本發(fā)明屬于模擬訓(xùn)練，尤其涉及一種賽艇模擬訓(xùn)練方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、賽艇是用槳作為推動(dòng)力使船在水上前進(jìn)的水上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，賽艇運(yùn)動(dòng)通常涉及到流體力學(xué)、材料學(xué)等，從流體力學(xué)上看，賽艇的外形、槳葉要具備最小阻力形狀和性能；在材料上，賽艇需具備滿足特定強(qiáng)度、耐用等性能，同時(shí)要重量輕。然而，賽艇比賽大多是需要在平靜的水面上進(jìn)行，而實(shí)際賽艇訓(xùn)練時(shí)的水面大多并非風(fēng)平浪靜，這樣使得賽艇訓(xùn)練具有局限性，會(huì)使得對(duì)運(yùn)動(dòng)員提供的訓(xùn)練數(shù)據(jù)精確度不高，從而影響賽艇訓(xùn)練效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可以實(shí)時(shí)采集賽艇訓(xùn)練數(shù)據(jù)和改善賽艇訓(xùn)練效果的賽艇模擬訓(xùn)練方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)，來(lái)解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，具體采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種賽艇模擬訓(xùn)練方法，包括以下步驟：

3、獲取無(wú)人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型；

4、獲取無(wú)人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型；

5、根據(jù)無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型對(duì)賽艇進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真以確定賽艇的動(dòng)力學(xué)仿真模型；

6、獲取賽艇的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中，歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括賽艇運(yùn)動(dòng)員每天訓(xùn)練及測(cè)試的數(shù)據(jù)記錄、賽艇訓(xùn)練時(shí)序數(shù)據(jù)；

7、基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動(dòng)力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績(jī)預(yù)測(cè)以完成賽艇模擬訓(xùn)練。

8、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取無(wú)人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型，包括：

9、對(duì)無(wú)人艇進(jìn)行各個(gè)參數(shù)初始化，根據(jù)輸入的推進(jìn)器轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行循環(huán)解算，其中，循環(huán)解算包括計(jì)算流體動(dòng)力及力矩、推進(jìn)器推力及力矩、風(fēng)浪干擾的力和力矩；

10、構(gòu)建無(wú)人艇在水面運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性坐標(biāo)系和附體坐標(biāo)系，將無(wú)人艇的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)劃分三個(gè)自由度；

11、根據(jù)慣性坐標(biāo)系和附體坐標(biāo)系的物理量存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到兩組表達(dá)式(1)和表達(dá)式(2)；

12、

13、其中，屬于慣性坐標(biāo)系的物理量有：作用在艇上的力x0、y0和力矩n0，無(wú)人艇的重心g的坐標(biāo)xg0、yg0；屬于附體坐標(biāo)系的有：艇體受到的力x、y、以及外力矩中信的、y、v、r分別表示無(wú)人艇的前進(jìn)速度、橫漂速度和艏搖角速度，xc表示無(wú)人艇中心的x軸坐標(biāo)值；

14、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，預(yù)設(shè)慣性坐標(biāo)系中的無(wú)人艇為剛體，在受力運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其形狀、大小和艇體內(nèi)不同點(diǎn)的相對(duì)位置不改變，根據(jù)牛頓第二定律得：

15、

16、其中，m和izz分別表示無(wú)人艇的質(zhì)量、無(wú)人艇繞x軸的質(zhì)量慣性矩，izz表示為l、b、cb分別表示無(wú)人艇的長(zhǎng)、寬、平均吃水和方形系數(shù)，x'g0、y'g0分別表示無(wú)人艇沿x0、y0方向的線性加速度，ψ'表示無(wú)人艇的艏搖加速度；

17、對(duì)表達(dá)式(2)的變量進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算后再帶入表達(dá)式(3)的基本運(yùn)動(dòng)方程，使其投影至附體坐標(biāo)系中，經(jīng)過(guò)計(jì)算導(dǎo)出無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型的關(guān)系表達(dá)式為：

18、

19、其中，u'、v'、r'分別表示無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型中的前進(jìn)速度、橫漂速度和艏搖角速度，對(duì)表達(dá)式(4)進(jìn)行展開(kāi)得到完整的無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型的關(guān)系表達(dá)式為：

20、

21、其中，下標(biāo)帶有h0的表示流體動(dòng)力和力矩，下標(biāo)帶有p的表示推進(jìn)器推力和力矩，下標(biāo)帶有wind和wave表示風(fēng)浪產(chǎn)生的力和力矩，修正項(xiàng)y·xc記入中。

22、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，無(wú)人艇所受的流體動(dòng)力為無(wú)人艇在流體中運(yùn)動(dòng)的流體在與接觸的艇體表面產(chǎn)生的反作用力，反作用力包括慣性力和粘性力，分解為：

23、

24、其中，下標(biāo)i表示慣性力，h表示粘性力；

25、采用推力矢量模型將推進(jìn)器產(chǎn)生的力分為推力t和轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)無(wú)人艇的橫向拉力n，預(yù)設(shè)推進(jìn)器轉(zhuǎn)角為δ，則推進(jìn)器對(duì)無(wú)人艇的縱向和側(cè)向推力分別為：

26、

27、其中，tp表示推力減額系數(shù)，ap表示橫向力系數(shù)，xp表示附體坐標(biāo)系下推進(jìn)器的中心y軸偏移。

28、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取賽艇的訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，包括：

29、預(yù)設(shè)賽艇訓(xùn)練時(shí)序數(shù)據(jù)是一種包含n個(gè)形式為序、類(lèi)型和值的三元數(shù)據(jù)項(xiàng)，根據(jù)離散時(shí)間先后順序排列的集合，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式為：

30、t＝{(t1，t1，q1)，(t2，t2，q2)，…，(tn，tj，qn)}???(8)

31、其中，n表示序列的長(zhǎng)度，ti(1≤i≤n)表示序列的時(shí)間，tj(1≤j≤28)表示序列的數(shù)據(jù)類(lèi)型，qi(1≤i≤n)表示序列的數(shù)據(jù)值，(ti，tj，qi)(1≤i≤n，1≤j≤28)表示序列中的元素；

32、m條賽艇訓(xùn)練時(shí)序數(shù)據(jù)組成的有限序列集合為：

33、

34、其中，時(shí)間序列的長(zhǎng)度nx表示第x個(gè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練時(shí)序數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，表示第x個(gè)運(yùn)動(dòng)員第y個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，表示對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的測(cè)量數(shù)據(jù)；

35、根據(jù)賽艇訓(xùn)練時(shí)序數(shù)據(jù)集合設(shè)定最小支持度min_sup，最小置信度min_con，若sup(a→b)≥min_sup，且con(a→b)≥min_con，則關(guān)聯(lián)規(guī)則a→b為強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中，a、b所含數(shù)據(jù)項(xiàng)及時(shí)間滿足三元數(shù)據(jù)項(xiàng)的約束。

36、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，從28個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目中選取26個(gè)，忽略其余兩個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，以一個(gè)運(yùn)動(dòng)員x為例，先記錄運(yùn)動(dòng)員每個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目的初始值一次掃描數(shù)據(jù)記錄；

37、當(dāng)再次遇到某個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目的記錄數(shù)據(jù)時(shí)，將項(xiàng)目數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的初始值進(jìn)行差值計(jì)算，得到結(jié)果值dk(tj)，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式為：

38、

39、將當(dāng)前項(xiàng)目數(shù)據(jù)設(shè)為初始值，繼續(xù)掃描數(shù)據(jù)記錄直至結(jié)束；

40、在計(jì)算得到各個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目的時(shí)序數(shù)據(jù)差值dk(tj)后，根據(jù)差值的范圍判斷值是上升、下降或持平，并采用相應(yīng)的符號(hào)來(lái)表示，即將運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練數(shù)據(jù)變化表示為一系列用符號(hào)表示的字母序列，根據(jù)滑動(dòng)時(shí)間窗口將字母序列轉(zhuǎn)換為事物數(shù)據(jù)集并設(shè)定時(shí)間窗口。

41、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動(dòng)力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績(jī)預(yù)測(cè)以完成賽艇模擬訓(xùn)練，包括：

42、通過(guò)多元線性回歸模型算法進(jìn)行成績(jī)預(yù)測(cè)，線性回歸方程的總體模型可采用表達(dá)式(10)表示：

43、s＝β0+β1x1+...+βmxm+e???(10)

44、其中，x表示水上預(yù)測(cè)成績(jī)，xi(i＝1，2...m)表示賽艇的各個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目數(shù)據(jù)，βi(i＝1，2...m)表示模型的參數(shù)，e表示隨機(jī)誤差。

45、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取無(wú)人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型，包括：

46、光學(xué)模型的表達(dá)式為：c＝crl×r+crt×k，其中c表示水面的綜合光照，crl表示場(chǎng)景中發(fā)射光線的貢獻(xiàn)值，crt表示折射光線貢獻(xiàn)顏色，r和k分別表示反射系數(shù)、折射系數(shù)且滿足r+k＝1，計(jì)算表達(dá)式為：

47、

48、其中，θr表示反射角，θt表示折射角；

49、光照計(jì)算過(guò)程中將折射光線的貢獻(xiàn)值crt作為常量，反射光線的貢獻(xiàn)值crl考慮環(huán)境廣中反射光貢獻(xiàn)和光源的反射貢獻(xiàn)值，即crl＝r(csp+cev)，其中，csp表示光源的反射光，cev天空反射光計(jì)算值；

50、結(jié)合場(chǎng)景中每個(gè)網(wǎng)格面片的法向量和光線入射角可計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格面片的光照值，采用shader著色器對(duì)每個(gè)面片進(jìn)行渲染繪制，以得到真實(shí)的模擬場(chǎng)景。

51、第二方面，本發(fā)明還提供了一種賽艇模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：

52、第一數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取無(wú)人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型；

53、第二數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取無(wú)人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型；

54、模型構(gòu)建單元，用于根據(jù)無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型對(duì)賽艇進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真以確定賽艇的動(dòng)力學(xué)仿真模型；

55、數(shù)據(jù)處理單元，用于獲取賽艇的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中，歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括賽艇運(yùn)動(dòng)員每天訓(xùn)練及測(cè)試的數(shù)據(jù)記錄、賽艇訓(xùn)練時(shí)序數(shù)據(jù)；

56、模擬訓(xùn)練單元，用于基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動(dòng)力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績(jī)預(yù)測(cè)以完成賽艇模擬訓(xùn)練。

57、第三方面，本發(fā)明還提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述賽艇模擬訓(xùn)練方法的步驟。

58、本發(fā)明提供了一種賽艇模擬訓(xùn)練方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)獲取無(wú)人艇所在水面的光源發(fā)射的光、水面物體表面的反射光和水底折射光，并構(gòu)建水面環(huán)境的光學(xué)模型，獲取無(wú)人艇在水面航行傳回的位姿信息，并根據(jù)位姿信息和光學(xué)模型構(gòu)建無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型對(duì)賽艇進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真以確定賽艇的動(dòng)力學(xué)仿真模型，獲取賽艇的訓(xùn)練數(shù)據(jù)并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則，基于賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則和動(dòng)力學(xué)仿真模型采用回歸分析算法進(jìn)行賽艇成績(jī)預(yù)測(cè)以完成賽艇模擬訓(xùn)練，根據(jù)環(huán)境因素和賽艇自身因素設(shè)置無(wú)人艇采集光照，建立訓(xùn)練環(huán)境的光學(xué)模型，結(jié)合光學(xué)模型和無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)模型來(lái)構(gòu)建實(shí)際賽艇的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以有效提供賽艇更逼真的仿真視景，提升了實(shí)時(shí)采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)賽艇關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行分析可以自動(dòng)生成訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練成績(jī)預(yù)測(cè)，有效避免運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)量或訓(xùn)練不足等問(wèn)題，提高訓(xùn)練水平。