基于数据可视化的无人船航向监控系统
发布时间：2020-12-18 18:59
“十三五”期间是中国海洋经济结构深度调整和发展方式加速转变的关键时期,把握好“一带一路”建设所带来的发展机会,保障海洋技术和经济的持续性繁荣是我国重要的发展契机。随着人工智能、大数据、云计算技术的不断发展,船舶自动化水平不断提高,无人船的各项技术发展进入了一个崭新的阶段。无人船监控技术作为其中的关键一环直接影响到了交通运输的效率及安全,船舶监控技术的运用满足了无人船安全航行的监控需求。本文主要研究内容以基于数据可视化的无人船航向监控系统为研究对象,充分利用小型无人船为实验平台。首先运用闭环增益成形算法对无人船航向控制模块进行理论分析与设计,随后利用可视化技术和云数据库架构平台,初步设计基于数据可视化的无人船航向监控系统实时监控无人船的航向变化。本文主要进行以下几方面的研究工作:(1)采用闭环增益成形算法对无人船的航向控制模块进行设计,并通过李雅普诺夫稳定性理论对闭环增益成形算法设计的航向控制器的鲁棒性和稳定性进行分析,证明了控制系统的L2增益鲁棒性能与控制器参数密切相关,可由此定量地求解出控制器参数的取值范围。(2)设计数据可视化的无人船航向监控系统,实现对无人船航向变化和其他航行状态...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３?ＲＤＳ实例创建图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＤＳ?ｉｎｓｔａｎｃｅ?ｃｒｅａｔｉｏｎ??
发。不仅支持场景渲染的功能，ＯＳＧ还支持各种类型的外设设备，比如：游戏手??柄、手套、方向盘等。如果需要外设配合应用程序，也支持定制化的开发需求。ＯＳＧ不??仅支持二维和三维场景展示，还可实现红绿偏移化的立体投影。ＯＳＧ拥有强大的粒子系??统、阴影、纹理材质等完好的支持应用程序逼真的显示物体。??ＯＳＧ内省ＡＰＩ??ＯＳＧ?ＡＰＩ??ｒ?■一一＿＿、ｒ１＂＂??＂?＇?＇???＂＂Ｎ??ＯＳＧ插件?）ＯＳＧ核心库?ＯＳＧ?Ｎｏｄｅｋｉｔ库??Ｉ?丄?ｊ??图２．５?ＯＳＧ核心库示意图??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＯＳＧ?ｃｏｒｅ?ｌｉｂｒａｒｙ??如图２．５所示，ＯＳＧ核心库负责提供基本场景图类，构建场景图形结点，如节点类、??状态类、绘制类、向量和数学矩阵运算以及一般的数据类。负责提供场景中数据的读写??工作，提供了一个文件工具类。ＯＳＧ中场景图管理是通过遍历场景图层次结构来完成大??部分的数据处理工作。视图管理库，可以集成各种窗体管理系统，提供ＯＳＧ和各种ＧＵＩ??的结合。因此，它是跨平台的３Ｄ管理窗口库。在ＯＳＧ的众多三方库中，应用最为广泛??的是?ＯＳＧＥａｒｔｈ、ＯＳＧＯｃｅａｎ、ＶＰＢ?等。其中?ＯＳＧＥａｒｔｈ?的功能特点同?ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ?相似，??但相比ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ仍具有不错的地形实时生成效率，因此可以胜任ＧＩＳ项目。ＯＳＧＯｃｅａｎ??作为ＯＳＧ的海洋扩展模块，可实现大面积水域的高精度仿真，只需要再其基础上进行??１４??
系架??构。对船载控制端的串口数据解析程序的实现细节进行分析，同时针对无人船航向监控??系统中的船载控制系统的总体程序实现流程进行分析，以及对可视化场景的关键技术实??现中的场景结构以及视景数据库的优化手段展开介绍，最后对可视化的无人船航向监控??系统的平台界面进行展示。其中船载控制系统端界面基于Ｊａｖａ语言开＾；，岸基控制中心??端的可视化场景界面使用ＯＳＧ开发，姿态数据界面采用的是Ｃ＋＋的ＷＰＦ技术开发。??４．１．１无人船硬件体系架构分析??无人船航向监控系统的硬件系统组成如图４．１所示，主要分为船载控制系统端和岸??基控制中心端两部分。??Ｉ?通信模块??丨——０??用户?控制中心?数传模块?Ｉ?数传模块通信模块??＾?；?■??菩?鬌—麵■?￣ＨｆＴ??＼ｉｍｍｔ?ｒ＇桃＿器?Ｉ控机?！．?Ｗ?１??电机?姿态传感器??舵机?遥控接收机??图４．１无人船硬件系统组成??Ｆｉｇ．?４．１?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈａｒｄｗａｒｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ＵＳＶ??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCA的船舶机舱辅机监控系统设计[J]. 武茂浦,张国政,卓杰,刘彩云. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]国内首个无人船产业基地在珠海落成[J]. 黄鹤林,吴志远,梁涵. 广东交通. 2019(05)
[3]国内外无人船发展现状及未来前景[J]. 曹娟,王雪松. 中国船检. 2018(05)
[4]虚拟现实技术及其广泛应用[J]. 宋利,罗莹. 科学. 2018(01)
[5]虚拟现实技术的应用研究及发展趋势[J]. 郭云鹏,张弓,韩彰秀,王卫军,侯至丞,肖洪午,王力,万江晗. 电视技术. 2017(Z3)
[6]浅谈VR虚拟现实在我国的现状及发展趋势[J]. 蔡璐璐. 现代交际. 2017(16)
[7]MFC多线程技术在串口通信中的应用[J]. 欧如月. 信息与电脑(理论版). 2017(15)
[8]中国虚拟现实(VR)产业发展现状、问题与趋势[J]. 高红波. 现代传播(中国传媒大学学报). 2017(02)
[9]一种微小型无人船控制系统设计及航向控制方法研究[J]. 张浩昱,刘涛. 计算机测量与控制. 2017(01)
[10]一种船舶远传监控系统的设计与应用研究[J]. 贺银根,田堃,刘建朔. 中国修船. 2016(01)
博士论文
[1]无人艇的非线性运动控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]船舶机舱监测与报警系统设计与应用研究[D]. 卢光松.大连海事大学 2017
[2]湿地无人船运动信息系统设计[D]. 绳丹.河北大学 2016
[3]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[4]无人艇信息网络及控制系统设计[D]. 杜婷茹.大连海事大学 2014
[5]船舶机舱监控报警系统软件设计与实现[D]. 刘传峰.武汉理工大学 2014
[6]无人试验船控制平台的设计及测试研究[D]. 钟琎.武汉理工大学 2013
[7]船舶机舱运行监控系统设计[D]. 乔震宇.重庆大学 2013
[8]无人艇体系结构研究[D]. 杨学斌.大连海事大学 2011
[9]三维航道动态监控系统应用研究[D]. 胡波.大连海事大学 2008
本文编号：2924443
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３?ＲＤＳ实例创建图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＲＤＳ?ｉｎｓｔａｎｃｅ?ｃｒｅａｔｉｏｎ??
发。不仅支持场景渲染的功能，ＯＳＧ还支持各种类型的外设设备，比如：游戏手??柄、手套、方向盘等。如果需要外设配合应用程序，也支持定制化的开发需求。ＯＳＧ不??仅支持二维和三维场景展示，还可实现红绿偏移化的立体投影。ＯＳＧ拥有强大的粒子系??统、阴影、纹理材质等完好的支持应用程序逼真的显示物体。??ＯＳＧ内省ＡＰＩ??ＯＳＧ?ＡＰＩ??ｒ?■一一＿＿、ｒ１＂＂??＂?＇?＇???＂＂Ｎ??ＯＳＧ插件?）ＯＳＧ核心库?ＯＳＧ?Ｎｏｄｅｋｉｔ库??Ｉ?丄?ｊ??图２．５?ＯＳＧ核心库示意图??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＯＳＧ?ｃｏｒｅ?ｌｉｂｒａｒｙ??如图２．５所示，ＯＳＧ核心库负责提供基本场景图类，构建场景图形结点，如节点类、??状态类、绘制类、向量和数学矩阵运算以及一般的数据类。负责提供场景中数据的读写??工作，提供了一个文件工具类。ＯＳＧ中场景图管理是通过遍历场景图层次结构来完成大??部分的数据处理工作。视图管理库，可以集成各种窗体管理系统，提供ＯＳＧ和各种ＧＵＩ??的结合。因此，它是跨平台的３Ｄ管理窗口库。在ＯＳＧ的众多三方库中，应用最为广泛??的是?ＯＳＧＥａｒｔｈ、ＯＳＧＯｃｅａｎ、ＶＰＢ?等。其中?ＯＳＧＥａｒｔｈ?的功能特点同?ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ?相似，??但相比ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ仍具有不错的地形实时生成效率，因此可以胜任ＧＩＳ项目。ＯＳＧＯｃｅａｎ??作为ＯＳＧ的海洋扩展模块，可实现大面积水域的高精度仿真，只需要再其基础上进行??１４??
系架??构。对船载控制端的串口数据解析程序的实现细节进行分析，同时针对无人船航向监控??系统中的船载控制系统的总体程序实现流程进行分析，以及对可视化场景的关键技术实??现中的场景结构以及视景数据库的优化手段展开介绍，最后对可视化的无人船航向监控??系统的平台界面进行展示。其中船载控制系统端界面基于Ｊａｖａ语言开＾；，岸基控制中心??端的可视化场景界面使用ＯＳＧ开发，姿态数据界面采用的是Ｃ＋＋的ＷＰＦ技术开发。??４．１．１无人船硬件体系架构分析??无人船航向监控系统的硬件系统组成如图４．１所示，主要分为船载控制系统端和岸??基控制中心端两部分。??Ｉ?通信模块??丨——０??用户?控制中心?数传模块?Ｉ?数传模块通信模块??＾?；?■??菩?鬌—麵■?￣ＨｆＴ??＼ｉｍｍｔ?ｒ＇桃＿器?Ｉ控机?！．?Ｗ?１??电机?姿态传感器??舵机?遥控接收机??图４．１无人船硬件系统组成??Ｆｉｇ．?４．１?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈａｒｄｗａｒｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ＵＳＶ??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCA的船舶机舱辅机监控系统设计[J]. 武茂浦,张国政,卓杰,刘彩云. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]国内首个无人船产业基地在珠海落成[J]. 黄鹤林,吴志远,梁涵. 广东交通. 2019(05)
[3]国内外无人船发展现状及未来前景[J]. 曹娟,王雪松. 中国船检. 2018(05)
[4]虚拟现实技术及其广泛应用[J]. 宋利,罗莹. 科学. 2018(01)
[5]虚拟现实技术的应用研究及发展趋势[J]. 郭云鹏,张弓,韩彰秀,王卫军,侯至丞,肖洪午,王力,万江晗. 电视技术. 2017(Z3)
[6]浅谈VR虚拟现实在我国的现状及发展趋势[J]. 蔡璐璐. 现代交际. 2017(16)
[7]MFC多线程技术在串口通信中的应用[J]. 欧如月. 信息与电脑(理论版). 2017(15)
[8]中国虚拟现实(VR)产业发展现状、问题与趋势[J]. 高红波. 现代传播(中国传媒大学学报). 2017(02)
[9]一种微小型无人船控制系统设计及航向控制方法研究[J]. 张浩昱,刘涛. 计算机测量与控制. 2017(01)
[10]一种船舶远传监控系统的设计与应用研究[J]. 贺银根,田堃,刘建朔. 中国修船. 2016(01)
博士论文
[1]无人艇的非线性运动控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]船舶机舱监测与报警系统设计与应用研究[D]. 卢光松.大连海事大学 2017
[2]湿地无人船运动信息系统设计[D]. 绳丹.河北大学 2016
[3]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[4]无人艇信息网络及控制系统设计[D]. 杜婷茹.大连海事大学 2014
[5]船舶机舱监控报警系统软件设计与实现[D]. 刘传峰.武汉理工大学 2014
[6]无人试验船控制平台的设计及测试研究[D]. 钟琎.武汉理工大学 2013
[7]船舶机舱运行监控系统设计[D]. 乔震宇.重庆大学 2013
[8]无人艇体系结构研究[D]. 杨学斌.大连海事大学 2011
[9]三维航道动态监控系统应用研究[D]. 胡波.大连海事大学 2008
本文编号：2924443
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