一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统，包括系统参数和系数值设定模块、虚拟电罗经模块、场景虚拟增强模块、虚拟仿真磁罗经模块、自差校正工具箱模块和人机交互模块；所述系统参数和系数值设定模块用于设定磁罗经自差校正训练所需的系统参数和系数值；所述虚拟电罗经模块用于提供和显示船舶电罗经航向；所述场景虚拟增强模块用于构建三维的VR虚拟海上场景及VR船舶虚拟实体；所述虚拟仿真磁罗经模块用于构建三维仿真磁罗经结构模型、船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型与各种校正器对磁罗经进行自差校正数学模型以及磁罗经航向显示；所述自差校正工具箱模块包含有用于磁罗经各类自差校正的校正工具；所述人机交互模块包含用于控制船舶虚拟实体航向的航向控制模块和用于模拟磁罗经自差校正的训练学员校正行为输入模块。

A training system and method of ship magnetic compass self correction based on VR

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统和方法
本专利技术方法涉及虚拟现实领域，特别是一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统。
技术介绍
虚拟现实技术作为计算机应用前沿研究方向，是计算机技术,传感技术，人机交互技术，人工智能技术，等多种技术的综合发展。目前，已经在军事医学教育娱乐，制造业，工程训练等各个方面得到应用，被认为是当前及将来影响人们生活的重要技术之一。目前远洋船舶上普遍地安装了陀螺罗经,与磁罗经相比较,陀螺罗经优点是指向稳定、罗经误差小且误差固定不变,但陀螺罗经结构复杂易出故障。而磁罗经是依据磁针在地磁力作用下指向磁北的原理制成的一种指向仪器。磁罗经具有结构简单、性能可靠和不依赖于外界条件工作的优点,被作为现代船舶重要的航海仪器之一。因此尽管船上安装了陀螺罗经,但仍要安装磁罗经,以防陀螺罗经一旦发生故障,便马上启用磁罗经,保证船舶继续航行。现代钢质船舶对磁罗经影响所产生的自差较大,最大时航向偏差出现四五十度,甚至出现自差力完全削弱磁罗经指北力的现象,使磁罗经失去指北导航的意义。因此,国际航海协会作出规定在新装磁罗经或磁罗经移位后、大中小修船后、磁罗经附近建筑物改建后、磁罗经发生剧烈振动后、船体经电焊或敲击出现自差显著变化的、船固定在一航向停泊一个月以上、船装运大量磁性货物后、没有用软铁消除软半圆自差力和感应自差力的罗经而航行纬度变化10度以上时、罗经校正自差后超过一年以上等条件下均需对磁罗经进行自差校正传统的磁罗经校正方法往往需耗费更多的人力与物力,比如为了安全考虑，通常需把待校正的船驶到是离岸较远的规定的海域、对待校船转圈旋回进行全方位的校正，后再把专业罗经校正人员送回岸上等等,校差花费的人工费用、油费与拖轮费等总费用要数千甚至数万元。若船上船员能够掌握校正磁罗经自差的能力，就可不依赖专业罗经校正师，当船舶在海上航行时自行对船上的磁罗经进行自差校正，那就可以节省很大一笔费用。而传统的磁罗经自差校正训练，由于教学培训的地点多在陆地上的实训室进行，受到了环境条件的限制，无法呈现磁罗经校正的海上工作场景，因此多是进行口头和书面的教授，很难真正的开展磁罗经自差校正技能的培训。因此开发一种能创设虚拟的磁罗经校正的海上工作场景，能够用于训练和考核驾驶人员校正磁罗经自差的能力的磁罗经自差模拟训练系统显得十分必要。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统和方法，解决当前学员无法在实验室中完成船舶磁罗经自差校正训练，以及在实船上训练，不仅费用大，而且由于训练次数有限，训练效果与安全难以得到保证等问题。本专利技术的技术方案如下：技术方案一一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统，包括系统参数和系数值设定模块、虚拟电罗经模块、场景虚拟增强模块、虚拟仿真磁罗经模块、自差校正工具箱模块和人机交互模块；所述系统参数和系数值设定模块用于设定磁罗经自差校正训练所需的训练数据的系统参数和系数值；所述虚拟电罗经模块用于提供和显示船舶电罗经航向；所述场景虚拟增强模块用于构建三维的VR虚拟海上场景及VR船舶虚拟实体；所述虚拟仿真磁罗经模块用于构建三维仿真磁罗经结构模型、船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型与各种校正器对磁罗经进行自差校正数学模型以及磁罗经航向显示；所述自差校正工具箱模块包含有用于磁罗经各类自差校正的校正工具；所述人机交互模块包含用于控制船舶虚拟实体航向的航向控制模块和用于模拟磁罗经自差校正的训练学员校正行为输入模块。进一步的，所述磁罗经自差校正训练所需的系统参数和系数值包括船舶经纬度、日期、时间、九个船舶软铁系数值，船舶硬铁力P、Q、R值，地磁力参数、磁差VAR、磁罗经参数、校正器参数。进一步的，所述虚拟仿真磁罗经模块包含三维仿真磁罗经结构模型、船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型、半圆自差校正器、倾斜自差校正器、象限自差校正器以及佛氏软铁校正器对磁罗经进行自差校正数学模型以及用于显示磁罗经航向的磁罗经航向显示模块。技术方案二一种基于VR的船舶磁罗经自差校正模拟方法，采用上述技术方案一所述的一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统；包括以下步骤：S1、系统参数及系数值的设置：教练员根据船型结构、磁罗经型号和磁罗经的安装位置等因素在系统参数设定模块设定船磁软硬铁力数值、地磁力数值、磁差VAR、磁罗经参数、校正器参数；S2、磁罗经自差值的预置：教练员预输入船体正平时的地磁力、软铁力、硬铁力作用于罗经坐标系ox、oy、oz三个轴上的合成力(X’Y’Z’)的值；根据船舶正平时磁罗经自差精确计算式以及预输入的训练参数计算出预置的磁罗经自差值；S3、建立校正器对磁罗经的自差校正数学模型：根据磁力学理论，通过虚拟仿真磁罗经模块构建船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型、半圆自差校正器、倾斜自差校正器、象限自差校正器以及佛氏软铁校正器对磁罗经进行自差校正数学模型；S4、模拟磁罗经的自差校正：场景虚拟增强模块实时显示当前输入参数下的VR虚拟海上场景和VR船舶虚拟实体；训练学员根据预置的磁罗经自差值，使用自差校正工具箱中硬铁校正磁棒、软铁校正器、佛氏软铁，按照规定的船舶磁罗经校正流程，来进行自差校正；移动或增减校正器，构成训练学员校正行为输入模块的输入值，作用于磁罗经自差校正数学模型，输出校正器对船舶磁罗经作用产生的偏转角，利用虚拟电罗经输出的船舶真航向TC值与训练系统初始参数中的磁差VAR及船舶最新的自差值DEV，根据计算公式罗航向CC＝TC-VAR-DEV,计算出新的磁罗经航向，把新的磁罗经航向值传送到虚拟仿真磁罗经模块；在进行一次自差校正后，训练学员再次比对虚拟电罗经模块和磁罗经航向显示模块所显示的电罗经航向值和磁罗经航向值，求得磁罗经的自差，再利用校正工具来校正磁罗经自差，直到输出的磁罗经航向值满足要求；在完成船舶磁罗经校正工作流程的每一校正步骤后，训练学员通过航向控制模块操控船舶虚拟实体航向来测定磁罗经的剩余自差；当剩余自差值在允许的范围值时，则绘制自差曲线，然后结束自差校正工作，否则重新进行校正。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统和方法，利用VR虚拟仿真技术，能够突破了在岸上教学训练时现实环境的限制，能够仿真出船舶航行的状态下的船舶磁罗经自差校正作业的虚拟情境。2、本专利技术一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统和方法，根据船舶的结构、罗经的安装的位置等因素以及经验法，合理预先设定船舶硬铁力P、Q、R的值与a，b，c，d，e，f，g，h，k九个软铁系数的值，后根据船舶正平时磁罗经自差精确计算式，计算出所预置磁罗经的自差值。为学生利用系统进行磁罗经自差校正训练，为船舶磁罗经自差校正训练系统功能的实现，提供前提条件。3、本专利技术一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统和方法，通过可靠的数学模型和人性化的设计使系统模拟船舶磁罗经的工作的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统，其特征在于：包括系统参数和系数值设定模块、虚拟电罗经模块、场景虚拟增强模块、虚拟仿真磁罗经模块、差校正工具箱模块和人机交互模块；/n所述系统参数和系数值设定模块用于设定磁罗经自差校正训练所需的系统参数和系数值；/n所述虚拟电罗经模块用于提供和显示船舶电罗经航向；/n所述场景虚拟增强模块用于构建三维的VR虚拟海上场景及VR船舶虚拟实体；/n所述虚拟仿真磁罗经模块用于构建三维仿真磁罗经结构模型、船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型与各种校正器对磁罗经进行自差校正数学模型以及磁罗经航向显示；/n所述自差校正工具箱模块包含有用于磁罗经各类自差校正的校正工具；/n所述人机交互模块包含用于控制船舶虚拟实体航向的航向控制模块和用于模拟磁罗经自差校正的训练学员校正行为输入模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统，其特征在于：包括系统参数和系数值设定模块、虚拟电罗经模块、场景虚拟增强模块、虚拟仿真磁罗经模块、差校正工具箱模块和人机交互模块；
所述系统参数和系数值设定模块用于设定磁罗经自差校正训练所需的系统参数和系数值；
所述虚拟电罗经模块用于提供和显示船舶电罗经航向；
所述场景虚拟增强模块用于构建三维的VR虚拟海上场景及VR船舶虚拟实体；
所述虚拟仿真磁罗经模块用于构建三维仿真磁罗经结构模型、船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型与各种校正器对磁罗经进行自差校正数学模型以及磁罗经航向显示；
所述自差校正工具箱模块包含有用于磁罗经各类自差校正的校正工具；
所述人机交互模块包含用于控制船舶虚拟实体航向的航向控制模块和用于模拟磁罗经自差校正的训练学员校正行为输入模块。


2.根据权利要求1所述的一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统，其特征在于：所述磁罗经自差校正训练所需的系统参数和系数值包括船舶经纬度、日期、时间、九个船舶软铁系数值，船舶硬铁力P、Q、R值，地磁力参数、磁差VAR、磁罗经参数、校正器参数。


3.根据权利要求1所述的一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统，其特征在于：所述虚拟仿真磁罗经模块包含三维仿真磁罗经结构模型、船磁造成的磁罗经指向偏差数学模型、半圆自差校正器、倾斜自差校正器、象限自差校正器以及佛氏软铁校正器对磁罗经进行自差校正数学模型以及用于显示磁罗经航向的磁罗经航向显示模块。


4.一种基于VR的船舶磁罗经自差校正模拟方法，采用权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于VR的船舶磁罗经自差校正训练系统；其特征在于，包括以下步骤：
S1、系统参数及系数值的设置：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文明，王霞，
申请(专利权)人：福建船政交通职业学院，
类型：发明
国别省市：福建;35