的波散方程,通过变动海床厚度、海洋土渗透系数和饱和度及波浪角频率,采用复波数解析方法,围绕量纲一参量波长比和能量衰减因子进行数值计算和参量分析,结果表明波浪在传播过程中会受到海床不同程度的消能作用,表现为波幅衰减及对应的波长变化.     

Real Time Simulation of Large Scale Ocean Surface near the Seashore

A new wave modeling method and a level of detail (LOD) scheme are proposed for ocean surface simulation in this paper.The modeling method describes ocean wave by modifying the sine wave,and gets wave direction at any position of ocean surface under any ocean floor conditions using wave num decomposition.LOD scheme is proposed based on quad-tree block,which simplifies the ocean surface regular mesh and realizes the real-time rendering of large-scale ocean surface.Experimental results show that these methods can get realistic effect and fast rendering speed,which are appropriated to the applications of 3D games and battlefield simulation.     

基于数字地球的三维云图实现技术

以风云二号气象卫星的红外云图数据为基础,根据实时的红外云图,在数字地球上实现云图的三维显示,实时动态模拟我国上空的云图变化情况.通过二维云图的灰度信息,得出其高度值,与提取的经纬度值一起,经过坐标转换,得到三维空间坐标信息,再采用OGS三维渲染技术,实现云图的三维显示.与以往云图的三维显示技术相比,采用的方法更加简单高效.在实际应用中,该方法能够实时获取和展示三维立体云效果,并且加以时间驱动可以实现云图的动画播放,对于气象部门有着很高的应用价值.     

AIS的KDU设计

介绍了利用单片机技术实现AIS的KDU软硬件设计方法,实现了本船信息的输入和来船信息的显示,经实机运行检验,该设计符合AIS系统的要求。     

基于全变差正则化的压缩感知毫米波成像方法

毫米波成像技术在人体安检领域有着重要的应用,它采用合成孔径雷达成像原理、宽带信号扫描方式实现三维高分辨率成像。针对其采集空域和频域数据冗余造成的信息和成本浪费问题,提出了在三维毫米波全息成像算法的基础上,采用一种傅里叶操作算子化的频率测量方法,从而实现压缩感知稀疏成像。同时依据成像场景,取图像差分域先验信息,引入了第三维频率维稀疏先验,利用三维全变差L1范数正则化方法将图像重构。实验通过真实回波数据成像效果的展示,证明了拥有高分辨率的三维毫米波图像恢复效果优异,并且与二维全变差正则化方法相比,三维全变差正则化方法重构的图像效果更佳,从而证明了所提方法的有效性。     

应用水波弥散特性的舰船航迹三维可视化新方法

针对三维海洋仿真中舰船航迹再现的实时性与显示效果之间的矛盾,提出了一种应用水波弥散特性的可视化新方法.该方法将水面波的弥散特性应用到船首产生破浪的运动建模中,建立了简化的船行波粒子系统模型;然后根据船尾航迹的宽度距离扩散规律,建立了尾部航迹的粒子系统模型,并采用后续渲染技术实现跟海面的融合;最后基于开放场景图粒子系统,在VS2005平台对新方法进行具体实现.水声对抗仿真系统中的实际应用表明,新方法更符合物理运动规律,对整个系统帧速的影响小于1帧/s,有更好的实时性和显示效果.     

基于InfiniBand的集群分布式并行绘制系统设计

为解决 sort-first型并行绘制负载不均衡和网络拥塞问题,在研究原有体系结构的基础上,提出了一种基于InfiniBand高速网络的PC集群分布式并行图形绘制解决方案。增加了显示节点负责场景显示。使用一种改进型的基于绘制历史的动态负载均衡算法解决了负载不平衡问题;利用InfiniBand消息传输机制开发了同步控制策略,有效地实现了帧同步。实验结果表明,该方案在保存场景一致完整性的基础上,与传统体系结构相比,显著地提高了系统帧率,降低网络通讯消耗。     

多机协同的分布式海上攻防视景仿真

基于高层体系结构,构建了在分布式网络环境下多机协同的海上攻防对抗仿真系统.根据舰载反舰导弹的攻防过程设计仿真模型.为逼真描述作战环境和态势进行视景仿真,采用改进的快速傅里叶变换算法进行海浪建模;利用粒子系统的基本原理,结合OpenGL的纹理映射技术,实现动态爆炸模拟.根据仿真模型设计各联邦成员,将三维视景仿真作为联邦成员加入仿真系统的联邦执行以实现多机协同渲染,从而大幅度提高了显示帧率,并使视景仿真可灵活扩展.     

基于SRAA延迟渲染抗锯齿王斌

随着三维场景中抗锯齿技术的不断发展,抗锯齿技术已被广泛应用于航空飞行模拟、3D游戏、虚拟现实以及其它实时图形绘制应用中.针对当前抗锯齿技术中仍然存在的资源消耗大,模型部分边缘缺失,过度模糊等导致失真的问题,提出了一种基于SRAA（Subpixel Reconstruction Antialiasing）算法和延迟渲染方法的新型抗锯齿技术.首先,把三维模型的位置、深度、法线和颜色信息存储到G buffer（Geometry Buffer）中;然后,对三维模型的每个像素点进行采样,同时结合法线和深度信息,进行联合双边滤波,计算每个像素的混合权重;最后,计算每个像素加权混合后的颜色值,渲染整个三维模型场景.在此过程中,引入了像素的几何信息,较好的避免了过度模糊问题.同时采用延迟渲染,将原本需要3D化计算的光照数据转化为2D计算,提高了实时绘制性能