本發(fā)明屬于模擬訓(xùn)練，尤其涉及一種賽艇模擬訓(xùn)練方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、賽艇是用槳作為推動力使船在水上前進(jìn)的水上運動項目，賽艇運動通常涉及到流體力學(xué)、材料學(xué)等，從流體力學(xué)上看，賽艇的外形、槳葉要具備最小阻力形狀和性能；在材料上，賽艇需具備滿足特定強(qiáng)度、耐用等性能，同時要重量輕。然而，賽艇比賽大多是需要在平靜的水面上進(jìn)行，而實際賽艇訓(xùn)練時的水面大多并非風(fēng)平浪靜，這樣使得賽艇訓(xùn)練具有局限性，會使得對運動員提供的訓(xùn)練數(shù)據(jù)精確度不高，從而影響賽艇訓(xùn)練效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可以實時采集賽艇訓(xùn)練數(shù)據(jù)和改善賽艇訓(xùn)練效果的賽艇模擬訓(xùn)練方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，來解決上述存在的技術(shù)問題，具體采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種賽艇模擬訓(xùn)練方法，包括以下步驟：

3、獲取無人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型；

4、獲取無人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無人艇運動模型；

5、根據(jù)無人艇運動模型對賽艇進(jìn)行動力學(xué)仿真以確定賽艇的動力學(xué)仿真模型；

6、獲取賽艇的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中，歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括賽艇運動員每天訓(xùn)練及測試的數(shù)據(jù)記錄、賽艇訓(xùn)練時序數(shù)據(jù)；

7、基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績預(yù)測以完成賽艇模擬訓(xùn)練。

8、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取無人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無人艇運動模型，包括：

9、對無人艇進(jìn)行各個參數(shù)初始化，根據(jù)輸入的推進(jìn)器轉(zhuǎn)角和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行循環(huán)解算，其中，循環(huán)解算包括計算流體動力及力矩、推進(jìn)器推力及力矩、風(fēng)浪干擾的力和力矩；

10、構(gòu)建無人艇在水面運動時的慣性坐標(biāo)系和附體坐標(biāo)系，將無人艇的位移和轉(zhuǎn)動劃分三個自由度；

11、根據(jù)慣性坐標(biāo)系和附體坐標(biāo)系的物理量存在對應(yīng)關(guān)系，得到兩組表達(dá)式(1)和表達(dá)式(2)；

12、

13、其中，屬于慣性坐標(biāo)系的物理量有：作用在艇上的力x0、y0和力矩n0，無人艇的重心g的坐標(biāo)xg0、yg0；屬于附體坐標(biāo)系的有：艇體受到的力x、y、以及外力矩中信的、y、v、r分別表示無人艇的前進(jìn)速度、橫漂速度和艏搖角速度，xc表示無人艇中心的x軸坐標(biāo)值；

14、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，預(yù)設(shè)慣性坐標(biāo)系中的無人艇為剛體，在受力運動過程中，其形狀、大小和艇體內(nèi)不同點的相對位置不改變，根據(jù)牛頓第二定律得：

15、

16、其中，m和izz分別表示無人艇的質(zhì)量、無人艇繞x軸的質(zhì)量慣性矩，izz表示為l、b、cb分別表示無人艇的長、寬、平均吃水和方形系數(shù)，x'g0、y'g0分別表示無人艇沿x0、y0方向的線性加速度，ψ'表示無人艇的艏搖加速度；

17、對表達(dá)式(2)的變量進(jìn)行求導(dǎo)運算后再帶入表達(dá)式(3)的基本運動方程，使其投影至附體坐標(biāo)系中，經(jīng)過計算導(dǎo)出無人艇運動模型的關(guān)系表達(dá)式為：

18、

19、其中，u'、v'、r'分別表示無人艇運動模型中的前進(jìn)速度、橫漂速度和艏搖角速度，對表達(dá)式(4)進(jìn)行展開得到完整的無人艇運動模型的關(guān)系表達(dá)式為：

20、

21、其中，下標(biāo)帶有h0的表示流體動力和力矩，下標(biāo)帶有p的表示推進(jìn)器推力和力矩，下標(biāo)帶有wind和wave表示風(fēng)浪產(chǎn)生的力和力矩，修正項y·xc記入中。

22、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，無人艇所受的流體動力為無人艇在流體中運動的流體在與接觸的艇體表面產(chǎn)生的反作用力，反作用力包括慣性力和粘性力，分解為：

23、

24、其中，下標(biāo)i表示慣性力，h表示粘性力；

25、采用推力矢量模型將推進(jìn)器產(chǎn)生的力分為推力t和轉(zhuǎn)向時對無人艇的橫向拉力n，預(yù)設(shè)推進(jìn)器轉(zhuǎn)角為δ，則推進(jìn)器對無人艇的縱向和側(cè)向推力分別為：

26、

27、其中，tp表示推力減額系數(shù)，ap表示橫向力系數(shù)，xp表示附體坐標(biāo)系下推進(jìn)器的中心y軸偏移。

28、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取賽艇的訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，包括：

29、預(yù)設(shè)賽艇訓(xùn)練時序數(shù)據(jù)是一種包含n個形式為序、類型和值的三元數(shù)據(jù)項，根據(jù)離散時間先后順序排列的集合，對應(yīng)的表達(dá)式為：

30、t＝{(t1，t1，q1)，(t2，t2，q2)，…，(tn，tj，qn)}???(8)

31、其中，n表示序列的長度，ti(1≤i≤n)表示序列的時間，tj(1≤j≤28)表示序列的數(shù)據(jù)類型，qi(1≤i≤n)表示序列的數(shù)據(jù)值，(ti，tj，qi)(1≤i≤n，1≤j≤28)表示序列中的元素；

32、m條賽艇訓(xùn)練時序數(shù)據(jù)組成的有限序列集合為：

33、

34、其中，時間序列的長度nx表示第x個運動員的訓(xùn)練時序數(shù)據(jù)的長度，表示第x個運動員第y個訓(xùn)練項目，表示對應(yīng)項目的測量數(shù)據(jù)；

35、根據(jù)賽艇訓(xùn)練時序數(shù)據(jù)集合設(shè)定最小支持度min_sup，最小置信度min_con，若sup(a→b)≥min_sup，且con(a→b)≥min_con，則關(guān)聯(lián)規(guī)則a→b為強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中，a、b所含數(shù)據(jù)項及時間滿足三元數(shù)據(jù)項的約束。

36、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，從28個訓(xùn)練項目中選取26個，忽略其余兩個訓(xùn)練項目，以一個運動員x為例，先記錄運動員每個訓(xùn)練項目的初始值一次掃描數(shù)據(jù)記錄；

37、當(dāng)再次遇到某個訓(xùn)練項目的記錄數(shù)據(jù)時，將項目數(shù)據(jù)與對應(yīng)的初始值進(jìn)行差值計算，得到結(jié)果值dk(tj)，對應(yīng)的表達(dá)式為：

38、

39、將當(dāng)前項目數(shù)據(jù)設(shè)為初始值，繼續(xù)掃描數(shù)據(jù)記錄直至結(jié)束；

40、在計算得到各個訓(xùn)練項目的時序數(shù)據(jù)差值dk(tj)后，根據(jù)差值的范圍判斷值是上升、下降或持平，并采用相應(yīng)的符號來表示，即將運動員的訓(xùn)練數(shù)據(jù)變化表示為一系列用符號表示的字母序列，根據(jù)滑動時間窗口將字母序列轉(zhuǎn)換為事物數(shù)據(jù)集并設(shè)定時間窗口。

41、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績預(yù)測以完成賽艇模擬訓(xùn)練，包括：

42、通過多元線性回歸模型算法進(jìn)行成績預(yù)測，線性回歸方程的總體模型可采用表達(dá)式(10)表示：

43、s＝β0+β1x1+...+βmxm+e???(10)

44、其中，x表示水上預(yù)測成績，xi(i＝1，2...m)表示賽艇的各個訓(xùn)練項目數(shù)據(jù)，βi(i＝1，2...m)表示模型的參數(shù)，e表示隨機(jī)誤差。

45、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取無人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型，包括：

46、光學(xué)模型的表達(dá)式為：c＝crl×r+crt×k，其中c表示水面的綜合光照，crl表示場景中發(fā)射光線的貢獻(xiàn)值，crt表示折射光線貢獻(xiàn)顏色，r和k分別表示反射系數(shù)、折射系數(shù)且滿足r+k＝1，計算表達(dá)式為：

47、

48、其中，θr表示反射角，θt表示折射角；

49、光照計算過程中將折射光線的貢獻(xiàn)值crt作為常量，反射光線的貢獻(xiàn)值crl考慮環(huán)境廣中反射光貢獻(xiàn)和光源的反射貢獻(xiàn)值，即crl＝r(csp+cev)，其中，csp表示光源的反射光，cev天空反射光計算值；

50、結(jié)合場景中每個網(wǎng)格面片的法向量和光線入射角可計算每個網(wǎng)格面片的光照值，采用shader著色器對每個面片進(jìn)行渲染繪制，以得到真實的模擬場景。

51、第二方面，本發(fā)明還提供了一種賽艇模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：

52、第一數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取無人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型；

53、第二數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取無人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無人艇運動模型；

54、模型構(gòu)建單元，用于根據(jù)無人艇運動模型對賽艇進(jìn)行動力學(xué)仿真以確定賽艇的動力學(xué)仿真模型；

55、數(shù)據(jù)處理單元，用于獲取賽艇的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中，歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括賽艇運動員每天訓(xùn)練及測試的數(shù)據(jù)記錄、賽艇訓(xùn)練時序數(shù)據(jù)；

56、模擬訓(xùn)練單元，用于基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績預(yù)測以完成賽艇模擬訓(xùn)練。

57、第三方面，本發(fā)明還提供了一種存儲介質(zhì)，存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述賽艇模擬訓(xùn)練方法的步驟。

58、本發(fā)明提供了一種賽艇模擬訓(xùn)練方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，通過獲取無人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型，獲取無人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無人艇運動模型，根據(jù)無人艇運動模型對賽艇進(jìn)行動力學(xué)仿真以確定賽艇的動力學(xué)仿真模型，獲取賽艇的訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績預(yù)測以完成賽艇模擬訓(xùn)練，根據(jù)環(huán)境因素和賽艇自身因素設(shè)置無人艇采集光照，建立訓(xùn)練環(huán)境的光學(xué)模型，結(jié)合光學(xué)模型和無人艇運動模型來構(gòu)建實際賽艇的運動過程，可以有效提供賽艇更逼真的仿真視景，提升了實時采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行分析可以自動生成訓(xùn)練計劃和訓(xùn)練成績預(yù)測，有效避免運動員訓(xùn)練過量或訓(xùn)練不足等問題，提高訓(xùn)練水平。