專利名稱：一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通航船模實(shí)驗(yàn)，具體提供一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，在研究通航問題時(shí)，無論港工實(shí)驗(yàn)、河工實(shí)驗(yàn)還是水工模型實(shí)驗(yàn)，其原理都是根據(jù)相似理論，根據(jù)實(shí)物模型制作按比例縮小的物理模型，研究相關(guān)水力學(xué)問題。在研究通航問題時(shí)，對船模的控制有兩種人工控制和計(jì)算機(jī)控制，但是為了達(dá)到航跡重現(xiàn)的目的，這兩種方法有較多缺點(diǎn)。對于人工控制，駕駛員通過遙控器控制安裝在船模上的模擬器以模擬船舶在航道中航行，這種控制方式首先是模型實(shí)驗(yàn)的駕駛員控制存在時(shí)間尺度效應(yīng)，即實(shí)驗(yàn)所代表的時(shí)間是實(shí)際時(shí)間的1(Γ20倍，而駕駛員的反應(yīng)能力不能改變；其次利用遙控器控制船模與實(shí)際航行時(shí)的控制有差距，人工操縱很容易產(chǎn)生較大的誤差。對于計(jì)算機(jī)控制，通過計(jì)算機(jī)控制船模，雖然可以消除時(shí)間尺度效應(yīng)精確的控制船模，但是船舶航行受到眾多因素的影響，隨機(jī)性較大，在特定環(huán)境下的航行情況需要根據(jù)航行駕駛經(jīng)驗(yàn)確定， 所以計(jì)算機(jī)控制只能分析操縱方式而沒能達(dá)到理想的航跡重現(xiàn)效果。發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法，克服了為達(dá)到航跡重現(xiàn)而通過單純的人工或計(jì)算機(jī)控制船模時(shí)所遇到的問題。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法，其按照以下步驟進(jìn)行(a)通過船模固定支架設(shè)立起始位置，接起始位置設(shè)置一段直航調(diào)整段，接直航調(diào)整段設(shè)置一段實(shí)驗(yàn)航道；(b)將船模放置在固定支架上，啟動船模，人工通過遙控器控制安裝在船模上的船模模擬器，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行；同時(shí)，利用采集系統(tǒng)采集船模每時(shí)刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算船模出發(fā)后距離所述起始位置X米處的速度V及花費(fèi)的時(shí)間tI，并分別存儲為V=G (X)、t , =F (X)，直至船模駛出直航調(diào)整段；(c)所述船模駛出直航調(diào)整段以后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)航道，人工通過所述遙控器控制所述模擬器，使船模在實(shí)驗(yàn)航道中航行，并調(diào)整船模舵角β和船模電機(jī)轉(zhuǎn)速V;所述采集系統(tǒng)采集船模的所述調(diào)整信息，并將該調(diào)整信息傳遞至所述計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算并存儲每時(shí)刻的所述舵角β和轉(zhuǎn)速V分別為β =f (t 2 )>V=g (t 2 ),直至船模駛出實(shí)驗(yàn)航道；其中,所述t n與t2進(jìn)行不間斷的時(shí)間銜接；Cd)所述船模駛出實(shí)驗(yàn)航道后，將該船模再次放置在所述固定支架上，啟動船模，由所述計(jì)算機(jī)向所述模擬器發(fā)出指令，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行；同時(shí)，利用所述采集系統(tǒng)采集船模每時(shí)刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到所述計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算船模出發(fā)后距離起始位置X米處的速度U及花費(fèi)的時(shí)間t ,'，分別存儲為u=h (X)U1' =k (X);當(dāng)船模行駛至X 處,且h (Χ_)= G (X *)時(shí)，計(jì)算機(jī)再次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照V=G (X)、t n =F (X)自X 處自動駛出直航調(diào)整段；(e)船模自動駛出直航調(diào)整段后，所述計(jì)算機(jī)又一次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照 β =f (t 3 )、v=g (t 2 )自動駛出實(shí)驗(yàn)航道。
進(jìn)一步地，所述采集系統(tǒng)包括視頻采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述視頻采集系統(tǒng)采集所述船模在直航調(diào)整段每時(shí)刻位置的圖形信息，并將該圖形信息傳送至所述計(jì)算機(jī); 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所述船模在在實(shí)驗(yàn)航道中每時(shí)刻所述舵角和電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整數(shù)據(jù)， 并將該數(shù)據(jù)傳送至所述計(jì)算機(jī)。
進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)包括計(jì)算存儲模塊、比較模塊、調(diào)整模塊和控制模塊，所述計(jì)算存儲模塊分別計(jì)算存儲所述視頻采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳送的信息；所述比較模塊將計(jì)算存儲模塊存儲的V=G (X)、t , =F (X)與u=h (X)、t , =k (X)進(jìn)行比較，當(dāng)h (Xi')古G(X_')時(shí)，所述比較模塊將該比較結(jié)果傳遞至所述調(diào)整模塊，調(diào)整模塊通過向模擬器發(fā)送指令調(diào)整船模的速度，直至h (X·)= G (X·);當(dāng)h (X·)= G (X )時(shí)，比較模塊將該比較結(jié)果傳遞至所述控制模塊，控制模塊通過向模擬器發(fā)送指令分別控制船模按照V=G (X)、t I =F (X)自X處自動駛出直航調(diào)整段、按照i3=f (t 2)、v=g (t 2)自動駛出實(shí)驗(yàn)航道。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)控制，模仿人工操縱，重現(xiàn)駕駛員的操縱過程，減少了人為誤差，以增加模型試驗(yàn)的可重復(fù)性；同時(shí)，本發(fā)明以人工操縱過程為模板，在物理模型上通過模擬人工操縱過程，達(dá)到重現(xiàn)人工操縱下的船舶運(yùn)動過程的目的，為尋找外界因素而非人為誤差對船模航行的影響提供依據(jù)。



圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本方法按一下步驟進(jìn)行Ca)通過船模固定支架I設(shè)立起始位置，固定支架可確保船模在空間上的起始位置相同；接起始位置設(shè)置一段直航調(diào)整段2，在直航調(diào)整段，船模正舵保持直線航行，且勻速前進(jìn)，從而可方便調(diào)整計(jì)算機(jī)控制船模時(shí)的速度與人工控制時(shí)的速度相同，進(jìn)而保證兩者的速度在實(shí)驗(yàn)航道的起始位置一致；與接直航調(diào)整段設(shè)置一段實(shí)驗(yàn)航道3，實(shí)驗(yàn)航道為所研究的實(shí)際航道的1 型；(b)將船模放置在固定支架上，啟動船模，人工通過遙控器通過無線通訊模塊控制安裝在船模4上的船模模擬器，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行；同時(shí)，利用視頻采集系統(tǒng)51采集船模每時(shí)刻的航行位置，一般通過攝像機(jī)捕捉船模的位置圖形，該系統(tǒng)將捕捉的圖形信息傳遞到計(jì)算機(jī)6的計(jì)算存儲模塊61，該模塊計(jì)算船模出發(fā)后距離所述起始位置X 米處的速度V及花費(fèi)的時(shí)間t I，并分別存儲為V=G (X)、t I =F (X)，直至船模駛出直航調(diào)整段；(c)所述船模駛出直航調(diào)整段以后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)航道，人工通過所述遙控器控制所述模擬器，使船模在實(shí)驗(yàn)航道中航行，由于在實(shí)驗(yàn)航道中存在一些障礙物等，須調(diào)整船模舵角β 以控制航行方向，并適時(shí)調(diào)整船模電機(jī)轉(zhuǎn)速V以控制航行速度；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52采集船模調(diào)整前后的舵角與電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，如可通過傳感器等實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)將舵角與電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)傳遞至所述計(jì)算存儲模塊，該模塊計(jì)算并存儲每時(shí)刻的所述舵角β和轉(zhuǎn)速V分別為i3=f(t 3)、v=g (t 2)，直至船模駛出實(shí)驗(yàn)航道；其中，所述3進(jìn)行不間斷的時(shí)間銜接，如采用秒為單位，當(dāng)船模駛出直航調(diào)整段花費(fèi)的時(shí)間t I力5秒，那么船模開始在實(shí)驗(yàn)航道航行時(shí)間從5秒開始計(jì)算，即f (t J8 )、g (t 2 )的t 3以5為起算點(diǎn)；Cd)所述船模駛出實(shí)驗(yàn)航道后，將該船模再次放置在所述固定支架上，啟動船模，由所述計(jì)算機(jī)通過無線通訊模塊向所述模擬器發(fā)出指令，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行；同樣，視頻采集系統(tǒng)采集圖形信息，計(jì)算儲存模塊計(jì)算船模出發(fā)后距離起始位置X米處的速度u及花費(fèi)的時(shí)間ti'，分別存儲為u=h (XXt1' =k (X);在船模出發(fā)后，所述比較模塊62將V=G (X)、t t =F (X)與u=h (X)、t丨'=k (X)進(jìn)行比較，如在X*'處，h (X.')關(guān)G (Λ·')時(shí)，比較模塊將該比較結(jié)果傳遞至所述調(diào)整模塊63，調(diào)整模塊通過向模擬器發(fā)送指令調(diào)整船模的速度，直至調(diào)整船模與上次人工控制時(shí)在相同位置具有相同的速度為止，即h (X*)= G (Xe)當(dāng)h (Xt)=G (X )時(shí)，比較模塊將該比較結(jié)果傳遞至所述控制模塊64，控制模塊通過向模擬器發(fā)送指令控制船模按照V=G (X)、t n =F (X)自X _處自動駛 出直航調(diào)整段；(e)船模自動駛出直航調(diào)整段后，所述控制模塊又一次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照 β =f (t 2 )、V=g (t 2 )自動駛出實(shí)驗(yàn)航道。
以下舉例說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程如人工控制時(shí)，船模是按照V=G (X)、t 1 =F (X)駛出直航調(diào)整段的，駛出時(shí)刻即t I =5秒，此時(shí)刻也是船模進(jìn)入實(shí)驗(yàn)航道的時(shí)間，即t 2從5秒開始起算船模按照β =f (t 2 )、v=g (t 2)在實(shí)驗(yàn)航道中航行；計(jì)算機(jī)控制時(shí)，通過調(diào)整船模的速度，在2米處船模的速度與人工控制時(shí)的速度相等，即h (2)= G (2)，此時(shí)，根據(jù)F (2)可算出人工控制所花費(fèi)的時(shí)間t I =3，而船模此時(shí)實(shí)際行駛時(shí)間t 可根據(jù)k (2)算出，即t/ =2.5。為了重現(xiàn)人工控制過程，船模在計(jì)算機(jī)控制時(shí)從2米之后，按照V=G (X)、ti=F (X)行駛，也就是說船模以2 秒開始計(jì)算以后的行駛時(shí)間，而不是以2. 5秒開始計(jì)算，且5秒開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)航道，這樣可確保與人工控制時(shí)行駛的路線一致。
本發(fā)明的目的是通過計(jì)算機(jī)根據(jù)駕駛員的操縱過程，在物理模型上重現(xiàn)船模的運(yùn)動過程。本發(fā)明可以應(yīng)用于以下兩個(gè)方面提高船模試驗(yàn)的可重復(fù)性；發(fā)現(xiàn)航道內(nèi)的外界隨機(jī)因素。其所用基本原理是船模的操縱過程包括舵角(β )、轉(zhuǎn)速(V )隨時(shí)間的變化過程即為函數(shù)關(guān)系式β= · (t)和v=g (t)，計(jì)算機(jī)記錄人工操縱船模航行的整個(gè)過程，從而獲得f (t)、g (t)。再次航行時(shí)，計(jì)算機(jī)操縱船模航行，根據(jù)獲得的f (t)、g (t)控制船模航行，如此便達(dá)到重現(xiàn)人工操縱下的船舶運(yùn)動過程的目的，提高了船模試驗(yàn)的可重復(fù)性，減少了人為誤差，同時(shí)為尋找外界因素而非人為誤差對船模航行的影響提供依據(jù)。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的 優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法，其按照以下步驟進(jìn)行 (a)通過船模固定支架設(shè)立起始位置，接起始位置設(shè)置一段直航調(diào)整段，接直航調(diào)整段設(shè)置一段實(shí)驗(yàn)航道； (b)將船模放置在固定支架上，啟動船模，人工通過遙控器控制安裝在船模上的船模模擬器，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行；同時(shí)，利用采集系統(tǒng)采集船模每時(shí)刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算船模出發(fā)后距離所述起始位置X米處的速度V及花費(fèi)的時(shí)間tI，并分別存儲為V=G (X)、t I =F (X)，直至船模駛出直航調(diào)整段； (c)所述船模駛出直航調(diào)整段以后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)航道，人工通過所述遙控器控制所述模擬器，使船模在實(shí)驗(yàn)航道中航行，并調(diào)整船模舵角β和船模電機(jī)轉(zhuǎn)速V;所述采集系統(tǒng)采集船模的所述調(diào)整信息，并將該調(diào)整信息傳遞至所述計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算并存儲每時(shí)刻的所述舵角β和轉(zhuǎn)速V分別為β =f (t 2 )>V=g (t 2 ),直至船模駛出實(shí)驗(yàn)航道；其中,所述t里與t2進(jìn)行不間斷的時(shí)間銜接； (d)所述船模駛出實(shí)驗(yàn)航道后，將該船模再次放置在所述固定支架上，啟動船模，由所述計(jì)算機(jī)向所述模擬器發(fā)出指令，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行；同時(shí)，利用所述采集系統(tǒng)采集船模每時(shí)刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到所述計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算船模出發(fā)后距離起始位置X米處的速度U及花費(fèi)的時(shí)間t/，分別存儲為u=h (X)、t ! ' =k (X);當(dāng)船模行駛至X #處,且h (Xf)= G (X # )時(shí),計(jì)算機(jī)再次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照V=G (X)、t 1 =F (X)自X 處自動駛出直航調(diào)整段； (e)船模自動駛出直航調(diào)整段后，所述計(jì)算機(jī)又一次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照β =f (t 2 )、V=g (t 2 )自動駛出實(shí)驗(yàn)航道。
2.根椐權(quán)利要求I所述的一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法，其特征在于所述采集系統(tǒng)包括視頻采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述視頻采集系統(tǒng)采集所述船模在直航調(diào)整段每時(shí)刻位置的圖形信息，并將該圖形信息傳送至所述計(jì)算機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所述船模在在實(shí)驗(yàn)航道中每時(shí)刻所述舵角和電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送至所述計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法，其特征在于所述計(jì)算機(jī)包括計(jì)算存儲模塊、比較模塊、調(diào)整模塊和控制模塊，所述計(jì)算存儲模塊分別計(jì)算存儲所述視頻采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳送的信息；所述比較模塊將計(jì)算存儲模塊存儲的V=G(X)、t I =F (X)與 u=h (X)、t ! 1 =k (X)進(jìn)行比較，當(dāng) h (X 1 ) ^ G (X ,')時(shí)，所述比較模塊將該比較結(jié)果傳遞至所述調(diào)整模塊，調(diào)整模塊通過向模擬器發(fā)送指令調(diào)整船模的速度，直至h (X*)= G (X_);ih (X1)= G (X*)時(shí)，比較模塊將該比較結(jié)果傳遞至所述控制模塊，控制模塊通過向模擬器發(fā)送指令分別控制船模按照V=G (X)、t I =F (X)自X.處自動駛出直航調(diào)整段、按照β =f (t 2 )> V=g (t 2 )自動駛出實(shí)驗(yàn)航道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通航船模實(shí)驗(yàn)航行過程重現(xiàn)方法，主要包括人工通過遙控器控制模擬器，使船模在所述直航調(diào)整段保持直線航行后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)航道，并記錄航線、計(jì)算機(jī)根據(jù)記錄的航線控制船模在實(shí)驗(yàn)航道中航行的步驟。本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)控制，模仿人工操縱，重現(xiàn)駕駛員的操縱過程，減少了人為誤差，以增加模型試驗(yàn)的可重復(fù)性；同時(shí)，本發(fā)明以人工操縱過程為模板，在物理模型上通過模擬人工操縱過程，達(dá)到重現(xiàn)人工操縱下的船舶運(yùn)動過程的目的，為尋找外界因素而非人為誤差對船模航行的影響提供依據(jù)。
文檔編號G09B9/06GK102982704SQ20121053394
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者劉曉平, 鄭斌, 乾東岳, 任啟明, 田輝, 趙江, 黃瓊, 扈士龍 申請人:長沙理工大學(xué)