基于扰动海浪谱建模的多影响因素信息不均衡的船舶飘移模型技术研究

Fast and accurate search is the most urgent problem for missing ship. It is great significance to construct the of ship's model for accurate locating.There are many factors affect the creating of ship's drift model, most of factors are not balance, and by the way the wave model also affecte it. Untill now, there is no mature theory and consistent solution for creating ship's drift model. . This project does the research on the theory of interference wave spectrum to solve the problems of cyclical repetition and no good sense of reality in order to obtain wave model. For the problem of low efficiency in dynamic wave rendering, we use ray tracing method by simple illumination model to get the acceleration structure for wave model. For the imbalance problem of interference factors for ship’s drift model, we use Nash equilibrium method to create ship’s drift model. For the complex calculation problem of three-dimensional drift path, we use Monte Carlo method to do the virtual particle computing in order to get the precise drift path. The achievement of the project will provide theoretical and technical basis for looking for missing ship and the search visualization system of missing ship would has practical application value.

对于海上失事失控船舶来说，快速、准确的海上搜救方式是急需的首要问题。构建船舶漂移模型对准确查找、定位失控船舶有重要意义。船舶漂移模型需要考虑的因素较多，海浪等各因素影响权重不同，并且各因素之间相互耦合，对于船舶漂移模型，目前尚无成熟的理论和一致认可的解决方法。. 针对海浪谱建模方法真实性差的问题，研究海浪谱和perlin噪声叠加的融合方法，得到扰动浪谱建模方法。针对海浪模型绘制效率低的问题，研究光照模型和光线跟踪算法中两层加速结构，得到光照模型的双层加速结构的光线跟踪算法。针对船舶飘移模型多影响因素信息不均衡的问题，研究纳什均衡方法，得到多影响因素最优解,进而构造船舶飘移模型。针对船舶飘移模型中三维船舶漂移路径计算复杂的问题,研究蒙特卡洛方法，提高船舶飘移路径的计算精度。本项目的研究方法和模型将为查找失事失踪船舶提供理论和技术支撑。

三维的海浪建模、船舶漂移模型和漂移路径预测是海上搜救计算机仿真技术中的关键技术，对准确查找、定位失踪船舶具有重要作用。整合和判断多影响因素对船舶飘移模型的影响规律，提出多影响因素信息不均衡的船舶飘移模型，对于提高海上搜救的效率和准确性、加快船舶搜寻可视化系统实用化进程，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。.本项目针对三维扰动海浪谱建模的影响船舶漂移模型和漂移路径多因素信息不均衡问题，主要从在海浪谱建模、海浪模型的绘制、影响漂移模型的因素和船舶漂移路径计算等四个方面进行研究，取得以下研究成果：.在海浪谱建模研究方面：1）提出了基于视觉感知的水域划分方法，解决了模型建模方法真实感差的问题；2）提出了通过分形算法的高频细节波的海浪谱建模方法，解决了多个海浪拼接时，存在周期性重复的问题；3）提出了海浪谱建模与perlin噪声的叠加建模方法，解决模型计算复杂度高的问题；最后得到了没有周期性重复的逼真的海浪模型。.在海浪模型的绘制方面：1）提出了简单光照模型的渲染绘制方法，模型的绘制速度得到了提高；2）提出了多核CPU与GPU异构并行绘制策略和方法，解决了海浪模型绘制中的任务并行和数据并行的划分机制问题；3）提出了双层加速结构的光线跟踪算法，解决了海浪模型建模数据量和数据冗余的问题。.在海上影响漂移模型的因素计算方面：1）提出了多影响因素处于各自最优进而达到整体均衡状态的纳什均衡方法；2）提出并得到了实时的、动态的影响因子的最优均衡解的船舶漂移模型，实现并解决了船舶漂移模型构建的关键技术问题。.在研究船舶漂移路径计算方面：1）提出了基于蒙特卡洛的漂移路径计算方法，解决了解析方法多维计算随着维度升高，计算复杂度成倍提高的问题；2）在海浪模型和船舶漂移模型和海上漂移路径计算方法的基础上，得到了一套船舶海上搜寻可视化系统， .本项目研究成果不仅为海上搜救提供理论和技术基础，而且得到了具体的应用和实现。