论文增强现实技术在船舶导助航领域应用是关于本文可作为增强现实方面的大学硕士与本科毕业论文增强现实app论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
【摘 要】 为解决传统船舶导助航领域的难题,介绍增强现实技术（Augmented Reality,AR）的特点和应用及发展趋势,分析传统船舶导助航技术的现状和缺陷.在此基础上对AR技术在提升船舶导助航方面进行设想及分析,并提出其在船舶导助航应用上需解决的一些关键技术.
【关键词】 增强现实（AR）；船舶；导助航；E-航海
0 引 言
目前,船舶在航行过程中主要依赖全球定位系统（GPS）、船舶自动识别系统（AIS）、海图、雷达、航标等设备及驾驶员经验来实现导助航.由于设施设备相对独立,在航路条件复杂或能见度不良情况下,这种传统导助航方式的导助航效果并不佳.增强现实（Augmented Reality,AR）技术作为一种新兴热门技术,有着诸多的优势和广泛的应用前景,本文旨在提出一种利用AR技术解决传统船舶导助航实践中难以解决的问题的方案设想,为实现E-航海的最終目标提供一些思路.
1 AR技术概述
1.1 AR技术的介绍和特点
AR技术是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应模型图像、视频、3D模型的技术,主要是为了将虚拟世界通过屏幕呈现出立体的效果,并实现人和虚拟世界之间的互动.这种技术首先要收集现实世界中的声音、味道、触觉等各种信息,然后将信息通过计算机进行仿真叠加,在所有的信息叠加完毕后,通过计算机和人体感官关联,增强人的感知能力,从而使人体接受到在以往接受不到的信息,并使得人体对周围环境的感受更加敏感,以此达到增强现实的目的.
AR技术有3个显著的特点：
（1）可在显示设备上较完整保存真实环境信息；
（2）可实现对近乎于实时的特定信息的处理、增强和控制；
（3）可实现基于真实环境的动态、直观的信息交互.
1.2 AR技术在导航领域的应用及发展趋势
“基于增强现实（AR）技术的新型汽车导航仪”为2013年莫斯科举行的第二届“开放式创新”国际论坛暨科技展的参展项目；2016年百度地图推出了步行AR导航功能,即用户在导航过程中,无需来回查看地图路线信息,只需根据语音导航和真实街景信息便可轻松顺利到达目的地.
未来AR技术在导航领域的应用将更加广泛,并逐渐向实现“全天候全地形实时指路”的方向发展.这种技术可应用于航空、船舶、汽车、步行等一系列交通导航中.
2 传统船舶导助航现状及缺陷
2.1 传统船舶导助航现状
以船舶进出港及航道航行为例,船舶导助航主要采用设备结合的方式：自动雷达标绘仪（ARPA）,用于扫描海域及碰撞预警；差分全球定位系统（DGPS）或北斗卫星导航系统（BDS）（本文以DGPS定位为主）,用于船舶精确定位；船舶自动识别系统（AIS）,用于识别船舶和协助追踪目标等；电子海图显示和信息系统（ECDIS）,接入DGPS或北斗定位信号及AIS信号并在平面电子海图上显示船位；纸质海图,用于开航前及航行途中详细掌握整个航行区域的海上信息；实体航标,用于指示航道方向、边界及碍航物,其中包括航道侧面标志、方位标、孤立危险物标和导标等.[1]在船舶航行过程中,驾驶员需综合应用雷达等助航设备及航标等助航设施辅助其操纵.
2.2 传统船舶导助航存在的不足
目前,船舶正在向“标准化、环保化、智能安全化和大型化”发展,而现有船舶导助航设备尚处于“独立运行”“平面化导航”“目视和屏幕结合”的局面,船舶驾驶员需根据诸多导助航设备、设施综合分析,夜晚期间需要监守在驾驶台屏幕、驾驶台视窗,甚至还需要在驾驶台甲板上来回走动观察并凭借经验操纵船舶,远没有达到“智能安全化”的要求.同时,随着船舶大型化,驾驶员从驾驶台视角目视航标将会越来越困难,尤其是在迎着太阳航行时,船舶进出港将会受强烈阳光直射,严重影响驾驶员观察灯浮标.
3 AR技术在船舶导助航领域的应用
3.1 AR技术应用于船舶导助航的硬件需求
AR技术主要由视频图像采集系统、识别分析系统、虚实结合系统、图像显示系统等4部分组成.视频图像采集系统是用于获取视频或者照片的摄像机,可以是普通高清摄像头,也可以是含有夜视功能的高清摄像头.识别分析系统的功能是识别提取视频图像中的有效信息（如DGPS等接入信息）,分析得出航行所需信息,并和数据库中的三维模型相对应.虚实结合系统的功能是将各种虚拟三维模型和视频图像准确结合.图像显示系统是增强显示并结合了虚拟三维模型的视频图像.
3.2 AR技术在船舶导助航中的应用
E-航海是指由国际海事组织提出的通过电子数据传输的方式,对船上、岸上的海事信息进行协调一致的收集、整合、交换、显示及分析,以增强船舶从泊位到泊位的航行能力及其他相关服务,提高海上安全和安保水平,并保护海洋环境的一种战略构想.未来,船舶必将实现“智能化”,使船舶驾驶员能够轻松、高效、安全地完成船舶航行命令下达,船舶导助航系统的综合化、智能化、实景化成为必然.在船舶导助航中使用AR技术,可将原先由船舶驾驶员负责分析和处理的大量信息通过AR分析合成系统进行数据处理,然后和后台基本参数相融合,将处理后的结果增强显示在驾驶员面前的屏幕上,以实现多种信息同时且直观的增强展现,实现E-航海的最终目标.AR技术在船舶导助航中的应用流程见图1.
3.3 AR技术应用于船舶导助航的示意
3.3.1 航行信息增强显示
船舶在航行时,虽然有GPS、BDS、AIS、ECDIS、雷达、ARPA、罗经等多种现代化技术为其航行提供安全、可靠的航海保障服务,但这些信息应用系统大多都相互独立,在为航海者提供便捷和精度的同时也增加了工作负担.AR技术的应用将整合所有船舶航行信息,并可通过人机交互手势选择,全部或部分增强显示在屏幕上,方便船舶驾驶员查看.船舶航行信息增强显示见图2.
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参考文献：
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