基于数据驱动和仿真技术的工程机械虚拟监控及预警系统的研究

作     者：刘梦钦 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘成良

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0838[工学-公安技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：数据驱动 虚拟监控 塔机 碰撞检测 

摘      要：随着自动化技术的发展,人们对远程监控和管理系统的要求越来越高。本文以塔机为具体的研究对象,针对传统塔机群信息监控及碰撞预警系统的不足,结合国家863项目(2007AA04Z419)“大型塔式起重机安全状态实时监控及预警关键技术研究,基于数据驱动和仿真技术开发塔式起重机远程虚拟监控及碰撞预警系统。建立塔机运动模型并确定关键运动参数,通过现场传感信息驱动塔机动作,实现了一个三维、具有高度逼真性、实时性、交互性的塔机实时监控系统。在此基础上,利用多层数据模型对塔机和现场元素进行多级简化,通过快速筛选调度算法,对现场的监测对象进行实时碰撞检测,实现对塔机碰撞事故较为准确的预警。 本文主要研究内容包括: 1、建立起完善的塔机三维模型与环境模型库。根据塔机的结构与运动特点,分析塔机各部件之间的拓扑关系,建立起塔机模型部件库;根据虚拟场景中的环境要素特点采用相适应的建模技术完成模型建构;同时对于建模技术的几个关键问题实现优化。 2、实现塔机远程虚拟监控系统的可视化与操作性。基于计算机图形学,采用DirectX设计虚拟监控系统的渲染引擎,既实现了逼真、准确、生动的三维图像显示,而且实现了人机交互操作。 3、对于塔机虚拟监控系统的视觉呈现能力进行优化。从虚拟监控系统的3D裁剪、深度缓冲、快速可见性计算三方面进行优化研究,不仅提高监控平台画面呈现的逼真性,而且进一步增强系统的实时性。 4、对塔机碰撞系统进行研究。根据塔机碰撞检测的特点,对塔机模型和场景内其它物体进行建模的优化,通过多层数据模型和快速筛选调度算法,实现塔机碰撞的较为准确的实时检测,以达到预警的目的。