基于虚拟现实的集装箱码头布局规划仿真系统研究

【摘要】：随着集装箱码头规模的扩大,港口装卸系统向大型化,高速化、自动化、信息化方向发展,以进一步提高码头生产效率和服务水平。港口集装箱码头的建设投资大、周期长,其规划和设计牵涉技术、经济、社会环境等多方面的因素,同时由于码头的船舶装卸作业具有离散、随机及动态性的特点,因此给码头布局及其设备配置的科学决策带来一定的难度。 近年来,虚拟现实技术已成为计算机科学与其它技术科学领域中研究和开发的热点,其应用也越来越广泛。本文结合《现代集装箱码头建设创新技术研究》课题中的“基于虚拟现实的集装箱码头工艺系统仿真及智能优化研究”专题,以上海外高桥五期港区工程为依托开展研究,通过对港口集装箱物流过程及集装箱码头布局规划的分析,将虚拟环境技术引入到港口规划和设计中,开发集装箱码头虚拟仿真软件CTSS(Container Terminal Simulation System),使设计者和决策者在设计期间便能了解到码头结构和投产后运行的性能和效率,实现对方案的深入的了解和分析,从而避免设计中的失误,提高设计质量,缩短码头的设计周期。 本文对国内外虚拟现实技术在码头布局规划中的研究及应用情况进行了综述,阐明了对港口布局规划方案进行仿真分析的现实意义。将虚拟现实技术、机械设计技术与码头的布局规划方法结合起来,系统分析集装箱码头布局的特点及需求,提出集装箱码头虚拟仿真软件CTSS的开发思路,并对实现的关键技术进行分析,如机械运动中的碰撞检测、人机交互对仿真过程的控制、仿真统计结果的实时输出等。 通过对集装箱码头系统进行分析,二次开发建立包括码头前沿、引桥、堆场等港口设施和岸桥、龙门起重机、集卡、船舶等机械设备的模型库,在模型库的基础上建立了整个系统的场景模型。对集装箱码头装卸生产中机械设备的工作过程进行分析,建立了运动学模型,以Vega为基础,进行二次开发实现了对布局规划方案的仿真过程的实时参数输入、结果输出等控制。 应用人机交互技术所开发的CTSS软件中为用户提供方便的输入输出及虚拟场景的浏览功能,使用者可以通过键盘方向键、菜单、快捷键等方式进行漫游,从而加深对布局方案的了解,启发设计者的思维。