基于JACK的民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估研究_圖文

1、第40卷第5期 2010年9月航空計(jì)算技術(shù)Aeronautical Conlputing 7rechniqueV01.40No.5Sep.2010基于JACK的民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估研究譚正文,薛紅軍,蘇潤娥(西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院,陜西西安710072摘要:針對(duì)JACK在民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估中的不足,提出了一種在JACK環(huán)境下計(jì)算飛行員視 角度數(shù)的算法,并利用TcL/風(fēng)和腳hon語言按照該算法開發(fā)了一個(gè)視角計(jì)算模塊。最后經(jīng)過與CArrIA軟件計(jì)算結(jié)果的對(duì)比證明了所提算法的正確性。開發(fā)的模塊彌補(bǔ)了JACK軟件的不足。 關(guān)鍵詞:JACK;二次開發(fā);民機(jī);駕駛艙;可視性;視角中圖分類號(hào):仍91.9文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671.654x(201005.0079.03引言JACK是一個(gè)目前較為成功的人體建模仿真與工 效評(píng)估軟件,該軟件提供了簡潔的人體模型,直觀的用 戶界面,完整的人體測量學(xué)數(shù)據(jù)庫,豐富的作業(yè)姿勢 庫,完善的人機(jī)工效評(píng)估工具包以及強(qiáng)大的人體運(yùn)動(dòng) 仿真能力。其用戶包括NASA、美國國家科學(xué)基金會(huì)、 英國國防部人類服務(wù)中心等。 西北工業(yè)大學(xué)是國內(nèi)較早引進(jìn)JAcK軟件的單位 之一,在使用中,我們發(fā)現(xiàn)主要面向汽車工程的JACK 用在航空領(lǐng)域時(shí)存在一些不足。如:在對(duì)某型民機(jī)駕 駛艙的可視性進(jìn)行評(píng)估時(shí),JACK能夠生成逼真的飛行 員的二維視窗圖和三維視錐圖,能給評(píng)估者一個(gè)定性 評(píng)估結(jié)果

3、,但這對(duì)要求嚴(yán)格的民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估 來說是不夠的。HB749697規(guī)定了民機(jī)駕駛艙外視野 的最小視界,對(duì)各個(gè)方向的視角度數(shù)要求都做了定量的 要求,遺憾的是JACK現(xiàn)有的相關(guān)功能模塊無法定量地 顯示飛行員眼位點(diǎn)沿各個(gè)規(guī)定方向的視角度數(shù)?；谏鲜鲈?我們提出了一種在JAcK環(huán)境下 計(jì)算飛行員眼位點(diǎn)沿各個(gè)方向視角度數(shù)的算法,并利用TcL/,11【和P汕on語言按照該算法開發(fā)了一個(gè)視角計(jì)算模塊,最終彌補(bǔ)了JACK軟件在民機(jī)駕駛艙可視 性評(píng)估中的不足。1視角算法1.1坐標(biāo)變換算法涉及三個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換,分別是:JACK環(huán)境下的總體坐標(biāo)系,原點(diǎn)位于JACK環(huán)境中默認(rèn)點(diǎn) 處;飛行員眼位點(diǎn)(圖1中的b

4、ottom-head.sight點(diǎn),簡 記為C點(diǎn)坐標(biāo)系,原點(diǎn)位于飛行員設(shè)計(jì)眼位點(diǎn)處;飛 行員頭部轉(zhuǎn)動(dòng)軸坐標(biāo)系,原點(diǎn)位于飛行員頭部轉(zhuǎn)動(dòng)軸 與眼位運(yùn)動(dòng)平面的交點(diǎn)(圖1中的bottomhead.s0點(diǎn), 簡記為M點(diǎn)。由于頭部轉(zhuǎn)動(dòng)軸為一條位于設(shè)計(jì)眼位 點(diǎn)后部84mm處的豎直軸線,故肘點(diǎn)局部坐標(biāo)系相當(dāng) 于C點(diǎn)局部坐標(biāo)系沿+Z方向平移84mm后的結(jié)果。圖l C點(diǎn)與肘點(diǎn)局部坐標(biāo)系如圖l所示,假定C點(diǎn)的總體坐標(biāo)為(,。,z。, 偏轉(zhuǎn)角度為(a。,盧。,%,朋點(diǎn)的總體坐標(biāo)為(菇。,。, %,偏轉(zhuǎn)角度與c點(diǎn)相同。其中坐標(biāo)值單位為cm,偏轉(zhuǎn)角度值單位為弧度。由于M點(diǎn)在c點(diǎn)局部坐標(biāo)系 下坐標(biāo)為(O,0,8.4,總體坐

5、標(biāo)系通過平移及旋轉(zhuǎn)得 到C點(diǎn)局部坐標(biāo)系,故艏點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系下的關(guān)系:收稿日期:20lO.0414基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973項(xiàng)目(2010CB734101作者簡介:譚正文(1986一,男,云南曲靖人,碩士研究生,研究方向?yàn)轱w行器設(shè)計(jì)、人機(jī)與環(huán)境工程。80 航空計(jì)算技術(shù) 第40卷 第5期l 0 O 1 0O 00 0石。0,。lz。0ll 00cosa。0sina。00O Osina。 0cosa。01co黽晚 0siq陵 00100一si峨O co印。00001cos釓一sin%00siny。 cos7。 0O0O 10O 001O 0 8.4 1假定觀察目標(biāo)點(diǎn)P在總體坐標(biāo)系下的

6、坐標(biāo)為(%,蚱,乃,在M點(diǎn)局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(戈,彳,則:l 0O一菇m 010一,mO 0lz帆 0001 10 0cos(一a。 O sin(一a。 00cos(一y。 一sin(一y。 0O sin(一y。 cos(一y。 O 0 00l 0 O 001一sin(一a。 cos(一a。 O建立坐標(biāo)變換方程后,就可以將JACK環(huán)境下各 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值(總體坐標(biāo)系坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為飛行員頭 部轉(zhuǎn)動(dòng)軸坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值,從而使用算法。1.2水平視角算法如圖2所示,設(shè)計(jì)眼位點(diǎn)在C點(diǎn),觀察目標(biāo)點(diǎn)分布 在cP線上,則觀察目標(biāo)點(diǎn)在眼位運(yùn)動(dòng)平面上的投影 分布在CQ線上。注意:飛機(jī)航向沿一z方向;頭部轉(zhuǎn) 動(dòng)軸為一

7、條位于設(shè)計(jì)眼位點(diǎn)后部84mm處的豎直軸 線,代表飛行員頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)中心軸線,沿y方向。 水平視角為c口線與航向線在眼位運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的 夾角,由圖2得:1當(dāng)cQ線分別位于航向線左側(cè)或右側(cè)180。內(nèi)v時(shí),水平視角為:a=arctgl÷i;l2當(dāng)CQ線分別位于航向線左側(cè)或右側(cè)180。處 時(shí),水平視角均為:理=90。;圖2肘點(diǎn)處局部坐標(biāo)系3當(dāng)cQ線分別位于航向線左側(cè)或右側(cè)180。外cos(一尻一sin(一盧。時(shí),水平視角均為:d=仃一arctgI÷I。1.3垂直視角算法如圖3所示,垂直視角為CQ線與cP線的夾角。 y圖3垂直視角的計(jì)算司以證明,無論觀察目標(biāo)點(diǎn)P位于轉(zhuǎn)動(dòng)后的眼位 點(diǎn)C的前

8、方、后方、上方還是下方,垂直視角口(一90。 <盧<90。均滿足:8=厶PMC+厶CPM刪cg器g揣 刪=s%等(r+護(hù)+乎+(護(hù)+(/r+孑一8.42一8.42 =卸rc:C0s二。_-二三=,h一 2×撕兩r×P+(瓶孑一&4z (矛+P+矛一8.40衍 撕五麗×y2+(撕萬一8.4: 01、,、,俄尻一O一協(xié)SCO1DD2010年9月 譚正文等:基于JAcK的民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估研究 8l2算法實(shí)現(xiàn)2.1建立用戶界面我們用TcL/攸語言編寫用戶界面,利用TcL/rI'l【實(shí) 現(xiàn)GUI的過程一般按圖所示的步驟進(jìn)行:圖4利用TcL/r

9、11【語言開發(fā)用戶界面過程根據(jù)程序功能,用戶界面設(shè)計(jì)如圖5所示。界面 中的“點(diǎn)”為觀察目標(biāo)點(diǎn),“人”為飛行員,“長度”為 “視距”。分別選取觀察目標(biāo)點(diǎn)和飛行員,點(diǎn)擊“顯示” 按鈕,即可顯示計(jì)算結(jié)果在“水平視角”和“垂直視角” 中。點(diǎn)擊“隱藏”,顯示結(jié)果會(huì)自動(dòng)隱藏。圖5視角計(jì)算模塊界面2.2算法計(jì)算流程我們用面向?qū)ο缶幊陶Z言Python編寫視距、視角 計(jì)算類,類的計(jì)算流程如下:圖6算法計(jì)算流程3算法驗(yàn)證利用視角計(jì)算程序,得到某型民機(jī)駕駛艙風(fēng)擋、通 風(fēng)窗和觀察窗各頂點(diǎn)處的視角,繪制視界圖如圖6所 示(深色部分為繪制的視界圖,淺色部分為HB7496 97規(guī)定的民機(jī)駕駛艙外視野的最小視界。圖7為cAr

10、rIA軟件的評(píng)估結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)結(jié)果基本吻合。 60402020140100602020圖6視角計(jì)算模塊計(jì)算結(jié)果一“/一 八 /妒一孳 蘿 匕二二二 一二/L-一140。 1n0。 60020020。圖7CA,IIA軟件計(jì)算結(jié)果60040。200O。一20。一4004結(jié)論本文針對(duì)JACK在民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估中的不 足,提出了一種在JAcK環(huán)境下計(jì)算飛行員眼位點(diǎn)沿 各個(gè)方向視角度數(shù)的算法,并利用TcL/仉和Python語 言按照該算法開發(fā)了一個(gè)視角計(jì)算模塊,最后經(jīng)過與 CATIA軟件計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,證明了所提算法的正確 性。開發(fā)的模塊準(zhǔn)確地計(jì)算了飛行員眼位點(diǎn)到各個(gè)目 標(biāo)觀察點(diǎn)的視角,滿足了民

11、機(jī)駕駛艙外視野評(píng)估的需 要,同時(shí)彌補(bǔ)了JACK軟件的不足。參考文獻(xiàn):1蘇潤娥.民機(jī)駕駛艙虛擬工效評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究D. 西安:西北工業(yè)大學(xué).2009.2中國航空工業(yè)總公司.HB749697,民用飛機(jī)駕駛艙視 野要求s.中華人民共和國航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),1997.3Jack 2.x useunodulez.uGs,200l:64.4周靖.腳hon編程金典M.北京:清華大學(xué)出版社, 2003.5崔凱.TcL/11k編程權(quán)威指南M.北京:中國電力出版社, 2002. (下轉(zhuǎn)第106頁106 航空計(jì)算技術(shù) 第40卷 第5期實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)保障了平臺(tái)的高復(fù)用性的同時(shí)也保證了 R.VoicexML Fomm,200

12、0.系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。目前本系統(tǒng)已應(yīng)用于社區(qū)服務(wù),為 4c列e.xML高級(jí)開發(fā)指南M.北京:電子工業(yè)出版社, 社區(qū)居民提供了方便、快捷、周到的服務(wù)需求,得到用2002:224245戶的普遍好評(píng)。 5Rick BeasleyV。ice xML語音應(yīng)用程序開發(fā)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.參考文獻(xiàn):6chdes AsIbacher.xML速成教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出 13,rson 1篡:全二:0:。j_L,鼉.177,譬ec?me婦。 7東進(jìn)D系列模擬電話語音卡用戶手冊(cè)(v3.3EB/oL. hmeworkJ.IEEE Multimedia,2003,10(4:9l一93. 。 .,。 。 。

13、 21苧:翌:.汪置妻,苧三筠,基!oi。蔓ML的呼叫中心系統(tǒng) 8Fmnd 0aIlid,T0ny Giv蟛。.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京: ,實(shí)現(xiàn)J計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2003,25(6:8891-。 北京航空航大;出版荔,2004:l;i一204.。 Secondary Microkernel-based Platform for Voice DeVelopmentDUAN Qin,WANG Lifhng,JIANG Ze.jun(co唧姚r cof垤e,D廳塒部把m Po咖以n記口Z溉泐陽蚵,覷口n 710129,饑imAbstract:As irIfbnIlation seices such鵲

14、merce,customer ser訂ces get universalization,speech senrice have been a hot spot of concem in the field of telecommunicaions.And its application is becoming more and more塒de in” der to meet a v撕ety of commercial明d ser、,ice requirements.The voice plao肌is a interactive svstem which based on VoiceXML,vo

15、ice technolog,and integrated network resources to describe and contmI the speech lo舀c.h is ch踟ctedzed by quick and accumte access to info徹ation,蛐d increasindy evident diversification of customer services.Thisplatf痂 can be稍dely used in are鵲such鼬telephone securities commission,telephone banking,info咖a

16、tion inquiries,voice mail,automatic pa垂ng system,multi一缸nctional switch with smaUscale users and s0on.Key words:VoiceXML;DOM tree;finite state automaton;voice processing card(上接第81頁Research on Visibility for Cockpit of CiVil Aircraft Based on JACK TAN Zhengw朗,XUE Hongjun,SU Rune(5cbDZ曠Aer0舭以婦,舶n伽酷拋m

17、 Po咖以幾泐Z踟訛rs渺,射口凡710072,吼iMAbstr孔t:Aimed at the lack of JACK on assessment for cockpit of ciVil ajrcr硪,an a190rithm was proposed for cajculation ofpilotsVisual an91e based on JACK,One module h鼬als0been developed according to tlis algorithm.Con仃asted謝th the analyzing result of CAllA,the algorithm Validated witJla case.The developed module also made up the lack of JACK.Key words:JACK;second鄴r deVelopment;civil aircra疵;cockpit;visibility;visual an舀e 基于JACK的民機(jī)駕駛艙可視性評(píng)估研究作者:譚正文 , 薛紅軍 , 蘇潤娥 , TA