本發(fā)明涉及一種硬件在環(huán)仿真平臺，具體涉及一種基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺及方法。
背景技術：
隨著內河水運的飛速發(fā)展，內河航道船舶通航安全的重要性日益凸顯。船舶安全航行不僅面臨外部復雜通航環(huán)境(如：水文、氣象條件、航道整治工程、繁忙船舶交通流等)的影響，同時各因素之間存在耦合非線性關系。在實際工程中，很難采用解析方法反映以上各因素對于船舶安全通航的影響。為此，仿真試驗平臺提供了一種新途徑。目前，結合船舶模擬操縱臺的航道通航安全仿真試驗平臺中，對于船舶安全航行具有重要影響的通航環(huán)境要素往往采用定常和均勻的假定，無法準確、真實模擬船舶在復雜難行航段中的運動特性，存在一定的缺陷。
硬件在環(huán)仿真是指將控制單元級執(zhí)行器等硬件接入仿真回路，實現(xiàn)數(shù)學模型實時求解與在環(huán)硬件同步運行的方法(hardware-in-loop)。基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺，可以在內河航道通航環(huán)境(水動力)計算模型中定義研究區(qū)域、初始條件、邊界條件；對于不同研究船型，可在船舶交通流仿真系統(tǒng)中定義相應的控制參數(shù)和交通流特征參數(shù)，為開展內河航道通航安全仿真試驗提供了準確、真實、可靠的外部通航環(huán)境要素信息；結合長江電子航道圖v3.0，實現(xiàn)了通航環(huán)境要素、船舶交通流數(shù)據(jù)、助導航信息、設備運行狀態(tài)等信息在仿真試驗平臺上的集成與融合，提升了系統(tǒng)在仿真試驗中的適用度、便捷度與準確度。利用硬件在環(huán)仿真試驗平臺，可有效實現(xiàn)不同水動力條件下，不同航段船舶通航的風險評估，經(jīng)濟合理的航路規(guī)劃，保障水運安全?；谟布诃h(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺及方法目前尚處于研發(fā)階段，沒有成型的產(chǎn)品。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺及方法。
本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺，其特征在于：它包括：
內河航道通航環(huán)境計算模塊，用于根據(jù)用戶所選定的條件，導入或定義該條件下的通航要素信息；所述的通航要素信息包括維護水深、流速場、地形變化和航道條件；
船舶交通流仿真系統(tǒng)，用于針對用戶所選定的條件下的交通流數(shù)據(jù)，通過擬合分析生成符合該條件下的交通流仿真數(shù)據(jù)，通過參數(shù)設置使得生成的交通流仿真數(shù)據(jù)滿足主觀需求；所述的船舶交通流仿真系統(tǒng)包括：船舶交通流數(shù)據(jù)解析模塊，用于ais、雷達、cctv視頻數(shù)據(jù)的解析和交通流特征分析；船舶交通流數(shù)據(jù)分析擬合模塊，用于解析交通流統(tǒng)計數(shù)據(jù)并獲取船舶交通流相關特征參數(shù)；船舶交通流仿真模塊用于生成指定參數(shù)下的交通流仿真數(shù)據(jù)；主程序模塊，用于各組成模塊間的任務調度；
若干個船舶模擬操縱臺，分別通過串口轉網(wǎng)口設備與所述的內核航道通航計算模塊和船舶交通流仿真系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，用于進行船舶運動與操縱、設備故障報警的仿真試驗，監(jiān)測船舶狀態(tài)并進行內河航道通航安全評估；利用所述的串口轉網(wǎng)口設備，下位機基于詢問報文自動回復相應設備狀態(tài)報文到上位機，上位機為船舶模擬操縱臺，下位機為內河航道通航環(huán)境計算模塊和船舶交通流仿真系統(tǒng)；
監(jiān)測與顯示系統(tǒng)，與內河航道通航環(huán)境計算模塊和船舶交通流仿真系統(tǒng)通過串口連接，用于在河內航道地圖上實時顯示船舶模擬操縱臺得到的船舶狀態(tài)和仿真試驗數(shù)據(jù)。
按上述平臺，所述的內河航道通航環(huán)境計算模塊包括水流模型與泥沙模型；所述的水流模型計算采用正交曲線網(wǎng)格的有限體積法計算雷諾平均navier-stokes方程組；所述的泥沙模型為非均勻非恒定泥沙輸運模型。
按上述平臺，所述的船舶交通流仿真系統(tǒng)包括斷面船舶交通流量預測模型和船舶交通流生成模型；所述的斷面交通流量預測模型采用結合時間序列分析和卡爾曼濾波的優(yōu)化方法；所述的船舶交通流生成模型采用改進同余法隨機數(shù)生成器。
利用所述的基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺實現(xiàn)的仿真試驗方法，其特征在于：它包括以下步驟：
s1、根據(jù)試驗需要，通過內河航道通航環(huán)境計算模塊輸入地形數(shù)據(jù)、邊界條件和初始條件；通過實測數(shù)據(jù)驗證并調試內河航道通航環(huán)境計算模塊；
s2、船舶交通流仿真系統(tǒng)根據(jù)ais、雷達、cctv視頻數(shù)據(jù)解析，獲取船舶交通流特征參數(shù)；
s3、船舶模擬操縱臺根據(jù)船舶操縱駕駛與所述的內河航道通航環(huán)境計算模塊形成耦合模型，并計算結果；通過串口轉網(wǎng)口設備將舵角、航向和航跡線寬度發(fā)送至所述的監(jiān)測與顯示系統(tǒng)，結合河內航道地圖，實現(xiàn)內河通航環(huán)境和船舶運行狀態(tài)的在線實時顯示與監(jiān)測。
按上述方法，所述的s1具體為：通過輸入測試河段的地形數(shù)據(jù)、邊界條件和初始條件，采用貼體正交曲線網(wǎng)格，建立測試河段二、三維數(shù)學模型；通過耦合雷諾平均navier-stokes方程組與非均勻非恒定泥沙輸運模型，采用有線體積法求解獲得測試河段水深場、流速場與河段地形變化。
按上述方法，所述的s2具體為：
2.1、通過對指定域劃定矩形區(qū)域，依據(jù)ais數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度信息判斷船舶是否通過該矩形區(qū)域，統(tǒng)計指定時間范圍內該矩形區(qū)域交通流數(shù)據(jù)；
2.2、將所得的交通流數(shù)據(jù)進行分析，對不同的交通參數(shù)進行提取，對每一個交通流參數(shù)分別構建其差值最小的概率密度函數(shù)；交通參數(shù)包括船舶的數(shù)量、長度、到達時間；
2.3、通過隨機數(shù)發(fā)生器獲取隨機數(shù)種子，將隨機數(shù)種子映射至每個交通流參數(shù)的概率密度函數(shù)內，得到符合概率密度函數(shù)的隨機變量，通過隨機變量生成船舶交通流仿真數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明包含了內河通航環(huán)境的數(shù)學模擬與驗證，結合船舶模擬操縱臺，為不同船舶交通流狀態(tài)下的內河航道船舶通航安全提供了仿真試驗平臺，亦可作為船舶模擬操縱教學平臺供教師、研究生和工程技術人員使用；針對復雜難行航段船舶安全通航仿真試驗平臺研發(fā)面臨的眾多困難，本發(fā)明為在實驗室環(huán)境下進行船舶安全通航控制與算法研究提供了一個有效的硬件在環(huán)仿真平臺，促進了水動力數(shù)學模型與船舶交通流模型、船舶模擬操縱與控制、內河航道地圖的系統(tǒng)集成與耦合應用，具有重要的理論研究意義和工程應用價值。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例的組成結構框圖。
圖中：1、內河航道通航環(huán)境計算模塊；2、船舶交通流仿真系統(tǒng)；3、船舶模擬操縱臺；4、監(jiān)測與顯示系統(tǒng)；5、串口轉網(wǎng)口設備。
具體實施方式
下面結合具體實例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明提供一種基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺，如圖1所示，它包括：
內河航道通航環(huán)境計算模塊1，用于根據(jù)用戶所選定的條件，導入或定義該條件下的通航要素信息；所述的通航要素信息包括維護水深、流速場、地形變化和航道條件。內河航道通航環(huán)境計算模塊包括水流模型與泥沙模型；所述的水流模型計算采用正交曲線網(wǎng)格的有限體積法計算雷諾平均navier-stokes方程組；所述的泥沙模型為非均勻非恒定泥沙輸運模型。
船舶交通流仿真系統(tǒng)2，用于針對用戶所選定的條件下的交通流數(shù)據(jù)，通過擬合分析生成符合該條件下的交通流仿真數(shù)據(jù)，通過參數(shù)設置使得生成的交通流仿真數(shù)據(jù)滿足主觀需求；所述的船舶交通流仿真系統(tǒng)包括：船舶交通流數(shù)據(jù)解析模塊，用于ais、雷達、cctv視頻數(shù)據(jù)的解析和交通流特征分析；船舶交通流數(shù)據(jù)分析擬合模塊，用于解析交通流統(tǒng)計數(shù)據(jù)并獲取船舶交通流相關特征參數(shù)；船舶交通流仿真模塊用于生成指定參數(shù)下的交通流仿真數(shù)據(jù)；主程序模塊，用于各組成模塊間的任務調度。船舶交通流仿真系統(tǒng)包括斷面船舶交通流量預測模型和船舶交通流生成模型；所述的斷面交通流量預測模型采用結合時間序列分析和卡爾曼濾波的優(yōu)化方法；所述的船舶交通流生成模型采用改進同余法隨機數(shù)生成器。
若干個船舶模擬操縱臺3，分別通過串口轉網(wǎng)口設備5與所述的內核航道通航計算模塊和船舶交通流仿真系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，用于進行船舶運動(追趕、超越、會遇等)與操縱、設備故障報警的仿真試驗，監(jiān)測船舶狀態(tài)并進行內河航道通航安全評估。利用所述的串口轉網(wǎng)口設備，下位機基于詢問報文自動回復相應設備狀態(tài)報文到上位機，上位機為船舶模擬操縱臺，下位機為內河航道通航環(huán)境計算模塊和船舶交通流仿真系統(tǒng)。船舶模擬操縱臺包括船舶操縱駕駛(舵輪、應急車鐘等)、控制與通信、船舶及設備運行狀態(tài)顯示(霧笛、助航等)、故障報警(通用報警、火災報警、主機報警、航行燈、信號燈)、顯示模塊(1#、2#顯示器)，所述的船舶操縱駕駛模塊負責采集全部操作控制按鈕的狀態(tài)；控制與通信模塊負責與內河航道通航環(huán)境計算模塊、船舶交通流仿真系統(tǒng)之間的通信任務；船舶及設備運行狀態(tài)顯示模塊負責采集船舶及相關設備在線運行狀態(tài)信息，并將信息反饋至監(jiān)測與顯示系統(tǒng)。
監(jiān)測與顯示系統(tǒng)4，與內河航道通航環(huán)境計算模塊和船舶交通流仿真系統(tǒng)通過串口連接，用于在河內航道地圖上實時顯示船舶模擬操縱臺得到的船舶狀態(tài)和仿真試驗數(shù)據(jù)。本實施例以長江電子航道圖v3.0為例，實時顯示船舶在內河航道環(huán)境中的舵角、航向、航跡線寬度等信息；故障報警模塊負責顯示船舶及設備相關故障信息并報警。
本實施例中，采用以太網(wǎng)，適用于船舶模擬操縱臺上位機(modbustcpclient，訪問周期：100ms)與下位機(modbustcpserver)之間通信，采用自適應通訊速率10/100mbps，i/o通訊模式為輪詢。本實施例中所述的內河航道通航環(huán)境計算模塊采用fortran語言編程，求解雷諾平均navier-stokes方程組，可模擬二維和三維的水流、波浪、泥沙輸移、地形變化，以及各動力過程間的相互作用；船舶交通流仿真系統(tǒng)、船舶模擬操縱臺、監(jiān)測與顯示系統(tǒng)采用c++語言開發(fā)。本發(fā)明所述的船舶模擬操縱臺由武漢南華工業(yè)設備工程股份有限公司生產(chǎn)(型號：nhi-cz/220t；編號：1503106)，微處理器采用arm系列的stm32芯片。
利用所述的基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺實現(xiàn)的仿真試驗方法，包括以下步驟：
s1、根據(jù)試驗需要，通過內河航道通航環(huán)境計算模塊輸入地形數(shù)據(jù)、邊界條件(如流量、水位、水流流速數(shù)據(jù)等)和初始條件(如水位、流量、流速數(shù)據(jù)等)；通過實測數(shù)據(jù)驗證并調試內河航道通航環(huán)境計算模塊。
具體為：通過輸入測試河段的地形數(shù)據(jù)、邊界條件和初始條件，采用貼體正交曲線網(wǎng)格，建立測試河段二、三維數(shù)學模型；通過耦合雷諾平均navier-stokes方程組與非均勻非恒定泥沙輸運模型，采用有線體積法求解獲得測試河段水深場、流速場與河段地形變化。
s2、船舶交通流仿真系統(tǒng)根據(jù)ais、雷達、cctv視頻數(shù)據(jù)解析，獲取船舶交通流特征參數(shù)，如：斷面交通流量、航速、航向、到達時間分布等。
s2具體為：2.1、通過對指定域劃定矩形區(qū)域，依據(jù)ais數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度信息判斷船舶是否通過該矩形區(qū)域，統(tǒng)計指定時間范圍內該矩形區(qū)域交通流數(shù)據(jù)；2.2、將所得的交通流數(shù)據(jù)進行分析，對不同的交通參數(shù)進行提取，對每一個交通流參數(shù)分別構建其差值最小的概率密度函數(shù)；交通參數(shù)包括船舶的數(shù)量、長度、到達時間；2.3、通過隨機數(shù)發(fā)生器獲取隨機數(shù)種子，將隨機數(shù)種子映射至每個交通流參數(shù)的概率密度函數(shù)內，得到符合概率密度函數(shù)的隨機變量，通過隨機變量生成船舶交通流仿真數(shù)據(jù)。
s3、船舶模擬操縱臺根據(jù)船舶操縱駕駛與所述的內河航道通航環(huán)境計算模塊形成耦合模型，并計算結果；通過串口轉網(wǎng)口設備將舵角、航向和航跡線寬度發(fā)送至所述的監(jiān)測與顯示系統(tǒng)，結合河內航道地圖，實現(xiàn)內河通航環(huán)境和船舶運行狀態(tài)的在線實時顯示與監(jiān)測。
本發(fā)明所述的內河航道通航環(huán)境計算模塊提供了實時通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)輸入，內河航道通航環(huán)境計算模塊與船舶模擬操縱臺形成了耦合控制系統(tǒng)；通過船舶模擬操縱臺的船舶操縱駕駛、控制與通信、船舶及設備運行狀態(tài)顯示、故障報警等模塊，具備復雜通航環(huán)境下模擬操舵、設備狀態(tài)設定與顯示、故障報警等功能，實現(xiàn)不同航段船舶安全通航仿真試驗與評價。
本發(fā)明的內河航道通航環(huán)境計算模塊采用了正交曲線網(wǎng)格的有限體積法計算雷諾平均navier-stokes方程組，適用于復雜地形條件的內河航道水沙運動數(shù)學建模，操作者可根據(jù)實際研究目的，自行輸入或定義邊界條件、初始條件，實現(xiàn)內河通航環(huán)境數(shù)值模擬。
本發(fā)明的船舶模擬操縱臺包含了船舶操縱駕駛、控制與通信、船舶及設備運行狀態(tài)顯示、故障報警等多種功能模塊，操作者可選擇某一功能模塊、設置相關模塊參數(shù)，進行各種船舶運動(追趕、超越、會遇等)與操縱、設備故障報警等仿真試驗，結合長江電子航道圖v3.0，實現(xiàn)內河不同航段船舶運行狀態(tài)在線實時監(jiān)測，并評價安全通航安全水平。
本發(fā)明的船舶交通流仿真系統(tǒng)采用結合時間序列分析和卡爾曼濾波的優(yōu)化方法解析仿真試驗區(qū)域ais、雷達、cctv視頻等數(shù)據(jù)，獲取船舶交通流特征參數(shù)，通過改進的交通流特征參數(shù)的擬合方法，生成滿足當前擬合分布的交通流參數(shù)，從而實現(xiàn)船舶交通流仿真生成。
本發(fā)明包含了內河通航環(huán)境的數(shù)學模擬與驗證，結合船舶模擬操縱臺，為不同船舶交通流狀態(tài)下的內河航道船舶通航安全提供了仿真試驗平臺，亦可作為船舶模擬操縱教學平臺供教師、研究生和工程技術人員使用。針對復雜難行航段船舶安全通航仿真試驗平臺研發(fā)面臨的眾多困難，本發(fā)明為在實驗室環(huán)境下進行船舶安全通航控制與算法研究提供了一個有效的硬件在環(huán)仿真平臺，促進了水動力數(shù)學模型與船舶交通流模型、船舶模擬操縱與控制、長江電子航道圖v3.0的系統(tǒng)集成與耦合應用，具有重要的理論研究意義和工程應用價值。
為便于理解本發(fā)明，下面進一步描述各分系統(tǒng)的工作原理：
1、內河航道通航環(huán)境計算模塊1的工作原理
內河航道通航環(huán)境計算模塊1：通過輸入試驗河段的地形數(shù)據(jù)、邊界條件、初始條件(水位、流量、流速等)，采用貼體正交曲線網(wǎng)格，建立測試河段二、三維數(shù)學模型；通過耦合雷諾平均navier-stokes方程組與非均勻非恒定泥沙輸運模型，采用有線體積法求解獲得測試河段水深場、流速場與河段地形變化。內河航道通航環(huán)境計算模塊結果通過船舶模擬操縱臺3中控制與通信模塊，傳輸至監(jiān)測與顯示系統(tǒng)4。
i.控制方程
通航環(huán)境計算模塊采用貼體正交曲線網(wǎng)格，數(shù)值格式選用adi時間積分法，控制方程包括：水流連續(xù)方程、動量方程和泥沙輸運方程如下：
式中，u、v為ξ、η方向的水流流速；ζ為相對于參照面的水位；d為相對于參照面的水深；q為連續(xù)方程的源和匯，如徑流、排水等；g為重力加速度；t為時間；dh為水平渦動擴散系數(shù)；f為雷諾應力項；p為水壓梯度；m為動量源匯項；
ii.模型參數(shù)
邊界條件：上游取河流斷面流量，下游取河流斷面水位。
常數(shù)定義：重力加速度取9.81m2/s；水的密度取1000kg/m3；河床糙率系數(shù)取n＝0.011；水平方向和垂向紊動粘滯系數(shù)分別取10m2/s、1x10-6m2/s。
2、船舶交通流仿真系統(tǒng)2的工作原理
船舶交通流仿真系統(tǒng)2：通過ais、雷達、cctv視頻等數(shù)據(jù)解析，獲取船舶交通流特征參數(shù)；采用結合時間序列分析和卡爾曼濾波的優(yōu)化方法，實現(xiàn)船舶交通流短期預測(1～3天)；基于數(shù)據(jù)解析獲取的船舶交通流特征參數(shù)，采用隨機數(shù)生成器方法，實現(xiàn)船舶交通流在監(jiān)測與顯示系統(tǒng)4中的可視化呈現(xiàn)。
交通流仿真系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊：i船舶交通流數(shù)據(jù)解析模塊，ii船舶交通流數(shù)據(jù)分析擬合模塊，iii船舶交通流仿真生成模塊。
具體內容如下：
i.船舶交通流數(shù)據(jù)解析模塊
通過對指定域劃定矩形區(qū)域，由ais數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度信息判斷船舶是否通過該區(qū)域。具體判斷方法為：
1)矩形區(qū)域頂點a1、a2構成直線f12，頂點a3、a4構成直線f34。
2)將當前船舶坐標x代入直線f12、f34，分別得到y(tǒng)1、y2；如果所得值y<y1且y>y2，則記為該船舶通過當前區(qū)域，當前區(qū)域交通流數(shù)據(jù)n加1。
3)設定時間間隔t，認定同一船舶在t時間內只通過該區(qū)域一次，則同一條船在t時間內所發(fā)出的ais信號中，通過該區(qū)域的ais信號只取一條，交通流數(shù)據(jù)n只加1。
4)統(tǒng)計指定時間范圍內，該區(qū)域所得交通流數(shù)據(jù)n值即為該區(qū)域交通流數(shù)據(jù)。
ii.船舶交通流數(shù)據(jù)分析擬合模塊
船舶交通流數(shù)據(jù)分析擬合模塊將所得交通流數(shù)據(jù)進行分析，對不同的交通參數(shù)(包括數(shù)量、長度、到達時間等)進行提取。每一個交通流參數(shù)，分別構建其差值最小的概率密度函數(shù)進行擬合。其具體包括：
1)船舶尺寸擬合
船舶尺寸分布概率密度擬合曲線符合正態(tài)分布，對其參數(shù)進行估計獲取概率密度分布系數(shù)(μ,δ)，可得概率密度函數(shù)如下：
2)船舶速度分布擬合
假設船舶上行及下行速度分布擬合曲線符合正態(tài)分布，確定其參數(shù)估計值分別為(μ1,δ1)，(μ2,δ2)，可得概率密度函數(shù)如下：
式中，x1代表上行船舶速度，x2代表下行船舶速度。
3)船舶間時距擬合
上行船舶間時距擬合曲線符合possion分布，確定其possion分布參數(shù)λ值，可得其概率密度函數(shù)如下：
式中，t為時間間隔，0<u<1。
下行船舶間時距擬合曲線符合指數(shù)分布，概率公式如下所示，確定其其分布參數(shù)β，可得概率密度函數(shù)如下：
4)船舶到達規(guī)律擬合
船舶上行到達規(guī)律擬合曲線符合possion分布，確定possion分布參數(shù)λ值，可得其概率密度函數(shù)如下：
下行船舶到達規(guī)律擬合曲線分布符合負二項分布，確定其分布參數(shù)(r,p)，可得其概率密度函數(shù)如下：
iii.船舶交通流仿真生成模塊
通過隨機數(shù)發(fā)生器獲取隨機數(shù)種子，將該種子映射至船舶特征概率密度函數(shù)內，得到符合該概率密度函數(shù)的隨機變量。通過隨機變量生成船舶交通流仿真數(shù)據(jù)。其具體如下：
1)隨機數(shù)發(fā)生器
均勻分布的隨機數(shù)的產(chǎn)生采用線性同余算法，線性同余算法的一般遞推公式如下：
xt＝(a*xt-1+c)mod(m)(12)，
式中：m為模數(shù)，m>0；a、c為常數(shù)。
2)隨機數(shù)映射方法
標準正態(tài)分布n(0,1)可由如下方法獲得：產(chǎn)生兩個符合u(0,1)分布的隨機變量u1、u2，通過box_muller算法中的公式將隨機變量映射至標準正態(tài)分布中。
正態(tài)分布n(μ,σ2)隨機變量的產(chǎn)生可以由標準正態(tài)分布n(0,1)產(chǎn)生。如果隨機變量x服從標準正態(tài)分布n(0,1)，y服從常規(guī)正態(tài)分布n(μ,σ2)，則有y＝μ+σx。
3)船舶交通流仿真數(shù)據(jù)生成方法
建立船舶信息數(shù)據(jù)庫，保存生成的船舶屬性。數(shù)據(jù)庫包含船舶的編號、類型、生成時間、長度、寬度、速度和航道方向等字段。仿真程序在給定的時間段內運行，運行過程中根據(jù)船舶到達的時間間隔不斷生成船舶，直到仿真時間結束，其算法如下。
第1步，初始化。輸入仿真開始時間、結束時間(endtime)和仿真時間步長(step，單位為s)，仿真開始時間賦給當前時間變量(currenttime)；設置船舶屬性分布規(guī)律的參數(shù)估計值。
第2步，調用上行船舶間時距生成函數(shù)獲得下一條船到達的時間間隔intertime，計算下一條上行船舶產(chǎn)生的時間(nexttimeup):nexttimeup＝currenttime+intertime；調用下行船舶間時距生成函數(shù)獲得下一條船到達的時間間隔intertime，計算下一條下行船舶產(chǎn)生的時間(nexttimedown)：nexttimedown＝currenttime+intertime。
第3步，判斷currenttime與endtime的大小，如果currenttime小于endtime，則執(zhí)行第4步，否則結束仿真。
第4步，判斷nexttimeup與nexttimedown的大小，如果nexttimeup小于nexttimedown，則將nexttimeup賦給下一條船舶產(chǎn)生的時間變量nexttime，并置船舶航行方向標志位direction＝0，表明是上行船舶，還生成下一條上行船舶產(chǎn)生的時間nexttimeup；如果nexttimeup大于或等于nexttimedown，則將nexttimedown賦給下一條船舶產(chǎn)生的時間變量nexttime，并置船舶航行方向標志位direction＝1，表明是下行船舶，還生成下一條下行船舶產(chǎn)生的時間nexttimedown。
第5步，判斷currenttime與nexttime的大小，如果currenttime小于nexttime，則執(zhí)行第6步，否則轉到第7步。第6步，仿真程序按時間步長推進1步，計算當前時間：currenttime，返回到第5步。
第7步，生成船舶屬性。判斷direction的狀態(tài)，如果direction＝0，則產(chǎn)生上行船舶，調用上行船舶類型、船舶尺寸和船舶速度的隨機變量產(chǎn)生函數(shù)生成相應的船舶屬性，并將這些屬性存入船舶信息數(shù)據(jù)庫，返回第3步；如果direction＝1，則產(chǎn)生下行船舶，調用下行船舶類型、船舶尺寸和船舶速度的隨機變量產(chǎn)生函數(shù)生成相應的船舶屬性，并將其存入船舶信息數(shù)據(jù)庫，返回第3步。
3、船舶模擬操縱臺3的工作原理
船舶模擬操縱臺(3)由船舶操縱駕駛、控制與通信、船舶及設備運行狀態(tài)顯示、故障報警等功能模塊等模塊組成，構成了“基于硬件在環(huán)的內河航道通航安全仿真試驗平臺及方法”的主體硬件部分。
船舶模擬操縱臺上位機和下位機之間的接口通訊約定：
i.速率：10/100mbps自適應。
ii.i/o通訊模式：輪詢；
iii.下位機作為modbustcpserver端，上位機為modbustcpclient端；
iv.上位機訪問周期：100ms；
v.保持寄存器的起始地址為001；
vi.使用modbus功能碼：0x03、0x06、0x10；
通訊內容：
4、監(jiān)測與顯示系統(tǒng)4的工作原理
監(jiān)測與顯示系統(tǒng)4由三通道視景投影顯示器、多媒體聲響裝備等組成，為航道測試場景、內河航道通航環(huán)境計算模塊1、船舶交通流仿真系統(tǒng)2提供了可視化呈現(xiàn)平臺。
以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內的技術人員能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護范圍之內。