通过触觉编码和声音为视力障碍者提供远程虚拟陪伴

目的现有的人工视觉装置分为植入式装置和体外辅助装置两种,但它们都有一些不足之处。植入式装置需要手术植入、会造成不可恢复创伤;体外辅助装置指令相对简单、应用场景较为单一、过于依赖人工智能(AI)的判断不能提供足够的安全性。本文提出了一种将周边环境信息转化成头颈部触觉指令、并辅助以语音交互的系统,其有效性、安全性、信息量等均优于现有体外辅助技术,同时也具有低成本、低风险、适合多种生活和工作场景等优势。方法该系统借助最新的远程无线网络通讯技术、芯片技术,利用前方人员随身佩戴的微小型电子设备、摄像头和感应器,以及云端庞大的数据库和计算能力,后台人员可以实时、充分地远程(比如跨越城市)了解前方的现场景象、环境参数和人员状态等信息,通过对比云端数据库和内存数据库、AI辅助识别和人工综合分析,快速获得最合理的行动方案,并将行动指令及时传给前方人员,实现盲人导航功能。同时,也用语音互动对话提供人文关怀、情感寄托。结果本文首次提出了“远程虚拟陪伴概念”,并演示了相应的硬件和软件以及多种生活场景下的测试效果。除了可以实现基础的导航功能,比如帮助视觉障碍人群完成在超市购物、咖啡厅寻座、街道行走,以及完成更加复杂的拼图、日常娱乐打牌功能,还可以满足骑行等速度相对快的移动指令要求。结论实验结果表明,这种“远程虚拟陪伴”装置适用大量场景和需求,不仅可以用于视觉障碍人群出行、购物、娱乐,也可用于陪伴老人出行、辅助野外探险或旅行等,具有广泛的发展和应用前景。

基于船舶-流场耦合作用的内河航段船舶航行虚拟辅助驾引

[目的]为进一步提高船舶航行的安全性,对船舶辅助驾驶决策相关内容开展研究。[方法]针对选取的两段内河典型航段,基于实时数字航道流场信息,考虑航行规则约束,模拟船舶-流场耦合作用下的复杂流场航段虚拟辅助驾引。模拟南京和东流航段的虚拟辅助驾引,给出相应的安全驾驶方案,在航行过程中对船舶速度、位置和航向等信息进行实时追踪。[结果]仿真结果表明,基于Fluent二次开发的船舶-流场耦合作用的算法可有效解决船舶多自由度运动耦合和船舶-流场多物理场耦合的解耦问题;遇见弯道或分汊时,操小舵角长距离航行可以在避免降速和较大横移的同时实现船舶的安全航行。[结论]该算法可以有效对接数字航道流场信息,开展复杂流场环境下内河航段船舶航行的过程模拟,结果可为内河航段船舶智能航行决策提供数据支撑。

多功能航标设计及应用

目前传统航标通过视觉、无线电和音响等方式为通航船舶进行服务,但随着长江口水域通航环境不断变化,通航船舶对航行助航信息的获取需求愈加迫切,现有航标功能已无法完全满足船舶对航海保障服务的需求。为实现长江口通航船舶获取更为丰富和有效的助航信息,通过对现有视觉航标进行改造,在现有航标基础上搭载水文、气象、船舶自动识别系统(AIS)等采集和传输模块,形成多功能航标,实现水文、气象等信息实时采集,以电子围栏技术将各类助航和预警信息直接播发至船台显示,为长江口水域船舶驾引人员提供更为丰富的数字化安全保障信息,从而减少水上各类船舶事故的发生。

基于大数据分析的AIS虚拟航标布设技术

为了进一步改善长江下游重点航段的航标布设方案和航路航法,完善通航环境,探索一种基于大数据分析辅助船舶自动识别系统(AIS)虚拟航标布设优化的方法,并以密集港区临港侧航道、深水复合航道和主航道到港口“最后一公里”航道为例进行应用分析。结果表明,基于电子航道图,针对船舶交通流的船舶轨迹回放、碰撞危险度分析、船舶轨迹线分析、航道门线分析和船舶航标间距分析等方法能够以可视化的手段有效地找到航标布设方案的薄弱位置,为AIS虚拟航标的增设优化提供有力的数据支撑。

山区航道虚拟航标基站布设间距研究

针对山区航道中布设虚拟航标基站缺乏指导方法的问题,从基站AIS信号覆盖的角度推导基站布设间距模型。首先,通过实地实验采集山区航道AIS信号场强,发现Egli模型总体上高估了山区航道中AIS信号衰减的速度,山体遮挡会造成AIS信号场强快速下降。然后,基于实验数据,采用曲线拟合误差的方法修正Egli模型的参数,得到适合于山区航道的AIS信号场强评估的修订模型。修订模型对AIS信号场强的评估精度提高到94%以上,较Egli模型提高了55%以上。最后,基于修订模型,以-107 d B·m作为基站信号覆盖范围边界,推导山区航道的虚拟航标基站布设间距模型。该模型能保证船舶接收到基站信号的可靠性高于80%。

面向虚拟装配操作的交互辅助技术

针对虚拟装配系统中装配操作精度和效率低的问题,文中提出了基于约束元素包围盒的装配意图捕捉方法,根据约束元素的特征参数和配合类型,将位姿变换分解为点到线上、点到面上和直线平行3种位姿变换情况,提出基于位姿变换元素分解的约束精确定位求解算法,并通过对零件自由度的求解和目标约束方向上的运动分量映射,实现了零件的装配运动引导.最后通过一个典型装配结构的实例,给出了装配操作的交互辅助流程,验证了算法的有效性.该算法已应用到面向航天产品的桌面虚拟装配系统中.

内河航道助航信息可视化模型及其构建方法

针对内河航行规则、航道通告、航道尺度及锚地、停泊区、横驶区等重要区域位置描述等助航信息非结构化、阅读不直观等问题,提出了一种全开放式的内河航道助航信息可视化模式。以长江航道为例,结合长江电子航道图,开展内河航道助航信息可视化模型的应用研究。通过参考电子航道图制作的相关标准规范,对比各类航道信息矢量化方法技术特点、应用场景及实施效果,总结归纳了标准符号库、地理围栏和虚拟航标三种模型的优缺点,解决了不同类型助航信息的图示表达问题。研究证明,该模式灵活、开放,适用于多种业务场景,可为助航信息及其他航道信息图示表达机制的升级完善提供参考。

载人潜水器与VR结合的应用模式研究

在充分调研VR技术在航空、军事、工程设计、营销展示、文化娱乐、教育等方面应用现状的基础上,追踪载人潜水器的设计制造、全寿命过程及其衍生物,深入发掘与VR结合的应用模式及VR的不同展现方式。从辅助设计制造、航行运动仿真、操作教学与培训、维护保障等方面提出对VR的需求,为VR在载人潜水器领域的应用提供支持。

AIS应用在航标中存在的问题及建议

运用高新技术增进海上交通运输安全,为航海人员提供更好的航标服务是航海科技工作者的目标。将船舶自动识别系统(AIS)应用于航标有其独特的优点,有效地改善了航标的助航效果。此文在介绍AIS航标的分类、特点、局限性和对航行船舶的导航作用的基础上,提出AIS应用在航标中尚存在的问题和在使用、设置上的建议。

新型冰区系列化通用灯浮标研发思路探讨

文中介绍了国内外在冰标设计和应用方面取得的进展,在此基础上结合航标设计的相关国际国内标准和北方海区冬季海冰分布状态,提出既具备冬季抗冰性能、又满足助航效能要求且能够常年使用的新型冰区系列化通用灯浮标规划设想。

内河数字化航标系统设计及应用

由于内河运输的不断发展,使得对航标的数字化要求越来越高。然而,目前内河航标数字化程度较低,不能够满足安全航行的要求。文中从软硬件2个方面提出了一种内河数字化航标系统方案,并且通过对目前内河使用航标进行数字化改造来论证此方案,此外,还介绍了一种内河航标灯质识别算法。

AIS虚拟航标的合理设置

针对如何合理设置AIS虚拟航标的问题,以长江流域和上海港为例,对AIS系统的信道容量及系统阻塞率进行仿真分析。结果表明:1)AIS虚拟航标的设置占用部分通信时隙使信道容量减小;2)系统内船舶数量越多,系统阻塞率增加趋势越明显,AIS虚拟航标的设置对系统通信影响就越大。基于此结论对不同水域条件下可设置AIS虚拟航标数量的阈值进行分析,给出了合理设置AIS虚拟航标的建议,可作为不同水域设置虚拟航标的参考。在确保对船舶通信影响较小的条件下,对AIS虚拟航标进行合理设置,能更好地发挥其助航预警功能、保障船舶航行安全。

基于VDE-SAT的虚拟航标及其报文设计

目前虚拟航标主要是指AIS虚拟航标,由于AIS基站的信号覆盖范围有限,所以只适用于内河与近海。针对AIS虚拟航标不适用于深海远洋设置使用的问题,提出了基于VDE-SAT的虚拟航标的概念。VDES中的VDE-SAT模块可以利用卫星进行通信,没有信息传输的距离限制,利用VDE-SAT的模块来进行虚拟航标的播发,同时设计了远距离虚拟航标信息播发的报文格式,并验证其合理性,为实现远距离虚拟航标的设置提供借鉴。

虚拟航标在长江航道中的应用

在长江航道建设智能航道的过程中,虚拟航标一方面可实现临时快速设标、标识特殊水域、优化特殊河段航标配布等现有功能;另一方面可通过对其功能进行拓展,充分发挥成本低、速设置、无碍航行等优势,是实体航标的重要补充和改进。在其未来发展中,还须解决专用AIS通讯基站及网络的建设、虚拟航标与实体航标共存及虚拟航标规模应用后航道管理模式变化等问题。

我国内河虚拟航标显示符号研究

针对我国内河虚拟航标显示符号不统一的问题,借鉴当前相关国际组织和国内外机构对海区虚拟航标显示符号标准化研究思路,划分了我国内河虚拟航标种类,提出各虚拟航标显示符号标准。通过分析我国内河不同航标虚拟化的适应性,将内河虚拟航标划分为航行标志、信号标志、专用标志和通用标志4类共9种标志,并对应提出各虚拟航标"圆形标识"和"菱形标识"2种显示方法,其中推荐使用"圆形标识"显示符号。

谈虚拟航标的应用及发展

文中从两个方面简要阐述了虚拟航标的定义及应用,对比虚拟航标与传统航标的优劣性,根据目前虚拟航标的应用状况,推想虚拟航标的应用前景。

无人艇技术在航标管理中的应用

文中介绍了无人艇技术国内发展现状以及功能和优势,阐述了无人艇技术在航标管理的航标巡检、应急反应、海况侦查和节能减排等方面工作的应用前景,以期待其能够在助力航保事业向智能管理转型上提供有力支撑。

连续玄武岩纤维及其复合材料在航标上的应用

目前,航标构成材料仍以钢质、玻璃纤维和混凝土为主,航标建设和维护难度大,保养周期短,成本高。文中介绍了一种高技术无机纤维——连续玄武岩纤维,简述了其优良特性,结合其性能特点,对其在航标领域的应用前景进行了展望。

航标智能化管理系统研究与设计

航标智能化管理系统研究是推进智慧化航海保障服务体系的重要举措。在系统发展趋势与业务需求分析基础上,整合现有软硬件平台,设计了面向内部管理、海上监控、对外服务三大服务领域的航标智能化管理系统,并探讨了业务数据平台与应用功能平台的实现方法。文中研究成果对于构建与推广智能化、标准化、一体化的航标智能化管理系统,具有重要的参考价值。

仿真技术在航道工程设计评价中应用研究

仿真技术是航道工程设计评价有效手段之一,文中总结目前航道仿真评价过程,以及系统构成与特性,分析了航道仿真系统中船舶运动建模、船舶交通流建模、航道场景建模、实验评价方法等关键技术,并展望了在内河航道仿真系统设计应用中需要解决的问题.