本发明属于船舶营运安全管理，尤其涉及一种船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统。
背景技术：
1、随着智能化技术的广泛应用，船舶营运智能化成为必然发展趋势，近年来出现智能船与无人船的新兴产品。鉴于船舶营运海洋环境的复杂性，船舶智能化的一项关键难点是如何掌握船舶本身的实时动态信息与遭遇海况信息。
2、为适应船舶智能化发展需求，船体关键区域布置应变或加速度传感器，测量船体结构响应与运动响应，掌握在海浪中船舶实际情况，为船舶智能化提供基础数据支撑。
3、在船体实测数据的基础上，根据前期经验或者船舶设计规范的评估衡准，设置船舶安全评估的阈值，提供危险工况或者海况的预警信息。这种实船系统已在部分船型进行安装，取得监测数据并为实船安全提供了辅助决策参考。
4、现有船体监测系统存在以下问题：(1)船体监测只能给出有限测点的数据信息，无法得到船体全场响应信息，导致危险区域没有测量结果；(2)船体监测数据仅局限在船舶响应，没有及时掌握周边的海况环境信息，导致船舶波浪环境载荷与船体结构响应难以实现有效关联；(3)船体测点数据具有离散性与波动性，处理数据需要大量时间，造成监测数据的浪费；(4)船舶安全评估缺乏船波作用过程三维场景模拟，缺乏沉浸式的逼真体验感。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是，提供及一种船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统和方法，解决实际海况下船体安全评估缺乏虚拟现实平台的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
3、一种船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，包括：
4、结构应变与加速度监测模块，用于测量船体结构响应时间历程；
5、船体运动监测模块，用于测量船体运动时间历程；
6、船体载荷识别模块，用于识别船体载荷时间与空间分布特性；
7、船体全场结构响应计算模块，用于计算特定载荷下结构全场响应特征；
8、船体波浪环境识别模块，用于识别船舶遭遇的波浪海况；
9、船舶响应虚拟交互模块，用于vr手柄/头盔/语音与船舶虚拟现实场景进行人机交互；
10、船舶响应虚拟漫游模块，用户提供人员在船舶空间内部响应的近距离观察与虚拟体验；
11、船舶响应三维可视化模块，用于全局视角、局部视角、多个视角观虚拟现实响应场景；
12、实时安全评估模块，用于评估船体结构变形、屈服、屈曲、疲劳、极限强度是否满足要求。
13、作为优选，还包括：系统存储与输出模块，用于存储交互操作信息、虚拟现实场景信息以及结构安全评估结果信息，以云图、曲线图和数据表的形式输出。
14、作为优选，所述结构应变与加速度监测模块，用于根据应变传感器与加速度传感器的测量信号，通过低通滤波与高通滤波分离信号有效成分，得到不同测点位置的光滑时序信号。
15、作为优选，所述船体运动监测模块，用于根据船体船体位置、姿态、加速度实时数据，通过数据清洗、去除噪声、整理和转化处理，提取船体运动周期、幅值、有义值特征信息，得到船舶横摇、纵摇、垂荡运动时间历程。
16、作为优选，所述船体载荷识别模块，用于根据结构响应数据，通过建立响应点与总纵载荷之间的传递函数矩阵，基于lp范数正则化反演算法，得到船体所承受的垂向波浪/静水弯矩、水平波浪/静水弯矩、波浪/静水扭转总纵载荷，形成总纵载荷沿船长的分布表达。
17、作为优选，所述船舶响应虚拟漫游与交互模块，用于根据操作者的指令信息，得到船体结构响应与船体运动响应的三维场景；其中，指令信息包括假人运动信息、视野信息、vr手柄信息、vr语音信息。
18、作为优选，所述船舶响应三维可视化模块，用于根据船舶结构响应计算结果，提供结构变形、应力、应变、加速度、速度结构响应的三维模拟；采用rgb图例、矢量图与变形图展示船体结构响应与船舶运动响应在空间分布的变化；采用动画、曲线、表格表征船舶响应随着时间推进或后退的变化情况。
19、作为优选，所述船舶响应虚拟漫游与交互模块，根据假人在虚拟场景运动，得到与体验场景随时空的变化；通过视景相机切换，形成全局、部分、多个角度的视图；利用vr头盔实现船舶响应场景的三维虚拟显示；通过vr手柄实现场景实时动态调整，改变船舶响应在的时间节点与空间分布；通过vr语音实现船舶响应场景变化加速、回放、视景切换与细节缩放。
20、本发明有效融合了船体结构与船体运动的实测数据，提升了船体全场信息识别准确性；利用载荷反演算法，实现船舶遭遇载荷历程历程与作用位置的预报，为船舶智能化提供实时载荷数据；利用海况识别算法，展现了船舶遭遇的复杂海浪形态及物理属性，真实呈现船舶波浪相互作用下的三维效果；船体安全基于全场信息，提升了船舶安全航行的智能判断能力；开发了船舶响应的虚拟交互场景，为用户提供海浪下船舶响应沉浸式体验。
1.一种船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，还包括：系统存储与输出模块，用于存储交互操作信息、虚拟现实场景信息以及结构安全评估结果信息，以云图、曲线图和数据表的形式输出。
3.如权利要求2所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，所述结构应变与加速度监测模块，用于根据应变传感器与加速度传感器的测量信号，通过低通滤波与高通滤波分离信号有效成分，得到不同测点位置的光滑时序信号。
4.如权利要求3所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，所述船体运动监测模块，用于根据船体船体位置、姿态、加速度实时数据，通过数据清洗、去除噪声、整理和转化处理，提取船体运动周期、幅值、有义值特征信息，得到船舶横摇、纵摇、垂荡运动时间历程。
5.如权利要求4所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，所述船体载荷识别模块，用于根据结构响应数据，通过建立响应点与总纵载荷之间的传递函数矩阵，基于lp范数正则化反演算法，得到船体所承受的垂向波浪/静水弯矩、水平波浪/静水弯矩、波浪/静水扭转总纵载荷，形成总纵载荷沿船长的分布表达。
6.如权利要求5所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，所述船舶响应虚拟漫游与交互模块，用于根据操作者的指令信息，得到船体结构响应与船体运动响应的三维场景；其中，指令信息包括假人运动信息、视野信息、vr手柄信息、vr语音信息。
7.如权利要求6所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，所述船舶响应三维可视化模块，用于根据船舶结构响应计算结果，提供结构变形、应力、应变、加速度、速度结构响应的三维模拟；采用rgb图例、矢量图与变形图展示船体结构响应与船舶运动响应在空间分布的变化；采用动画、曲线、表格表征船舶响应随着时间推进或后退的变化情况。
8.如权利要求7所述的船体载荷识别和全场安全评估的虚拟交互系统，其特征在于，所述船舶响应虚拟漫游与交互模块，根据假人在虚拟场景运动，得到与体验场景随时空的变化；通过视景相机切换，形成全局、部分、多个角度的视图；利用vr头盔实现船舶响应场景的三维虚拟显示；通过vr手柄实现场景实时动态调整，改变船舶响应在的时间节点与空间分布；通过vr语音实现船舶响应场景变化加速、回放、视景切换与细节缩放。
