轮机模拟器中的综合仿真平台技术研究

【摘要】： 系统仿真技术涉及计算机及网络通信技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、 信息处理、自动控制等多个高新技术领域。随着这些领域不断取得新的进展，系统 仿真技术日益向纵深发展，应用领域也迅速扩大。与此同时，关注有关技术领域的 新进展和趋势，以增强仿真系统性能、提高开发效率为目标，将有关成熟的技术应 用于仿真系统的开发，并形成具有较强通用性的系统开发技术，具有很强的应用性， 得到了广泛的重视。事实上，以各领域新技术的相互交叉、渗透和融合为特征的综 合仿真平台技术，已成为当前系统仿真技术的主导发展方向之一。 “轮机模拟器”（Marine Engine Room Simulator）是航海教育界对船舶机舱仿 真培训系统的通称。它是一种用于培训船舶机舱管理级、操作级船员的现代化航海 教育和培训设施。我院成功研制的“SMSC-2000轮机模拟器”，于1999年4月通过 了交通部验收，1999年12月又通过了科技成果鉴定，其教学实践功能完全达到了 国际海事组织颁布的STCW78/95公约要求以及国家海事局颁布的海船船员适任证书 考试和评估大纲的要求，其开发技术及成果达到了九十年代中期国际先进水平。 科技进步毫无停顿，落后即意味着淘汰。从目前的技术发展来看，最初的 SMSC-2000轮机模拟器开发技术已有一些不足之处，一部分需要更新，部分系统功 能也需要改进和完善。本文的研究工作正是在这一背景下进行的，其主要目的是根 据综合仿真平台技术发展的新特点和趋势，探索并实现有关仿真系统开发的新方 法，使轮机模拟器系统开发技术更趋完善。本文的主要内容如下。 第一章概要介绍了轮机模拟器技术的发展以及SMSC-2000轮机模拟器，总结了 SMSC-2000轮机模拟器开发技术的发展方向，并引出本文的各项具体研究工作。 第二章介绍了综合仿真平台发展的特征及发展状况，并且就如何在轮机模拟器 系统开发中应用综合仿真平台技术提出主要的技术观点。 第三章着重研究了综合仿真平台中的网络实时通信问题。根据轮机模拟器的扩 展培训功能要求，我们提出了一种基于Windows Sockets的全向式实时数据通信方 法，成功解决了教员台、培训工作站和仿真工作站之间任意方向的数据通信问题。 这项工作填补了以往SMSC-2000轮机模拟器在培训工作站联网培训方面的空白，并 已成功应用于多个轮机模拟器船舶自动电站系统。 第四章主要研究了专用组件控件的开发方法。将专用组件制成ActiveX控件， 可以显著地增强系统开发的灵活性和开放性，它是综合仿真平台中不可缺少的部 分。本章中我们探索了ActiveX控件的开发方法；为了进一步增强扩展培训实时通 信模块的功能，便于后续开发和使用，本章进一步对该通信模块进行了封装，制成 轮机模拟器中的综合仿真平台技术研究 了实时通信控件：针对轮机模拟器各分系统在参数记录和曲线显示方面的共同要 求，本章中我们还开发了专用的实时参数记录与动态趋势显示控件。 第五章专门分析与数据库有关的问题。数据库技术是实现各类大型仿真系统的 关键之一。针对SMSC－2000轮机模拟器的特点，本章中找们提出了一个实时数据库 与商用数据库相结合的数据库管理方案，以实现轮机模拟器系统中的动态数据和静 态数据的综合管理。实时数据库技术及其应用方面的问题也将在本章中介绍。 第六章概要介绍了近年来十分引人注目的虚拟现实技术，并探讨了它在轮机模 拟器系统中的应用问题。作为第一步，本章中对三维仿真界面的开发问题作了尝试 性的研究。 总之，把各项先进的仿真技术、计算机及网络技术、自动控制技术等应用于 SMSC－2000轮机模拟器的开发，既开发出符合公约要求、技术先进、又能满足用户 特殊要求的仿真系统产品，同时又逐步建立一个综合各项新技术的轮机模拟器综合 仿真平台，既是我院仿真技术研究所的主体工作目标，也是作者在就读硕士研究生 阶段的主要研究课题。应予说明的是，由于时间所限，以及技术方面的原因，本文 的一部分研究结果己成功应用：另一部分研究结果从技术原理上看己经成熟，但应 用尚需时间：还有一部分，则更多地仍停留在技术原理的探索上。在综合仿真平台 技术的研究及应用方面，还有大量的课题值得研究。