航海模擬器平臺(tái)下基于VDR數(shù)據(jù)的海事碰撞事故再現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用

　　摘 要：本文針對(duì)一起船舶碰撞事故，探索了基于VDR數(shù)據(jù)的海事碰撞事故再現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用。利用在事故船舶上VDR所采集到的船舶碰撞過(guò)程的有關(guān)航行數(shù)據(jù)（如航向、航速、船位等），結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在航海模擬器中構(gòu)建事故場(chǎng)景和驗(yàn)證事故前船舶應(yīng)急操作過(guò)程是否有效。結(jié)果表明，該技術(shù)能夠還原船舶事故經(jīng)過(guò)，并可用于船舶事故當(dāng)事放責(zé)任認(rèn)定。
　　關(guān)鍵詞：VDR 事故再現(xiàn) 事故分析 航海模擬器
　　近年來(lái)，隨著我國(guó)乃至世界航運(yùn)的快速發(fā)展，船舶通航密度呈快速上升趨勢(shì)，船舶大型化、船種復(fù)雜化、船舶技術(shù)狀況參差不齊等現(xiàn)象較為明顯，這直接導(dǎo)致了船舶碰撞事故的頻繁發(fā)生，從而引出了碰撞事故雙方乃至多方在碰撞責(zé)任以及過(guò)失方面存在著爭(zhēng)議，只有把事故過(guò)程再現(xiàn)并能三維可視化才能更很好地解決這一爭(zhēng)議。應(yīng)用船舶操縱模擬器的三維仿真技術(shù)，是目前進(jìn)行海上事故鑒定和事故分析的重要技術(shù)手段，利用三維仿真技術(shù)可以很好地再現(xiàn)出當(dāng)時(shí)碰撞過(guò)程，通過(guò)可視化的方式，將事故過(guò)程“四視角”展現(xiàn)在海事事故調(diào)查人員眼前。將極大地提高海事事故調(diào)查人員對(duì)事故過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)的分析，較正確的判斷出事故關(guān)鍵點(diǎn)和原因。事故證據(jù)很可能在風(fēng)、浪、流等因素的作用下消失，事故現(xiàn)場(chǎng)也難以維持；而且在事故的調(diào)查取證過(guò)程中被調(diào)查一方通常會(huì)有一種自我保護(hù)意識(shí)，事故經(jīng)過(guò)常被有意或無(wú)意地夸大或掩飾，這時(shí)的人證有相當(dāng)大的主觀性；另外，諸如海圖、航海日志等資料也有可能在利益的驅(qū)使下人為地在事后進(jìn)行修改，這樣的物證就失去了調(diào)查的價(jià)值，這些都給海事事故的分析帶來(lái)了極大的困難。此外，2010年生效實(shí)施的《國(guó)際海事安全調(diào)查規(guī)則》規(guī)定“如果存在海員自證其罪的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)査機(jī)關(guān)必須告知海員享有保持沉默、不自證其罪的權(quán)利”，在這種情況下，越發(fā)顯示VDR在調(diào)查取證發(fā)面的優(yōu)勢(shì)和重要性。
　　1. 船舶黑匣子（簡(jiǎn)稱：VDR）
　　如今VDR在航海中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，VDR在事故后能夠保存船舶的操縱等數(shù)據(jù)并恢復(fù)和再現(xiàn)送些數(shù)據(jù)的功能，可以非常直觀地輔助海事調(diào)查的進(jìn)行。VDR所具有的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄功能及毫無(wú)偏差的記錄功能對(duì)事件的還原準(zhǔn)確程度和為事故原因分析提供原始數(shù)據(jù)的程度是異常準(zhǔn)確的。VDR能提供給海事調(diào)查官最原始最真實(shí)的船舶航行數(shù)據(jù)，海事調(diào)查官可將VDR所記錄的數(shù)據(jù)通過(guò)海圖作業(yè)再現(xiàn)于海圖上，真實(shí)地反映出船舶在此期間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這樣便能更科學(xué)地分析事故發(fā)生的原因及船舶的行為，客觀公平地判明責(zé)任。因此，船載航行數(shù)據(jù)記錄儀大大推進(jìn)了航海信息化和航海安全的進(jìn)程，對(duì)于促進(jìn)海事安全意義重大。
　　依據(jù)IMO的相關(guān)要求，自2002年7月1日后新建造的客船或客滾船、3000總噸以上的貨船都需強(qiáng)制安裝 VDR設(shè)備，2002年7月1日前建造的客船或客滾船、3000總噸以上的貨船都需強(qiáng)制安裝VDR設(shè)備或S-VDR設(shè)備（S-代表簡(jiǎn)易的含義）。各個(gè)VDR生廠商都已開(kāi)發(fā)出能適合回放本生廠商記錄的VDR航行數(shù)據(jù)，但是其數(shù)據(jù)只是簡(jiǎn)單的記錄和單獨(dú)回放，不能進(jìn)行合理的集成分析。目前，日本的JRC、英國(guó)的KH公司，挪威的Kongsberg公司的VDR設(shè)備都有自己的回放軟件產(chǎn)品。德國(guó)信息處理公司在最近幾年也提出了將所有各個(gè)生產(chǎn)商的VDR存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，便于統(tǒng)一其數(shù)據(jù)讀出以便進(jìn)行后續(xù)的研究。
　　為此，本文針對(duì)一起船舶碰撞事故，提取當(dāng)事船舶VDR航行數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，借助航海模擬器平臺(tái)將船舶碰撞過(guò)程進(jìn)行回放。
　　2.三維再現(xiàn)技術(shù)
　　2.1 事故海域三維實(shí)景建模
　　大面積三維海區(qū)數(shù)據(jù)建模的應(yīng)用涉及地理信息系統(tǒng)、虛擬與現(xiàn)實(shí)、環(huán)境仿真、娛樂(lè)與游戲、地形的穿越飛行、海洋資源管理與利用、氣象數(shù)據(jù)的可視化等領(lǐng)域。大面積虛擬三維地形的生成和顯示方法，這是構(gòu)建分布虛擬環(huán)境中的重要技術(shù)，它為模擬器系統(tǒng)提供了高沉浸感的可視化的地理環(huán)境。
　　三維實(shí)景建模，將基于電子海圖數(shù)據(jù)為依據(jù)，參照海圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的陸地，岸線，碼頭，橋梁，等深線，水深，助航標(biāo)志等信息，將其信息進(jìn)行數(shù)字化提取，并進(jìn)行相關(guān)的三維可視化處理。
　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拍照方式，將岸線、碼頭和堤岸上顯著的建筑物進(jìn)行三維建模。依據(jù)國(guó)家開(kāi)放地理信息高程數(shù)據(jù)，基于數(shù)字高程模型，建立事故水域陸地區(qū)域的地形，基于電子海圖中所提取的等深線和水深點(diǎn)，通過(guò)三維網(wǎng)格化處理，建立三維水下地形數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　2.2事故船舶三維模型和船舶水動(dòng)力模型建模
　　查找事故船舶的相關(guān)船舶水線圖紙，總布置圖，利用專業(yè)船舶設(shè)計(jì)軟件，還原船舶三維結(jié)構(gòu)，通過(guò)后續(xù)面數(shù)優(yōu)化，美工和貼圖等一系列工序建立起三維模型。同時(shí)基于船舶所采集到的車、舵、錨、纜和穩(wěn)性等相關(guān)資料，利用船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、船體上的水動(dòng)力模型、螺旋槳推力及扭矩模型、主機(jī)扭矩模型、舵力及其力矩計(jì)算公式、風(fēng)、流、浪的作用力計(jì)算公式、錨鏈、纜力計(jì)算公式等等，建立船舶在六自由度情況下的水動(dòng)力模型。
　　2.3 航海模擬器平臺(tái)三維驅(qū)動(dòng)
　　本文所用的航海模擬器平臺(tái)采用OpenSceneGraph作為底層的三維引擎。OpenSceneGraph是一個(gè)開(kāi)源的三維引擎，被廣泛的應(yīng)用在可視化仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算、三維重建、地理信息、太空探索、石油礦產(chǎn)等領(lǐng)域。OSG采用標(biāo)準(zhǔn)C++和OpenGL編寫而成，可運(yùn)行在所有的Windows平臺(tái)。
　　3.案例應(yīng)證
　　以英國(guó)籍D輪集裝箱船與巴拿馬籍Z輪散貨船碰撞事故為例進(jìn)行相關(guān)研究成果的驗(yàn)證。
　　3.1 事故經(jīng)過(guò)
　　2013年3月19日凌晨英國(guó)籍D輪集裝箱船與巴拿馬籍Z輪散貨船在長(zhǎng)江口燈船東北約124海里處發(fā)生碰撞，D號(hào)第五艙破損進(jìn)水，有油污泄漏。
　　上海海上搜救中心立即組織救助力量趕赴現(xiàn)場(chǎng)，并就安全和污染情況展開(kāi)事故調(diào)查。
　　據(jù)D輪報(bào)告，該船估計(jì)共泄漏燃料油674立方米，部分集裝箱損壞或移位，其中未涉及危險(xiǎn)品集裝箱。

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