李聚保,席小洋,陳新恩

(廣州航海學(xué)院, 廣州 510725)

新的航運規(guī)范等市場環(huán)境逼迫著船舶實際運營者必須利用新技術(shù)才能實現(xiàn)細化管理、精度管理，才能在激烈的競爭中生存。

1 VR技術(shù)的優(yōu)勢

船舶行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展需要快速吸收其他高新技術(shù)。在民用生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，VR(Virtual Reality)虛擬現(xiàn)實技術(shù)緊密結(jié)合各自行業(yè)的需求，不斷推陳出新，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，極大地促進了行業(yè)的發(fā)展。VR是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬仿真世界的計算機交互式系統(tǒng)，VR系統(tǒng)需要融合多源信息、采用高速計算機軟硬件和先進的傳感器技術(shù)，并生成交互式三維動態(tài)視景和實體行為。VR帶來全新的、真實的參與感，用戶可以全身心投入，借助聽覺、嗅覺、觸覺、視覺等感官獲得更加真實的、身臨其境的體驗。

現(xiàn)代的船舶監(jiān)控系統(tǒng)早就擺脫了傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制技術(shù)，也不再實行簡單的微機控制或PLC控制，而更趨于網(wǎng)絡(luò)化、智能化。高速控制決策單元、FCS高速現(xiàn)場總線、智能化儀器儀表等極大地提高了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平和響應(yīng)速度。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋全球，目前已經(jīng)在國內(nèi)各個行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，其突出用途是利用超遠距離通信能力建立數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的壓縮傳輸，能滿足大部分遠程監(jiān)控系統(tǒng)的要求。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在我國的海洋漁業(yè)監(jiān)控等部分領(lǐng)域已經(jīng)有實際的產(chǎn)品應(yīng)用。船舶由于遠離陸地，采用基站、無線電臺、無線網(wǎng)橋等常規(guī)的數(shù)據(jù)采集傳輸方式肯定無法滿足要求, 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)沒有盲區(qū)、不易丟失目標(biāo)，對其進行一些深入開發(fā)能夠滿足船舶監(jiān)控的需要。為了發(fā)展現(xiàn)代綜合交通運輸，我國采用了多種措施，通過制定專項發(fā)展規(guī)劃、提供專項發(fā)展資金等手段促進北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在航運領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。將海上安全監(jiān)管平臺跟北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)相結(jié)合，充分發(fā)揮海事共享數(shù)據(jù)庫的功能，提高海事管理的智能性，豐富拓展其功能。

2 基于VR的船舶監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)用C#程序設(shè)計語言、借助Microsoft Visual Studio 2018集成開發(fā)環(huán)境、結(jié)合第三方提供的豐富的虛擬儀表控件進行工控開發(fā)，可以創(chuàng)建SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲存、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)顯示、VR場景展示等自動化控制功能。

2.1 船舶監(jiān)控系統(tǒng)的VR應(yīng)用

很多船舶領(lǐng)域的VR產(chǎn)品都使用MultiGen Creator來建模，如大連海事大學(xué)的新型輪機模擬器、某軍用登陸艇模擬器等。在VR應(yīng)用領(lǐng)域中，Creator是最為常用的三維建模軟件。對低精度要求的模型如普通的虛擬現(xiàn)實模型場景構(gòu)建，Creator能實現(xiàn)快速建模；對復(fù)雜高精細模型的創(chuàng)建如復(fù)雜零構(gòu)件、復(fù)雜人物模型，Creator也優(yōu)于其他建模軟件，能很精確展示局部細膩的外觀細節(jié)和連貫的動作細節(jié)。

作為開源的高速渲染引擎，OSG (Open Scene Graph)具有各種高級渲染特性：能夠提供眾多提升系統(tǒng)性能的算法；進行三維世界的管理；支持各種開發(fā)平臺；提供豐富的控制接口。OSG已經(jīng)在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。采用OSG技術(shù)進行深度二次開發(fā)能夠驅(qū)動顯示船用設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的場景，并完成場景的存儲。OSG對船舶內(nèi)的各種設(shè)備3D模型進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的組織管理，利用數(shù)據(jù)樹狀形態(tài)把各個場景和它的屬性鏈接起來。OSG還可以實現(xiàn)更好的場景管理，實時高速動態(tài)地進行集合體更新、揀選、排序、高效率渲染繪制。對于碰撞問題處理，OSG則采用最近線段探測的碰撞檢測算法，避免多個物體之間發(fā)生接觸、穿透。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，VR場景展示模塊需要底層調(diào)用OSG技術(shù)展示設(shè)備3D模型，再借助專用的VR外接式頭顯設(shè)備、感應(yīng)設(shè)備，方便操作人員進行船舶內(nèi)主要場所的交互式漫游、設(shè)備操作管理。

2.2 船舶監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集

實際運營船舶上安裝有船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其通?；贔CS技術(shù)的管理系統(tǒng)，能實時收集機艙各種信息。監(jiān)控系統(tǒng)通過OPC、CAN、PROFIBUS、TCP/IP、MODBUS 、RS232/485等通信方式實現(xiàn)對傳感器、執(zhí)行器、各個設(shè)備的軟硬件集成，進而監(jiān)控主機、發(fā)電機等各種機械設(shè)備的參數(shù)測量、監(jiān)測報警、遠程控制、安全保護、數(shù)據(jù)記錄等功能。機艙監(jiān)控系統(tǒng)的總線系統(tǒng)，分為幾個模塊，包括機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)、主機遙控系統(tǒng)、自動化電站系統(tǒng)、各個輔機控制系統(tǒng)。例如柴油機船舶可以觀察柴油機基本參數(shù)，將本地報警和遠程報警相結(jié)合，對油液消耗量和存儲量進行實時監(jiān)測，實時觀察油耗，反饋機器故障，提醒油量低位報警。電力推進船舶可以監(jiān)測電動機和電池電量，預(yù)測航程，進入省電模式，提醒充電。

船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)還可以通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸給陸地的監(jiān)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)中實時顯示船舶的運營數(shù)據(jù)，方便進行常規(guī)的管理，也可為監(jiān)控系統(tǒng)VR模塊的模型提供狀態(tài)顯示參數(shù)。

3 VR應(yīng)用船舶監(jiān)控系統(tǒng)的特點

在應(yīng)用VR技術(shù)之前，船舶監(jiān)控系統(tǒng)只能依靠拍攝的圖片、記錄的文字、建造時的CAD圖紙去了解船舶內(nèi)部場景和設(shè)備信息，信息查找麻煩、記錄跟實際不符。應(yīng)用VR技術(shù)，不僅可以讓用戶全方位地觀看船舶內(nèi)部和設(shè)備機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還有各種語音視頻提示和數(shù)字文檔，用戶能夠快捷地找到船舶內(nèi)各種艙室、各種設(shè)備的物理分布位置，有利于設(shè)備檢修保養(yǎng)、故障判斷檢修、備件管理、岸上提供技術(shù)支持。VR技術(shù)也方便用戶在短時間內(nèi)了解船舶設(shè)備，減少使用故障，提高管理效率。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)不僅能壓縮傳輸實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，還可以集成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為船舶提供導(dǎo)航、自動駕駛、緊急救援等常規(guī)服務(wù)，并提供衛(wèi)星電話、海況、航海通告、港口信息等多功能信息服務(wù)。

VR技術(shù)還可以應(yīng)用于對船舶操作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，方便船員提前熟悉船舶和設(shè)備，做好接班準(zhǔn)備，減少船務(wù)公司的用人成本，有利于船舶的運營管理。

4 結(jié)語

新型船岸一體化VR現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)具有遠程實時監(jiān)測監(jiān)控船舶設(shè)備的功能。采用VR新技術(shù)，克服了常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)只有數(shù)據(jù)參數(shù)顯示的缺點，也克服了遠程CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸數(shù)量大、延時嚴(yán)重等缺點。采用最新的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速超遠距離傳輸壓縮后監(jiān)控信息，提高了實時性、準(zhǔn)確性，有利于船舶遠洋安全航行和船舶防污染管理監(jiān)控，為海洋環(huán)境保駕護航。