南安普顿大学拖曳水池船模追踪研究

船模追踪是船舶操纵试验的重要组成部分,而动作捕捉技术已成为在大型操纵性试验水池中对自由航行船模进行追踪的常用方法。

英国南安普顿大学(University of Southampton)的Boldrewood拖曳水池是一个高标准的室内拖曳水池,结合了传统的成熟系统和最新技术,将进行一系列前沿试验。

Boldrewood拖曳水池

设备安装方案

由于这个大型水池既需要进行试验又要用于教学,所以南安普顿大学为新的Boldrewood拖曳水池购置了两套Qualisys动作捕捉系统:一套用于陆上测试,一套用于水下测试,两套系统还可以混合使用。

Qualisys的动作捕捉系统用途广泛,该大学利用该系统开发了新的实验方法,应用于教育、科研和商业项目等领域。本系统安装灵活,可根据具体项目进行配置,从而能采集动态船模在水上、水中,以及交界处的数据。

动作捕捉系统

✔ 6个 Qualisys 水下摄像机

✔ 4个 Qualisys 5+ 摄像机

✔ 4个 Qualisus 5+ 广角摄像机

陆上系统包括4个广角摄像机(70°)、4个窄角摄像机(49°),这套系统可以根据测试目的进行不同的安装配置。经过测试,以下三种安装方案可以满足Boldrewood拖曳水池中大多数工作需求。

方案 A

大型或快速船模的航行实验中,需要覆盖水池中尽可能长的捕捉范围。将广角摄像机放在水池边上2.5m高的位置,窄角摄像机放于水池围栏上。这样整个捕捉范围长度可达8-10m,足够采集海上快速船模的数据。

方案 B

第二种方案用于水池中较小、较慢的自由运行船模或者系泊船模的静态试验。这类试验只需要覆盖较小的捕捉范围。所以,只需要使用4个广角摄像机即可满足测试需求:2个安装在水池边,2个安装在拖车上。

方案 C

最后一种方案用于船模和拖车测功仪相连时,由于船模相对于拖车是相对静止的,所以所需覆盖范围很小。使用4个广角摄像机就能获取很好的效果,但是要注意月池中的障碍物(各种横梁、平台等)。

Qualisys动作捕捉系统不仅能提供动作数据用以分析,也可以用于控制算法中的实时输入。该系统实时计算刚体的6自由度(6DOF)数据,这可以通过Qualisys的SDK进行操作,也可以转换成NMEA兼容格式。获得的数据通过WiFi转发到计算机模型上。根据实验结果,使用适当的算法在计算机模型上处理数据。

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