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船舶远程操纵仿真系统的研究1 沈智鹏, 郭 晨，石林龙 大连海事大学自动化与电气工程学院，辽宁大连 （116026 ） E-mail ：s_z_p@263.net, guoc@ 摘 要： 模拟实船驾控台研制生成驾控台硬件系统，按实船遥控要求开发船舶航向与主机 控制参数监控软件系统；为使岸站以及指挥船能实时观测遥控船运动情况，设计远程视频监 控系统。最终实现一套船舶遥控驾驶操纵仿真系统，对仿真系统的结构及其所采用的关键技 术进行分析，并介绍各子系统的相关原理及功能。 关键词：船舶远程控制；船舶航向与主机；分布式仿真 中图分类号：TP391.9 1. 引 言 从 20 世纪 80 年代初开始国内就有研究人员从事图形图像处理和可视化方面的研究工 作，并取得了一批虚拟现实研究和分布式仿真成果[1,2] 。进入90 年代美国国防建模与仿真办 [11,12]等一系 公室（DMSO ）先后制定并颁布分布交互仿真（DIS ）、高层体系结构（HLA ） 列规范和标准,掀起了分布式仿真系统研究和开发的热潮。但是这些研究大都是针对分布在 广域空间中复杂军事对抗系统的仿真，所制定的规范和标准对于非军事领域的仿真实现显得 过于复杂，难以适用。而在复杂过程系统仿真方面，如船舶运动控制系统仿真，对设计和构 造分布式结构的仿真支撑环境的研究还很少，成熟的商用产品还没有出现，因此在这方面尚 有许多理论和技术问题需要研究和探讨。本文以大型船舶海上远程遥控操纵驾驶为背景开展 研究，按实船遥控要求完成了船舶航向与主机控制参数监控系统的设计，模拟实船驾控台设 计研制生成了驾控台硬件系统，并在此基础上设计编制出驾控台上位机软件。为使岸站以及 指挥船能实时观测遥控船运动情况，设计了远程视频监控系统，可实现船舶运动与主动力装 置主要参数的远程观测，还可以通过远程视频图像观察机舱以及驾驶室的实际情况。论文设 计并实现了船舶遥控驾驶操纵仿真系统，对系统结构和所采用的关键技术作了分析与介绍， 对各子系统的功能作了相应的说明，可以基于该平台进行对船舶遥控系统方面的研究，如船 舶避碰操纵，船舶航迹控制等。 2. 仿真系统原理及总体结构 本文设计的船舶仿真系统设有不同的工作模式，由于受到技术的局限性，船舶的自动航 行在狭水道以及船舶密集区还存在一些困难，所以这部分需要人工操纵；当船舶航行至大洋 时，进行远程遥控，所以需要在原有系统上增加远程遥控功能。本系统在车钟部分加上步进 电机驱动系统以控制车钟的位置，从而控制船舶的航速；在舵机部分加上自动舵控制系统来 控制船舶航向。同时还可以通过视频监控系统将船上重要部位如机舱以及驾驶室等重要部位 发生的情况，实时地发送给远程指挥控制中心。 本仿真系统如图 1 所示，主要由远程指挥控制仿真系统，船舶航向与主机主要控制参数 监控系统，驾驶室视频监控系统，船舶运动虚拟现实仿真场景，操舵仪（自动舵）系统，船 舶柴油主机三维运动模型，集控室主机遥控系统及驾控台主机遥控单元，及系统调度服务器 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助（20040151007 ）。 - 1 - 七台主机构成，其功能结构如图 2 所示。除驾驶室视频监控系统外，其他分布在各台主机上 的仿真对象采用基于 DCOM 的群组通信模型，通过网络来进行信息交换，每个仿真对象通 过获取其他对象的信息来计算对本对象的影响，并将本对象的状态通过网络发送给相关的对 象，各个仿真对象通过相互通信实现仿真数据和视景的协调。驾驶室视频监控系统与远程指 挥控制仿真系统之间采用 IP 组播技术进行视频数据传输。 图 1 船舶遥控驾驶操纵仿真系统 图2 船舶遥控驾驶操纵仿真系统功能结构图 3. 仿真系统采用的关键技术 3.1 分布式仿真 本仿真系统含有船舶运动和