特定桥区和闸区通航方案的模拟试验研究

【摘要】： 航海仿真技术是系统仿真技术与航海技术相结合的产物，是现代仿真技术的一个重要分支。船舶操纵模拟器的研制开发就是航海仿真技术的具体应用。它是采用计算机技术、多媒体技术和网络技术，结合类似于实际船舶驾驶台内的操作面板，来模拟船舶在一定的环境下操纵运动情况，船员在进行这种操作时，能获得类似于实船操纵的经历。 航行安全一直是人们关注的最重要的问题，水上工程的建设将改变工程所处水域的通航环境，使该航段通航环境更加复杂，使船舶操纵和避让都增加一定的难度，因此有必要对船舶在水上工程水域的航行方法进行方案研究论证，以保证船舶的安全航行。在通常情况下，方案的设计是依据己有的各种规范及设计者和航海者的经验判断来决定的，这种方法对于各种环境因素的影响评价，特别是各种环境因素综合在一起时船舶操纵的合理性、安全性很难做出评价，而且风、流本身就是随时间变化的因素，不可能每一种情况都用实船来进行试验，这样所耗费的人力、物力、财力都是非常大的。因此利用新技术如船舶操纵模拟器来进行通航方案的模拟试验研究成为一种新的发展趋势。运用船舶操纵模拟器来进行船舶通航的模拟试验，分析工程水域的航道特征、水文特征、典型环境条件，在模拟器中来模拟船舶在这些环境条件下的航行状况，在不同的环境因素组合下反复试验拟订的通航方案，这样即可以修改设计方案不合理的地方、预估船舶航行风险，还可以优化方案的设计、提出一些保障安全的对策。所以船舶操纵模拟器在通航方案论证上有着广泛的应用。 本文在纵览船舶操纵模拟器的发展历程、主要用途及其目前国内外船舶操纵模拟器在港航设计论证领域应用状况的基础上，结合笔者参加的“中山市35号路长江大桥通航环境安全评估报告”和“红水河桥巩水电站工程通航安全技术论证”这两个具体通航方案论证项目中模拟试验研究环节，叙述了运用船舶操纵模拟器进行通航方案论证模拟试验的整个具体流程，用具体实例证明了运用船舶操纵模拟器进行通航方案论证的巨大优势；在此基础上，探讨了运用船舶操纵模拟器进行通航方案论证模拟试验的具体步骤与方法。其中重点研究了有关电子海图制作的内容，包括电子海图数据的采集方法，着重分析了电子海图数据采集过程中涉及到的坐标转换，即大地坐标、平面坐标和屏幕坐标相互转换的原理。针对整个屏幕显示区域由多幅海图组成的情况下，重画海图会比较费时间的问题，提出了笔者研究的快速拼图的两个方法，即针对读海图文件的缓冲技术和画海图时的内存位图技术。视景系统是船舶操纵模拟器的重要组成部分，影响着航海仿真系统的整体逼真度和模拟试验结果的真实性，因此本文比较完整的归纳总结出了航海仿真系统中常用三维物体模型建立方法。本文所探讨的方法在特定桥区／闸区通航方案模拟试验研究领域具有代表性，可为其它领域的通航方案模拟试验研究提供借鉴和参考。