基于数据仿真技术实现航海仪器设备的综合应用研究

Engineering工程

hinaCPlant

基于数据仿真技术

实现航海仪器设备的综合应用研究

朱建和，王峰

（湖北交通职业技术学院航海学院，湖北 武汉 430060）

摘要：为进一步促进航海技术的发展与提升航海工作人员的能力，本文从研究基于数据仿真技术实现航海仪器设备综合应用的角度出发，对航海仪器设备的仿真应用研究现状做了简要描述，研究了对数据仿真技术以及航海仪器设备数据仿真系统的系统架构、功能设计部分，对大数据获取、大数据相关技术在航海仪器设备数据仿真系统中的应用进行分析，并提出大数据传输在该系统中的应用前景。

关键词：数据仿真系统；航海仪器设备；大数据

中图分类号：V249.32   文献标识码：A   文章编号：1671-0711（2020）05（上）-0191-02

随着航海事业的发展以及国际形势的变化，航海技术与航海人员的能力已经成为国家经济发展与国家形象的重要的组成部分。与此同时，也对海上航行的安全性、高效性与可靠性提出了更高的要求，因此，航海仪器设备的运行状态以及航海工作人员的素质与能力成为影响航海工作的重要影响因素。而航海仪器设备的数据仿真系统的综合应用既能够完成对航海仪器设备正常运行状态的监测，也能够协助航海工作人员完成相关工作，并在一定程度上对人员进行有效培训。

题等科学问题与真实的系统模型。数据仿真技术的实现涉及系统工程、控制理论与工程、计算机工程等多个学科领域，是研究大型复杂系统常用的技术手段与分析方法。主要对实验过程中由于真机系统的实验成本较高或者实验难度较大等真机系统难以完成的运算、分析等实验过程。

近年来，随着计算机技术与智能算法的进步与发展，应用系统的复杂程度也越来越高，数据仿真技术在复杂系统的模型构建、计算以及参数设置与检验等设计、制造环节应用程度也越来越广泛。常用于系统的设计规划、运行控制、智能评估与反馈等仿真应用，即通过系统的运行特点构建相应的物理模型与数学模型，利用智能算法与计算机技术对模型进行模拟运算、实证检验与修正，使仿真的运算结果的精确度更高。

数据仿真过程主要包括模型建立阶段、模型实现阶段以及模型的修正与完善三个阶段。模型的建立阶段指的是通过对系统进行分析与界定、根据研究目的研究模型参数与系统要素之间的对应关系与其相互连接的逻辑关系，建立被仿真系统数学逻辑模型。模型的实现阶段指的是根据建立的数学逻辑模型，收集相关数据、设计相关算法与程序语言、对模型进行运算。最后，则是对仿真系统进行实证检验，对模型分析、评价、修正与完善。

1 航海仪器设备仿真应用研究现状

基于仿真技术的航海仪器设备主要应用在对船员的教育与培训过程中。近年来，随着我国综合国力不断增强，航海设备类型也在不断丰富，因此，为了使航海人员能够迅速适应航海设备的发展状况，在航海教学过程中，相关培训机构已经将仿真技术运用到教学过程的各个环节中。

在3D虚拟仿真技术在航海人员专业操纵模拟实训过程中应用广泛，教师通过利用3D虚拟仿真技术能够直观的展现航海仪器设备的复杂结构并对航海设备的操作流程进行演示，以增加学生学习过程中的趣味性与积极性，并从一定程度上提升培训的安全性，降低了教学成本，有助于解决实体航海设备供小于求的问题，实现教学资源的均衡分配，并可以使学员能够突破时空限制进行练习。

3D虚拟仿真技术在航海仪器设备操纵模拟训练中应用的研究思路是由航海仪器设备指向航海模拟器，但基于数据仿真技术的航海仪器设备应用的研究思路，是通过利用航海模拟器中的数据仿真结果实现对航海仪器设备的操控。

数据仿真技术指的是通过利用计算机技术，采用数值计算与图像显示等方法，来研究工程问题、物理问

2 基于数据仿真的航海仪器设备综合应用系统

研究

2.1 基于数据仿真的航海仪器设备综合应用系统总体架构

航海仪器设备数据仿真系统主要由航海模拟器、数据处理层、数据管理层、数据传输模块、应用层以及航海真机接收等仪器设备组成。其中，航海模拟器的主

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Research and Exploration 研究与探索·工程技术与创新

要功能是提供航海仪器设备所需要的方向、速度、地理位置等基本数据；数据处理层的主要功能是对航海模拟器采集的基础数据进行清洗、分析与运算，并传输至数据管理层；数据管理层是将处理好的数据进行储存与管理；数据传输模块则是负责将管理层中的数据传输到应用层中，在应用层中，对数据进行分类并与航海真机仪器设备进行对号入座，以备使用。

2.2 基于数据仿真的航海仪器设备综合应用系统功能设计

在船舶航行方面，航海仪器设备数据仿真系统的功能主要包括基本信息显示与查询，运行状态的实时监控，信息发布。其中，基本信息显示指的是对海上航行的情况进行动态显示与更新，显示的信息包括包括海上位置、船舶速度与方向及其他相关属性、运行位置周围的环境情况与交通态势。查询功能指的是通过对局域网内共享的信息进行搜索，以调用船舶信息、天气信息、路径规划信息等资料。运行状态的实时监控功能则是通过对船舶行进过程中的相关数据进行实时采集与分析，对运行状况作出判断，以对可能出现的突发情况作出有效的及时响应。信息发布功能主要是对紧急情况、应急信息与预案进行发布，以便于船员能够及时处理好意外情况，避免不必要的损失与伤亡。

在对船员进行培训方面，航海仪器设备数据仿真系统的主要功能包括对船员的交通组织能力、信息发布能力、助航服务能力、应急处理能力以及沟通协调能力进行培训。交通组织能力要求指挥人员能够对航行过程中的船舶级别、空间分配等交通态势进行分析，对船舶运行路径、速度进行组织管理，来调节海面船舶密度与流量。信息发布能力要求操作人员能够将航运过程中的天气、船舶位置、水域状况等有效信息进行筛选，并通过广播等方式及时发布，确保信息传递的及时性、可靠性与准确性。助航服务能力则是要求工作人员能够在船舶航行遇到困难的情况下，利用专业知识对当前故障、恶劣天气、陌生环境等困难情景进行分析，帮助船长与引航员进行决策。应急处理能力则是要求工作人员能够对各项突发事故快速、准确、冷静地进行应急处理。

3 大数据在航海仪器设备数据仿真系统中的应用

3.1 数据获取

大规模数据是航海仪器设备数据仿真系统进行分析与运算的基础。航海之前，通过对航海日志中的有效信息进行清洗、筛选与分析识别，以最低航行成本，最高经济价值为目标，风险系数最低为约束条件，来构建数据仿真模型，来对航行情况进行预测，以便于调整、制定合适的航行计划，确保航行的安全性与可靠性。在航行过程中，通过传感器等智能采集技术对航行过程中的航行速度、方向、机器性能指标等基本数据进行动态

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监控与获取，利用物联网等技术将数据传输到仿真系统中，进行相关分析与判断，确保还航行过程中仪器设备能够维持在正常的使用状态。3.2 技术应用

大数据技术的再航海仪器设备数据仿真系统中的应用主要体现在两个方面。一方面，是对数据进行采集与挖掘，另一方面，则是从大数据的角度提供处理数据的方式与方法。航海仪器设备结构复杂，涉及机械、电气、自动化等多个学科的理论与技术的研究成果，并且由于使用环境的特殊性，航海仪器设备在使用的过程中易出现损坏等问题，因此，在特殊的使用环境下，面对复杂的系统的机构，采取何种方式的技术对仪器设备的状态数据进行科学、准确、快速的采集是大数据在航海仪器设备数据仿真系统得以应用的基础，也是确保航海仪器设备能够安全可靠运行的必要条件。除了用传感器进行大规模数据获取之外，通过数据挖掘技术对船舶制造过程中的原始制造数据进行挖掘与分析，也可以为实际航行过程中航海仪器设备的数据仿真分析提供可借鉴的参考依据。航海仪器设备种类丰富，数据仿真系统中对象众多，涵盖范围广，数据种类多，离散程度相对较大，因此，借鉴大数据清洗、处理数据的方式方法，对快速高效获取有效数据，进行分析与判断，提升航海工作的精准洞察与高效决策能力具有重要意义。3.3 未来发展前景方向

航海模拟器与航海真机仪器设备之间的数据传输是航海仪器设备数据仿真系统中至关重要的环节，它是决定系统运行效率、影响系统仿真结果准确性的关键环节。但由于海洋通讯较为困难，数据传输的主要工作仍然靠无线电来完成，因此，加强航海模拟器与航海真机仪器设备之间大数据传输的能力将是航海仪器设备数据仿真系统的重要发展方向。

4 结语

航海技术的发展是支持我国经济发展以及军事发展的重要的组成部分，通过研究航海仪器设备的数据仿真系统，并结合传感器、物联网、大数据挖掘与分析等先进智能技术与算法，将进一步促进航海教育事业的发展，提高航海事业工作人员的能力与素质，确保航海工作的安全性与先进性，促进我国航海技术的发展。参考文献：

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