導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展方向，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)于人類生活的影響不斷加深，尤其是最近十分火爆的“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)更是給人們的體驗(yàn)帶來(lái)全新的認(rèn)知，并且逐漸改變?nèi)藗儗?duì)于交互系統(tǒng)的體驗(yàn)方式。所謂的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)的大量運(yùn)算的高新技術(shù)集成，可以看成是未來(lái)對(duì)社會(huì)生活影響最為重大的科學(xué)技術(shù)之一。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠與建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)行融合，從而創(chuàng)造出一個(gè)比真實(shí)環(huán)境還要真實(shí)的虛擬系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，建筑師能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)創(chuàng)造出具有可視、可感、可知等技術(shù)的三維虛擬世界。從而展現(xiàn)出建筑行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用效果影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相同，之所以能夠得到迅速發(fā)展的原因在于，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)綜合性的計(jì)算機(jī)信息處理，集成了計(jì)算機(jī)圖形、多媒體、人工智能、傳感器與互聯(lián)網(wǎng)之間共同協(xié)作的綜合處理系統(tǒng)，并且能夠?yàn)槿藗儎?chuàng)造出一個(gè)虛擬的體驗(yàn)世界，使得人們的感知能力由真實(shí)走向虛擬。因?yàn)樘摂M的三維空間具有非常強(qiáng)悍的表現(xiàn)力，所以對(duì)于人機(jī)交互的操作系統(tǒng)就更能夠使人感受到身臨其境的感覺(jué)。在建筑環(huán)境設(shè)計(jì)技術(shù)方面應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅能夠?yàn)榻ㄖM(jìn)行規(guī)劃與輔助的功能，而且還能夠使設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)刻保持準(zhǔn)確的預(yù)知自己的設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的強(qiáng)大功能遠(yuǎn)不止與此，由于其具有交互式三維體驗(yàn)，所以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的感知要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的表現(xiàn)方式。通過(guò)嶄新的信息交互方式，能夠使人親身的感受到三維空間的技術(shù)與魅力，進(jìn)一步通過(guò)三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)調(diào)整，信息系統(tǒng)的不斷完善、集成多媒體技術(shù)等交互體驗(yàn)?zāi)軌蚴沟迷O(shè)計(jì)師針對(duì)建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的各種方案都做到了如指掌，并且通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠進(jìn)行有效推敲。簡(jiǎn)而言之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使得建筑環(huán)境設(shè)計(jì)進(jìn)入到全新的環(huán)境設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

建筑環(huán)境模型與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠模擬出真實(shí)的物體，也可以創(chuàng)造出抽象的模型。比如房屋、家具、家電等物品或者分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)等。這些物體都是我們世界中真實(shí)存在的，并且能夠通過(guò)各種各樣的工具與設(shè)備來(lái)被人類所接收，從而能夠進(jìn)一步感受到我們的世界。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，建筑師能夠?qū)⒈緛?lái)不存在的物體進(jìn)行重構(gòu)，而且也能夠隨心所欲的按照自己的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括各種各樣的家具材料、環(huán)境設(shè)計(jì)等。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)確定建筑的尺寸與實(shí)際的設(shè)計(jì)，從而保證建筑建成之后與設(shè)計(jì)完全一致，從而避免出現(xiàn)偏差的情況。而且通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)能夠隨時(shí)改變視角與光線下所呈現(xiàn)出的不同景象，建筑師也能夠通過(guò)這樣的模型構(gòu)建選擇出自己滿意的方案，如果不滿意還可以隨時(shí)進(jìn)行修改。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.硬件系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的硬件系統(tǒng)并不太復(fù)雜，只要能夠滿足設(shè)備的信息的輸入與輸出功能即可，通過(guò)計(jì)算機(jī)的桌面系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)就能夠構(gòu)建出建議的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，但是如果想要進(jìn)一步滿足虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的全部功能，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具備的沉浸感等就必須要配備專業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、方向盤(pán)反饋器、手柄等外設(shè)。對(duì)于信息的輸出部分的硬件則需要更高性能的顯示器適配器、多通道投影儀、偏振片以及立體眼鏡。通過(guò)傳感設(shè)備能夠使用戶對(duì)于虛擬環(huán)境產(chǎn)生各種映射反應(yīng)，而且用戶化身能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下對(duì)于自身的體驗(yàn)進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生雙重交互的功能。通過(guò)方位跟蹤器能夠確保用戶在使用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下對(duì)于用戶的移動(dòng)范圍進(jìn)行精確的測(cè)量，從而避免用戶在使用的過(guò)程中出現(xiàn)各碰撞的危險(xiǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是根據(jù)幾何體的碰撞檢測(cè)算法來(lái)確定虛擬空間的測(cè)量信息，然后實(shí)時(shí)反饋給用戶，從而保證用戶對(duì)于虛擬空間進(jìn)行身切實(shí)的體驗(yàn)之外，還能夠具有良好的觸覺(jué)感知效果，這樣更加有助于建筑環(huán)境設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)。

2.軟件系統(tǒng)

如果光有硬件系統(tǒng)是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)者或者用戶等人員真正完成虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體驗(yàn)的，只有通過(guò)建設(shè)一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相符合的虛擬模型就能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的三維體驗(yàn)，從而較為真實(shí)的構(gòu)建出建筑、環(huán)境、室內(nèi)等真實(shí)存在的事物。通過(guò)三維模型的建立，能夠更加真實(shí)的還原出虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)部的色彩、光影、材質(zhì)等方面的特點(diǎn)。建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟件系統(tǒng)能夠分為三個(gè)部分，第一步是通過(guò)幾何模型的建立來(lái)構(gòu)建出三維場(chǎng)景的幾何模型，從而實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)基礎(chǔ)。第二步就是通過(guò)物理模型的構(gòu)件來(lái)確定幾何模型的結(jié)構(gòu)材質(zhì)等，還能夠調(diào)整顏色、光照等外界影響因素。第三部就是建立行為模型，從而對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)和行為進(jìn)行描述。

結(jié)束語(yǔ)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在這樣的階段，已經(jīng)不再是科技方面的幻想，而是能夠真正為我們?nèi)祟惿鐣?huì)帶來(lái)巨大進(jìn)步的影響力，可以說(shuō)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)應(yīng)用到社會(huì)各界以及各個(gè)領(lǐng)域之間的關(guān)系來(lái)取得明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建筑環(huán)境設(shè)計(jì)與技術(shù)的不斷結(jié)合，能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)提供更加創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法與方式，也必然對(duì)于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展起到改革的作用。

篇2

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；頭戴式虛擬系統(tǒng)；汽車(chē)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0022-02

Abstract：This paper introduces the composition， classification and characteristics of virtual reality technology and head mounted virtual reality system， described the application of head mounted virtual reality system in automobile design， compared with the traditional virtual reality techniques in the area of automotive design， the head-mounted virtual reality system has both advantages and disadvantages. According to the corresponding problems， the corresponding solutions are put forward.

Key words：Virtual Reality； head-mounted virtual reality system； automotive design； adhibition

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各個(gè)汽車(chē)制造公司的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，這就要求在汽車(chē)研發(fā)及生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能夠保持高效快速應(yīng)變，以適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的快速變化。汽車(chē)造型設(shè)計(jì)作為汽車(chē)研發(fā)的重要一環(huán)，面對(duì)外部市場(chǎng)環(huán)境快速變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)新科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用就更為迫切。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近年來(lái)發(fā)展最為迅猛的技術(shù)手段，將可能成為改變?nèi)祟惿罘绞降囊环N新技術(shù)，而作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的其中一種形式存在的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自然是重中之重。

1 概述

虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)是“造個(gè)世界任我行”，它是以現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)為發(fā)展核心，融合相關(guān)學(xué)科技術(shù)，生成在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面逼近人類在真實(shí)世界中的感官感觸的數(shù)字化虛擬世界，使用者借助相應(yīng)設(shè)備，可以走進(jìn)生成的數(shù)字化虛擬世界，并且可以與虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互作用，產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)和感受。

（1）桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)，這類型的虛擬技術(shù)要求相對(duì)較低，他只需要利用工作站作為運(yùn)行設(shè)備，將計(jì)算機(jī)顯示器作為用戶觀看虛擬數(shù)字世界的一個(gè)窗口，再通過(guò)鼠標(biāo)等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬數(shù)字世界的交互，用戶可以通過(guò)輸入設(shè)備對(duì)虛擬世界進(jìn)行指令操作，通過(guò)顯示設(shè)備進(jìn)行對(duì)虛擬世界的觀察。

（2）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)，這一類型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備的要求較高，他是利用一種中間設(shè)備，例如頭戴顯示器，觸覺(jué)手套等，將用戶的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官感覺(jué)封鎖起來(lái)，并通過(guò)中間傳輸設(shè)備，給用戶提供一種全新的虛擬感覺(jué)，讓用戶沉浸其中。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)，這一類型的虛擬現(xiàn)實(shí)能給用戶提供平時(shí)或者是正常情況下難以觀察到難以感受到的狀態(tài)給呈現(xiàn)出來(lái)，是真實(shí)世界和虛擬世界的疊加，即“實(shí)中有虛”。

（4）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，他需要通過(guò)多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備連接在一起，共同建立一個(gè)虛擬世界，這時(shí)候的虛擬現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)真正意義上的多元世界，多個(gè)使用者可以對(duì)同一個(gè)虛擬世界進(jìn)行操作。

1.1 什么是頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)是將數(shù)字化虛擬世界呈現(xiàn)給用戶的一個(gè)窗口，用戶可以通過(guò)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備將其對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)隔離起來(lái)，這時(shí)候就完全置身于虛擬世界了。頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示根據(jù)人眼視覺(jué)原理左右眼成像不同，分別顯示相應(yīng)的左右眼圖像，能讓人感覺(jué)到虛擬世界的物體時(shí)有立體有深度信息的，從而傳遞給大腦一個(gè)真實(shí)的信息，在視覺(jué)層面上達(dá)到以假亂真的目的。

1.2 構(gòu)成

一套完整的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常由以下幾方面組成[1～2]：

（1）計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，它必須能承載龐大的數(shù)據(jù)量運(yùn)轉(zhuǎn)，快速生成圖形圖像并且能支持實(shí)時(shí)高速處理，高性能計(jì)算機(jī)設(shè)備是頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)也是關(guān)鍵。

（2）頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，它是人機(jī)交互的接口，使用者通過(guò)它可以對(duì)虛擬世界進(jìn)行操作，虛擬世界也可以根據(jù)使用者的各項(xiàng)指令進(jìn)行反饋，借助頭戴式虛擬顯示器，使用者可以看得見(jiàn)虛擬世界，并且^戴虛擬顯示器中安裝有定位器，當(dāng)使用者行走的位置或者方向進(jìn)行改變的時(shí)候，虛擬世界會(huì)相應(yīng)變化。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)生成軟件，它是虛擬世界得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，你可以利用它構(gòu)建真實(shí)世界場(chǎng)景的再現(xiàn)或是你所構(gòu)想的虛擬世界，現(xiàn)階段相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)生成軟件游戲領(lǐng)域運(yùn)用的比較多的是Virtools、Quest 3D等，在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域用的比較多的有Alias、RTT等。

（4）虛擬現(xiàn)實(shí)三維數(shù)字模型。它是虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容也是載體，他可以是現(xiàn)實(shí)世界的再造，也可以是人們虛構(gòu)的世界，它的狀態(tài)決定是使用者所看到的內(nèi)容。

1.3 成像原理

人們?cè)谟^察周邊世界的時(shí)候，能感受到物體的立體、遠(yuǎn)近、景深等效果主要是依靠于人眼強(qiáng)大的成像原理，人們由于兩只眼睛的不同位置而產(chǎn)生眼距，在看同一件物體的時(shí)候得到兩幅略微不同的圖像，這兩幅圖像經(jīng)過(guò)人的大腦的融合，形成一幅帶有空間立體、距離遠(yuǎn)近等信息的景象，而頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器正是模仿人眼雙目立體成像原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，頭戴顯示器有兩個(gè)顯示鏡分別用來(lái)模擬人的左右眼，工作站根據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)輸入指令，分別將左右眼畫(huà)面輸送給左右眼顯示器，用戶佩戴上頭戴式虛擬顯示器，就可以體驗(yàn)到虛擬的真實(shí)。

2 頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)汽車(chē)造型設(shè)計(jì)、加快汽車(chē)研發(fā)進(jìn)程的一種有效手段，自誕生以來(lái)就受到了各大主流汽車(chē)公司的廣泛關(guān)注與應(yīng)用，并且其帶來(lái)的巨大效益也得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可[3]。放眼國(guó)外主流的汽車(chē)廠商像奔馳、保時(shí)捷等，都建立有自己的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室。在近兩年頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)風(fēng)潮瘋狂席卷全球態(tài)勢(shì)下，很多汽車(chē)公司都紛紛加入了頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，在美國(guó)通用公司的虛擬現(xiàn)實(shí)中心的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室里，當(dāng)用戶進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室，佩戴上頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器，預(yù)先設(shè)置好的虛擬現(xiàn)實(shí)世界就會(huì)呈現(xiàn)在用戶身邊，用戶可以看到和真實(shí)汽車(chē)一樣的包括尺寸大小、顏色、紋理一樣的虛擬汽車(chē)，用戶可以像實(shí)際觀察汽車(chē)一樣前后來(lái)回觀察，可以查看車(chē)體的造型輪廓及線條流暢性，也可以坐到汽車(chē)座椅上觀察儀表、方向盤(pán)、娛樂(lè)面板等細(xì)節(jié)的效果，以及模擬駕駛員視野的觀察。

3 頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的原有設(shè)計(jì)流程及驗(yàn)證方法有了很大改進(jìn)，在汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中，汽車(chē)造型設(shè)計(jì)是很重要一環(huán)，汽車(chē)設(shè)計(jì)師的造型構(gòu)想如何快速的讓用戶看得見(jiàn)并且喜愛(ài)是決定造型設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程往往需要經(jīng)過(guò)幾輪甚至十幾輪反復(fù)推敲，時(shí)間成本比較高，難以跟上快速變化的市場(chǎng)環(huán)境，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程并且客觀真實(shí)的反應(yīng)汽車(chē)造型狀態(tài)尤為重要，而頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠在造型效果圖之后就迅速加入設(shè)計(jì)流程，并且用虛擬的環(huán)境客觀真實(shí)的還原實(shí)際狀態(tài)，讓用戶所看即所得，而完成一套虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅需要硬件系統(tǒng)的支持，也需要軟件的配合，而所觀察到的內(nèi)容則需要設(shè)計(jì)師前期虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的制作。

4 面臨的問(wèn)題與發(fā)展方向

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的運(yùn)用，讓使用者能夠以比較真實(shí)自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，提高了人機(jī)交互的真實(shí)性，但受限于當(dāng)下科技水平、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等各方面的影響，仍存在一定程度上的虛擬世界不真實(shí)、人機(jī)交互程度不夠以及用戶共享性不足等題[4]。目前來(lái)看，一套頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備同時(shí)只能支持一位用戶觀察使用，因此在用戶共享體驗(yàn)上不夠。

在將來(lái)科學(xué)技術(shù)水平、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等各方面技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟的時(shí)候，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以朝分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展，通過(guò)多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備共同建立一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)世界，多個(gè)使用者可以對(duì)同一個(gè)虛擬世界進(jìn)行操作，這時(shí)候的虛擬現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)真正意義上的多元世界。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科技水平的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也隨之日漸成熟，并且由于其為人類生活生產(chǎn)方面帶來(lái)的巨大效益越來(lái)越被接受，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用作為即Powerwall桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)之后的另一先進(jìn)技術(shù)，能極大的優(yōu)化汽車(chē)設(shè)計(jì)流程、縮短研發(fā)時(shí)間、有效提高汽車(chē)設(shè)計(jì)水平 ，給使用者提供真實(shí)的用戶反饋，也越來(lái)越被汽車(chē)設(shè)計(jì)公司所青睞，雖然受限于當(dāng)下科技發(fā)展水平等各方面因素的影響，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在使用體驗(yàn)上仍有些不足，但隨著科技的進(jìn)步以及巨大市場(chǎng)資金的投入必定能推動(dòng)這一技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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篇3

發(fā)展土木工程信息化的著眼點(diǎn)以及關(guān)鍵點(diǎn)在于管理者，管理者必須打破傳統(tǒng)的思想，從思想上進(jìn)行改變，構(gòu)建信息化的框架，推動(dòng)行業(yè)的變革。

1.1土木工程信息網(wǎng)絡(luò)它主要包括四個(gè)方面，首先是信息的遠(yuǎn)程提供者、信息的傳播媒介，這是土木工程信息化的重點(diǎn)。然后是信息的接收端，有臺(tái)式和手持式兩種形式，手持式是未來(lái)的發(fā)展方向，它的作用是用它隨時(shí)隨地地與土木工程信息網(wǎng)進(jìn)行互換信息，獲得技術(shù)上的支持。其次是網(wǎng)絡(luò)傳輸，既要保證土木工程的信息與電訊移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)相互兼容，又要土木工程信息網(wǎng)與各種接收端進(jìn)行互換信息。最后是土木集成和交互系統(tǒng)，這一系統(tǒng)是有一系列比較大型的程序構(gòu)成，只有遵循土木工程信息網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)才可以進(jìn)行信息的整合，土木工程信息制造商也可以通過(guò)這個(gè)平臺(tái)精準(zhǔn)、便捷的給工程提供不同信息，保證信息也通過(guò)這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行傳輸。

1.2學(xué)科建設(shè)、信息產(chǎn)業(yè)化發(fā)展土木信息學(xué)科是將傳統(tǒng)土木工程與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合而形成的一個(gè)邊緣交叉學(xué)科，任務(wù)是在土木信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，整合社會(huì)資源，進(jìn)行學(xué)科建設(shè)，從技術(shù)、政治、經(jīng)濟(jì)、法制等角度對(duì)土木工程信息化的建設(shè)提供學(xué)科支撐，并培養(yǎng)大量專業(yè)人才[2]。土木工程信息技術(shù)的發(fā)展會(huì)引起土木工程行業(yè)整個(gè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與資源整合。

1.3整合資源土木工程信息化建設(shè)必須遵循國(guó)家提出的原則———“國(guó)家主導(dǎo)、統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、互聯(lián)互通、資源共享”。要想保證土木工程信息化工作能夠順利開(kāi)展，必須調(diào)動(dòng)各方力量，整合政府、土木工程相關(guān)部門(mén)，調(diào)動(dòng)工作積極性，進(jìn)而提高其配合力。積極地與國(guó)外進(jìn)行技術(shù)合作，相互學(xué)習(xí)，形成健全的機(jī)制。

1.4商務(wù)貿(mào)易信息系統(tǒng)逐步融入互聯(lián)網(wǎng)的土木工程，在提供信息服務(wù)上發(fā)揮巨大作用，又可比較設(shè)計(jì)方案、施工方案、技術(shù)合作方案等，提高效率，提高企業(yè)的決策能力。電子郵件的使用，可以改變建筑項(xiàng)目、承建商以及供應(yīng)商之間信息溝通有誤情況，增加工作透明度，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)投標(biāo)可以從另一角度規(guī)范市場(chǎng)行為，減少成本。

2土木工程信息化發(fā)展前景

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)進(jìn)行整合運(yùn)用，將抽象而又復(fù)雜的數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)化成用戶比較熟知的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可建立建筑物周?chē)鷪?chǎng)景、機(jī)械設(shè)備等虛擬的三維立體模型，而且可以使其中的模型具有動(dòng)態(tài)性能，對(duì)模型進(jìn)行模擬配置，這樣在虛擬環(huán)境中就可以對(duì)施工方案進(jìn)行改動(dòng)，這種改動(dòng)完全可以用到現(xiàn)實(shí)中。隨著土木工程耐久性的問(wèn)題的日益突出[3]，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，解決上述問(wèn)題，是未來(lái)發(fā)展方向之一。

2.23S系統(tǒng)3S系統(tǒng)由遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)構(gòu)成，它可以選擇地進(jìn)行觀測(cè)、分析應(yīng)用，這在土木工程中某些方面已發(fā)揮巨大作用，未來(lái)具有廣闊的發(fā)展前景。近幾年談及的“數(shù)字城市”，是以“3S”技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用各種因素對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施、各種功能機(jī)制進(jìn)行采集?！皵?shù)字城市”是在數(shù)字化信息處理技術(shù)的通信技術(shù)背景下的系統(tǒng)，這一技術(shù)的運(yùn)用將會(huì)提升我國(guó)的城市規(guī)劃建設(shè)。

2.3智能化智能化是信息化背景下土木工程發(fā)展的大方向，信息化的發(fā)展推動(dòng)了智能建筑的發(fā)展，智能建筑融合了計(jì)算機(jī)、多媒體、現(xiàn)代通訊、環(huán)境監(jiān)控，對(duì)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、使用者的信息服務(wù)和建筑進(jìn)行優(yōu)化，適合信息型社會(huì)的需要。

2.4數(shù)字信息集成系統(tǒng)工程中的數(shù)字信息集成系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、施工系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)三大系統(tǒng)構(gòu)成，它們分別連接設(shè)計(jì)、制造工廠和現(xiàn)場(chǎng)。很多工作都可以通過(guò)施工網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃以及項(xiàng)目管理整合到數(shù)字信息系統(tǒng)中，引入建筑設(shè)計(jì)信息、產(chǎn)品制造數(shù)字化集成、三級(jí)輔助等方法引入，這可以在很大程度上減少土木施工現(xiàn)場(chǎng)的工作容量以及強(qiáng)度，在現(xiàn)場(chǎng)施工的組織與管理方面，智能化管理系統(tǒng)可以使用專家系統(tǒng)、知識(shí)工程與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，利用集成、協(xié)調(diào)以及智能手段實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)目前在結(jié)構(gòu)定位檢測(cè)方面已經(jīng)發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，現(xiàn)場(chǎng)材料的性能測(cè)試、破壞性以及開(kāi)發(fā)性測(cè)試，可以成為計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，可以有效地保證現(xiàn)場(chǎng)建造施工質(zhì)量。

2.5電子數(shù)據(jù)和項(xiàng)目管理方向工程的施工在土木工程計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用中是一個(gè)重要方面，由于施工的復(fù)雜性，工程的投標(biāo)報(bào)價(jià)、預(yù)算、合同的管理以及最后的驗(yàn)收都需要大量的數(shù)據(jù)與信息[4]，整個(gè)工程項(xiàng)目的管理都將會(huì)成為計(jì)算機(jī)輔助施工技術(shù)的一個(gè)方面。國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用于工地聯(lián)系、人機(jī)通訊設(shè)備的雙向無(wú)線電通訊設(shè)備。土木工程信息化的發(fā)展，使國(guó)際承包商跨越國(guó)界進(jìn)行施工承包。

3結(jié)語(yǔ)

篇4

關(guān)鍵字：VRML 虛擬儀器 虛擬機(jī)床

1. 引言

智能化、自動(dòng)化、集成化的先進(jìn)制造模式是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借自身的直觀性和自然的人機(jī)交互性等特征，在傳統(tǒng)的加工仿真技術(shù)中的人機(jī)交互方面的薄弱環(huán)節(jié)中提供了全新的思維和解決方式，對(duì)數(shù)控機(jī)床虛擬操作的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，其虛擬操作主要包括實(shí)際的數(shù)控加工過(guò)程中相仿的各項(xiàng)手工操作，而且必須借助于人機(jī)交互技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)用戶指令的接收和傳遞等問(wèn)題，解決了進(jìn)行多頁(yè)面的信息傳遞問(wèn)題。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VRML）主要是利用計(jì)算機(jī)并且通過(guò)多種傳感器借口來(lái)制造出一種逼真的技術(shù)所要求的模擬環(huán)境，用戶可以與此虛擬環(huán)境進(jìn)行交互并且可以融入到此模擬環(huán)境中的一種技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)跨多門(mén)學(xué)科的技術(shù)，包括眾多的計(jì)算機(jī)、媒體技術(shù)等，像傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及多媒體技術(shù)等都和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有關(guān)聯(lián)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以上技術(shù)的集成和滲透，沉浸性、交互性和想象性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的三個(gè)特性。

2. 數(shù)控機(jī)床虛擬加工的關(guān)鍵技術(shù)分析

所謂數(shù)控機(jī)床虛擬操作功能實(shí)質(zhì)上是一種人機(jī)交互方式，是加工仿真系統(tǒng)中的一種。它具有操作便捷，操作過(guò)程更直觀、更具體的特點(diǎn)。通過(guò)數(shù)控加工操作習(xí)慣的形式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)的人機(jī)交互功能。數(shù)控機(jī)床的虛擬加工技術(shù)主要有三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，分別是數(shù)控程序的檢查與翻譯、刀補(bǔ)的計(jì)算和工件切除過(guò)程的顯示。在下面的文章中，將對(duì)數(shù)控機(jī)床虛擬操作和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

首先，數(shù)控程序是指控制機(jī)床進(jìn)行加工作業(yè)的特定代碼，其中包含著各項(xiàng)運(yùn)行的信息，主要是刀位信息和工藝信息。數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中的信息來(lái)源，所以在進(jìn)行具體的運(yùn)行時(shí)，必須先對(duì)已知的數(shù)控程序進(jìn)行一些處理，提取出數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)即數(shù)控程序中的工藝信息和刀位信息，進(jìn)而生成數(shù)控程序鎖描述的具體加工過(guò)程。數(shù)控程序包括預(yù)處理和翻譯兩大過(guò)程，在數(shù)控程序的預(yù)處理過(guò)程中要進(jìn)行詞法分析和語(yǔ)法檢查兩個(gè)工作；數(shù)控程序的翻譯過(guò)程主要包括工藝及刀位信息提取過(guò)程和運(yùn)動(dòng)控制指令生成過(guò)程兩個(gè)方面。

其次，對(duì)于刀補(bǔ)的計(jì)算方面。在編寫(xiě)數(shù)控程序時(shí)，必須明確數(shù)控機(jī)床所控制的事刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，也就是說(shuō)在加工過(guò)程中是使用刀尖和刀刃來(lái)完成的，而不能僅僅按照所需零件的外貌輪廓進(jìn)行加工程序的編寫(xiě)。如若沒(méi)有對(duì)此加以明確，而僅僅依靠零件的輪廓進(jìn)行程序編寫(xiě)，往往會(huì)出現(xiàn)加工軌跡和零件的實(shí)際輪廓不一致的情況。為了解決這一問(wèn)題，在編寫(xiě)數(shù)控程序時(shí)，必須明確數(shù)控機(jī)床所控制的對(duì)象是刀尖或刀刃，在刀具中心與刀具切削點(diǎn)之間進(jìn)行位置偏置。根據(jù)所需零件輪廓和刀具中心偏移量，計(jì)算出刀具中心運(yùn)行軌跡的功能即是刀具的補(bǔ)償功能。

最后，對(duì)于工件切除過(guò)程的顯示。工件切除過(guò)程的顯示，即消隱算法的實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行虛擬機(jī)床仿真設(shè)計(jì)時(shí)，我們不僅要保證虛擬過(guò)程的高效性、易實(shí)現(xiàn)性和穩(wěn)定性，同時(shí)還要確保VRML的某一內(nèi)部節(jié)點(diǎn)能對(duì)工件模型進(jìn)行描述。在這里可以采用基于Z-map結(jié)構(gòu)的材料切除方法，這種方法不僅簡(jiǎn)單易行，實(shí)現(xiàn)方便，而且占用內(nèi)存少，不用重新設(shè)計(jì)原型節(jié)點(diǎn)。Z-map是一種非參數(shù)化的表示方法，采用離散的方式對(duì)三維模型的特征進(jìn)行記錄，所以為了實(shí)現(xiàn)Z-map結(jié)構(gòu)模型的仿真過(guò)程，工件的實(shí)體模型必須要轉(zhuǎn)換成Z-map結(jié)構(gòu)表述的離散化的模型。

3. 系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)分析

對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們可以采用VRML+JavaApplet+JavaScript的一種整合型的系統(tǒng)，這樣可以把VRML構(gòu)造的三維虛擬場(chǎng)景以及虛擬機(jī)床、虛擬場(chǎng)景控制中心的JavaApplet以及JavaScript共同整合到同一個(gè)Html文件里面，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的獨(dú)立性，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下來(lái)說(shuō)更為適合。整個(gè)的數(shù)控機(jī)床虛擬仿真系統(tǒng)包括三個(gè)模塊：人機(jī)交互模塊、三維場(chǎng)景模塊和三維場(chǎng)景監(jiān)聽(tīng)模塊。

首先，人機(jī)交互模塊。這一部分主要是接收用戶發(fā)送的指令，對(duì)于接收后的制定進(jìn)行一系列的處理，然后把處理后的數(shù)據(jù)、結(jié)果等返回給用戶。

其次，三維場(chǎng)景控制模塊。這是系統(tǒng)中最重要的核心部分，人機(jī)交互模塊接收到的NC代碼、手動(dòng)操控指令等的各種信息會(huì)在這一模塊中進(jìn)行解釋，然后向人機(jī)交互模塊發(fā)出相應(yīng)的指令進(jìn)行控制，這樣就可以實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景視角切換和機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制等的功能。

最后，三維場(chǎng)景監(jiān)聽(tīng)模塊。對(duì)于這一模塊來(lái)說(shuō)，主要是獲得VRML場(chǎng)景的刀具位置、冷卻液狀態(tài)以及刀具的進(jìn)給速度等的數(shù)據(jù)信息，然后對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析變換在返回給人機(jī)交互模塊，通過(guò)這一步驟，用戶可以知道虛擬機(jī)床目前的運(yùn)行狀態(tài)。

4. 總結(jié)

對(duì)于VRML虛擬制造來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工仿真技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一，采用數(shù)控加工仿真技術(shù)不僅能降縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，而且還能避免或者降低在數(shù)控機(jī)工過(guò)程中出現(xiàn)的欠切、碰撞以及過(guò)切、碰撞等情況。在以后的研究中，我們可以對(duì)數(shù)控機(jī)床的虛擬操作進(jìn)行更深入的研究，可以把真實(shí)的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)和虛擬操作系統(tǒng)連接起來(lái)，這樣就可以通過(guò)虛擬的系統(tǒng)對(duì)真實(shí)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中的錯(cuò)誤信息等。

參考文獻(xiàn)：

篇5

關(guān)鍵詞：民機(jī)設(shè)計(jì)；數(shù)字化技術(shù)；三維模型設(shè)計(jì)；可視化后處理；數(shù)字化平面藝術(shù)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)24-6029-03

The Application and Research of Digital Technology in Civil Aircraft Design

LIU Ning

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 200232, China)

Abstract: To analyze digital technology in respect of virtual reality, three-dimensional modeling, visualized post-processing, digitalized management platform. The development of computer digital technology brings new research method and way of working to the progress of design, technology demonstration and marketing. It also brings the process rationality, humanity and efficiency. Civil aircraft, as the representative of the high-end product, shows the future of the technology development. The greatest value of civil aircraft is marketing promotion, recognition and reputation by customs and clients. These are the keys to improve the international competitiveness of China.

Key words: civil aircraft design; digital technology; virtual reality; three-dimensional modeling; visualized post-processing; digital graphic art and design

1 數(shù)字化技術(shù)的定義

數(shù)字化技術(shù)指在一定的硬件基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的運(yùn)算方式來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、可視化術(shù)分析、虛擬產(chǎn)品展示等過(guò)程。這種過(guò)程可以簡(jiǎn)單稱之為數(shù)字化技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)以其豐富全面的功能在航空航天、科技、制造、多媒體等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 國(guó)內(nèi)外航空業(yè)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展

2.1 國(guó)外數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外數(shù)字化技術(shù)是隨著信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、CAD/CAE/CAM等技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來(lái)。它主要以產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)、協(xié)同平臺(tái)管理、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)為主要標(biāo)志，促進(jìn)了傳統(tǒng)工作模式到數(shù)字化工作模式的根本性轉(zhuǎn)變。隨著產(chǎn)品制造模式的變化，這種工作模式在國(guó)外民機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，極大提高了工作效率，節(jié)省了人力成本和硬件成本。

2.2 國(guó)內(nèi)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)航空業(yè)近年逐漸開(kāi)始應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，經(jīng)過(guò)近數(shù)年的努力取得了顯著成效,集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：利用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維模型的可視化、建立數(shù)字樣機(jī)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)件和部分系統(tǒng)件的三維數(shù)字模型、預(yù)裝配、干涉檢查與運(yùn)動(dòng)模擬效果，并利用渲染技術(shù)體現(xiàn)了產(chǎn)品的外形輪廓、材質(zhì)的表達(dá)、環(huán)境的渲染等。模擬效果逼真。

3）數(shù)字化管理平臺(tái)：絕大多數(shù)飛機(jī)制造企業(yè)引進(jìn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）平臺(tái)。部分企業(yè)還制定了數(shù)字化設(shè)計(jì)/制造管理標(biāo)準(zhǔn)。

4）在數(shù)字化技術(shù)推廣應(yīng)用：各航空企業(yè)對(duì)數(shù)字化設(shè)備均有著較大的投入，從整個(gè)行業(yè)來(lái)看，數(shù)字化類固定資產(chǎn)已占到固定資產(chǎn)原值的三分之一以上；工作站、服務(wù)器已達(dá)幾千臺(tái)；CAD等各類軟件已達(dá)千余套；數(shù)控設(shè)備五百余臺(tái)；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）終端用戶超過(guò)500個(gè)。

5）以數(shù)字化技術(shù)為前提的數(shù)字化藝術(shù)：利用三維設(shè)計(jì)軟件(如Pro Engineer、Caxa、Alias studio、Maya等)，展示了優(yōu)美的飛機(jī)外形、優(yōu)雅的飛行姿態(tài)、美觀的噴涂設(shè)計(jì)等。利用三維軟件結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)軟件(如Division Mockup)對(duì)飛機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管路、電氣等的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析、利用數(shù)字化平面設(shè)計(jì)軟件展現(xiàn)飛機(jī)舒適的內(nèi)飾環(huán)境和美輪美奐的燈光效果等。這種全新的視覺(jué)效果對(duì)飛機(jī)的宣傳工作都起到了至關(guān)重要的作用。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物, 是一種創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)是在虛擬的數(shù)字空間中模擬現(xiàn)實(shí)世界中的事物,這是現(xiàn)實(shí)世界的事物在數(shù)字空間中的可視化和感官化的表現(xiàn)。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

1）Immersion（沉浸感）、Interaction（交互性）：對(duì)于產(chǎn)品展示，傳統(tǒng)表現(xiàn)模式無(wú)疑受到了空間和時(shí)間的條件的束縛。而想要在真實(shí)產(chǎn)品前就可以評(píng)估其設(shè)計(jì)的合理性，需要的時(shí)間和人力成本將是十分巨大的，而虛擬展示設(shè)計(jì)具有感官上的真實(shí)性的特點(diǎn)。一個(gè)受測(cè)試者置身其中，通過(guò)操作一定的設(shè)備如手套、頭盔、立體眼鏡等，不僅能獲得身臨其境的感覺(jué)，而且其交互性使用戶有著強(qiáng)烈的主動(dòng)式的體驗(yàn)。在人工虛擬建成的數(shù)字世界中，用戶的得到了類似置身實(shí)際場(chǎng)景的真實(shí)體驗(yàn)。

2）準(zhǔn)確性：虛擬的展示設(shè)計(jì)一般通過(guò)純數(shù)字化、模型化、圖表化的來(lái)展示。依托于數(shù)據(jù)生成的模型、數(shù)據(jù)結(jié)果保證了可視化結(jié)果的準(zhǔn)確性。各相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員通過(guò)行業(yè)認(rèn)可的計(jì)算手段進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、分析。通過(guò)可視化分析結(jié)果，分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性。例如飛機(jī)模型展示、模擬裝配、場(chǎng)景展示，使研發(fā)工作人員及市場(chǎng)研究人員對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況有著充分的了解，可以做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。為設(shè)計(jì)人員節(jié)省了繁瑣的人工勞動(dòng)。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展成為數(shù)字技術(shù)發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，也是目前信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)之一。全世界很多發(fā)達(dá)國(guó)家虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在很多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用并取得了很大的發(fā)展，給企業(yè)帶來(lái)了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。未來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將從借助外部設(shè)備式的被動(dòng)立體實(shí)現(xiàn)裸眼式的主動(dòng)立體，效果將更加逼真、運(yùn)算過(guò)程更加迅速；利用全球協(xié)作，將輕松做到分地實(shí)時(shí)渲染、數(shù)據(jù)同步更新。目前已有國(guó)內(nèi)航空企業(yè)開(kāi)始使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)、技術(shù)分析。如Division Mockup。

4 數(shù)字化三維建模技術(shù)

4.1 數(shù)字化建模技術(shù)定義

基于數(shù)字化模型的建模技術(shù)是由專業(yè)人員通過(guò)使用專業(yè)CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、幾何學(xué)以及自身的專業(yè)知識(shí)，搭建出物體的三維模型。三維建模技術(shù)給工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)了根本性的變革，幫助設(shè)計(jì)師從傳統(tǒng)的、枯燥的繪圖方式中解脫出來(lái)，設(shè)計(jì)師可以不再花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去測(cè)量模型的尺寸、公差等設(shè)計(jì)特征本身，更好的理解和觀察設(shè)計(jì)對(duì)象，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

4.2 數(shù)字化建模的原理

三維設(shè)計(jì)軟件模塊眾多，覆蓋面廣泛，軟件功能強(qiáng)大，界面友好、操作方便。軟件提供最基本的單元幾何造型模型庫(kù)，如球體、圓柱、圓錐等。創(chuàng)立簡(jiǎn)單的零件，可通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將其分解成若干基本體，再對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后再對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，便可得出零件的三維實(shí)體模型。對(duì)于較復(fù)雜的圖形，軟件提供草圖工具，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)它先勾勒出截面，再拉伸出較復(fù)雜的幾何形體。為了滿足人們不斷提高的審美要求，目前主要流行的幾款三維設(shè)計(jì)軟件基本都提供面片模塊，該模塊為設(shè)計(jì)人員提供了非常方便的曲面設(shè)計(jì)工具。對(duì)于具有大塊曲面的零件，設(shè)計(jì)師可以方便地對(duì)單個(gè)面或片體進(jìn)行變形處理，以達(dá)到需要的曲面。

4.3 數(shù)字化建模的應(yīng)用

三維數(shù)字化模型可以更準(zhǔn)確地對(duì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，幫助相關(guān)專業(yè)人員對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，并行地完成相關(guān)工作。更重要的是三維數(shù)字模型可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的數(shù)字量傳遞，直接作為制造加工的依據(jù)。

如今的航空領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)中的建模技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用的非常廣泛。利用CAD軟件，飛機(jī)的設(shè)計(jì)完全可以實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化設(shè)計(jì)。為民機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)人員提供了極大的方便。

三維數(shù)字化模型同樣可以與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中最基本、最重要的工作之一。如圖1、圖2所示。

5 工程可視化后處理軟件

5.1 可視化后處理軟件

目前在航空領(lǐng)域可視化后處理軟件有很多。其中Ensight為其中之一，它是一套適用于各種工程和科學(xué)的后處理與計(jì)算結(jié)果可視化與協(xié)同軟件。在工業(yè)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?？芍С指鞣N類型的工程分析數(shù)據(jù)。全球眾多工程師、科學(xué)家及科研工作者都使用其來(lái)查看、理解、交流各種計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)結(jié)果?？商幚戆偃f(wàn)甚至上億的結(jié)點(diǎn)單元，具有并行處理與渲染的優(yōu)勢(shì)，并支持VR 系統(tǒng)環(huán)境以及實(shí)時(shí)協(xié)同等功能。通過(guò)Ensight可以將模擬計(jì)算飛機(jī)各種運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。

5.2 可視化后處理軟件的特點(diǎn)

1）支持圖形質(zhì)量和輸出選擇

2）動(dòng)畫(huà)功能

3）不限制的腳本實(shí)現(xiàn)批處理模式

4）虛擬現(xiàn)實(shí)的功適合演示

5）深度的右鍵單擊選項(xiàng)，能夠交互操作視圖

5.3 可視化后處理軟件的應(yīng)用

可視化后處理軟件在航空業(yè)的起步較晚，在汽車(chē)行業(yè)，后處理軟件已較多的運(yùn)動(dòng)在氣動(dòng)外形分析、動(dòng)力分析等方面。國(guó)內(nèi)航空業(yè)已有企業(yè)利用可視化后處理軟件對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)行計(jì)算、分析（如圖4）。今后可視化后處理軟件將越來(lái)越多的應(yīng)用航空領(lǐng)域。

6 數(shù)字化管理平臺(tái)

目前國(guó)內(nèi)航空業(yè)主流的數(shù)字化平臺(tái)品包括PTC公司和法國(guó)Dassault Systemes公司的PLM系統(tǒng)。其中美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品是基于Windchill內(nèi)核技術(shù)，該平臺(tái)的主要作用是管理飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)及流程，用于進(jìn)行主制造商與供應(yīng)商之間有實(shí)現(xiàn)在線協(xié)同設(shè)計(jì)等，該公司具備多年豐富的技術(shù)積淀和航空領(lǐng)域項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，全球很多航空企業(yè)是其合作伙伴。VPM是基于ENOVIA技術(shù)，用于管理飛機(jī)初步設(shè)計(jì)階段的數(shù)模，與CATIA的無(wú)縫集成，是其在全球航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的重要因素之一。

達(dá)索為各種企業(yè)提供電子商務(wù)解決方案，幫助企業(yè)實(shí)施數(shù)字化戰(zhàn)略。ENOVIA專注于幫助企業(yè)管理數(shù)字化產(chǎn)品、流程和資源的綜合性模型、協(xié)作模型及分布式模型。其核心優(yōu)勢(shì)主要是在數(shù)字化制造解決方案，不僅僅提供了生產(chǎn)過(guò)程的仿真，同時(shí)還提供了車(chē)間和生產(chǎn)線的仿真，人機(jī)工程等。

6.1 PLM產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

1）進(jìn)一步和CAD/CAM集成實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生命周期管理；2）貫穿從市場(chǎng)開(kāi)發(fā)到后續(xù)產(chǎn)品運(yùn)維的整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理；3）進(jìn)一步加強(qiáng)PLM產(chǎn)品研發(fā)和SCM供應(yīng)鏈管理兩大核心業(yè)務(wù)的集成和協(xié)同；4）真正的將前端的市場(chǎng)和產(chǎn)品規(guī)劃，組合計(jì)劃過(guò)程和后續(xù)的產(chǎn)品研發(fā)集成起來(lái)。

7 數(shù)字化平面藝術(shù)

如今，數(shù)字化技術(shù)越來(lái)越廣泛的被運(yùn)用在平面設(shè)計(jì)上，電子數(shù)碼產(chǎn)品、多媒體產(chǎn)業(yè)、電子信息處理系統(tǒng)成為新技術(shù)的核心，平面設(shè)計(jì)成為數(shù)字化革命的實(shí)驗(yàn)田之一。數(shù)字化的平面技術(shù)帶了藝術(shù)形式的新的表達(dá)形式，產(chǎn)生了數(shù)字化的平面藝術(shù)。

在航空領(lǐng)域飛機(jī)的外觀和內(nèi)飾中，平面設(shè)計(jì)已經(jīng)是不可或缺的一部分，飛機(jī)的外觀形象在飛機(jī)的宣傳和銷(xiāo)售過(guò)程中其實(shí)是非常重要的，國(guó)內(nèi)以往整體效果偏向保守穩(wěn)重，而近年國(guó)內(nèi)民機(jī)的飛機(jī)噴涂有了新的變化，如上海世博會(huì)期間東航公司的“世博號(hào)”噴涂，積極的運(yùn)用了新穎的圖案設(shè)計(jì)元素，給飛機(jī)的整體外觀注入了新的活力。國(guó)內(nèi)某支線客機(jī)的藍(lán)色圖案和紅色彩虹主題圖案，也分別象征了該型號(hào)飛機(jī)的大氣和活力。給我國(guó)自主研發(fā)的飛機(jī)的宣傳起到了積極的作用。內(nèi)飾方面，國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)展示樣機(jī)也同樣大量的運(yùn)用了平面設(shè)計(jì)元素。結(jié)合了中國(guó)祥云、龍的傳統(tǒng)元素，搭配大氣端莊的色彩，大型客機(jī)展示樣機(jī)在2010年亮相珠海航展時(shí)，得到了國(guó)內(nèi)外一致的好評(píng)。

8 結(jié)論

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，為飛機(jī)的研制提供高效可靠的設(shè)計(jì)手段；提高了飛機(jī)設(shè)計(jì)的可靠性和可維護(hù)性；通過(guò)有效的平臺(tái)管理，確保了研制過(guò)程的高效化、無(wú)紙化、保證了數(shù)據(jù)源的唯一；設(shè)計(jì)過(guò)程清晰可追溯，便于協(xié)調(diào)；通過(guò)工程可視化和后處理軟件，測(cè)試產(chǎn)品零件的合理性，減少零件間的干涉；減少了因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理所造成的設(shè)計(jì)更改，縮短新機(jī)研制周期，節(jié)省飛機(jī)的研制成本；展現(xiàn)了飛機(jī)外觀內(nèi)飾的美學(xué)設(shè)計(jì)，提高了飛機(jī)的國(guó)內(nèi)外知名度。

因此，數(shù)字化技術(shù)將有助于我國(guó)民機(jī)事業(yè)的發(fā)展。飛機(jī)的研發(fā)和制造是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，在技術(shù)上，未來(lái)飛機(jī)研制的趨勢(shì)將更多地運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)為之服務(wù)。在人力上，掌握數(shù)字化技術(shù)的人才將為飛機(jī)設(shè)計(jì)的研制周期、質(zhì)量、安全性帶來(lái)保證。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

關(guān)鍵詞：隧道工程；監(jiān)測(cè)；信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)；GIS；可視化；

作者：李元海等

中國(guó)是世界上隧道最多、發(fā)展速度最快、地質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式最為復(fù)雜的國(guó)家，在建和待建的山嶺隧道、地鐵隧道、水底隧道、水電壓力隧道等不計(jì)其數(shù)[1-2]。眾所周知，隧道工程與地面工程的一個(gè)重要區(qū)別在于其處于特殊的巖土地質(zhì)環(huán)境中，工程設(shè)計(jì)和施工中存在很多尚不完全清楚的問(wèn)題，主要原因在于：(1)巖土地質(zhì)條件千變?nèi)f化，難以把握；(2)巖土結(jié)構(gòu)與人工支護(hù)系統(tǒng)的相互作用關(guān)系尚不明確；(3)大量城市隧道工程周?chē)h(huán)境影響十分復(fù)雜。由于巖土力學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)條件的限制，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)隧道及周?chē)h(huán)境在施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)幾乎是不可能的。當(dāng)前一個(gè)有效的手段就是在施工中加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)測(cè)，以巖土層、隧道結(jié)構(gòu)與周?chē)?、?gòu)筑物的變形和受力以及地下水的變化信息為依據(jù)來(lái)優(yōu)化或修改設(shè)計(jì)與施工方案，即信息化施工，它在隧道工程施工的安全和風(fēng)險(xiǎn)控制方面起著重要作用，尤其是對(duì)于繁華城市地鐵或長(zhǎng)大復(fù)雜隧道，信息化施工是必不可少的關(guān)鍵施工技術(shù)[3-4]。

然而，信息化施工在早期實(shí)施過(guò)程中存在的一些問(wèn)題[5]現(xiàn)在似乎依然沒(méi)有得到多少改觀，特別是施工安全監(jiān)測(cè)是否完全發(fā)揮了應(yīng)有的作用還值得反思。在信息化施工中，施工監(jiān)測(cè)存在的一些問(wèn)題主要集中在2個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)采集；二是信息管理，本文主要討論后者。我們知道，地下工程的監(jiān)測(cè)目標(biāo)都具有一個(gè)共同的地理特征，它們總是位于某個(gè)空間位置，監(jiān)測(cè)目標(biāo)和監(jiān)控測(cè)點(diǎn)之間都有一個(gè)相對(duì)空間位置關(guān)系，工程師對(duì)于安全問(wèn)題的關(guān)心主要是發(fā)生在什么時(shí)間和什么地點(diǎn)，而地點(diǎn)與空間地理信息緊密相關(guān)，因此，在對(duì)隧道工程監(jiān)測(cè)信息管理方面，融合地理信息與數(shù)據(jù)庫(kù)管理的GIS技術(shù)應(yīng)是一個(gè)最佳的選擇[6]，它以地圖的形式形象直觀地將工程、監(jiān)測(cè)點(diǎn)與地面上下環(huán)境信息統(tǒng)一集成，能夠?qū)κ┕けO(jiān)測(cè)及其相關(guān)信息進(jìn)行高效管理與快速分析，從而可提高施工監(jiān)測(cè)的工作效率和信息化施工的技術(shù)水平。GIS在空間維度上包括二維和三維應(yīng)用，在應(yīng)用環(huán)境方面涵蓋桌面、網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端，能夠滿足監(jiān)測(cè)時(shí)空信息管理的多方面和多層次需求?；贕IS的隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理是信息化施工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，筆者主要對(duì)其研究與應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及發(fā)展方向進(jìn)行綜合分析與探討。

1隧道工程監(jiān)測(cè)信息分類與管理方法

現(xiàn)有隧道施工監(jiān)測(cè)管理工作中的信息傳遞方式通常是在項(xiàng)目參與各方(如業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工和監(jiān)測(cè)單位)之間進(jìn)行，采用的形式有表格、單據(jù)、文件等紙質(zhì)形式和電話、會(huì)議等傳播形式，因此，信息收集、整理、加工、傳遞、檢索和使用等整個(gè)周期較長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)重復(fù)和交叉工作，效率較低。這里，借鑒孫玉國(guó)[7]提出的以“數(shù)據(jù)”為中心的理念，筆者提出施工監(jiān)測(cè)管理應(yīng)以“信息”為中心的原則，加強(qiáng)信息分類與組織，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息管理平臺(tái)的創(chuàng)建和應(yīng)用，有利于提高監(jiān)測(cè)信息管理的工作效率，充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)信息對(duì)設(shè)計(jì)與施工的指導(dǎo)作用。

1.1安全監(jiān)測(cè)信息分類組織

信息的合理分類是為了高效管理，隧道施工監(jiān)測(cè)及其相關(guān)信息種類繁多且來(lái)源廣泛，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法，分類既不必過(guò)于精細(xì)，也不能過(guò)于簡(jiǎn)單，應(yīng)從滿足工程應(yīng)用和便于信息管理的角度來(lái)適度劃分。這里，建議以監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為中心，考慮重要影響因素，將監(jiān)測(cè)信息劃分為：(1)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；(2)工程信息；(3)周?chē)h(huán)境；(4)施工工況；(5)控制基準(zhǔn)；(6)工程措施(類似知識(shí)庫(kù))；(7)其他信息。根據(jù)信息隨著時(shí)間是否變化，又可分為靜態(tài)信息與動(dòng)態(tài)信息兩大類。其中，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與施工工況是與時(shí)間有關(guān)的典型動(dòng)態(tài)信息，而控制基準(zhǔn)、工程地質(zhì)和環(huán)境等可近似認(rèn)為是基本不變的靜態(tài)信息。

1)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：

有的根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象分為地表沉降、地層位移、地下水位、凈空收斂、拱頂沉降、土壓力、鋼筋軸力、混凝土應(yīng)變、樁柱結(jié)構(gòu)沉降與受力等；有的根據(jù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的受力和變形簡(jiǎn)單劃分為A項(xiàng)和B項(xiàng)兩大類。

2)工程信息：

包括工程基本概況、施工方法以及工程水文地質(zhì)等，這些內(nèi)容有助于了解工程的基本情況。

3)周?chē)h(huán)境：

分為地面建(構(gòu))筑物、道路、橋梁、河流、地下管線及地下硐室等，這些與施工監(jiān)測(cè)的目標(biāo)和環(huán)境影響分析緊密相關(guān)。

4)施工工況：

這是結(jié)合施工情況來(lái)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律及原因的必需信息，主要包括施工進(jìn)度、開(kāi)挖與支護(hù)情況及周?chē)鷪?chǎng)地環(huán)境變化(如超載)，通常以文字、數(shù)據(jù)、圖片和影像等形式表達(dá)，是分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最重要的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)信息。

5)工程措施：

可以針對(duì)具體工程出現(xiàn)的常見(jiàn)事故或問(wèn)題，建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在為安全監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析時(shí)能初步給出工程建議，供施工和設(shè)計(jì)單位參考；目前多數(shù)監(jiān)測(cè)工作都會(huì)在監(jiān)測(cè)報(bào)告，如日?qǐng)?bào)、周報(bào)或月報(bào)表中包含這一項(xiàng)內(nèi)容，但缺少一個(gè)全面、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)或知識(shí)庫(kù)支持。

6)控制基準(zhǔn)：

這是安全預(yù)警的重要依據(jù)，一般采用規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上，很多具體工程有一個(gè)自己的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)工程條件的不同，或嚴(yán)格或?qū)捤?，所以，在控制基?zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這2種情況。

7)其他信息：

上述內(nèi)容之外的與監(jiān)測(cè)有關(guān)的信息。

1.2監(jiān)測(cè)信息的分析與預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)整理分析的目的是從平靜中找出變化、從變化中找出規(guī)律、由規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)，防患于未然是施工安全控制的核心目標(biāo)，因此，基于監(jiān)測(cè)信息的科學(xué)分析與有效預(yù)測(cè)至關(guān)重要。但眾所周知，隧道及地下工程圍巖與地質(zhì)水文條件千變?nèi)f化，非常復(fù)雜，即便是一個(gè)區(qū)段、一個(gè)工程獲得的施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及由此得到的規(guī)律，很多情況下，也不能直接用于其他類似區(qū)段或工程。一個(gè)簡(jiǎn)單且有效的方法是采用回歸分析，但回歸分析目前多是獲得了足夠數(shù)據(jù)(即包括了穩(wěn)定階段的數(shù)據(jù))，在后期進(jìn)行數(shù)據(jù)整理時(shí)經(jīng)常做的一項(xiàng)工作，而在施工過(guò)程中，尤其是變形初期(數(shù)據(jù)量有限)似乎仍然不能解決后期變形的預(yù)測(cè)問(wèn)題。除此之外，還有一些比較復(fù)雜也有著先進(jìn)理論基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、時(shí)間序列和粒子群優(yōu)化理論等[8]，這些方法似乎還主要停留在研究層面上，盡管很多文獻(xiàn)給出的預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果曲線吻合得非常完美，但真正在實(shí)際復(fù)雜工程條件下的應(yīng)用可靠性恐怕還存在很多疑問(wèn)，應(yīng)做進(jìn)一步研究，此外，未來(lái)類似于聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP)等數(shù)據(jù)挖掘(DM)和知識(shí)發(fā)現(xiàn)(KDD)的綜合智能分析技術(shù)的應(yīng)用值得關(guān)注[9]。

1.3監(jiān)測(cè)信息管理支撐技術(shù)

隧道施工監(jiān)測(cè)工作包括信息采集與信息管理兩部分。信息采集是信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，當(dāng)前，基于普通水準(zhǔn)儀和收斂計(jì)等常規(guī)隧道凈空位移量測(cè)雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求，因此，一些具有實(shí)時(shí)與遠(yuǎn)程傳輸功能的諸如全站儀、靜力水準(zhǔn)儀在隧道監(jiān)測(cè)中被作為一種新技術(shù)進(jìn)行研究、應(yīng)用和推廣[10-11]。早期的隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理基本上停留在文字、表格和圖形文檔方面，這些信息往往都是分散的，查詢和統(tǒng)計(jì)分析都要花費(fèi)很多時(shí)間，管理工作的效率很低，而計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS、網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)通信技術(shù)，使得監(jiān)測(cè)信息的集成化和網(wǎng)絡(luò)化管理日漸成為基本需求，同時(shí)基于三維空間與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的形象化與可視化管理對(duì)工程師產(chǎn)生了很大的吸引力?？梢哉f(shuō)，計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)是大步提升監(jiān)測(cè)信息管理技術(shù)的重要支撐，其應(yīng)用水平也是衡量信息化施工技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志，充分利用信息技術(shù)是未來(lái)隧道安全監(jiān)測(cè)信息管理的技術(shù)發(fā)展方向。

2隧道工程施工監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

2.1研究現(xiàn)狀

隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)主要以程序或軟件開(kāi)發(fā)為核心，目前國(guó)內(nèi)有眾多研究人員開(kāi)展了大量的研發(fā)工作，并取得了很多成果，當(dāng)然也存在一些問(wèn)題。

信息管理系統(tǒng)研發(fā)主要涉及系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境、系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的可視化功能和預(yù)測(cè)分析方法等幾個(gè)方面。施工監(jiān)測(cè)信息管理的發(fā)展可以分為早期替代手工計(jì)算的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算與分析、采用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行簡(jiǎn)單管理、以GIS(含WebGIS)技術(shù)應(yīng)用為代表的集成多源信息的可視化管理等幾個(gè)階段；程序或軟件應(yīng)用從早期的DOS環(huán)境到當(dāng)前的Windows(或Linux、OS)，從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)，從二維可視化發(fā)展到三維空間，可以說(shuō)，監(jiān)測(cè)信息管理技術(shù)的進(jìn)步與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用密不可分。

作為我國(guó)隧道信息化施工技術(shù)研究的前輩，王建宇[12]對(duì)信息化設(shè)計(jì)的原理以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析方法較早進(jìn)行了全面研究，此后，有不少研究人員相繼開(kāi)展了相關(guān)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的研發(fā)工作。如鄺明[13]開(kāi)發(fā)的隧道施工信息監(jiān)測(cè)及計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，基于FoxPro平臺(tái)開(kāi)發(fā)，在MS-DOS下運(yùn)行，主要包括建立觀測(cè)檔案、量測(cè)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)回歸分析、超限報(bào)警及查詢、輸出打印等功能，同時(shí)創(chuàng)建有規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)，可作為早期系統(tǒng)開(kāi)發(fā)特點(diǎn)的代表之一。張強(qiáng)勇等[14]采用VisualC++和SQLServer作為開(kāi)發(fā)工具，考慮了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用，設(shè)計(jì)了基于C/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)；崔健等[15]采用基于C#的面向?qū)ο蠓椒ê虶IS二次開(kāi)發(fā)組件MapX開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，引入了GIS技術(shù)，利用Oracle進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理，考慮了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和離線更新模式。杜年春[16]研究設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)也是基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，其中，WebGIS信息管理利用基于跨平臺(tái)的Java語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。蔣樹(shù)屏等[17]研究建立的隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠生成圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的時(shí)間-空間分布曲線以及深孔量測(cè)項(xiàng)目在圍巖內(nèi)部的分布圖，由此判斷圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況，系統(tǒng)包含基于擴(kuò)張卡爾曼濾波器有限元耦合算法的反演分析是其主要特色。陸軼[18]、孫中偉[19]采用ArcGIS提供的二次開(kāi)發(fā)組件包ArcEngine和ArcView創(chuàng)建了隧道監(jiān)測(cè)GIS信息系統(tǒng)，是ArcGIS的典型應(yīng)用之一。賀躍光等[20]研制開(kāi)發(fā)的基于WebGIS的城市地鐵施工監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)提供以下功能：數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)處理及精度評(píng)定，報(bào)表與圖形生成，回歸分析與變形預(yù)報(bào)預(yù)警，網(wǎng)上信息及信息交流；系統(tǒng)分為系統(tǒng)應(yīng)用、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、電子地圖3個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)；從功能結(jié)構(gòu)上劃分為6個(gè)子系統(tǒng)：地鐵線路、站點(diǎn)基坑管理，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理，預(yù)警、預(yù)報(bào)信息管理，WebGIS信息管理，系統(tǒng)用戶及日志管理以及信息交流平臺(tái)，功能設(shè)計(jì)相對(duì)比較齊全。此外，王浩等[21]以采用全站儀進(jìn)行洞室圍巖表面三維收斂變形非接觸監(jiān)測(cè)為例，建立了一個(gè)功能相對(duì)專一的施工期監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)。李天斌等[22]結(jié)合川-藏公路二郎山隧道圍巖穩(wěn)定性研究，初步建立了隧道信息化監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和決策系統(tǒng)(TMFS)，提出了圍巖穩(wěn)定性“綜合集成分析”的理念，系統(tǒng)的基本功能組成體現(xiàn)了公路隧道新奧法信息化施工的工作流程，即施工跟蹤測(cè)試與監(jiān)測(cè)—評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)—信息反饋—信息化決策。國(guó)外有以意大利GeoDATA公司為代表的地下工程施工風(fēng)險(xiǎn)信息化管理平臺(tái)GDMS，它包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及文件管理系統(tǒng)，但該系統(tǒng)并不完全適合國(guó)情。

上述研究成果都考慮了隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的基本功能需求，如數(shù)據(jù)計(jì)算、回歸分析和圖表繪制、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等，主要區(qū)別在于開(kāi)發(fā)方法、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能的多少、運(yùn)行的環(huán)境、可視化的強(qiáng)弱以及實(shí)用性等幾個(gè)方面。

筆者在隧道監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)方面的研發(fā)歷程，似乎也可作為該項(xiàng)技術(shù)階段發(fā)展的一個(gè)小小縮影。在1995年采用Pascal編制了一個(gè)DOS環(huán)境下運(yùn)行的簡(jiǎn)單程序[23]，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算與圖表繪制的自動(dòng)化；隨后采用具有快速開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)特色功能的Delphi[24-25]，在1997年開(kāi)發(fā)了一個(gè)Windows下運(yùn)行的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序，實(shí)現(xiàn)了菜單操作，將數(shù)據(jù)庫(kù)(Foxbase)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理，這些系統(tǒng)的功能相對(duì)簡(jiǎn)單，但在日常數(shù)據(jù)計(jì)算、圖表繪制和報(bào)表自動(dòng)生成方面都明顯提高了工作效率；在以可視化為顯著特征的GIS開(kāi)始盛行時(shí)，借鑒GIS思想，使用高級(jí)語(yǔ)言從底層(未采用GIS軟件)初步開(kāi)發(fā)了一個(gè)圖形平臺(tái)[26]，具備類似AutoCAD的二維基本功能，包括點(diǎn)、線、面的繪制和復(fù)制、平移、鏡像、捕捉等功能，實(shí)現(xiàn)了在監(jiān)測(cè)地圖上測(cè)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的鏈接關(guān)系，底層開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)獨(dú)立于GIS、AutoCAD等相關(guān)平臺(tái)軟件，靈活性強(qiáng)、升級(jí)方便；缺點(diǎn)是研發(fā)與系統(tǒng)維護(hù)的工作量大，研發(fā)周期長(zhǎng)。為解決這一問(wèn)題，基于專業(yè)人員重在解決專業(yè)問(wèn)題的思路，可以選擇合適的通用GIS軟件[6]為基礎(chǔ)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，這樣綜合數(shù)據(jù)集成管理的效率高，開(kāi)發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)可視化功能強(qiáng)。近年來(lái)，筆者借助于商業(yè)GIS軟件提供的SDK，基于桌面與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行了一些新的研發(fā)，并在工程現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行了應(yīng)用，研究成果有待發(fā)表。

GIS無(wú)疑是隧道監(jiān)測(cè)信息可視化的重要技術(shù)，此外，未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)的應(yīng)用也將是提升監(jiān)測(cè)信息管理可視化的一個(gè)重要方向[27-28]，引入VR和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)對(duì)隧道現(xiàn)實(shí)環(huán)境的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程隧道虛擬漫游、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信息管理于一體的隧道施工監(jiān)測(cè)信息反饋系統(tǒng)，可以使用戶能夠運(yùn)用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)突破物理、空間和時(shí)間的限制，直觀方便地查看監(jiān)測(cè)儀器與監(jiān)測(cè)目標(biāo)及周?chē)h(huán)境的位置、范圍和數(shù)據(jù)，在虛擬場(chǎng)景中監(jiān)控管理監(jiān)測(cè)目標(biāo)，提高監(jiān)測(cè)的直觀性和臨場(chǎng)感。

現(xiàn)在，移動(dòng)通信終端設(shè)備的發(fā)展將為隧道監(jiān)測(cè)信息的快速傳輸和高效服務(wù)提供技術(shù)支撐，盡管相關(guān)研究很少，但也有少數(shù)人員開(kāi)始了一些探索，如鄒進(jìn)貴等[29]基于WindowsCE掌上電腦開(kāi)發(fā)了一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)與管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)移動(dòng)傳輸和終端查詢。移動(dòng)通信設(shè)備上的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)也許不能理解為從PC到移動(dòng)設(shè)備上的簡(jiǎn)單移植，隧道監(jiān)測(cè)移動(dòng)信息管理系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)平臺(tái)、信息系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、信息存儲(chǔ)與傳輸?shù)确矫媾cPC系統(tǒng)都有所不同。目前流行于智能手機(jī)上的Android系統(tǒng)[30]未來(lái)在隧道監(jiān)測(cè)信息移動(dòng)管理方面的應(yīng)用潛力很大，值得研究。

2.2現(xiàn)狀分析

2.2.1研究開(kāi)發(fā)方法

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：功能實(shí)用性、可擴(kuò)展性、靈活性、可重用性、可靠性和安全性。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是數(shù)據(jù)信息的組織與管理，以及為用戶提供一個(gè)友好的人機(jī)界面和滿足網(wǎng)絡(luò)化和可視化的需求。當(dāng)前，數(shù)據(jù)管理平臺(tái)或引擎通常采用MicrosoftAccess、SQLServer或Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)，在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下，采用開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連(ODBC)方法，利用開(kāi)發(fā)工具提供的應(yīng)用數(shù)據(jù)接口ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建、訪問(wèn)、編輯和查詢等功能。具體選擇何種數(shù)據(jù)庫(kù)支撐軟件，與數(shù)據(jù)量的大小和應(yīng)用成本考慮有關(guān)。數(shù)據(jù)量小、應(yīng)用簡(jiǎn)單可用Access，反之，可選用SQLServer等大型數(shù)據(jù)庫(kù)。軟件系統(tǒng)的人機(jī)交互界面一般采用通用高級(jí)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言(如Delphi、C#、VB和Java)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，具體選擇根據(jù)個(gè)人喜好或?qū)浖氖煜ふ莆涨闆r。因?yàn)?，一些開(kāi)發(fā)工具在功能和軟件界面設(shè)計(jì)效率方面區(qū)別不大，軟件界面設(shè)計(jì)難度不在于工具本身的復(fù)雜性，而在于開(kāi)發(fā)者一個(gè)良好的用戶界面框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，良好的用戶界面體現(xiàn)出對(duì)系統(tǒng)功能合理的層次組織，是便于系統(tǒng)應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)化主要是滿足監(jiān)測(cè)信息的共享與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)兩個(gè)需求，可以通過(guò)建立網(wǎng)站借助于Internet來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)程傳輸與查詢；可視化除了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)圖形、影像與視頻外，更重要的是GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，通常借助于GIS基礎(chǔ)軟件的二次開(kāi)發(fā)功能，如國(guó)外的ArcGIS[18-19]和國(guó)內(nèi)的SuperMapGIS軟件[31]都提供了相應(yīng)的SDK(二次開(kāi)發(fā)工具包)，供開(kāi)發(fā)人員采用通用開(kāi)發(fā)工具來(lái)創(chuàng)建一個(gè)反應(yīng)測(cè)點(diǎn)空間位置與周?chē)h(huán)境的類似電子地圖的圖形平臺(tái)[31]，在此平臺(tái)上集成多源信息，可以提高復(fù)雜信息的管理工作效率。

2.2.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)隧道工程監(jiān)測(cè)信息管理的功能需求和綜合現(xiàn)有研究成果，加上個(gè)人的認(rèn)識(shí)與理解，筆者認(rèn)為一個(gè)功能相對(duì)完整齊全的信息管理系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)應(yīng)以“信息”為中心，通過(guò)研發(fā)與應(yīng)用，使得任何一位相關(guān)技術(shù)人員或主管領(lǐng)導(dǎo)(Anybody)在任何時(shí)間(Anytime)、任意地點(diǎn)(Anywhere)，只要能夠接入互聯(lián)網(wǎng)即可訪問(wèn)本系統(tǒng)，完成系統(tǒng)中涵蓋的所有管理工作(Anything)，從而實(shí)現(xiàn)基于WebGIS的隧道工程施工監(jiān)測(cè)的4A服務(wù)[32]。

需要說(shuō)明的是，一個(gè)具體的監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)不一定要包括圖1所示的所有功能，可以針對(duì)工程應(yīng)用的具體要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。當(dāng)前很多相關(guān)系統(tǒng)大多也只是實(shí)現(xiàn)其中的部分功能，要建立圖1所示的隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理的完整技術(shù)體系，還有很多工作需要做，其中，未來(lái)在移動(dòng)終端、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和虛擬現(xiàn)實(shí)仿真應(yīng)用以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性預(yù)測(cè)分析方面都需要進(jìn)一步研究。

2.2.3可視化技術(shù)

可視化是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)并進(jìn)行交互處理的方法，它已成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問(wèn)題的綜合技術(shù)。對(duì)于施工監(jiān)測(cè)信息來(lái)說(shuō)，根據(jù)文本數(shù)據(jù)繪制出監(jiān)測(cè)歷時(shí)曲線是最早實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單可視化，當(dāng)然，簡(jiǎn)單并不意味著沒(méi)有繼續(xù)研究的必要，實(shí)際上在可視化靈活操作方面，還可以做些細(xì)致的工作，例如在監(jiān)測(cè)曲線圖上，移動(dòng)鼠標(biāo)就能即時(shí)顯示監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的豐富變化，就是一個(gè)非常實(shí)用的功能。當(dāng)前GIS已經(jīng)成為信息可視化的重要手段，可以采用GIS創(chuàng)建一個(gè)集成管理多源監(jiān)測(cè)信息的圖形平臺(tái)，將具有空間屬性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)與周?chē)h(huán)境集成到一張電子地圖上，實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)信息與周?chē)O(jiān)控對(duì)象管理的可視化。目前GIS應(yīng)用可以分為二維、二維半及三維，三維應(yīng)用主要強(qiáng)調(diào)地上、地面以及地層的三維集成可視化，其中地面以上主要包括房屋、橋梁等建構(gòu)筑物，地面主要包括道路、河流、綠地等，地下則包括地層以及地下管線等。地下部分的可視化能夠直觀地反映工程所在區(qū)域的地質(zhì)情況，而施工監(jiān)測(cè)信息的變化則與地質(zhì)條件緊密相關(guān)，三維地層建模技術(shù)為此提供了技術(shù)支撐[33]。地面及地上三維可視化，可以應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的三維地圖技術(shù)。除此之外，VR也可作為隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理的三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，以更加直觀、形象地顯示監(jiān)測(cè)信息與周?chē)こ汰h(huán)境的空間立體關(guān)系，增強(qiáng)對(duì)于監(jiān)測(cè)信息與安全風(fēng)險(xiǎn)控制的深入理解。VR與三維電子地圖的一個(gè)重要區(qū)別是其具有臨場(chǎng)真實(shí)感，例如，在隧道施工中如果地面房屋建筑結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)超限，可以采用房屋出現(xiàn)開(kāi)裂、傾斜，甚至倒塌再配合聲音來(lái)模擬可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并發(fā)出預(yù)警，感同身受。VR應(yīng)用系統(tǒng)也可以獨(dú)立于GIS技術(shù)，這樣做的好處是系統(tǒng)研發(fā)與維護(hù)都相對(duì)簡(jiǎn)單，也便于應(yīng)用推廣。但目前虛擬現(xiàn)實(shí)在隧道監(jiān)測(cè)信息管理方面的應(yīng)用研究還不多見(jiàn)。

這里值得說(shuō)明的是，對(duì)于技術(shù)的先進(jìn)性與實(shí)用性問(wèn)題的平衡考慮和認(rèn)識(shí)，二維GIS的技術(shù)發(fā)展最為成熟，功能最實(shí)用，成本最經(jīng)濟(jì)；真、假三維GIS(2.5維通常也稱為假三維)立體感強(qiáng)，更形象、更逼真，在技術(shù)方面代表進(jìn)步和提升，因此，來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用需求比較強(qiáng)烈，但并不能完全取代二維GIS技術(shù)的成熟性、穩(wěn)定性、簡(jiǎn)便性和經(jīng)濟(jì)性。三維GIS代表隧道監(jiān)測(cè)信息管理圖形平臺(tái)可視化的發(fā)展方向，但二維GIS現(xiàn)在和將來(lái)也都值得進(jìn)一步研究與應(yīng)用，不能也不應(yīng)厚此薄彼，理想的可視化集成平臺(tái)模式是二、三維GIS的一體化應(yīng)用。

2.2.4系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

按系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的不同，可以把基于GIS的隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)分為兩大類：一類是桌面系統(tǒng)(單機(jī)版)；另一類是基于Internet的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)版)。這兩類系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)顯然能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息共享，同時(shí)方便遠(yuǎn)程查詢與管理，但是系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的構(gòu)建比較復(fù)雜，比如要進(jìn)行專門(mén)的網(wǎng)站創(chuàng)建和網(wǎng)頁(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要服務(wù)器支持，此外，基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析能力要比桌面系統(tǒng)低很多；相反，桌面系統(tǒng)可以充分利用本地計(jì)算機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度較大的計(jì)算，數(shù)據(jù)處理與分析能力強(qiáng)，同時(shí)，對(duì)于工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，例如，現(xiàn)在很多城市地鐵工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)都設(shè)有監(jiān)控室，安裝這樣一套系統(tǒng)作為安全監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，很簡(jiǎn)單也很實(shí)用。因此，在施工監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)版開(kāi)發(fā)越來(lái)越多的情況下，單機(jī)版的系統(tǒng)在日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理、分析與管理方面，仍然起著不可替代的作用。實(shí)際上，單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版可以聯(lián)合并用，如單機(jī)版作為網(wǎng)絡(luò)版的數(shù)據(jù)信息加工處理工廠，而網(wǎng)絡(luò)版作為單機(jī)版處理后的信息集散地，當(dāng)然，它們也可以針對(duì)不同的需求獨(dú)立應(yīng)用。

2.2.5系統(tǒng)的實(shí)用性

如果單從研究的角度來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)研發(fā)更注重技術(shù)的先進(jìn)性和創(chuàng)新性，然而，系統(tǒng)研究的目的最終是為了應(yīng)用，系統(tǒng)的實(shí)用性對(duì)工程應(yīng)用更為重要。在隧道施工監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)研發(fā)方面，雖然有不少成果公開(kāi)發(fā)表，但是從一般的文獻(xiàn)中，很難了解和判別相關(guān)系統(tǒng)的實(shí)用性到底如何。監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的核心是軟件，如果以軟件商業(yè)化作為系統(tǒng)成熟和實(shí)用標(biāo)志的話，遺憾的是，當(dāng)前還沒(méi)有看到相關(guān)通用商業(yè)軟件系統(tǒng)，換句話說(shuō)，迄今為止，實(shí)用性很強(qiáng)的系統(tǒng)可能很少。原因可能很多，其中一個(gè)方面應(yīng)該和系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用的持續(xù)性有關(guān)，不少系統(tǒng)由高校和科研院所研制開(kāi)發(fā)，以一些政府部門(mén)或企業(yè)委托的科研項(xiàng)目作為支撐。如果把系統(tǒng)類型按發(fā)展階段分為研究型、試用型和實(shí)用型，往往在項(xiàng)目結(jié)束之際，很多系統(tǒng)研發(fā)最多還處于試用型階段，有的甚至還在研究階段，隨著項(xiàng)目的結(jié)題、驗(yàn)收或鑒定，完成相關(guān)科研成果報(bào)獎(jiǎng)等使命，其改進(jìn)、完善和推廣由于得不到進(jìn)一步的后續(xù)研發(fā)支持而中斷。原因有兩方面：一是對(duì)于研發(fā)人員來(lái)說(shuō)，初步取得的成果不盡理想未能引起委托單位進(jìn)一步投入的興趣；二是委托單位可能對(duì)于系統(tǒng)持續(xù)研發(fā)投入的必要性認(rèn)識(shí)不足，從而導(dǎo)致在系統(tǒng)從研究到應(yīng)用的發(fā)展過(guò)程中，半途而廢，實(shí)際上這是對(duì)前期人、財(cái)、物等投入的一個(gè)很大浪費(fèi)。軟件系統(tǒng)從研發(fā)到實(shí)用是一個(gè)持續(xù)不斷投入和長(zhǎng)期不斷升級(jí)的過(guò)程。

3存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

3.1存在問(wèn)題

綜合現(xiàn)有研究現(xiàn)狀分析可以看出，當(dāng)前隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1)監(jiān)測(cè)信息以及與其相關(guān)信息種類繁多，信息的特性與處理方法不盡相同，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的有效分類、組織需要加強(qiáng)，這是整個(gè)信息系統(tǒng)研發(fā)和運(yùn)轉(zhuǎn)是否高效的重要基礎(chǔ)。

2)科學(xué)預(yù)測(cè)旨在防患于未然，當(dāng)前無(wú)論是簡(jiǎn)單或復(fù)雜的預(yù)測(cè)方法在真正應(yīng)用于實(shí)際工程的有效性方面還存在一些問(wèn)題，盡管相關(guān)文獻(xiàn)展示的預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)符合完美，但工程應(yīng)用的真實(shí)性和可靠性還存在疑問(wèn)。

3)施工監(jiān)測(cè)信息在快速反饋與及時(shí)指導(dǎo)施工方面，存在不足，依賴信息管理系統(tǒng)不能完全解決這一問(wèn)題，但應(yīng)通過(guò)集成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能、快速數(shù)據(jù)分析和科學(xué)預(yù)測(cè)、及時(shí)預(yù)警來(lái)提供足夠的輔助決策技術(shù)支持。

4)從技術(shù)的先進(jìn)性來(lái)說(shuō)，隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理三維可視化平臺(tái)目前并不多見(jiàn)，尤其是三維GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，還處在初步研究階段。

5)從技術(shù)的實(shí)用性來(lái)看，隧道監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)在軟件功能的完備性、易用性、健壯性和安全性等實(shí)用性方面距離成熟商業(yè)軟件標(biāo)準(zhǔn)還存在明顯差距。

針對(duì)上述問(wèn)題，需要緊密結(jié)合隧道工程信息化施工的技術(shù)需求，按照軟件系統(tǒng)的基本要求和研發(fā)規(guī)律，充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，進(jìn)行持續(xù)不斷地研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

3.2發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)筆者認(rèn)為有以下幾個(gè)方面：

1)在數(shù)據(jù)庫(kù)合理組織和科學(xué)預(yù)測(cè)分析前提下，借助于可視化技術(shù)，創(chuàng)建運(yùn)行穩(wěn)定、易用和安全可靠的實(shí)用性系統(tǒng)，至關(guān)重要。

2)結(jié)合不同的應(yīng)用需求，系統(tǒng)在單機(jī)版、網(wǎng)絡(luò)版、二維GIS可視化和三維GIS可視化等研發(fā)方面，齊頭并進(jìn)，不應(yīng)厚此薄彼。

3)隧道施工監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)如豐富監(jiān)測(cè)信息的管理功能，可考慮對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備和元器件采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、顯示與分析，以及對(duì)于相關(guān)施工工況(如施工進(jìn)度)的輔助顯示，通過(guò)適度擴(kuò)大相關(guān)應(yīng)用功能，增強(qiáng)其工程實(shí)用價(jià)值。

4)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出隧道施工監(jiān)測(cè)信息管理的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，能夠提升隧道監(jiān)測(cè)信息管理可視化水平和管理工作效率。

5)未來(lái)基于手機(jī)、PDA等移動(dòng)通信終端和類似Android、iOS等移動(dòng)操作系統(tǒng)的移動(dòng)監(jiān)測(cè)信息管理技術(shù)值得研究開(kāi)發(fā)，有望真正實(shí)現(xiàn)施工監(jiān)測(cè)信息的隨時(shí)、隨地一切盡在“掌握”之中，有助于對(duì)隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)的管理與控制。

4結(jié)論

1)隧道工程施工監(jiān)測(cè)信息管理技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了從紙質(zhì)文本與圖形文檔管理、計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、GIS與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用等幾個(gè)重要階段，系統(tǒng)應(yīng)用已從單機(jī)逐步擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)，信息管理的可視化從簡(jiǎn)單的圖形圖像發(fā)展到二維和三維GIS空間。

2)當(dāng)前隧道工程施工監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題包括多源相關(guān)信息的有效分類組織、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)與預(yù)警方法的可靠性、對(duì)工程的實(shí)際指導(dǎo)作用和應(yīng)用軟件系統(tǒng)的實(shí)用性，都有待于進(jìn)一步提高。

篇7

隨著經(jīng)濟(jì)的全球化與信息的社會(huì)化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為技術(shù)含量的競(jìng)爭(zhēng)，高科技產(chǎn)品成為市場(chǎng)的主流，創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的靈魂。為了適應(yīng)新的市場(chǎng)變化，企業(yè)必須以最快的上市速度、最好的質(zhì)量、最低的成本和最優(yōu)的服務(wù)來(lái)滿足不同用戶的需求。面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性，對(duì)市場(chǎng)需求的變化做出快速反應(yīng)。為此，探索新的設(shè)計(jì)制造方法是企業(yè)生存的最重要手段。

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展方向就是不斷吸收現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的數(shù)字化、功能化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。虛擬技術(shù)已成為當(dāng)今最活躍的制造業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，它的發(fā)展，促進(jìn)了虛擬制造(VitrualManufacturing)的形成和發(fā)展，為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、分析以及生產(chǎn)的組織和管理提供了一個(gè)虛擬的仿真環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)上“組織”和“實(shí)現(xiàn)”生產(chǎn)，在實(shí)際投產(chǎn)前對(duì)產(chǎn)品的可制造性等方面進(jìn)行評(píng)估，保證一次成功生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本，減少上市時(shí)間，快速響應(yīng)市場(chǎng)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1虛擬制造的內(nèi)涵及其分類

1.1虛擬制造的內(nèi)涵

隨著制造業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)制造的內(nèi)涵也有了全新的、更全面的認(rèn)識(shí)。制造是指按照市場(chǎng)需求，運(yùn)用知識(shí)和技能、借助工具、采用有效的方法、將原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品并投放市場(chǎng)的全過(guò)程。虛擬制造(VitrulaManufacturingVM)是指利用計(jì)算機(jī)模型和仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的技術(shù)，它以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和高性能的計(jì)算機(jī)、高速網(wǎng)絡(luò)為支持，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過(guò)程。“虛擬制造”雖不是實(shí)際的制造，但卻實(shí)現(xiàn)實(shí)際制造的本質(zhì)過(guò)程，它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能通過(guò)模型來(lái)模擬和預(yù)估未來(lái)產(chǎn)品的形態(tài)、功能、性能以及可加工性等方面可能存在的問(wèn)題，從而可以做出前瞻性的決策和優(yōu)化實(shí)施方案，從而使制造技術(shù)發(fā)展到全方位預(yù)報(bào)階段。虛擬制造是實(shí)際制造在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，它是各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)面向產(chǎn)品全生命周期的集成化綜合運(yùn)用。

實(shí)際制造具有對(duì)物質(zhì)、信息、能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能，即投人原材料、生產(chǎn)、信息、電力等能源，制造出所需的產(chǎn)品及與產(chǎn)品相關(guān)的信息。虛擬制造是將實(shí)際生產(chǎn)中的“物質(zhì)”和“能源”信息化，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中的信息及被信息化的“物質(zhì)”和“能源”實(shí)現(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)在信息上的等價(jià)交換，虛擬制造雖然沒(méi)有制造出實(shí)際產(chǎn)品，但卻生成了有關(guān)產(chǎn)品的信息以及制造產(chǎn)品所需的信息。

1.2虛擬制造的分類

虛擬制造既涉及到與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造有關(guān)的活動(dòng)，又包含與企業(yè)組織經(jīng)營(yíng)有關(guān)的管理活動(dòng)。根據(jù)所涉及的范圍及工程活動(dòng)類型，可將虛擬制造分為三類：以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造；以生產(chǎn)為核心的虛擬制造；以控制為核心的虛擬制造。

1）.以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造。以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造將制造信息引人設(shè)計(jì)過(guò)程，利用仿真來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而在設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)零件甚至整機(jī)進(jìn)行可制造性分析，包括加工工藝分析、熱力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等。主要解決“設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品是什么樣”的問(wèn)題，以便對(duì)產(chǎn)品各方面性能進(jìn)行仿真與評(píng)估；

2）.以生產(chǎn)為核心的虛擬制造。以生產(chǎn)為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)溶人生產(chǎn)過(guò)程模型，以此來(lái)評(píng)估和優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，以低費(fèi)用快速評(píng)價(jià)不同的工藝方案、資源需求計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃等。主要解決“這樣組織生產(chǎn)是否合理”的問(wèn)題，以便對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真，對(duì)各個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估；

3）.以控制為核心的虛擬制造。以控制為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)加到控制模型和實(shí)際處理中，實(shí)現(xiàn)基于仿真的最優(yōu)控制。充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能將傳統(tǒng)的各種控制儀表、檢測(cè)儀表的功能數(shù)字化，對(duì)生產(chǎn)線的優(yōu)化等生產(chǎn)組織和管理活動(dòng)進(jìn)行仿真。主要解決“如何去控制”的問(wèn)題。

2虛擬制造的特點(diǎn)

與實(shí)際制造相比，虛擬制造具有其本身的特點(diǎn)：

1）.虛擬性。虛擬制造不是真實(shí)的制造過(guò)程，不生產(chǎn)實(shí)際的產(chǎn)品、不消耗真實(shí)的材料與能源，是通過(guò)數(shù)字化手段來(lái)對(duì)真實(shí)制造過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬以實(shí)現(xiàn)制造的本質(zhì)過(guò)程；

2）.基于數(shù)字化模型的集成。虛擬制造過(guò)程依賴于模型，涉及到的模型有產(chǎn)品模型、過(guò)程模型、活動(dòng)模型和資源模型。通過(guò)這些數(shù)字化模型在計(jì)算機(jī)上的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、裝配等操作，而不再做對(duì)傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改；

3）.支持敏捷制造。由于整個(gè)過(guò)程的信息存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，能夠根據(jù)用戶需求或市場(chǎng)的變化快速改型設(shè)計(jì)，快速投人生產(chǎn)，能夠大幅度壓縮開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的時(shí)間、提高質(zhì)量、降低成本；

4）.分布合作。借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，虛擬制造可使分不在不同地點(diǎn)、不同部門(mén)的不同專業(yè)人員對(duì)同一個(gè)產(chǎn)品模型同時(shí)工作，相互交流，實(shí)現(xiàn)信息共享，減少大量文檔生成及其傳遞的時(shí)間和誤差，從而使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)更快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗地響應(yīng)市場(chǎng)變化；

5）.仿真結(jié)果的高可信度。虛擬制造就是通過(guò)模型的驗(yàn)證、效驗(yàn)等仿真技術(shù)來(lái)檢測(cè)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品或制訂出的生產(chǎn)規(guī)劃，使得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)組織一次成功，所以它能真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際對(duì)象。

3虛擬制造的關(guān)鍵支撐技術(shù)

虛擬制造借助于虛擬環(huán)境中獲取的各種信息，集成和綜合了可運(yùn)行制造的環(huán)境，用來(lái)改善從裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到動(dòng)態(tài)仿真的各個(gè)階段。虛擬制造技術(shù)涉及面很廣，如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)、過(guò)程特征抽取、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交叉功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。其中后三項(xiàng)是虛擬制造的核心技術(shù)。

3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualRealityVR)技術(shù)是美國(guó)JaronLanier于1989年首次提出的，該技術(shù)的內(nèi)涵是由計(jì)算機(jī)直接把視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等多種信息合成，并提示給人的感覺(jué)器官，在人的周?chē)梢粋€(gè)三維的虛擬環(huán)境。從而把人、現(xiàn)實(shí)世界和虛擬空間結(jié)合起來(lái)，融為一體，相互間進(jìn)行信息的交流和反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或由它構(gòu)建的系統(tǒng)，最重要的特征在于沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)和構(gòu)想性(Imagination)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的三維虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VRS)由人機(jī)接口、軟件技術(shù)、虛擬實(shí)現(xiàn)的計(jì)算平臺(tái)等部分組成。利用VRS可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)用戶的交互輸人，并及時(shí)按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺(jué)。

3.2建模技術(shù)

虛擬制造系統(tǒng)是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射，是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的模型化、形式化和計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。虛擬制造系統(tǒng)的建模包括生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型和工藝模型。

(1)生產(chǎn)模型。可歸納為靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩個(gè)方面。靜態(tài)描述是對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述，給出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的可能性；動(dòng)態(tài)描述是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和狀態(tài)的描述，進(jìn)而預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程；

(2)產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型是制造過(guò)程中，各類實(shí)體對(duì)象模型的集合。對(duì)虛擬制造系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要使產(chǎn)品實(shí)施過(guò)程中的全部活動(dòng)集成，就必須具有完備的產(chǎn)品模型，即產(chǎn)品模型描述的信息既包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息，還包含能夠進(jìn)行干涉檢查，各項(xiàng)性能分析等方面的動(dòng)態(tài)信息，是能夠通過(guò)映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實(shí)施中各活動(dòng)所需所有信息的模型；

(3)工藝模型。將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性聯(lián)系起來(lái)，以反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能：計(jì)算機(jī)工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計(jì)模型以及物理和數(shù)學(xué)模型。

3.3仿真技術(shù)

仿真就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)抽象和簡(jiǎn)化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計(jì)性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對(duì)象的研究方法，借助于計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算能力，可以用很短時(shí)間模擬實(shí)際生產(chǎn)中需要很長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)周期，因而可以縮短決策時(shí)間，避免資金、人力和時(shí)間的浪費(fèi)，并可重復(fù)仿真，優(yōu)化實(shí)施方案。

仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)、收集數(shù)據(jù)一建立系統(tǒng)模型*確定仿真算法*建立仿真模型神運(yùn)行仿真模型*輸出結(jié)果并分析。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)劃仿真、實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程行為仿真、裝配過(guò)程仿真、檢驗(yàn)過(guò)程仿真等，以便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程早期反饋，減少或避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

4虛擬制造技術(shù)的現(xiàn)狀分析

盡管虛擬制造技術(shù)近年來(lái)在國(guó)際上取得了迅速的發(fā)展，但是目前還缺乏從產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程的高度開(kāi)展虛擬制造的研究，集中體現(xiàn)在以下方面。

4.1基于集成的數(shù)字化產(chǎn)品模型技術(shù)尚處于概念階段

(1)CAD模型中的產(chǎn)品信息含量太低。CAD模型是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中形成的，很多信息(幾何的非幾何的)需要記錄在其中，它是重要的數(shù)據(jù)源。在虛擬制造中，很多分析模型需要從CAD模型中提取相應(yīng)信息。然而目前的CAD模型主要是從幾何實(shí)體的角度描述產(chǎn)品，遠(yuǎn)不能全面的描述產(chǎn)品，能夠提供的共享信息太少；

(2)現(xiàn)有的CAD模型無(wú)法支持產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的全新設(shè)計(jì)要經(jīng)過(guò)概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝規(guī)劃及制造幾個(gè)過(guò)程，而CAD模型只支持產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)；

(3)缺乏良好的產(chǎn)品信息重用機(jī)制。由于目前各應(yīng)用軟件間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換主要是通過(guò)專用的數(shù)據(jù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)換也是同一問(wèn)題數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單映射，無(wú)法實(shí)現(xiàn)模型間數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和衍生，無(wú)疑增加了虛擬制造產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。

4.2產(chǎn)品創(chuàng)新支持工具尚不充分

(1)缺少創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性科學(xué)，需要新技術(shù)、新材料、新工藝的支持。虛擬制造的環(huán)境為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了很好的運(yùn)行機(jī)制，但是還需進(jìn)一步組織開(kāi)發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的支持系統(tǒng)；

(2)缺乏將知識(shí)與虛擬制造結(jié)合的工具。知識(shí)可以創(chuàng)造革新產(chǎn)品和新技術(shù)，產(chǎn)品創(chuàng)新注重知識(shí)。但是由于知識(shí)表達(dá)與組織的復(fù)雜性與重要性，如何將其與虛擬制造的數(shù)字化產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)是一個(gè)有待解決的難題；

(3)缺少交互式外形設(shè)計(jì)技術(shù)與虛擬制造的集成工具。

目前，虛擬制造被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)。如何解決將有關(guān)產(chǎn)品整體定位、外觀設(shè)計(jì)的交互式外形設(shè)計(jì)技術(shù)引人到產(chǎn)品虛擬制造中并與之有機(jī)地集成起來(lái)尚需進(jìn)一步研究。

4.3產(chǎn)品數(shù)字化技術(shù)

(1)基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)與其他軟件的集成問(wèn)題。產(chǎn)品數(shù)字化的核心是PDM技術(shù)的應(yīng)用，目前，出現(xiàn)了各種版本的PDM軟件，但是缺乏標(biāo)準(zhǔn)，由此造成了PDM軟件與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成問(wèn)題。在虛擬環(huán)境下，各專業(yè)、各部門(mén)人員基于同一產(chǎn)品模型協(xié)同工作，必須解決PDM與其他應(yīng)用軟件的集成；

(2)虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織體系。虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式生成的產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)既要反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的裝配順序，還要反映生產(chǎn)流程，制造部門(mén)可以直接根據(jù)產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行制造。因此，研究適合虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織體系是切實(shí)必要的；

(3)與數(shù)字化產(chǎn)品模型相關(guān)數(shù)據(jù)的組織和管理。

產(chǎn)品的數(shù)字化包括建立產(chǎn)品的數(shù)字模型及其相關(guān)的性能指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱力學(xué)分析的結(jié)果，為產(chǎn)品的定型提供理論依據(jù)，并對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行改造。如何有效地解決數(shù)據(jù)的組織和管理，使之有效地適合虛擬制造的需要是目前研究的熱點(diǎn)。

4.4制造過(guò)程仿真建模方法和技術(shù)

基于物理模型的制造過(guò)程仿真技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但建模方法與建模技術(shù)仍未有突破性進(jìn)展。

(1)虛擬加工工具有待完善。目前已有很多商品化軟件可以進(jìn)行“可加工性”評(píng)價(jià)，但虛擬制造還需研究開(kāi)發(fā)大量的虛擬加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工過(guò)程仿真系統(tǒng)等；

(2)虛擬裝配的基礎(chǔ)理論研究。虛擬制造對(duì)虛擬配中的公差分析與綜合技術(shù)還缺乏理論基礎(chǔ)，在模型的生成以及對(duì)ISO公差標(biāo)準(zhǔn)、形位公差的支持方面還存在很多問(wèn)題，迫切需要解決；

(3)裝配工藝規(guī)劃的進(jìn)一步研究。目前基于虛擬裝配工藝規(guī)劃的研究存在很大的局限性，主要是指:僅考慮沿坐標(biāo)軸方向的平移，裝配運(yùn)動(dòng)方式過(guò)于簡(jiǎn)單；偏重于幾何計(jì)算，工程語(yǔ)意知識(shí)的利用有待加強(qiáng)；裝配順序的選擇標(biāo)準(zhǔn)不夠廣泛和統(tǒng)一；

(4)虛擬測(cè)試技術(shù)研究。虛擬測(cè)試是成功運(yùn)用“虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是必不可少的。當(dāng)所有環(huán)節(jié)計(jì)算機(jī)化后，測(cè)試和效驗(yàn)環(huán)節(jié)就成為影響效率的重要因素。

篇8

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng);空間信息技術(shù);技術(shù)融合;GIS應(yīng)用

1.引言

近些年，我國(guó)電信事業(yè)迅猛發(fā)展，電信市場(chǎng)也經(jīng)過(guò)了幾次變革，現(xiàn)形成了三家全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商為主體的市場(chǎng)格局。隨著人民生活水平的提高，客戶需求也日益多樣化，從最初較為單一的通話及短信業(yè)務(wù)發(fā)展到現(xiàn)有的上網(wǎng)、購(gòu)物、休閑娛樂(lè)等多樣化的服務(wù)。因此想要在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，電信運(yùn)營(yíng)商必須提供更高的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率來(lái)提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。

電信行業(yè)所涉及數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)之一是量大而且與地圖的關(guān)系十分密切，所以面對(duì)電信行業(yè)發(fā)展需求，GIS由于其具有數(shù)據(jù)采集與編輯、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間查詢和分析、地形分析、制圖等強(qiáng)大功能而被應(yīng)用于電信行業(yè)，充分發(fā)揮GIS在空間地理數(shù)據(jù)的分析能力， 建立通信資源的可視化電信管理系統(tǒng)，用以提高業(yè)務(wù)的服務(wù)水平和競(jìng)爭(zhēng)能力。

2.GIS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)（GIS），有時(shí)也稱為“地理咨詢系統(tǒng)”和“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”，它是在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)支持下，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的研究和變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速發(fā)展， GIS技術(shù)與其它一些信息技術(shù)融合，為GIS技術(shù)的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 技術(shù)融合

GIS具有很高的融合能力，它與其它信息技術(shù)融合，拓展了整體信息技術(shù)的應(yīng)用。

2.2.1 GIS與Internet結(jié)合

隨著Internet 技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)地理信息系統(tǒng)的需求，將GIS 與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，利用Internet技術(shù)在Web 上空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，建立網(wǎng)絡(luò)化的地理空間集成平臺(tái)，成為GIS 的一個(gè)新發(fā)展方向。基于Web的GIS系統(tǒng)綜合利用了信息處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、Internet、地理信息系統(tǒng)（GIS）、軟件工程等先進(jìn)技術(shù)，具有訪問(wèn)范圍更廣泛，平立，系統(tǒng)成本低，操作簡(jiǎn)單，計(jì)算負(fù)載平衡高效等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 GIS與多媒體結(jié)合

GIS與多媒體技術(shù)融合為多媒體地理信息系統(tǒng)（MGIS），實(shí)現(xiàn)了GIS最為直觀的表達(dá)方式，提供了更加形象化、具體化的視聽(tīng)手段。GIS與多媒體、Internet的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境制圖的信息共享及快速動(dòng)態(tài)制圖研究，在地理學(xué)中得到應(yīng)用。

2.2.3 GIS與RS、GPS結(jié)合

GIS具有強(qiáng)大的對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理和對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬能力，以及在空間要素的疊置過(guò)程中能夠產(chǎn)生與這些要素相關(guān)的綜合新信息，其趨勢(shì)是走向集成化和智能化。GIS與RS、GPS結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了以地理信息系統(tǒng)（GIS）為核心的2S技術(shù)集成，構(gòu)成了對(duì)空間數(shù)據(jù)適時(shí)進(jìn)行采集、更新、處理、分析及各種應(yīng)用提供科學(xué)決策的強(qiáng)大技術(shù)體系。2S的應(yīng)用改變?nèi)祟愑^測(cè)地球和信息處理的方式，大大開(kāi)拓了人類的視野。

2.2.4 GIS與CAD結(jié)合

GIS與CAD結(jié)合為人們提供了一種設(shè)計(jì)和管理于一體的工具。GIS與DTM、CAD結(jié)合，使專題地圖的立體顯示成為可能，并為地理學(xué)的分析應(yīng)用開(kāi)拓了新領(lǐng)域。

2.2.5 GIS與VR結(jié)合

GIS與虛擬技術(shù)（VR）融合為VRGIS技術(shù)，是GIS技術(shù)、可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合而形成的新一代虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在提供較強(qiáng)的多維數(shù)據(jù)建模能力和多維空間數(shù)據(jù)管理能力的同時(shí)，更能支持復(fù)雜虛擬圖形空間的生成和支持用戶采用多種交互設(shè)備與圖形空間進(jìn)行交互。

2.2.6 GIS與EMIS結(jié)合

環(huán)境管理信息系統(tǒng)（EMIS）是以現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為核心，將環(huán)境信息存儲(chǔ)于電子計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的管理、查詢、統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化處理和輸出的系統(tǒng)。GIS和EMIS在概念和研究對(duì)象上具有相似性、互補(bǔ)性，這使得二者的結(jié)合是自然的、合理又具有潛力的?！皵?shù)字環(huán)?！本褪腔诙呓Y(jié)合實(shí)現(xiàn)的。

2.3 移動(dòng)GIS

移動(dòng)GIS是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端處理?xiàng)l件下，提供移動(dòng)中的、分布式、隨機(jī)性的移動(dòng)地理信息服務(wù)的GIS，是一個(gè)集GIS、GPS、GSM/GPRS/CDMA三大技術(shù)于一體的系統(tǒng)。是以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為支撐、以智能手機(jī)或平板電腦為終端、結(jié)合北斗、GPS或基站為定位手段的GIS系統(tǒng)，是繼桌面GIS、WEBGIS之后又一新的技術(shù)熱點(diǎn)。

3.Web GIS技術(shù)

基于Web的GIS系統(tǒng)綜合利用了信息處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、Internet、地理信息系統(tǒng)（GIS）、軟件工程等先進(jìn)技術(shù)，借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，使各類數(shù)據(jù)能夠很方便的到網(wǎng)絡(luò)上。達(dá)到了由用戶自定義數(shù)據(jù)檢索方式、自定義圖形層次結(jié)構(gòu)、在網(wǎng)絡(luò)上直接處理數(shù)據(jù)，顯示各類圖形等目標(biāo)。

圖1 三層體系結(jié)構(gòu)

篇9

在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體。機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

2智能化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1性能發(fā)展方向

(1)高速高精度高效化。

速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化。

包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大?？刹眉粜詮?qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群拉系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

(3)工藝復(fù)合性和多軸化。

以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工。正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。

(4)實(shí)時(shí)智能化。

早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展。由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。

2.2功能發(fā)展方向

(1)用戶界面圖形化。

用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開(kāi)發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前Internet、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)，也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用。人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。

(2)科學(xué)計(jì)算可視化。

科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)育表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演示等。

(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化。

多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?/p>

(4)內(nèi)裝高性能PLC。

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能，編程工具中包含用于車(chē)床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)崅?cè)，用戶可在標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。

(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用。

多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域。應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。

2.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

(1)集成化。

采用高度集成化CPU，RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度，應(yīng)用LED平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，掘高系統(tǒng)的可靠性。

(2)模塊化

硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

(3)網(wǎng)絡(luò)化

機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作，通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行。不同機(jī)床的畫(huà)面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。

篇10

關(guān)鍵字：礦山測(cè)量；繪圖技術(shù)；具體方法；

中圖分類號(hào)：O741+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、繪圖技術(shù)的種類

（一）CAD繪圖技術(shù)

在CAD繪圖技術(shù)支持下，相關(guān)工作人員能夠由原始的生產(chǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)或是地質(zhì)探測(cè)數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的采礦生產(chǎn)計(jì)劃圖。特別值得注意的是：礦山開(kāi)采項(xiàng)目作業(yè)中諸如地質(zhì)構(gòu)造、人員配備、施工技術(shù)等客觀條件均會(huì)在采礦作業(yè)不斷推進(jìn)的過(guò)程中發(fā)生一定的變化，要想使CAD繪圖技術(shù)下所得出的采礦生產(chǎn)計(jì)劃圖及時(shí)有效，就勢(shì)必需要建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)專門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)這些動(dòng)態(tài)原始數(shù)據(jù)的檢測(cè)與管理工作，注重?cái)?shù)據(jù)信息的定期更新與設(shè)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)效。筆者認(rèn)為．具體到貫通測(cè)量當(dāng)中，以三心拱斷面圖的繪制為例．這種形式巷道斷面層的繪圖需要首先建立起有關(guān)礦車(chē)、電纜鉤以及風(fēng)筒的數(shù)據(jù)模型，在數(shù)據(jù)庫(kù)信息系統(tǒng)接收并響應(yīng)CAD繪圖任務(wù)的時(shí)候能夠直接根據(jù)參數(shù)指標(biāo)調(diào)用該數(shù)據(jù)模型，并及時(shí)生成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)圖形。

（二）數(shù)字繪圖技術(shù)

數(shù)字化繪圖技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是現(xiàn)代礦山測(cè)繪技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)相結(jié)合的一種產(chǎn)物。它能夠?qū)⒌厍虮砻娴母饕?guī)模、各類型空間要素信息資料以數(shù)字化的形式進(jìn)行高度抽象。并在這些要素之間建立起一種坐標(biāo)或是圖像的關(guān)系．進(jìn)而將其儲(chǔ)存在棚應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)文件當(dāng)中。計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)的大范圍研究與推廣使得新時(shí)期的礦山測(cè)量作業(yè)面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在當(dāng)前的礦山測(cè)量工作中，地形圖的測(cè)繪、礦巖量的測(cè)繪、臺(tái)階分層圖的測(cè)繪等關(guān)鍵工作都明確了數(shù)字化的發(fā)展方向，數(shù)字化繪圖技術(shù)也因而在礦山測(cè)量中具備了極為深遠(yuǎn)的發(fā)展意義與價(jià)值。筆者在下面（礦山測(cè)量在各種繪圖技術(shù)中的具體應(yīng)用中的第二點(diǎn)）將會(huì)介紹現(xiàn)從兩個(gè)方面來(lái)對(duì)這一繪圖技術(shù)在礦山測(cè)量工作中的應(yīng)用情況做詳細(xì)分析與說(shuō)明。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)繪圖技術(shù)

筆者翻閱大量有關(guān)礦采企業(yè)安全事故報(bào)告資料發(fā)現(xiàn)，近幾年以來(lái)，井下安全事故成為了礦采過(guò)程中最頻發(fā)的安全事故，究其原因，往往是由開(kāi)采技術(shù)不合規(guī)范、工程質(zhì)量缺乏保證以及采礦作業(yè)中管理制度的缺失這幾方面問(wèn)題所造成的。其中，工程質(zhì)量缺乏保證這一問(wèn)題表現(xiàn)得尤為突出，是我們?cè)诘V山安全生產(chǎn)體系構(gòu)建中的關(guān)注重點(diǎn)。筆者認(rèn)為，結(jié)合新型繪圖技術(shù)來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與礦山井下開(kāi)采作業(yè)的融合能夠使得整個(gè)礦采作業(yè)環(huán)境變得更加逼真與形象。

二、礦山測(cè)量在各種繪圖技術(shù)中的具體應(yīng)用

（一）CAD繪圖技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

1.首先，全站儀在礦山測(cè)量中的廣泛應(yīng)用使得傳統(tǒng)意義上的經(jīng)緯儀偏角測(cè)量技術(shù)不再使用，坐標(biāo)放樣法成為了礦山測(cè)量的關(guān)鍵。我們必須明確一點(diǎn)，在坐標(biāo)放樣技術(shù)支持下，礦山測(cè)量的關(guān)鍵點(diǎn)出現(xiàn)在了內(nèi)業(yè)方向，這也就意味著測(cè)量預(yù)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)位置的確定變得更加復(fù)雜。在考慮傳統(tǒng)地形、地質(zhì)構(gòu)造的同時(shí)它還需要注重曲線要素與構(gòu)造物特點(diǎn)對(duì)于坐標(biāo)點(diǎn)的特殊要求。而AUTO CAD繪圖軟件與

坐標(biāo)放樣法的融合則很好地解決了這一問(wèn)題，它將世界坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)定為默認(rèn)坐標(biāo)，進(jìn)而使得預(yù)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)位置的確定變得簡(jiǎn)單有效。

2.其次，全站儀在礦山測(cè)量中的應(yīng)用形成了一種新的放線方式，H口極坐標(biāo)放線方式，然而這種放線方式在坐標(biāo)計(jì)算上一直存在很大的缺陷。AUTOCAD繪圖軟件與其坐標(biāo)計(jì)算功能的融合，可以使坐標(biāo)計(jì)算在CAD預(yù)設(shè)坐標(biāo)系與繪圖取點(diǎn)等功能的應(yīng)用中，根據(jù)礦采過(guò)程中所規(guī)劃的點(diǎn)、線、面以及圓弧等渚多元素繪制出精確的礦采圖形，并利用AUTOCAD繪圖軟件所特有的取點(diǎn)功能去除倒球點(diǎn)上的夾角、坐標(biāo)等等。進(jìn)而正確放線。

3.在整個(gè)AUTO CAD繪圖系統(tǒng)當(dāng)中最值得一提的當(dāng)屬AUTO CAD2010。這一繪圖軟件所特有的二次開(kāi)發(fā)與指令接收功能，能夠使相關(guān)工作人員依據(jù)礦山測(cè)最工作的需要，指定AUTO CAD2000自動(dòng)進(jìn)行人工模擬作業(yè)，在及時(shí)提供精確礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)，節(jié)約大量的人力、物力開(kāi)支。

4.在當(dāng)前技術(shù)條件支持下的礦山測(cè)量工作當(dāng)中，相關(guān)工作人員在AUTO CAD繪圖軟件的支持下不僅能夠完成一系列有關(guān)測(cè)鼉信息輸入、輸出、記錄以及模擬的工作任務(wù)．還能夠按照一定的順序建立起—個(gè)較為完整的基礎(chǔ)信息庫(kù)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于它將各種礦山測(cè)量數(shù)據(jù)，如圖件信息數(shù)據(jù)庫(kù)、生產(chǎn)進(jìn)度控制數(shù)據(jù)庫(kù)以及邊坡監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)等子數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)聚為一體。便于查閱與匯總。

(二)數(shù)字化繪圖技術(shù)在礦山測(cè)量工作中的應(yīng)用

首先是控制測(cè)最。在GPS技術(shù)發(fā)展日趨完善以及全站儀測(cè)量?jī)x器性能不斷提升的推動(dòng)作用下．傳統(tǒng)意義上的三角測(cè)量已不再適應(yīng)于當(dāng)前礦采企業(yè)的測(cè)量工作，一種較為靈活的GPS網(wǎng)測(cè)量技術(shù)悄然興起。在確保檢測(cè)質(zhì)量精度的同時(shí)大大減輕了礦山測(cè)量的工作強(qiáng)度。筆者認(rèn)為這一改變使得傳統(tǒng)礦山測(cè)量中地面點(diǎn)平面位置的測(cè)量誤差得到了有效控制。數(shù)字化的繪圖技術(shù)在計(jì)算機(jī)自動(dòng)展點(diǎn)功能的作用下。實(shí)現(xiàn)了地物點(diǎn)與圖根點(diǎn)的“零誤差”，更確保了礦采作業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；其次是碎步測(cè)量。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，應(yīng)用比較廣泛的碎步測(cè)量技術(shù)可以劃分為全站儀極坐標(biāo)法與GPS—RTK測(cè)量技術(shù)這兩種。當(dāng)外業(yè)測(cè)量工作順利完成之后，相關(guān)工作人員可以將實(shí)測(cè)的多數(shù)碎步點(diǎn)坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)終端儲(chǔ)存系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)處理程序根據(jù)預(yù)設(shè)指令將這些坐標(biāo)點(diǎn)以展會(huì)編碼的形式呈現(xiàn)出來(lái)，使得相關(guān)工作人員有關(guān)各個(gè)碎步點(diǎn)的連接工作變得更加簡(jiǎn)便與精確。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

近幾年以來(lái)，井下安全事故成為了礦采過(guò)程中最頻發(fā)的安全事故，究其原因，往往是由開(kāi)采技術(shù)不合規(guī)范、工程質(zhì)量缺乏保證以及采礦作業(yè)中管理制度的缺失這幾方面問(wèn)題所造成的。其中，工程質(zhì)量缺乏保證這一問(wèn)題表現(xiàn)得尤為突出，是我們?cè)诘V山安全生產(chǎn)體系構(gòu)建中的關(guān)注重點(diǎn)。筆者認(rèn)為，結(jié)合新型繪圖技術(shù)來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與礦山井下開(kāi)采作業(yè)的融合能夠使得整個(gè)礦采作業(yè)環(huán)境變得更加逼真與形象。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)支持下的三維圖像構(gòu)建與加工技術(shù)能夠在計(jì)算機(jī)終端平面中再現(xiàn)各種安全事故的發(fā)展過(guò)程。相關(guān)工作人員能夠接收到最真實(shí)，最全面的事故信息，從而分析出井下事故的最根本原因，這些原因中涵蓋了傳統(tǒng)意義上事故分析技術(shù)所無(wú)法分析到的現(xiàn)場(chǎng)工作人員動(dòng)作行為原因。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠面向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)服務(wù)終端為礦采企業(yè)管理者及上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)提供各種地測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查詢與管理軟件支持?？梢哉f(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與礦山測(cè)量工作的融合對(duì)于迸一步推動(dòng)礦山管理信息化、現(xiàn)代化乃至數(shù)字化發(fā)展都有著極為深遠(yuǎn)且重要的意義。

三、結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，礦業(yè)所占的地位是非常重要的。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)在礦山開(kāi)采中應(yīng)用,以及礦山建設(shè)與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的提升,礦山測(cè)繪中逐漸應(yīng)用了一系列先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器,測(cè)量方法也有了科學(xué)的發(fā)展。礦山測(cè)量中繪圖技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代電子技術(shù)與傳統(tǒng)井下測(cè)量技術(shù)完美結(jié)合,在不同規(guī)模、類型的礦山中都能發(fā)揮重要的作用。但是在貫通測(cè)量對(duì)于任何疏忽或誤差都要嚴(yán)格控制,以實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的精確性和科學(xué)性,進(jìn)而保障礦山生產(chǎn)的安全性。

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