基于行为的甲板作业人员动态路径规划研究与仿真

发布时间：2020-05-12 21:52

【摘要】：航空母舰上各项作业的顺利进行,均依赖于甲板作业人员的互相协助。合理的人员作业规划,可以提高舰载机的出动架次率,影响航母作战能力。在虚拟环境中通过仿真技术,研究虚拟人的运动路径以及作业动作,模拟真实活动场景已成一种趋势。如何在虚拟环境中利用路径规划技术,保证虚拟人在复杂环境中安全避开虚拟环境中的障碍物,顺利高效率地到达目标地点已成研究热点。在开展舰载机出动回收仿真过程中,虚拟人在行走时会遇到舰载机、飞机牵引车和其他虚拟人等,为了能够真实地呈现虚拟人的运动以及相关动作,采用基于行为的虚拟人路径规划方法解决虚拟人运动路线的问题。并利用DI-Guy添加甲板不同作业类型的虚拟人员的行走动作、以及完成不同作业的动作,实现仿真过程人员动作可视化。本文主要研究内容包括以下几个方面:(1)开发设计了虚拟人路径规划及仿真子系统结构。系统包括通信模块、基本行为分类模块、行为决策模块、环境信息模块、监控模块、行为规划控制器模块、虚拟人作业动作仿真模块和二维、三维显示模块九个模块。(2)虚拟人运动路径规划基本行为设计。建立环境模型,对甲板、设备、资源以及舰载机等不同类型的运动物体进行分别建模。在环境模型的基础上,通过辨识检测不同障碍物的类型,完成虚拟人运动行为映射。虚拟人行为主要分为运动虚拟人基本行为和静态虚拟人主动避障行为。依据行为映射结果,设计不同的反应模式即避障行为方法。(3)虚拟人行为融合。为了让虚拟人在运动过程中同时考虑避障以及运动目标点,设计了避障行为和奔向目标行为的融合。对不同的行为进行优先级设定,紧急行为和静态虚拟人主动避障行为优先级最高,直接快速避开障碍物。其他情况时利用模糊逻辑控制算法,为虚拟人设置了行为融合控制器,将其他三种避障行为和奔向目标行为进行融合。此处的行为融合既考虑避开障碍物又考虑如何能使得虚拟人尽快到达目标点。(4)采用DI-Guy进行虚拟人行为构建,然后利用Vega将三维虚拟人导入场景中,为虚拟人添加一系列行走、作业动作并实时更新位置,实现甲板作业虚拟人员运动和作业过程的三维可视化。对于仿真过程中特定的动作,利用DI-Guy Motion Editor进行动作设计。(5)在舰载机出动回收仿真系统中验证该路径规划方法的可行性。将基于行为的路径规划仿真实验结果与采用基于人工势场法的路径规划仿真实验结果进行比较,得出基于行为的路径规划方法在仿真系统中更加理想的结果。
【图文】：

甲板,航母,福特,虚拟人员

甲板作业人员对于舰载机出动回收过程会产生极其重要的影响。在舰载机出动回收仿真系统中，为甲板作业虚拟人员进行动态路径规划，对其真实性显得至关重要。虚拟人工作区域内包含一系列的运动或静止的物体，例如舰载机、牵引车和其他虚拟人员等因此本章主要从以下方面进行介绍:甲板虚拟人员工作环境及作业流程；甲板虚拟人员及运动物体；甲板虚拟人员动态路径规划的特点。据以上介绍，掌握甲板虚拟人员工作环境、工作流程及内容。在此基础上对甲板虚拟人动态路径规划及仿真系统进行设计设计。2.1 甲板虚拟人员工作环境及作业流程分析（1）工作环境航母甲板虚拟人员工作空间即为整个甲板界面，，甲板上的资源主要有飞机弹射器阻拦索、着陆轨道、电梯口。现以福特号航母为例，对航母甲板资源进行具体分析，如图 2.1 所示：

舰载机,回收流程

图 2.2 舰载机出动回收流程图舰载机起飞作业流程是指舰载机从停机坪到起飞至空中作业的过程，在飞行前一系列飞前检查，主要包括弹药检查、装备检查、油压管路检查、挡流完毕并合格后飞行员登机并驾驶飞机至起飞点的弹射器位置，进行军械检射杆等弹射装置、弹射起飞、回收弹射杆等。舰载机起飞作业的具体流程：
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.771

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