專利名稱：一種通航船模實驗航行過程重現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通航船模實驗，具體提供一種通航船模實驗航行過程重現(xiàn)方法。
背景技術：
目前，在研究通航問題時，無論港工實驗、河工實驗還是水工模型實驗，其原理都是根據(jù)相似理論，根據(jù)實物模型制作按比例縮小的物理模型，研究相關水力學問題。在研究通航問題時，對船模的控制有兩種人工控制和計算機控制，但是為了達到航跡重現(xiàn)的目的，這兩種方法有較多缺點。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驗的駕駛員控制存在時間尺度效應，即實驗所代表的時間是實際時間的1(Γ20倍，而駕駛員的反應能力不能改變；其次利用遙控器控制船模與實際航行時的控制有差距，人工操縱很容易產生較大的誤差。對于計算機控制，通過計算機控制船模，雖然可以消除時間尺度效應精確的控制船模，但是船舶航行受到眾多因素的影響，隨機性較大，在特定環(huán)境下的航行情況需要根據(jù)航行駕駛經驗確定， 所以計算機控制只能分析操縱方式而沒能達到理想的航跡重現(xiàn)效果。發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有方法的缺點，本發(fā)明提供一種通航船模實驗航行過程重現(xiàn)方法，克服了為達到航跡重現(xiàn)而通過單純的人工或計算機控制船模時所遇到的問題。
本發(fā)明解決上述技術問題采用以下技術方案一種通航船模實驗航行過程重現(xiàn)方法，其按照以下步驟進行(a)通過船模固定支架設立起始位置，接起始位置設置一段直航調整段，接直航調整段設置一段實驗航道；(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整段保持直線航行；同時，利用采集系統(tǒng)采集船模每時刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到計算機，計算機計算船模出發(fā)后距離所述起始位置X米處的速度V及花費的時間tI，并分別存儲為V=G (X)、t , =F (X)，直至船模駛出直航調整段；(c)所述船模駛出直航調整段以后進入實驗航道，人工通過所述遙控器控制所述模擬器，使船模在實驗航道中航行，并調整船模舵角β和船模電機轉速V;所述采集系統(tǒng)采集船模的所述調整信息，并將該調整信息傳遞至所述計算機，計算機計算并存儲每時刻的所述舵角β和轉速V分別為β =f (t 2 )>V=g (t 2 ),直至船模駛出實驗航道；其中,所述t n與t2進行不間斷的時間銜接；Cd)所述船模駛出實驗航道后，將該船模再次放置在所述固定支架上，啟動船模，由所述計算機向所述模擬器發(fā)出指令，使船模在所述直航調整段保持直線航行；同時，利用所述采集系統(tǒng)采集船模每時刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到所述計算機，計算機計算船模出發(fā)后距離起始位置X米處的速度U及花費的時間t ,'，分別存儲為u=h (X)U1' =k (X);當船模行駛至X 處,且h (Χ_)= G (X *)時，計算機再次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照V=G (X)、t n =F (X)自X 處自動駛出直航調整段；(e)船模自動駛出直航調整段后，所述計算機又一次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照 β =f (t 3 )、v=g (t 2 )自動駛出實驗航道。
進一步地，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整段每時刻位置的圖形信息，并將該圖形信息傳送至所述計算機; 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所述船模在在實驗航道中每時刻所述舵角和電機轉速的調整數(shù)據(jù)， 并將該數(shù)據(jù)傳送至所述計算機。
進一步地，所述計算機包括計算存儲模塊、比較模塊、調整模塊和控制模塊，所述計算存儲模塊分別計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；所述比較模塊將計算存儲模塊存儲的V=G (X)、t , =F (X)與u=h (X)、t , =k (X)進行比較，當h (Xi')古G(X_')時，所述比較模塊將該比較結果傳遞至所述調整模塊，調整模塊通過向模擬器發(fā)送指令調整船模的速度，直至h (X·)= G (X·);當h (X·)= G (X )時，比較模塊將該比較結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處自動駛出直航調整段、按照i3=f (t 2)、v=g (t 2)自動駛出實驗航道。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明通過計算機控制，模仿人工操縱，重現(xiàn)駕駛員的操縱過程，減少了人為誤差，以增加模型試驗的可重復性；同時，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，達到重現(xiàn)人工操縱下的船舶運動過程的目的，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。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面進一步闡述本發(fā)明。
本方法按一下步驟進行Ca)通過船模固定支架I設立起始位置，固定支架可確保船模在空間上的起始位置相同；接起始位置設置一段直航調整段2，在直航調整段，船模正舵保持直線航行，且勻速前進，從而可方便調整計算機控制船模時的速度與人工控制時的速度相同，進而保證兩者的速度在實驗航道的起始位置一致；與接直航調整段設置一段實驗航道3，實驗航道為所研究的實際航道的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整段保持直線航行；同時，利用視頻采集系統(tǒng)51采集船模每時刻的航行位置，一般通過攝像機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算機6的計算存儲模塊61，該模塊計算船模出發(fā)后距離所述起始位置X 米處的速度V及花費的時間t I，并分別存儲為V=G (X)、t I =F (X)，直至船模駛出直航調整段；(c)所述船模駛出直航調整段以后進入實驗航道，人工通過所述遙控器控制所述模擬器，使船模在實驗航道中航行，由于在實驗航道中存在一些障礙物等，須調整船模舵角β 以控制航行方向，并適時調整船模電機轉速V以控制航行速度；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52采集船模調整前后的舵角與電機轉速數(shù)據(jù)，如可通過傳感器等實現(xiàn)，該系統(tǒng)將舵角與電機轉速數(shù)據(jù)傳遞至所述計算存儲模塊，該模塊計算并存儲每時刻的所述舵角β和轉速V分別為i3=f(t 3)、v=g (t 2)，直至船模駛出實驗航道；其中，所述3進行不間斷的時間銜接，如采用秒為單位，當船模駛出直航調整段花費的時間t I力5秒，那么船模開始在實驗航道航行時間從5秒開始計算，即f (t J8 )、g (t 2 )的t 3以5為起算點；Cd)所述船模駛出實驗航道后，將該船模再次放置在所述固定支架上，啟動船模，由所述計算機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整段保持直線航行；同樣，視頻采集系統(tǒng)采集圖形信息，計算儲存模塊計算船模出發(fā)后距離起始位置X米處的速度u及花費的時間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)進行比較，如在X*'處，h (X.')關G (Λ·')時，比較模塊將該比較結果傳遞至所述調整模塊63，調整模塊通過向模擬器發(fā)送指令調整船模的速度，直至調整船模與上次人工控制時在相同位置具有相同的速度為止，即h (X*)= G (Xe)當h (Xt)=G (X )時，比較模塊將該比較結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 出直航調整段；(e)船模自動駛出直航調整段后，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 )自動駛出實驗航道。
以下舉例說明本發(fā)明的實現(xiàn)過程如人工控制時，船模是按照V=G (X)、t 1 =F (X)駛出直航調整段的，駛出時刻即t I =5秒，此時刻也是船模進入實驗航道的時間，即t 2從5秒開始起算船模按照β =f (t 2 )、v=g (t 2)在實驗航道中航行；計算機控制時，通過調整船模的速度，在2米處船模的速度與人工控制時的速度相等，即h (2)= G (2)，此時，根據(jù)F (2)可算出人工控制所花費的時間t I =3，而船模此時實際行駛時間t 可根據(jù)k (2)算出，即t/ =2.5。為了重現(xiàn)人工控制過程，船模在計算機控制時從2米之后，按照V=G (X)、ti=F (X)行駛，也就是說船模以2 秒開始計算以后的行駛時間，而不是以2. 5秒開始計算，且5秒開始進入實驗航道，這樣可確保與人工控制時行駛的路線一致。
本發(fā)明的目的是通過計算機根據(jù)駕駛員的操縱過程，在物理模型上重現(xiàn)船模的運動過程。本發(fā)明可以應用于以下兩個方面提高船模試驗的可重復性；發(fā)現(xiàn)航道內的外界隨機因素。其所用基本原理是船模的操縱過程包括舵角(β )、轉速(V )隨時間的變化過程即為函數(shù)關系式β= · (t)和v=g (t)，計算機記錄人工操縱船模航行的整個過程，從而獲得f (t)、g (t)。再次航行時，計算機操縱船模航行，根據(jù)獲得的f (t)、g (t)控制船模航行，如此便達到重現(xiàn)人工操縱下的船舶運動過程的目的，提高了船模試驗的可重復性，減少了人為誤差，同時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，本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實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，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種通航船模實驗航行過程重現(xiàn)方法，其按照以下步驟進行 (a)通過船模固定支架設立起始位置，接起始位置設置一段直航調整段，接直航調整段設置一段實驗航道； (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整段保持直線航行；同時，利用采集系統(tǒng)采集船模每時刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到計算機，計算機計算船模出發(fā)后距離所述起始位置X米處的速度V及花費的時間tI，并分別存儲為V=G (X)、t I =F (X)，直至船模駛出直航調整段； (c)所述船模駛出直航調整段以后進入實驗航道，人工通過所述遙控器控制所述模擬器，使船模在實驗航道中航行，并調整船模舵角β和船模電機轉速V;所述采集系統(tǒng)采集船模的所述調整信息，并將該調整信息傳遞至所述計算機，計算機計算并存儲每時刻的所述舵角β和轉速V分別為β =f (t 2 )>V=g (t 2 ),直至船模駛出實驗航道；其中,所述t里與t2進行不間斷的時間銜接； (d)所述船模駛出實驗航道后，將該船模再次放置在所述固定支架上，啟動船模，由所述計算機向所述模擬器發(fā)出指令，使船模在所述直航調整段保持直線航行；同時，利用所述采集系統(tǒng)采集船模每時刻的航行位置，該系統(tǒng)將采集到的船模位置信息傳遞到所述計算機，計算機計算船模出發(fā)后距離起始位置X米處的速度U及花費的時間t/，分別存儲為u=h (X)、t ! ' =k (X);當船模行駛至X #處,且h (Xf)= G (X # )時,計算機再次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照V=G (X)、t 1 =F (X)自X 處自動駛出直航調整段； (e)船模自動駛出直航調整段后，所述計算機又一次向模擬器發(fā)出指令，使船模按照β =f (t 2 )、V=g (t 2 )自動駛出實驗航道。
2.根椐權利要求I所述的一種通航船模實驗航行過程重現(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整段每時刻位置的圖形信息，并將該圖形信息傳送至所述計算機；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所述船模在在實驗航道中每時刻所述舵角和電機轉速的調整數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送至所述計算機。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種通航船模實驗航行過程重現(xiàn)方法，其特征在于所述計算機包括計算存儲模塊、比較模塊、調整模塊和控制模塊，所述計算存儲模塊分別計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；所述比較模塊將計算存儲模塊存儲的V=G(X)、t I =F (X)與 u=h (X)、t ! 1 =k (X)進行比較，當 h (X 1 ) ^ G (X ,')時，所述比較模塊將該比較結果傳遞至所述調整模塊，調整模塊通過向模擬器發(fā)送指令調整船模的速度，直至h (X*)= G (X_);ih (X1)= G (X*)時，比較模塊將該比較結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.處自動駛出直航調整段、按照β =f (t 2 )> V=g (t 2 )自動駛出實驗航道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通航船模實驗航行過程重現(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整段保持直線航行后進入實驗航道，并記錄航線、計算機根據(jù)記錄的航線控制船模在實驗航道中航行的步驟。本發(fā)明通過計算機控制，模仿人工操縱，重現(xiàn)駕駛員的操縱過程，減少了人為誤差，以增加模型試驗的可重復性；同時，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，達到重現(xiàn)人工操縱下的船舶運動過程的目的，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