绞吸船模拟作业与虚拟仿真训练系统
“北京黎明视景”绞吸船模拟作业仿真训练系统解决方案以绞吸船作业过程的实际训练要求为依据,构建与实际训练相一致的绞吸船作业3D虚拟仿真场景环境(包括海洋、陆地、装备和天气环境)。并在此基础上,根据绞吸船的工作原理和模拟操作作业过程要求,开发绞吸船虚拟现实作业训练软件系统,结合沉浸式虚拟现实系统和操作模拟器,从而为工程操作人员提供一个高度逼真的数字化模拟训练平台与操作环境,并内置数据库和考评评价体系,建立学员档案,实时记录纠错并给出训练报告。
绞吸船虚拟仿真系统作业流程
绞吸挖泥船是水力式挖泥船中较普遍的一种,其基本工作原理是通过旋转的绞刀将海底泥(沙、石等)挖掘绞松,并进行泥水混合,同时,由船上离心式泥泵产生的真空把挖掘所得的泥浆吸入、提升再通过排泥管线排出输送到泥土处理场地。
“北京黎明视景”绞吸船模拟作业仿真训练系统中,绞吸挖泥船利用安装在绞刀桥梁前端的绞刀的旋转运动实现挖掘破土。旋转的绞刀将海底泥(沙、石等)连续不断地绞松,并进行泥水混合。混合后的泥水在大气压的作用下,经吸口吸入泥泵加压后通过排泥管输送到吹填区。施工过程分为挖掘、吸入和泥浆输送。挖掘能力与绞刀型式及结构、绞刀功率、绞刀转速、横移速度、切削厚度有关;吸入能力与吸口大小、吸口阻力、泥泵性能等因素有关。输送能力与泵机转速、泥泵效率、泥泵性能、输入功率、管路特性有关。在实际作业过程中,驾驶员根据工况适当调整参数,使船舶性能达到最佳水平,实现高产。
绞吸船作业仿真系统
作业环境三维场景
疏浚装备3D模型
基于绞吸船工作原理,根据1:1的物理数据和机构动力学要求,构建3D工程装备模型,包括多种型号的绞吸船及其3D机构动力学模型。包括驾驶室及甲板上所有部件。
地形地貌3D场景模型
根据数字高层影像数据DEM和DOM构建3D地形地貌场景模型。
地表场景及配套设施模型
根据实景数据或CAD数据构建地表及附属设施三维场景模型,包括作业区域、海洋、水域、河流、建筑、道路交通、植被等地面及地表场景模型。以及远山、飞鸟、鱼群、航标、周边其它船舶等辅助场景模型。
绞吸船虚拟仿真系统环境
仿真作业训练功能
天气环境仿真
  • 风(风速风向);
  • 雾效果(雾的开始位置、结束位置、颜色、浓度);
  • 三维云彩效果(可配置三维云彩的密度、速度);
  • 电闪、雷鸣的声音效果(随机时间与指点时间);
  • 隐情雨雪天气效果(雨雪的大小、方向可配置);
  • 基于时间轴的24小时光照效果(可调速),包括光源光晕效果;
  • 可修改参数可通过通信接口实时改变对应效果。
海洋及水域特效仿真
  • 适应风速的波浪与浪花效果仿真(浪花方向、高度可定义);
  • 海水表面效果仿真(流速、折射、反射、能见度、浪高);
  • 波浪的航迹仿真;
  • 水下、水上环境;
绞吸船作业过程仿真
  • 基于绞吸船工作原理和机构动力学要求,模拟绞吸船的机构运动过程与操作控制过程。
  • 内置动力学仿真数学模型,可实现符合绞吸船作业过程和机构动力学原理的机械结构参数化驱动与机构联动,运动方程和线性控制方程可准确地驱动机械装备模型的各个部件,并准确地反应机构运动特性和动力学过程,如:绞刀头的转速可根据参数进行调节。
  • 根据绞吸船作业流程要求,建立绞吸船模拟器操控和数据驱动接口,由“控制数据”实时驱动绞吸船的作业,模拟与实际情况相一致的绞吸船作业过程和工艺流程。包括:部件动作、业务流、业务流程控制,可通过传输json数据控制。
物理特效与碰撞检测仿真
  • 实时模拟“绞吸船”符合风浪属性的物理晃动过程,包括俯仰、摇摆、侧倾等物理过程。
  • 刚体碰撞检测:刚体角色(抛锚杆、钢桩、锚等)。
  • 柔性特效:布料(旗帜)飘动与缆绳(锚缆)晃动效果。
  • 系统内置盾构掘进作业过程的特效和物理属性模块,可根据参数变化逼真地模拟三维音效、振动、泥浆等物理变化特效以及重力、流体传送物理过程。
  • 铰刀头挖泥时周边浑浊效果。
  • 其他特效:实时阴影、烟雾效果、落土、泥沙及管路传输模拟。
模拟器数据驱动仿真
  • 基于UDP通信协议,系统内置模拟器外部数据接口和驱动模块,支持外部操控硬件(驾驶室操纵杆、方向盘、仪器仪表数据同步驱动等)等设备的数据通信和场景驱动。
仿真软件显示、交互与配置功能
  • 用户可任意定位和切换不同的观察视点,可建立多路径浏览功能,用户可以在模拟场景内自由行走、查询、浏览不同地点和设施,也可根据需要选择不同的浏览路径进行现场巡查。
  • 可以选择飞行、漫游、行走等多种交互模式。包括:跟随相机、自由相机、第一人称和第三人称相机(视点可自定义)。
  • 可根据需要加载不同型号的绞吸船三维模型,且初始位置位置可自定义、运动速度可调节。
  • 支持自适应分辨率显示和3D立体显示。
  • 支持多通道显示(采用符合计算机图形学原理的多通道三维对称视椎渲染和成像方式)。
  • 场景、相机、交互等参数可定义可配置可保存。
地质土层可视化
  • 根据地质数据、土体结构数据和土体类型属性数据,采用数据可视化技术,模拟土质形态、地层结构,生成掘进区地质情况的矢量图。
  • 可实时测量土层的面积、体积高度等信息。
考核评价
  • 系统内置操作规则和评价数据库,,可根据作业过程中的错误动作、危险动作、工作效率进行打分评价。
  • 提供实时的考评记录和报告生成功能和学员档案管理。