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篇1

【關(guān)鍵詞】 枕頸畸形；寰樞關(guān)節(jié)脫位；齒突畸形；游離齒突

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.08.008

枕頸畸形是脊柱外科的一種常見(jiàn)病，可導(dǎo)致上頸椎不穩(wěn)定，加速下頸椎的退變進(jìn)程[1]，往往合并頸髓及延髓受壓，并使之處于危險(xiǎn)狀態(tài)，摔倒、撞擊等輕微損害可引起神經(jīng)癥狀加重甚至危及患者的生命。本病常需要采用手術(shù)治療[2]，以求恢復(fù)上頸椎的正常解剖關(guān)系，重建其穩(wěn)定性，并解除頸髓壓迫；但由于枕頸部毗鄰延髓及小腦等重要結(jié)構(gòu)，解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而致使該部位手術(shù)的難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，如手術(shù)方法選擇不當(dāng)，可造成嚴(yán)重的后果。對(duì)各種類(lèi)型枕頸畸形手術(shù)方法的選擇，國(guó)內(nèi)外都予以極大的關(guān)注，也提出了很多新的、有效的手術(shù)方法。本文通過(guò)回顧分析本院收治的126例枕頸畸形患者的臨床資料，總結(jié)不同類(lèi)型枕頸畸形的手術(shù)方法選擇，為臨床醫(yī)生在治療枕頸畸形的術(shù)式選擇上提供幫助和參考。

1 臨床資料

選取2005年3月至2012年8月在本院就診的枕頸畸形患者126例。男58例，女68例；年齡13～67歲，平均（37.4±9.2）歲。臨床診斷為枕頸畸形合并寰樞椎可復(fù)性脫位74例，合并難復(fù)性寰樞椎脫位24例，合并寰樞椎半脫位20例，齒突畸形及游離齒突8例。單純局部癥狀35例，表現(xiàn)為枕頸部疼痛不適、活動(dòng)受限，尤其以旋轉(zhuǎn)活動(dòng)受限較為明顯。神經(jīng)壓迫癥狀82例，單純神經(jīng)根疼痛癥狀11例，主要表現(xiàn)為枕大神經(jīng)及耳大神經(jīng)分布區(qū)的刺激性疼痛；頸髓壓迫征71例，癥狀輕者表現(xiàn)四肢麻木、乏力，或肢體深反射活躍，重者可有單癱、四肢不全癱，甚至有呼吸困難癥狀。局部癥狀合并神經(jīng)系統(tǒng)壓迫9例。根據(jù)患者臨床癥狀，采用日本骨科學(xué)會(huì)（JOA）制訂的JOA-17分評(píng)分法對(duì)患者手術(shù)前后的脊髓功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)公式計(jì)算術(shù)后改善率。術(shù)后改善率=（術(shù)后評(píng)分-術(shù)前評(píng)分）×100% /（17-術(shù)前評(píng)分）。

影像學(xué)檢查，術(shù)前常規(guī)行頸椎X線(xiàn)片、枕頸部CT平掃及頸椎MRI平掃等相關(guān)檢查，明確患者脫位情況和脊髓受壓情況。寰椎前弓后緣與齒突前緣相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離（ADI） > 3 mm（成人）及 > 5 mm（小兒）診斷為脫位，張口位X線(xiàn)上表現(xiàn)為齒突與兩側(cè)塊間距 > 3 mm診斷為寰樞關(guān)節(jié)半脫位。

2 方 法

2.1 術(shù)前準(zhǔn)備 對(duì)于合并寰樞椎脫位的患者，術(shù)前行顱骨牽引。起始牽引質(zhì)量為3 kg，根據(jù)患者具體情況逐日加大牽引質(zhì)量，最大為5 kg。定時(shí)行床旁頸椎側(cè)位及張口位X線(xiàn)片，以便及時(shí)了解寰樞椎脫位的復(fù)位情況，并根據(jù)X線(xiàn)片所示復(fù)位情況調(diào)整牽引角度及質(zhì)量等。牽引約1周后床旁拍攝X線(xiàn)片。根據(jù)寰樞椎復(fù)位情況選擇手術(shù)方式：可復(fù)位者，行經(jīng)后路寰枕或寰樞植骨融合內(nèi)固定術(shù)；難復(fù)位者，行經(jīng)口咽入路寰樞關(guān)節(jié)松解復(fù)位后路枕頸固定術(shù)。患者診療路線(xiàn)見(jiàn)圖1。經(jīng)口咽入路的患者術(shù)前應(yīng)檢查口腔有無(wú)感染灶，術(shù)前3 d起采用慶大霉素霧化吸入，同時(shí)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硼酸液漱口，每日3～4次，術(shù)前當(dāng)日使用適量廣譜抗生素。

2.2 手術(shù)方法及要點(diǎn) 麻醉方法均采用經(jīng)口咽或經(jīng)鼻氣管插管全身麻醉，術(shù)中所用植骨塊均取自自體髂骨。手術(shù)方式選擇見(jiàn)表1。

2.2.1 經(jīng)后路寰樞椎椎弓根植骨融合內(nèi)固定術(shù)

麻醉成功后，患者取俯臥位，頭部置于頭架上并保持持續(xù)牽引，頭頸部稍屈曲。術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾，取枕外隆突向下沿后正中線(xiàn)做6～9 cm切口，依次切開(kāi)皮膚、皮下組織、項(xiàng)韌帶等，剝離椎旁肌，顯露C1后結(jié)節(jié)和C2～3棘突，切斷C1～2棘間韌帶，骨膜下剝離至后結(jié)節(jié)旁17～21 mm的后弓。用神經(jīng)剝離子探查C1后弓內(nèi)側(cè)壁和寰椎側(cè)塊的范圍，注意保護(hù)椎動(dòng)脈。充分顯露樞椎椎板至雙側(cè)側(cè)塊關(guān)節(jié)部分，以及樞椎椎弓峽部上面和內(nèi)側(cè)緣，注意保護(hù)損傷C2神經(jīng)。寰椎椎弓根螺釘進(jìn)釘點(diǎn)取C1后弓與C1側(cè)塊背面的連接處，在該處用磨鉆磨去適量皮質(zhì)骨，用椎弓根探子由此處進(jìn)入，沿C1側(cè)塊長(zhǎng)軸輕輕進(jìn)入側(cè)塊，深度約21～23 mm。用球形頭探針探查確認(rèn)釘?shù)浪谋诩暗撞渴欠裢暾萌攵ㄎ会槨＝?jīng)C型臂透視機(jī)確認(rèn)進(jìn)針位置、角度、深度恰當(dāng)，選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的螺釘擰入。樞椎椎弓根螺釘植釘點(diǎn)取C2下關(guān)節(jié)突根部中點(diǎn)，用開(kāi)口錐開(kāi)口后沿C2椎弓根走形逐漸深入到椎弓根。經(jīng)球形頭探針探查釘?shù)浪谋诩暗撞客暾?jīng)透視確認(rèn)進(jìn)針位置、方向、深度準(zhǔn)確。用絲攻攻絲，選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的螺釘擰入。再次透視確認(rèn)C1～2處于復(fù)位狀態(tài)及螺釘位置、方向準(zhǔn)確，安裝連接棒，固定。取右骼骨松質(zhì)顆粒骨20～25 g，植骨，逐層關(guān)閉手術(shù)切口。

2.2.2 經(jīng)后路樞椎或C2～3椎弓根螺釘枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù) 患者取俯臥位，將頭部置于頭架上適當(dāng)牽引并使之稍屈曲。術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾，取枕骨粗隆至C3縱行手術(shù)切口，依次切開(kāi)皮膚、皮下組織、項(xiàng)韌帶，充分暴露枕骨粗隆、枕骨、寰椎后弓、C2、C3椎板及雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)外側(cè)。如經(jīng)顱骨牽引后仍有頸髓壓迫癥狀者，依據(jù)上述方法（寰樞融合術(shù)中已敘述），植入C2椎弓根螺釘。部分患者需要將融合內(nèi)固定延長(zhǎng)至C3，依上述方法，植入C3椎弓根螺釘。枕骨板需根據(jù)枕骨曲度進(jìn)行預(yù)彎，使之與枕骨面相緊密相適合。枕骨板最上螺釘植入顱骨近中線(xiàn)枕部隆凸下方，經(jīng)過(guò)枕骨板螺孔鉆孔直至穿透枕骨內(nèi)板，測(cè)深后擰入螺釘固定。其余2枚螺釘分別按枕骨板上的位置依次擰入并固定。預(yù)彎兩根連接固定棒，兩端分別連接于枕骨板和C2及/或C2～3椎弓根螺釘上。經(jīng)C型臂透視顯示寰樞椎復(fù)位、釘棒位置良好，進(jìn)一步固定擰緊螺帽。取骼骨松質(zhì)骨20～25 g，用咬骨鉗制成細(xì)骨顆粒，去除后部部分皮質(zhì)骨，制成植骨床，生理鹽水反復(fù)沖洗傷口，做枕頸后部表面植骨。

2.2.3 前路松解復(fù)位后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù) 患者取仰臥位，于手術(shù)臺(tái)調(diào)至頭高腳低位，并保持顱骨持續(xù)牽引。術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾。用下頜關(guān)節(jié)撐開(kāi)器撐開(kāi)口腔，充分顯露咽后壁。取咽后壁正中切口，用骨剝將咽縮肌及黏膜向兩側(cè)分開(kāi)，暴露出寰椎前弓和樞椎體的前面，用撐開(kāi)器將軟組織緩慢分開(kāi)。將前縱韌帶沿寰椎前弓下緣切斷，再將頸長(zhǎng)肌、頭長(zhǎng)肌等肌肉橫斷，此時(shí)寰椎關(guān)節(jié)會(huì)部分復(fù)位。將雙側(cè)側(cè)塊關(guān)節(jié)囊切開(kāi)，顯露出側(cè)塊關(guān)節(jié)腔，用刮匙刮除關(guān)節(jié)腔內(nèi)的粘連組織，并伸入關(guān)節(jié)腔內(nèi)用力向上撬拔寰椎側(cè)塊，使寰椎關(guān)節(jié)盡可能完全復(fù)位。經(jīng)C型臂透視機(jī)透視確認(rèn)寰椎關(guān)節(jié)復(fù)位滿(mǎn)意后，以生理鹽水沖洗傷口，用可吸收線(xiàn)縫合咽后壁切口。持續(xù)顱骨牽引情況下，改為俯臥位，頸椎稍屈曲。再行后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù)（手術(shù)方法同上）。

2.3 術(shù)后處理 術(shù)后常規(guī)使用抗生素1 d，以預(yù)防感染。前路手術(shù)患者鼻飼飲食1周，2～4 d拔除引流管（引流量 < 50 mL?d-1）。術(shù)后3 d常規(guī)拍攝頸椎正側(cè)位及張口位X線(xiàn)片，觀察內(nèi)固定及植骨情況。如術(shù)中行脊髓減壓，可給予地塞米松靜滴3～5 d。頸托保護(hù)3個(gè)月，3～7 d后鼓勵(lì)患者下床活動(dòng)。術(shù)后分別在3，6，12，24個(gè)月復(fù)查X線(xiàn)片，以了解內(nèi)固定、植骨融合及畸形矯正情況。

2.4 課題設(shè)計(jì) 回顧分析既往枕頸畸形患者臨床及相關(guān)存檔資料，包括臨床病歷資料、影像學(xué)檢查及隨訪(fǎng)資料等，統(tǒng)計(jì)比較手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、JOA評(píng)分表評(píng)分、術(shù)后改善率等，評(píng)價(jià)各種手術(shù)的臨床療效及其安全性，進(jìn)而分析各種枕頸畸形的理想術(shù)式。

2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以表示，兩組樣本均值比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多組樣本均值比較采用單因素ANOVA方差分析，多組間兩兩比較采用LSD法；計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)；并發(fā)癥比較采用秩和檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α = 0.05。

3 結(jié) 果

3.1 一般結(jié)果 所有患者均獲得隨訪(fǎng)，隨訪(fǎng)時(shí)間13～72個(gè)月，平均（37.4±11.2）個(gè)月；所有患者術(shù)后均獲骨性融合，其中4例延遲愈合，1例因術(shù)后感染行二次手術(shù)。術(shù)后102例患者癥狀消失或基本消失，20例明顯改善，4例輕度改善，術(shù)中未發(fā)生頸動(dòng)脈及脊髓損傷等情況。按照手術(shù)方式不同分為3組：寰樞融合組、枕頸融合組、前后路聯(lián)合組。3組手術(shù)時(shí)間依次為（169.02±10.24）min、（166.58±10.03）min、（201.33±13.46）min；術(shù)中出血量依次為（237.47±21.63）mL、（242.25±21.92）mL、（327.88±16.27）mL。見(jiàn)表2、圖2、圖3。

3.2 療效評(píng)價(jià) 患者術(shù)后JOA評(píng)分改善（8.6±1.4）分，改善率達(dá)83%。手術(shù)前后各組JOA評(píng)分比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。各組間平行比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）；術(shù)后與末次隨訪(fǎng)比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。見(jiàn)表3。

3.3 術(shù)后并發(fā)癥 寰樞融合組2例患者術(shù)后3個(gè)月復(fù)查頸椎X線(xiàn)片示植骨塊明顯可見(jiàn)，給予消炎、促骨生長(zhǎng)等藥物對(duì)癥治療，于術(shù)后8個(gè)月均達(dá)骨性愈合。

枕頸融合組術(shù)后1例患者發(fā)生切口局部脂肪液化，并持續(xù)滲出，給予對(duì)癥處理，并于術(shù)后15 d行傷口清創(chuàng)縫合術(shù)，定期換藥，4周后傷口愈合。1例患者在術(shù)后4個(gè)月復(fù)查示植骨延遲愈合，經(jīng)復(fù)查頸椎CT示所植自體髂骨被逐漸吸收，經(jīng)再次行后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù)，術(shù)后3個(gè)月獲骨性愈合。

前后路聯(lián)合組術(shù)中并發(fā)腦脊液漏1例，術(shù)中立即行硬脊膜縫合修補(bǔ)術(shù)，術(shù)后給予對(duì)癥處理，患者頭痛頭暈6 d后緩解，未發(fā)生顱內(nèi)感染等并發(fā)癥。2例患者術(shù)后10個(gè)月時(shí)因原切口被顱骨內(nèi)固定螺釘磨破而發(fā)生感染，再次入院經(jīng)對(duì)癥治療。感染控制后，取出內(nèi)固定并再次行后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù)，術(shù)后3個(gè)月獲骨性愈合。

3.4 頸椎旋轉(zhuǎn)功能喪失情況 術(shù)后3組患者頸椎旋轉(zhuǎn)功能均有所喪失，寰樞融合組、枕頸融合組、前后路聯(lián)合組在術(shù)后3個(gè)月隨訪(fǎng)時(shí)頸椎旋轉(zhuǎn)功能喪失情況依次為（62.02±6.84）%、（82.03±4.85）%、（66.75±13.64）%（圖中目測(cè)接近80%）。見(jiàn)圖4。

4 討 論

4.1 手術(shù)入路選擇 寰樞椎脫位是枕頸畸形最常見(jiàn)的合并癥，寰樞椎脫位導(dǎo)致上頸髓及延髓受壓和上頸椎不穩(wěn)，由于上頸椎對(duì)于壓迫容忍度較大，當(dāng)出現(xiàn)臨床癥狀時(shí)，往往已失去保守治療機(jī)會(huì)，通常需行手術(shù)治療，常用的手術(shù)方式有寰樞椎融合及枕頸融合。通過(guò)融合上頸椎，達(dá)到穩(wěn)定上頸椎的目的。就其入路而言，臨床上常用的有以經(jīng)口咽入路和經(jīng)后側(cè)入路兩種術(shù)式為主，也有部分學(xué)者報(bào)道經(jīng)側(cè)方入路，但有局部解剖復(fù)雜、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、暴露困難等缺點(diǎn)，限制了該入路的應(yīng)用。后路入路容易顯露，術(shù)野較大，便于安置內(nèi)固定，在臨床應(yīng)用中以后路手術(shù)居多。前路手術(shù)主要采用經(jīng)口入路，用于松解粘連或者畸形的寰齒關(guān)節(jié)，手術(shù)視野深在，暴露困難，且術(shù)后一旦感染容易波及神經(jīng)中樞，十分兇險(xiǎn)。本組126例均采用枕后入路，其中24例由于寰齒關(guān)節(jié)及側(cè)塊關(guān)節(jié)局部存在粘連或骨性連接等因素導(dǎo)致復(fù)位困難，需采取經(jīng)口松解，寰樞關(guān)節(jié)復(fù)位充分，術(shù)中采用碘伏原液浸泡，術(shù)后常規(guī)應(yīng)用抗生素等預(yù)防措施；但術(shù)后隨訪(fǎng)過(guò)程中依然發(fā)現(xiàn)有患者發(fā)生口腔相關(guān)感染。

4.2 上頸椎融合的選擇 由于枕頸畸形存在寰樞關(guān)節(jié)脫位并發(fā)癥或風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致延髓等生命中樞受壓，常需上頸椎融合，常用的經(jīng)典術(shù)式有：鋼絲固定+骨融合技術(shù)、Apofix椎板鉤技術(shù)、經(jīng)寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)螺釘內(nèi)固定技術(shù)（Mageal技術(shù)）、寰樞椎側(cè)塊釘板或釘棒技術(shù)和寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)等[3-7]。以上技術(shù)均可取得不同程度的治療效果，但也存在技術(shù)難度大、操作復(fù)雜、并發(fā)癥較多等不足。臨床上，無(wú)論寰樞融合還是枕頸融合均可喪失部分頸椎活動(dòng)功能，尤其是旋轉(zhuǎn)功能[8-9]。從生物力學(xué)的角度來(lái)看，寰樞椎融合保留了寰枕關(guān)節(jié)的正常結(jié)構(gòu)和功能，患者頭頸部的屈伸功能得以保留，對(duì)頭頸部旋轉(zhuǎn)功能的限制也相對(duì)較小[10-11]，較符合生理結(jié)構(gòu)，故該術(shù)式更為有效合理。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于上頸椎不穩(wěn)采用后路短節(jié)段椎弓根螺釘系統(tǒng)固定具有很好的術(shù)后即時(shí)穩(wěn)定性[12-13]。盧旭華等[14]發(fā)現(xiàn)，寰樞椎椎弓根螺釘固定可以滿(mǎn)足上頸椎各個(gè)方向所需求的穩(wěn)定性。對(duì)于伴有寰樞椎脫位或半脫位的枕頸畸形患者來(lái)說(shuō)，經(jīng)術(shù)前牽引可達(dá)到理想的復(fù)位效果；或頸術(shù)中頸前路松解后可復(fù)位者，均可行寰樞椎融合術(shù)。譚明生等[15]研究證實(shí)，伴有不可緩解的枕頸部疼痛、脊髓神經(jīng)根刺激及壓迫癥狀，以及寰齒關(guān)節(jié)間距 > 5 mm的寰樞椎脫位，均需行寰樞椎及枕頸融合。本組共有49例行寰樞融合，53例行枕頸融合，其中包括8例齒突畸形，20例寰樞椎半脫位，74例可復(fù)性寰樞椎脫位。其中5例患者因MRI示頸脊髓時(shí)間受壓迫較重而行后路椎管擴(kuò)大減壓術(shù)。此102位患者術(shù)后均獲得滿(mǎn)意療效。

4.3 經(jīng)口入路的選擇 對(duì)于合并難復(fù)性寰椎脫位的枕頸畸形患者的治療，傳統(tǒng)的手術(shù)方法是經(jīng)口咽入路切除齒狀突或部分椎體，以達(dá)到脊髓減壓的目的；但這種手術(shù)方式存在相當(dāng)高的危險(xiǎn)性。Jain等[16]發(fā)現(xiàn)，74例手術(shù)患者中，術(shù)后即刻脊髓功能減退的就有17例，而且其中7例沒(méi)有得到恢復(fù)，在隨訪(fǎng)中，14.9%的患者癥狀加重。此手術(shù)的缺點(diǎn)主要在于：①不能達(dá)到理想的寰樞關(guān)節(jié)復(fù)位；②沒(méi)有對(duì)寰樞關(guān)節(jié)不穩(wěn)進(jìn)行融合固定；③在脫位的前提下切除齒突操作不便，不易完全將其切除，且容易損傷硬膜和造成寰樞椎不穩(wěn)的后遺癥。為此筆者采用前路松解減壓使之復(fù)位，之后再做后路植骨融合。寰樞椎復(fù)位不僅可以解除頸髓壓迫，恢復(fù)其正常解剖結(jié)構(gòu)，而且便于后路手術(shù)的操作[17]。前路松解復(fù)位而不需要切除頂壓在硬膜上的骨質(zhì)，可以降低損傷硬膜的風(fēng)險(xiǎn)。由于經(jīng)口咽手術(shù)的切口屬Ⅱ類(lèi)切口，易于感染；但本手術(shù)僅在椎管外操作，不涉及脊髓，所以術(shù)后感染很少波及脊髓，且咽后壁組織較薄，一旦感染形成膿腫，膿液較易從切口破溢達(dá)到引流之目的，亦不會(huì)造成脊髓壓迫。由于單純前路寰樞椎松解復(fù)位無(wú)法避免由于部分沒(méi)有被橫斷肌肉所造成的回縮力而導(dǎo)致復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[18-20]，所以必須依靠椎弓根釘棒系統(tǒng)固定并使枕頸或寰樞椎融合，而傳統(tǒng)的鋼絲固定等技術(shù)無(wú)法達(dá)到此目的。近些年，對(duì)于外傷所造成的難復(fù)性寰樞椎脫位，經(jīng)口咽寰樞椎復(fù)位鋼板固定技術(shù)可以獲得滿(mǎn)意效果，此種術(shù)式不僅簡(jiǎn)化了手術(shù)過(guò)程，而且顯著縮短了手術(shù)時(shí)間[21-23]；但能否應(yīng)用于枕頸畸形所合并的寰樞椎脫位尚待進(jìn)一步的研究。

4.4 個(gè)體化手術(shù)的優(yōu)勢(shì) 枕頸畸形常合并多種畸形，任何一種術(shù)式均無(wú)法滿(mǎn)足治療的需求，臨床上常需個(gè)體化選擇手術(shù)方案。對(duì)于寰樞椎均滿(mǎn)足螺釘置釘要求者，應(yīng)優(yōu)先采用寰樞椎融合，以最大限度地暴露上頸椎的活動(dòng)功能；因寰椎側(cè)塊或椎弓根存在畸形無(wú)法置釘者，則可采用枕頸融合，術(shù)后應(yīng)加強(qiáng)康復(fù)鍛煉，增加頸椎活動(dòng)代償；寰齒關(guān)節(jié)存在阻礙寰樞關(guān)節(jié)復(fù)位因素者，常需經(jīng)口松解手術(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，在枕頸畸形的治療中；解決頸髓壓迫和重建上頸椎穩(wěn)定是治療成功的關(guān)鍵；而根據(jù)患者枕頸畸形的不同類(lèi)型，選擇不同的手術(shù)入路和手術(shù)策略，在保證手術(shù)安全、有效的前提下，應(yīng)盡可能保留患者上頸椎的活動(dòng)度和功能，方能達(dá)到臨床療效的最佳化。

5 參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：交換分布仿真；通信技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)；研究

分布交互仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信工程中有著良好的應(yīng)用前景，而且對(duì)通信行業(yè)的發(fā)展有著促進(jìn)作用，可以提高信息傳輸?shù)男剩€要保證信息傳輸?shù)陌踩浴７植冀换シ抡婕夹g(shù)在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著較大的價(jià)值，可以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男Ч沁@項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間比較不長(zhǎng)，相關(guān)部門(mén)還沒(méi)有建立完善的管理制度，這不利于對(duì)分布交互仿真技術(shù)進(jìn)行管理與優(yōu)化，限制了通信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的發(fā)展，而且制約了通信技術(shù)的提升。在研究分布交互仿真技術(shù)時(shí)，可以參考國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將其更好的應(yīng)用在軍事通訊中，從而提高我國(guó)的軍事力量。

1 分布交互仿真概述

分布式交互仿真是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，其在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中有著廣泛的使用，這項(xiàng)技術(shù)還需要借助計(jì)算機(jī)等設(shè)備，可以保證信息數(shù)據(jù)更快的傳輸，可以作為通訊工具，實(shí)現(xiàn)通信方式的多樣性發(fā)展。我國(guó)對(duì)分布交互仿真技術(shù)的研究比較晚，所以這項(xiàng)技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平有著較大差距，為了縮小差距，提高我國(guó)數(shù)據(jù)通信水平，研究人員需要對(duì)分布式交互仿真技術(shù)的特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍進(jìn)行更好的研究，這樣也有利于分布式交互仿真系統(tǒng)的推廣。

1.1 概念

分布交互仿真是一種綜合性仿真環(huán)境，它一般采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將分散在各地的仿真設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為分布性、交互性、異構(gòu)性、時(shí)空一致性和開(kāi)放性。分布交互仿真技術(shù)主要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是使大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的仿真成為可能；二是降低仿真成本。

分布交互式仿真技術(shù)可以實(shí)時(shí)計(jì)算并生成一個(gè)反映實(shí)體對(duì)象變化的三維圖形環(huán)境。通過(guò)計(jì)算機(jī)等設(shè)備，實(shí)驗(yàn)人員不僅可以“進(jìn)入”這種虛擬環(huán)境（主要是視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)環(huán)境），直接觀察事物的內(nèi)在變化并與其發(fā)生相互作用，還能通過(guò)開(kāi)放式的中斷處理來(lái)模擬各種隨機(jī)事件，給人一種“身臨其境”的真實(shí)感。

1.2 分布交互仿真的發(fā)展

在分布式交互仿真發(fā)展的早期階段，通訊層和應(yīng)用層是很難截然分開(kāi)的。在應(yīng)用層，為了能將實(shí)體的數(shù)據(jù)傳給其它實(shí)體，每個(gè)仿真應(yīng)用都為自己所生成的實(shí)體定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)塊，其中包括了傳送實(shí)體信息所必要的數(shù)據(jù)定義。這樣的數(shù)據(jù)可稱(chēng)之為“不規(guī)范的數(shù)據(jù)”。可以說(shuō)，這種數(shù)據(jù)定義方式完全滿(mǎn)足了實(shí)體間數(shù)據(jù)交換的需要，但缺點(diǎn)是每個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)定義各不相同。每個(gè)仿真應(yīng)用中不但要有本地實(shí)體的數(shù)據(jù)定義，還要有其它節(jié)點(diǎn)的實(shí)體的數(shù)據(jù)定義，才能在接到一個(gè)數(shù)據(jù)包后按照正確的格式來(lái)理解它。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中要增加一個(gè)新實(shí)體時(shí)，其它仿真應(yīng)用中都要增加這一實(shí)體的數(shù)據(jù)定義。

1.3 分布交互方針的特征

分布交互仿真最大的特征便是沒(méi)有中央服務(wù)器。分布交互仿真是嚴(yán)格的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在它里面所有數(shù)據(jù)傳送給所有仿真應(yīng)用，而數(shù)據(jù)的拒絕與接收依賴(lài)于接收者的需要。取消了中央服務(wù)器，分布交互仿真減少了由于一個(gè)仿真應(yīng)用向另一個(gè)仿真應(yīng)用傳送信息的時(shí)間延遲。時(shí)間延遲嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)仿真的實(shí)時(shí)性和有效性。舉例說(shuō)明，當(dāng)一仿真應(yīng)用向目標(biāo)開(kāi)火以后，被擊中的目標(biāo)必須盡可能快知道將要發(fā)生的軍事行動(dòng)，使其作出相應(yīng)的防衛(wèi)反應(yīng)，通訊設(shè)備的延遲引入可能導(dǎo)致對(duì)方力量的加強(qiáng)，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的變化。

2 分布交互仿真中數(shù)據(jù)通信的研究

隨著信息技術(shù)為主的高新技術(shù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到前所未有的重視，它已成為分布交互仿真技術(shù)中的關(guān)鍵所在，這也是造成我國(guó)分布交互仿真技術(shù)與國(guó)外存在差距的主要原因之一。同時(shí)，由于我國(guó)沒(méi)有分布交互仿真技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，這使得我國(guó)的分布交互仿真技術(shù)研究存在多樣、復(fù)雜以及多元化特征，因此就需要我們?cè)诠ぷ髦薪o予高度重視也探索。在目前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析中，它主要包含了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、及時(shí)性，數(shù)據(jù)發(fā)送的可行性、方便和快捷性，信息接收系統(tǒng)的智能性和自動(dòng)化要求。

2.1 數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)的一段時(shí)間的研究表明，分布交互仿真技術(shù)中實(shí)體的數(shù)量在不斷增多，仿真性能和仿真優(yōu)越性也發(fā)生了翻天覆地的變化，這就給接受領(lǐng)域的額工作人員大大的增加了負(fù)擔(dān)，使得整個(gè)管理實(shí)體數(shù)量發(fā)生了一個(gè)瓶頸。此外，在這種交互方式中，我們需要滿(mǎn)足人們?cè)诨芈飞洗嬖诘姆抡嫘枰菍?duì)事件驅(qū)動(dòng)、時(shí)間驅(qū)動(dòng)上存在的仿真問(wèn)題則無(wú)需要給予過(guò)多的重視和分析。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信協(xié)議分析

實(shí)施數(shù)據(jù)通信是基于網(wǎng)絡(luò)條件下的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析，它在應(yīng)用的過(guò)程中是以網(wǎng)絡(luò)通信部分和實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)為標(biāo)準(zhǔn)的，它在應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題就是如何將信息從網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)快速、準(zhǔn)確的傳遞給另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程中是一個(gè)快速、及時(shí)傳遞的過(guò)程，它和人與人之間的交流一樣，采用合理、簡(jiǎn)單的語(yǔ)言進(jìn)行溝通無(wú)疑要比復(fù)雜的語(yǔ)言快捷的多。因此，在通信協(xié)議的制定中，它是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)開(kāi)展的，協(xié)議利用是否合理、科學(xué)和科學(xué)將直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)，也決定著網(wǎng)絡(luò)通信工作的開(kāi)展。

在一個(gè)分布式交互仿真系統(tǒng)中，必須要以科學(xué)的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。在目前的交互仿真系統(tǒng)中，常見(jiàn)的協(xié)議包含了TCP/IP協(xié)議，它在應(yīng)用中是以傳輸控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議為核心，它已經(jīng)廣泛的被世界多個(gè)國(guó)家重視和認(rèn)可。目前，HLA網(wǎng)關(guān)能轉(zhuǎn)化各種協(xié)議使用的PDU類(lèi)型：實(shí)體狀態(tài)、開(kāi)火、爆炸和碰撞，這些能夠支持DIS的仿真器。HLA網(wǎng)關(guān)預(yù)定是以聯(lián)邦對(duì)象模型（FOM）為依據(jù)的數(shù)據(jù)，它們放在設(shè)置文件中，且在運(yùn)行時(shí)改變。另外RTI還提供詢(xún)問(wèn)、刪除以及時(shí)間管理等服務(wù)。

結(jié)束語(yǔ)

分布式交互仿真技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用范圍，其可以在不同的條件下運(yùn)行，在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中應(yīng)用分布式交互仿真系統(tǒng)，可以保證數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，也可以通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性以及安全性。當(dāng)前社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較快，社會(huì)中各行各業(yè)都對(duì)通信技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)通信行業(yè)的服務(wù)水平有著較高的要求，相關(guān)技術(shù)人員需要對(duì)傳統(tǒng)的通信技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，還可以提供更多的通信方式，這樣才能滿(mǎn)足不同行業(yè)的需求，才能保證網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)揮著更大的價(jià)值。

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篇3

關(guān)鍵詞 多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 土木工程 新進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著工業(yè)化的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)生活中不可或缺的重要元素，隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展形成的多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是一門(mén)可以跨學(xué)科的新技術(shù)，而且在土木工程應(yīng)用中有著卓越的優(yōu)勢(shì)，所以已經(jīng)越來(lái)越多的被引入土木工程的各個(gè)領(lǐng)域。多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)土木工程師和計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)交互，使得工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)能夠充分的發(fā)揮想象力，因此受到了廣泛的關(guān)注。

1多媒體計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用

我們知道，在土木工程教學(xué)中，經(jīng)常需要對(duì)學(xué)生講解大量的工程問(wèn)題以及施工技術(shù)，然而這些知識(shí)僅僅根據(jù)老師的口頭傳授根本對(duì)學(xué)生們的學(xué)習(xí)產(chǎn)生不了多么大的作用，上課效果一點(diǎn)也不令人滿(mǎn)意，有了多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)之后可以將課堂上要使用的各種信息有效地組織在一起，老師們可以在課堂教學(xué)中適當(dāng)?shù)囊胍恍┍容^形象的可視化的土木工程應(yīng)用成果，學(xué)生們也會(huì)比較感興趣，而且課堂上有什么不懂的也可以自己在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件上再設(shè)計(jì)一次，從而加深對(duì)課堂的理解。多媒體計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能夠使得課堂上的土木工程設(shè)計(jì)成果更加可視化，還可以減少了老師上課講解的時(shí)間，這樣老師就有更多的時(shí)間對(duì)同學(xué)們進(jìn)行切身的指導(dǎo)。學(xué)生們也能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)提高自己的設(shè)計(jì)能力，對(duì)自身的潛力的挖掘起著十分重要的作用，因此被廣泛的的應(yīng)用在了土木工程教學(xué)中。

2多媒體算計(jì)輔助設(shè)計(jì)的各個(gè)衍生學(xué)科在土木工程領(lǐng)域的新進(jìn)展

隨和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種應(yīng)用也如雨后春筍般的展示在人們面前，多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)對(duì)土木工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的進(jìn)展有了巨大的推動(dòng)作用。以下我們就針對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的各個(gè)衍生學(xué)科在土木工程領(lǐng)域的的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

作為多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的衍生學(xué)科，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了十分廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠把計(jì)算機(jī)的應(yīng)用提高到一個(gè)更嶄新的領(lǐng)域，它能夠使得計(jì)算機(jī)更加人性化，使得人們不需要在進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算機(jī)操作就能夠得到想要的效果。在土木工程領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠切實(shí)的解決很多問(wèn)題，在進(jìn)行土木工程設(shè)計(jì)時(shí)可以為人們提供多維信息感知模型，可以使得設(shè)計(jì)方案更加生動(dòng)形象，并且還能夠進(jìn)行虛擬性能測(cè)試，能夠更好地向土木工程師展示設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而進(jìn)行下一步的改善，使得設(shè)計(jì)更加滿(mǎn)足人們的需求。

2.2分布式多媒體協(xié)同技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

分布式多媒體協(xié)同技術(shù)能夠使得多個(gè)用戶(hù)在同一個(gè)虛擬環(huán)境中進(jìn)行各類(lèi)交互式仿真，它可以完美的將各種多媒體信息整合在一起，而且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的人機(jī)交互要求，能夠利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)工作任務(wù)同時(shí)完成，因此完全滿(mǎn)足了現(xiàn)代工程建設(shè)的需要。土木工程中的設(shè)計(jì)和建設(shè)工作需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交互，需要進(jìn)行多媒體新信息的整合，土木工程領(lǐng)域的在從需求到實(shí)現(xiàn)的工作中都對(duì)分布式多媒體協(xié)同設(shè)計(jì)有極大的需求。

2.3多媒體仿真技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

信息處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展使得多媒體仿真技術(shù)應(yīng)用而生。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，多媒體仿真技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越先進(jìn)，已經(jīng)產(chǎn)生了功能強(qiáng)大的仿真軟件，這些仿真軟件的可靠性也越來(lái)越高，工程評(píng)估的能力也越來(lái)越強(qiáng)大，有的甚至可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交互功能。土木工程設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工程，需要對(duì)多種因素進(jìn)行考慮，而且設(shè)計(jì)工序繁瑣，各個(gè)工序之間關(guān)系也比較復(fù)雜，如果有一部分沒(méi)有設(shè)計(jì)好將可能導(dǎo)致整個(gè)工程的失敗。如果在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)如果采用多媒體仿真技術(shù)可不但可以輕松實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的設(shè)計(jì)，還能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真，然后根據(jù)仿真的結(jié)果再進(jìn)行進(jìn)一步的修改，從而使得設(shè)計(jì)更加完美，更加具有保障性。如果將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在多媒體仿真技術(shù)中，在實(shí)現(xiàn)仿真模型的建立和實(shí)驗(yàn)?zāi)M中我們還可以更加形象的看到可視化的設(shè)計(jì)效果，能夠使得土木工程設(shè)計(jì)工作更加輕松便捷，因此在土木工程中應(yīng)用的十分廣泛。

多媒體計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)主要以交互方法完成土木工程的設(shè)計(jì)工作，并且各種衍生軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)圖形的編輯、修改、存儲(chǔ)、顯示，而且具備比較完善的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化圖庫(kù)供人們使用，所以得到了廣泛的歡迎。

3結(jié)語(yǔ)

多媒體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)土木工程學(xué)科教學(xué)的有效化，并且各個(gè)衍生學(xué)科的發(fā)展都使得土木工程設(shè)計(jì)更加完美，更加具有保障性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得土木工程設(shè)計(jì)更加可視化，分布式多媒體協(xié)同技術(shù)能夠更進(jìn)一步的滿(mǎn)足土木工程設(shè)計(jì)的從需求到實(shí)現(xiàn)的工作的高效性，多媒體仿真技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的實(shí)時(shí)仿真。總之，多媒體計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的出現(xiàn)能夠促使土木工程領(lǐng)域有更多的新進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳煒煜，任愛(ài)珠.多媒體計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的新進(jìn)展[J].土木工程學(xué)報(bào)，2000，01：11-12.

[2] 任愛(ài)珠.土木工程計(jì)算機(jī)技術(shù)新進(jìn)展及研究熱點(diǎn)[J].土木工程學(xué)報(bào)，2011，06：53-59.

篇4

【關(guān)鍵詞】半實(shí)物仿真 飛行控制 實(shí)時(shí)性 MATLAB/simulink

1 引言

仿真技術(shù)綜合了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中多種現(xiàn)代化專(zhuān)業(yè)手段，在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域起到了極其重要的作用。半實(shí)物仿真技術(shù)是所有仿真技術(shù)中仿真置信度很高的一類(lèi)，它的應(yīng)用不僅局限于理論研究，更多被工程設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)測(cè)試使用，從早期的航空、航天逐步擴(kuò)展到今天的軍事、電子、通信、交通、艦船等多種行業(yè)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展使得半實(shí)物仿真的核心――實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力得到極大提升，從傳統(tǒng)的純數(shù)字仿真逐步向人在環(huán)半實(shí)物仿真領(lǐng)域擴(kuò)展。

傳統(tǒng)物理試驗(yàn)或飛行試驗(yàn)驗(yàn)證直觀、真實(shí)，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且驗(yàn)證不充分，一旦失敗則會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至發(fā)生嚴(yán)重的事故。純數(shù)字仿真簡(jiǎn)單易懂，但難以模擬試驗(yàn)件的復(fù)雜特性，仿真精度不高。半實(shí)物仿真結(jié)合了實(shí)物試驗(yàn)和數(shù)字仿真的優(yōu)點(diǎn)，將系統(tǒng)中的部分實(shí)物引入到計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中，既可以在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行各種狀態(tài)下的測(cè)試驗(yàn)證，又可以保證試驗(yàn)測(cè)試的可靠性和安全性。國(guó)內(nèi)外的飛機(jī)或飛機(jī)部件的供應(yīng)商在飛機(jī)的研發(fā)測(cè)試中大都應(yīng)用了半實(shí)物仿真技術(shù)。

本文旨在淺述通用的飛行控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，為以后試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文飛行控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)采用一體化設(shè)計(jì)，是基于MATLAB/simulink飛行仿真模型的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)的基本架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)可分為5個(gè)子系統(tǒng)：

（1） 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)：為系統(tǒng)的主體部分，完成實(shí)時(shí)仿真和信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，包括仿真主計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）、實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)（下位機(jī)）、信號(hào)轉(zhuǎn)化換算機(jī)、信號(hào)調(diào)理機(jī)箱、接線(xiàn)盒及附件（包括工作臺(tái)、機(jī)柜、電源、電纜等）。主要進(jìn)行飛機(jī)模型實(shí)時(shí)解算，信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換及傳遞。

（2） 綜合控制臺(tái)：由仿真測(cè)試計(jì)算機(jī)和仿真測(cè)試控制軟件組成，完成實(shí)時(shí)仿真過(guò)程中數(shù)據(jù)顯示、曲線(xiàn)繪制和數(shù)據(jù)管理等功能，一般放置在近試驗(yàn)人員的測(cè)控間，方便試驗(yàn)人員實(shí)時(shí)分析及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

（3） 模擬座艙及儀表系統(tǒng)：是仿真中用戶(hù)和系統(tǒng)進(jìn)行交互的設(shè)備，使系統(tǒng)支持人在回路的飛行仿真試驗(yàn)，駕駛員可通過(guò)駕駛盤(pán)（桿）、腳蹬、油門(mén)等對(duì)飛機(jī)進(jìn)行操縱控制，并通過(guò)虛擬儀表顯示，對(duì)飛機(jī)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

（4） 實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)：為系統(tǒng)的通訊設(shè)備，包括以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的部分采用以太網(wǎng)傳輸；實(shí)時(shí)性要求較高的部分采用光纖反射內(nèi)存網(wǎng)通訊。

（5） 簡(jiǎn)易視景系統(tǒng)：模擬飛機(jī)座艙外的景象，給座艙內(nèi)的駕駛員以足夠的視場(chǎng)角的景象顯示。簡(jiǎn)易視景系統(tǒng)一般由圖形生成子系統(tǒng)、投影子系統(tǒng)、音響子系統(tǒng)組成，能接收來(lái)自實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)傳遞的飛行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行3D顯示。

2.1 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為整個(gè)半物理仿真平臺(tái)的主體部分。本系統(tǒng)構(gòu)建引入分布式布局思想，設(shè)計(jì)一對(duì)多的分布式模式。采用RTW-xPC作為實(shí)時(shí)仿真的框架。在半物理仿真系統(tǒng)中，飛機(jī)無(wú)法以物理部件的形式出現(xiàn)，為保證實(shí)時(shí)性飛機(jī)模型需要運(yùn)行在實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)上。飛控系統(tǒng)中其他部件的實(shí)現(xiàn)方式均有物理和數(shù)字兩種方式。當(dāng)缺少該部件時(shí)可借助實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)保證部件模型仿真的實(shí)時(shí)性，將運(yùn)行該代碼的仿真目標(biāo)計(jì)算機(jī)代替真實(shí)部件在半物理仿真系統(tǒng)中的位置。物理信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換以及物理部件在系統(tǒng)中的接口均通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

飛行仿真模型是實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的核心。在仿真主計(jì)算機(jī)的MATLAB/simulink環(huán)境下完成飛控系統(tǒng)離線(xiàn)和實(shí)時(shí)仿真模型的搭建，并運(yùn)行在實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)內(nèi)。模型所模擬的部件要與真實(shí)物理部件的參數(shù)一致，是對(duì)物理部件的分析、抽象而建立，是真實(shí)系統(tǒng)的近似模型。在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建模型，運(yùn)用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，便于今后對(duì)模型的修改和完善，提高系統(tǒng)的通用性。

2.2 模擬座艙及儀表系統(tǒng)。模擬座艙及儀表系統(tǒng)是半物理仿真平臺(tái)中的人機(jī)交互設(shè)備。模擬座艙采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬生成飛機(jī)在空中的飛行環(huán)境條件，使仿真人員具有身臨其境的“真實(shí)”感覺(jué)。儀表系統(tǒng)從實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)上接收實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的飛機(jī)位置、姿態(tài)等信息，向駕駛員反饋飛機(jī)的實(shí)時(shí)操縱狀態(tài)和飛機(jī)飛行狀態(tài)，另一方面采樣駕駛盤(pán)（桿）、腳蹬、油門(mén)的輸出信號(hào)。當(dāng)駕駛員操縱時(shí)，反映設(shè)備狀態(tài)的模擬量輸出就發(fā)生改變，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣濾波處理后，輸出給實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。

虛擬儀表軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要采用GL Studio，它可以創(chuàng)建實(shí)時(shí)的、三維的、照片級(jí)的互動(dòng)圖形界面。GL Studio生成的C++和Open GL源代碼可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以嵌入其他視景軟件中使用，且能夠方便的被其他目標(biāo)優(yōu)化平臺(tái)使用。

2.3 簡(jiǎn)易視景系統(tǒng)。簡(jiǎn)易視景系統(tǒng)一般由視景計(jì)算機(jī)、投影系統(tǒng)、音響系統(tǒng)和視景管理軟件組成。由專(zhuān)門(mén)的視景軟件配合硬件在視景柱幕上生成3D景象。音響系統(tǒng)一般包括音響計(jì)算機(jī)、功放等，模擬飛機(jī)飛行中的各種聲音，包括那飛機(jī)起飛著陸及正常飛行的氣流聲、發(fā)動(dòng)機(jī)聲、起落架收放聲等。

3 結(jié)論

本文提供了一種通用且實(shí)時(shí)可靠的飛行控制系統(tǒng)半物理仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)手段。平臺(tái)采用一體化設(shè)計(jì)原則，可以在線(xiàn)調(diào)參、實(shí)時(shí)查看試驗(yàn)及飛行效果，極大地提高了試驗(yàn)效率。

篇5

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；工作原理；網(wǎng)絡(luò)通信；多線(xiàn)程

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)16-21246-04

Design of Communication Based on Winsock in the DIS hardwareCin-the-loopSimulation Training System of Container Crane

SONG Tie-cheng,XU Kai-yu,LIANG Gang

(Dept. of Communication and Information System Shanghai Maritime university, Shanghai 200135,China)

Abstract: This paper analyses the requirements of DIS hardwareCin-the-loop Simulation training system of container crane. And a method is proposed to achieve high speed communication base on Winsock in the data interaction. The principal of this design and some important functions used in this application are introduced in this paper. Practice has proved that technology of asynchronous socket based on message and multithreads is a good way to achieve high-speed communication in DIS hardwareCin-the-loop Simulation training system of container crane.

Key words: System construction;Operation principle; Communication; Multithreads

1 引言

集裝箱起重機(jī)分布式交互半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)是在已經(jīng)研制成功的集裝箱起重機(jī)半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)[1]的基礎(chǔ)上，根據(jù)港航企業(yè)綜合訓(xùn)練的需要和港口碼頭起重機(jī)裝卸作業(yè)實(shí)際要求，基于分布式仿真技術(shù)，改進(jìn)現(xiàn)有單機(jī)仿真訓(xùn)練器，研制開(kāi)發(fā)多數(shù)量多類(lèi)型起重機(jī)的協(xié)同交互式綜合訓(xùn)練器。增加產(chǎn)品的技術(shù)附加值，滿(mǎn)足港航企業(yè)對(duì)協(xié)同培訓(xùn)的發(fā)展要求，提高產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的需求進(jìn)行研發(fā)的。

該仿真系統(tǒng)是基于DIS ( Distributed Interactive System)協(xié)議，結(jié)合起重機(jī)操作及操作監(jiān)控的特點(diǎn)而進(jìn)行研發(fā)的起重機(jī)操作的仿真系統(tǒng)。它構(gòu)造了一個(gè)虛擬的起重機(jī)操作環(huán)境，以滿(mǎn)足對(duì)學(xué)員進(jìn)行訓(xùn)練的要求。整個(gè)仿真系統(tǒng)具有對(duì)由不同類(lèi)型的多臺(tái)起重機(jī)和一個(gè)教員平臺(tái)構(gòu)成，各仿真器結(jié)點(diǎn)分別模擬各種不同的實(shí)際裝備。仿真過(guò)程開(kāi)始后，各仿真器結(jié)點(diǎn)之間需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送大量的實(shí)時(shí)信息，以協(xié)調(diào)和控制各仿真結(jié)點(diǎn)程序的運(yùn)行。因此，各仿真結(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)的通信是集裝箱起重機(jī)分布式交互半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

網(wǎng)絡(luò)通信有很多種實(shí)現(xiàn)方法，其中Winsock是一套開(kāi)放的、支持多種協(xié)議的Windows環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)編程接口。在實(shí)際的應(yīng)用中，它已經(jīng)成為Windows網(wǎng)絡(luò)編程事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)集裝箱起重機(jī)分布式交互半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用了UDP協(xié)議，應(yīng)用套接字和多線(xiàn)程技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足該系統(tǒng)中各仿真結(jié)點(diǎn)信息傳遞的實(shí)時(shí)、高效、交叉、對(duì)等性的要求[2]。

2 系統(tǒng)功能

整個(gè)系統(tǒng)分為學(xué)員系統(tǒng)（圖1）、教員臺(tái)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)模塊組成[3]。

當(dāng)學(xué)員在駕駛室操作臺(tái)進(jìn)行操作時(shí)，相應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC及信號(hào)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后把信息送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)，運(yùn)行相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，把計(jì)算結(jié)果輸入視景系統(tǒng)，控制圖形輸出，實(shí)時(shí)反映出仿真圖象。通過(guò)加入視點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)切換。圖2為該視景系統(tǒng)的一個(gè)畫(huà)面。

圖1 學(xué)員系統(tǒng)工作原理 圖2仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)部分視景畫(huà)面

教員臺(tái)控制系統(tǒng)包括教員臺(tái)主機(jī)、視景監(jiān)視屏、駕駛室操作監(jiān)視器以及相關(guān)的輸入輸出設(shè)備，其核心是用VC++6.0編制的教員臺(tái)控制系統(tǒng)程序。該系統(tǒng)可以完成以下主要功能：系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、操作訓(xùn)練科目和難度設(shè)定、操作訓(xùn)練環(huán)境條件設(shè)定、系統(tǒng)控制及仿真過(guò)程監(jiān)視、故障設(shè)置、仿真過(guò)程的記錄和重演、自動(dòng)評(píng)分和操作錯(cuò)誤分析等等。

網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、專(zhuān)用和通用以太網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)、視頻分配器等配以相應(yīng)的TCP/IP通訊協(xié)議組成。該系統(tǒng)將負(fù)責(zé)駕駛室系統(tǒng)、PLC邏輯控制系統(tǒng)和教員臺(tái)系統(tǒng)之間各種數(shù)據(jù)信號(hào)、視頻信號(hào)的傳送。

由于仿真訓(xùn)練系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，需要同時(shí)對(duì)多臺(tái)不同類(lèi)型起重機(jī)的操作及場(chǎng)景進(jìn)行模擬，這就要求系統(tǒng)具備優(yōu)異的兼容性、擴(kuò)展性和計(jì)算能力。通過(guò)各仿真平臺(tái)間的通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分布式，提高系統(tǒng)的性能。圖3為仿真駕駛系統(tǒng)通信示意圖。

圖3 仿真駕駛系統(tǒng)通信示意圖

3 系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)

3.1 集裝箱起重機(jī)DIS的通信特點(diǎn)

半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來(lái)完成的。該結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)將各駕駛室操作臺(tái)的經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的操作信號(hào)和PLC產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳遞給教員控制系統(tǒng)、學(xué)員系統(tǒng)，以運(yùn)行數(shù)學(xué)模型模塊和進(jìn)行圖形驅(qū)動(dòng)；將教員控制系統(tǒng)的命令和設(shè)定的參數(shù)傳送給學(xué)員系統(tǒng)；教員控制系統(tǒng)通過(guò)切換接收學(xué)員系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)監(jiān)控學(xué)員操作；學(xué)員系統(tǒng)也可以通過(guò)選擇接收其他學(xué)員的操作數(shù)據(jù)察看操作情況；將吊具或集裝箱的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)回傳給教員臺(tái)記錄下來(lái)，以便重演。系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 集裝箱裝卸橋半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖

基于半分布式交互仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信特點(diǎn)，在教員控制系統(tǒng)與學(xué)員系統(tǒng)間的通信采用了流式套接字。操作臺(tái)與學(xué)員系統(tǒng)，及學(xué)員系統(tǒng)間采用了數(shù)據(jù)報(bào)套接字。

3.2 主要使用函數(shù)[5-6]

3.2.1 套接字建立函數(shù)

SOCKET WSASocket(int af,int type,int protocol,LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolInfo,GROUP g, DWORD dwFlags);

對(duì)于UDP協(xié)議，應(yīng)寫(xiě)為:

SOCKET m_sSend，m_recv;

m_sSend = WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,0);

m_recv = WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,0);

3.2.2 套接字綁定函數(shù)

int bind ( SOCKET s，const struct sockaddr* addr, int namelen)

需要注意兩點(diǎn)：

(1)IP地址的填寫(xiě)。由于要使用的是廣播通信方式，地址應(yīng)設(shè)為INADDR_ ANY；

(2)端口號(hào)的分配。為兩套接字指定特定端口，指定范圍在1024一65536，可任意指定。端口號(hào)從一個(gè)16位無(wú)符號(hào)數(shù)(u_short類(lèi)型數(shù))主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序，需要使用htons( )函數(shù)。

SOCKADDR_IN addrSock;

addrSock.sin_addr.S_un.S_addr =htonl(INADDR_ANY);

addrSock.sin_family = AF_INET;

addrSock.sin_port = htons(8000);

if(SOCKET_ERROR == bind(m_sSend,(SOCKADDR*)&addrSock,sizeof(SOCKADDR)))

{

AfxMessageBox("綁定失敗！");

}

SOCKADDR_IN addrSock;

addrSock.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);

addrSock.sin_family = AF_INET;

addrSock.sin_port =htons(7000);

if(SOCKET_ERROR==bind(m_recvt,(SOCKADDR*)&addrSock,sizeof(SOCKADDR)))

{

AfxMessageBox("綁定失敗！");

}

3.2.3數(shù)據(jù)發(fā)送與接收函數(shù)

int WSASendTo(SOCKET s ,LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags,const struct sockaddr Far*lpTo, int iToLen, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

int WSARecvFrom(SOCKET s ,LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags,const struct sockaddr Far*lpTo,int iToLen, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

需要注意的是，由于各仿真結(jié)點(diǎn)信息、傳遞的交叉性，要求發(fā)送函數(shù)具有發(fā)送廣一播數(shù)據(jù)的能力。對(duì)接收函數(shù)沒(méi)有特殊要求。

3.2.4設(shè)置套接字為非阻塞處理方式

在網(wǎng)絡(luò)通信中，由于網(wǎng)絡(luò)擁擠或其它原因，阻塞可能隨時(shí)出現(xiàn)。Winsock對(duì)可能產(chǎn)生阻塞的函數(shù)提供了阻塞和非阻塞兩種處理方式。在阻塞方式下，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)在被調(diào)用后一直要到傳送完畢或者出錯(cuò)才能返回；對(duì)于非阻塞方式，函數(shù)被調(diào)用后立即返回，當(dāng)傳送完畢后，由Winsock給程序發(fā)送一個(gè)事先約定好的消息。

在默認(rèn)狀態(tài)下，Socket以阻塞方式工作。由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，因此要求Socket以非阻塞方式工作。為了實(shí)現(xiàn)非阻塞通信，Winsock提供異步選擇函數(shù)WSAAsynSelect ( )、套接字I/0控制函數(shù)ioctlsocket( )、事件選擇函數(shù)WSAEventSelect()等幾種方法。

根據(jù)實(shí)際需要，系統(tǒng)采用了基于消息的異步套接字，實(shí)現(xiàn)非阻塞通信。

int WSAAsyncSelect(SOCKET s,HWND hWnd, unsigned int wMsg,long lEvent)

該函數(shù)為指定的套接字請(qǐng)求基于Windows消息的網(wǎng)絡(luò)事件通知，并自動(dòng)將該套接字設(shè)置為非阻塞模式。

注冊(cè)事件并定義消息響應(yīng)函數(shù)：

ON_MESSAGE(UM_SOCK,OnSock)

afx_msg long OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam);

HWND hwnd =AfxGetMainWnd()-> GetSafeHwnd();

if(SOCKET_ERROR==WSAAsyncSelect(m_socket,hwnd,UM_SOCK,FD_READ))

{

AfxMessageBox("注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)事件失敗！");

}

4建立多線(xiàn)程機(jī)制[6]

4.1 建立多線(xiàn)程

在系統(tǒng)中，系統(tǒng)使用了兩個(gè)套接字。一個(gè)套接字用于數(shù)據(jù)接收，另一個(gè)用于數(shù)據(jù)發(fā)送。基于集裝箱起重機(jī)分布式交互半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信特點(diǎn)，該系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)啟動(dòng)一個(gè)工作線(xiàn)程來(lái)監(jiān)視數(shù)據(jù)的接收情況，以滿(mǎn)足該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和高效性，同時(shí)也提高了通信的可靠性。而在主線(xiàn)程中則根據(jù)需要使用另一個(gè)套接字來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。

4.2 保持線(xiàn)程間的同步

在多線(xiàn)程處理時(shí)，線(xiàn)程之間經(jīng)常會(huì)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)一些資源數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致資源操作上的沖突。在集裝箱起重機(jī)分布式交互半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)中，工作線(xiàn)程不斷接收數(shù)據(jù)并寫(xiě)人數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而主線(xiàn)程也要從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。顯然，兩線(xiàn)程都要訪(fǎng)問(wèn)同一數(shù)據(jù)區(qū)，為了避免訪(fǎng)問(wèn)沖突，必須進(jìn)行必要的沖突控制。

進(jìn)行沖突控制，通常采用通過(guò)設(shè)置互斥體對(duì)象、通過(guò)設(shè)置信號(hào)燈、通過(guò)設(shè)置事件對(duì)象和通過(guò)設(shè)置臨界區(qū)等方法，這里只討論設(shè)置事件方法。首先，調(diào)用函數(shù)CreateEvent創(chuàng)建事件對(duì)象:HANDLE CreateEvent ( );然后，在線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)共享資源之前調(diào)用WaiteForSingle0bject，共享資源訪(fǎng)問(wèn)完畢后，調(diào)用SetEvent（）將事件對(duì)象重新設(shè)置為有信號(hào)狀態(tài)。

下面一段代碼顯示了創(chuàng)建接收數(shù)據(jù)工作線(xiàn)程和在工作線(xiàn)程中保持線(xiàn)程同步的程序片斷：

HANDLE g_hEvent;

g_hEvent = CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);

if( g_hEvent ==NULL)

{//事件創(chuàng)建失敗!;

}

DWORDThreadld;

HANDLE ThreadHandle=CreateThread(NULL,0, receiver , this , 0 , &ThreadId );

if(!ThreadHandle)

{

AfxMessageBox(“創(chuàng)建失敗！”);

}

DWORD WINAPI receiver(LPVOID lpParameter)

{ …

WaitForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);

…//訪(fǎng)問(wèn)共享數(shù)據(jù)區(qū)

SetEvent(g_hEvent);

…

}

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，基于消息的異步套接字和多線(xiàn)程技術(shù)是一種較好地實(shí)現(xiàn)集裝箱起重機(jī)分布式交互半實(shí)物仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)高速網(wǎng)絡(luò)通信的方法。目前，我們已經(jīng)成功地應(yīng)用該方法實(shí)現(xiàn)了仿真駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)的高速網(wǎng)絡(luò)通信，為該系統(tǒng)的研制成功奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文章所討論的基本內(nèi)容，對(duì)其它分布式交互仿真系統(tǒng)也具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡志剛.集裝箱裝卸橋仿真系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2007(02):65-67.

[2] 李志強(qiáng),胡輝良.Winsock在坦克分布式交互仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子計(jì)算機(jī),2002,2(154):51-54.

[3] 李劍,梁崗,王重華.集裝箱裝卸橋仿真訓(xùn)練系統(tǒng)通信功能的實(shí)現(xiàn)[J].上海海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào), 2002(03):58-61.

[4] 張煜,張新艷.仿真技術(shù)在港口集裝箱裝卸作業(yè)中的應(yīng)用[J].武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000,12(6):680-683.

[5] 曹衍龍,劉海英.Visual C++網(wǎng)絡(luò)編成實(shí)用案例精選[M].北京:人民郵電出版社,2006:21-37.

篇6

關(guān)鍵詞 編程；軟件；matlab；仿真技術(shù)；測(cè)控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671―7597（2013）031-092-01

現(xiàn)在全世界范圍內(nèi)都在大力發(fā)展工業(yè)、服務(wù)業(yè)、航天航空及計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域也在不斷的發(fā)展和壯大，但是檢測(cè)和控制也就顯得越來(lái)越困難，需要有更加先進(jìn)的測(cè)控系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是一個(gè)模擬和仿真的過(guò)程，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)及軟件編程，提供一個(gè)模擬和仿真測(cè)控系統(tǒng)工作的平臺(tái)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)始走上正軌，并且不斷學(xué)習(xí)和吸收國(guó)外先進(jìn)的測(cè)控技術(shù)，但是隨著電子技術(shù)和數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展以前的測(cè)控系統(tǒng)逐漸不能夠適應(yīng)時(shí)代的需求。在測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷的對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，不斷的進(jìn)行各種參數(shù)的修改和運(yùn)算，以前測(cè)控系統(tǒng)模擬和仿真技術(shù)不能夠很好的適應(yīng)設(shè)計(jì)需求，所以需要有更加先進(jìn)的仿真平臺(tái)。

1 matlab及matlab仿真技術(shù)

Matlab是一個(gè)起源于美國(guó)的數(shù)學(xué)軟件，它能夠完成各種復(fù)雜的運(yùn)算，還能夠用于數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)的可視化、數(shù)據(jù)分析等，這款軟件一經(jīng)開(kāi)發(fā)就迅速被人們所關(guān)注并且投入使用，尤其是在測(cè)控系統(tǒng)中。Matlab有兩個(gè)重要部分所組成即，matlab與Simulink，其中matlab主要用于數(shù)據(jù)的運(yùn)算和開(kāi)發(fā)等方面，它的原理和基礎(chǔ)是矩陣，用矩陣解決各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題，matlab要比C語(yǔ)言和fortran簡(jiǎn)單和快捷的多，并且吸收了C、C++、JAVA等軟件的優(yōu)點(diǎn)，更為普及。Simulink則為模型建造、數(shù)據(jù)分析和仿真提供一個(gè)環(huán)境，Simulink不需要進(jìn)行許多步驟的書(shū)寫(xiě)，使用非常簡(jiǎn)單和快捷，而且仿真細(xì)節(jié)到位，能夠模仿真實(shí)的情況，現(xiàn)在許都領(lǐng)域已經(jīng)用Simulink軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真和模擬。

matlab仿真技術(shù)是基于matlab與Simulink的仿真技術(shù)，它能夠通過(guò)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理和分析，對(duì)模擬對(duì)象的工作和工作環(huán)境進(jìn)行仿真，這種技術(shù)能夠非常精致的模擬每一個(gè)細(xì)節(jié)。matlab仿真技術(shù)操作簡(jiǎn)單、工作效率高，除了有同類(lèi)別軟件一些功能（運(yùn)算符號(hào)），還有矩陣和向量運(yùn)算方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。matlab仿真技術(shù)的可視化功能也是非常強(qiáng)大的，在仿真過(guò)程中還能夠?qū)D像進(jìn)行處理，進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作等高級(jí)指令。matlab仿真技術(shù)的可操作性也非常強(qiáng)，它軟件的數(shù)據(jù)源是可以根據(jù)用戶(hù)自身需要而改變的，對(duì)源文件進(jìn)行替換和修改，在仿真過(guò)程中能夠更加靈活和便捷。

2 matlab仿真技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

測(cè)控系統(tǒng)可以是單一的檢測(cè)系統(tǒng)或者是控制系統(tǒng)，但是一般情況下檢測(cè)與控制是相互聯(lián)系，緊密不分的兩部分，文章所指的測(cè)控系統(tǒng)包括檢測(cè)與控制兩方面。測(cè)控系統(tǒng)自產(chǎn)生以來(lái)大致有集中測(cè)控系統(tǒng)、DCS測(cè)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)分布式測(cè)控系統(tǒng)，無(wú)論每一種測(cè)控系統(tǒng)，都是為了適應(yīng)時(shí)代的需求而產(chǎn)生與完善的，測(cè)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷的對(duì)各種參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行調(diào)控和更改，這就需要對(duì)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)轉(zhuǎn)和仿真。

現(xiàn)在的測(cè)控系統(tǒng)工作量較大，而且運(yùn)算復(fù)雜、困難，在設(shè)計(jì)和投入使用前期需要有嚴(yán)格的仿真過(guò)程，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件編程技術(shù)快速發(fā)展的今天，仿真技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新和突破。matlab仿真技術(shù)就是用matlab軟件對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)作進(jìn)行建模，對(duì)其現(xiàn)實(shí)中的工作進(jìn)行仿真，把各方面的數(shù)據(jù)和設(shè)備調(diào)配到最佳的工作狀態(tài)，使整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的工作效率達(dá)到最高，然后系統(tǒng)才能夠投入使用。

matlab仿真技術(shù)能夠通過(guò)Simulink預(yù)定義庫(kù)模塊即，建造測(cè)控系統(tǒng)的庫(kù)模塊，然后通過(guò)交互式的圖形編輯器組合和管理較為直觀的模塊視圖，再通過(guò)軟件的一些功能進(jìn)行代碼和程序的生成，就能夠達(dá)到模型建立的效果。在Simulink測(cè)控系統(tǒng)仿真模型庫(kù)中整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)仿真的流程是：信號(hào)的產(chǎn)生與輸出、編碼、解碼、調(diào)試、解調(diào)，而且可以通過(guò)仿真模式對(duì)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行仿真。在matlab仿真技術(shù)中能夠使測(cè)控系統(tǒng)在虛擬的工作環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和配置進(jìn)行無(wú)限次的修改，直到滿(mǎn)足測(cè)控要求之后。matlab仿真技術(shù)是基于matlab與Simulink的，通過(guò)一些代碼和數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)算，發(fā)出一定的指令進(jìn)行建模，而且它的可視性非常強(qiáng)，能夠很直觀的進(jìn)行仿真過(guò)程，為測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

matlab仿真技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠?yàn)闇y(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供較為真實(shí)的模型和運(yùn)作環(huán)境，并且不斷的進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的調(diào)控，為測(cè)控系統(tǒng)投入使用高效運(yùn)作提供依據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低效到高效已經(jīng)有了一定的發(fā)展歷史和基礎(chǔ)，matlab仿真技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用更加豐富了仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。matlab仿真技術(shù)能夠?yàn)闇y(cè)控系統(tǒng)提供一定的依據(jù)，在matlab仿真系統(tǒng)的輔助下，測(cè)控系統(tǒng)能夠進(jìn)行不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，使其能夠更加實(shí)用復(fù)雜的工作和工作環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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[2]孫傳友.測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)（第2版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3]鐘麟，王峰.MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

篇7

【關(guān)鍵詞】EDA仿真 SMT虛擬教學(xué) 教學(xué)改革 云計(jì)算

1 引言

EDA（Electronic Design Automation）是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，既IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段的發(fā)展。從70年代的（CAD）階段和80年代的（CAE）階段，到90年代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）階段。EDA技術(shù)代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向。它不僅為電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供了“自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為教學(xué)提供了一個(gè)極為便捷的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。電工電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程中的電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)都可以通過(guò)EDA仿真軟件，進(jìn)行電路圖的繪制、設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)和分析。應(yīng)該說(shuō)將EDA仿真軟件應(yīng)用到電工、電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中是一種教學(xué)手段的創(chuàng)新，也是提高教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)選方法。

以下主要討論EDA在SMT虛擬教學(xué)中的應(yīng)用。

2 SMT貼片工藝虛擬仿真教學(xué)

SMT貼片工藝是我國(guó)大中專(zhuān)院校電子組裝技術(shù)必修的一門(mén)課程，是電子組裝技術(shù)與設(shè)備專(zhuān)業(yè)的一門(mén)職業(yè)技術(shù)課程，一門(mén)核心技術(shù)課程，是本專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)后直接任職SMT生產(chǎn)（工藝）技術(shù)員崗位，從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造（SMT）工作的主要支撐課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備高新電子制造企業(yè)高技術(shù)崗位。而由于我國(guó)多數(shù)學(xué)校在實(shí)驗(yàn)設(shè)施上不能滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習(xí)條件，使得SMT貼片工藝虛擬仿真教學(xué)得到了快速的發(fā)展。虛擬仿真教學(xué)也可以對(duì)社會(huì)上沒(méi)有電子組裝技術(shù)的人去學(xué)習(xí)SMT貼片技術(shù)帶來(lái)了可能性。

隨著國(guó)內(nèi)電子行業(yè)的快速發(fā)展， 我國(guó)己成為世界電子產(chǎn)品制造大國(guó)，而表面貼裝技術(shù)（SMT） 在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中占據(jù)十分重要的位置。SMT是將表面元器件貼裝到PCB上，通過(guò)波峰焊或回流焊加熱而使PCB與元器件之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電子連接的過(guò)程，作為電氣互聯(lián)技術(shù)的主要組成部分和主體技術(shù)， 已成為現(xiàn)代電氣互聯(lián)技術(shù)的主流，被譽(yù)為“電子組裝技術(shù)的第三次革命”。因此，讓學(xué)生了解SMT的生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝就顯得特別重要。

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)條件等方面會(huì)受到限制，缺乏一定的靈活性，不利于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施與開(kāi)展。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一種基于Web技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生――虛擬實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室作為推動(dòng)教育模式進(jìn)化的一種有效方法，逐漸成為近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅可以克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人力、物力、財(cái)力投入大的問(wèn)題，更為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施提供了條件和技術(shù)支持，也為遠(yuǎn)程教育的質(zhì)量提供了有力的保障。

貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線(xiàn)中的關(guān)鍵設(shè)備，主要完成元器件的貼裝功能。貼片機(jī)的貼裝精度及穩(wěn)定性將直接影響到所加工電路板的品質(zhì)及性能，它對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品精度，生產(chǎn)效率，實(shí)際產(chǎn)量和生產(chǎn)能力起決定性的作用。而我國(guó)的SMT設(shè)備研制水平非常落后，尤其是貼片機(jī)方面與國(guó)外上的差距正在不斷擴(kuò)大，因此本文將深入研究貼片機(jī)制造工藝過(guò)程的虛擬仿真技術(shù)，加深學(xué)生對(duì)貼片機(jī)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，為學(xué)生獨(dú)立自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)造良好的條件。

3 EDA虛擬仿真技術(shù)在SMT貼片工藝虛擬仿真教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 虛擬環(huán)境下PCB文件BOM表和坐標(biāo)文件的導(dǎo)出

貼片機(jī)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)高速、高精度地貼放元器件的設(shè)備。貼片機(jī)編程是指通過(guò)按規(guī)定的格式或語(yǔ)法編寫(xiě)一系列的工作指令，讓貼片機(jī)按預(yù)定的工作方式進(jìn)行貼片工作，但前提是需要知道所加工的PCB文件里的BOM表和坐標(biāo)文件。Protel99se是一種簡(jiǎn)單易學(xué)的畫(huà)圖軟件，通過(guò)該軟件，學(xué)生可以快速了解貼片機(jī)的編程過(guò)程所需PCB文件的BOM表和坐標(biāo)文件。在Protel99se中PCB板的工藝圖片和導(dǎo)出的BOM表信息如圖1所示。

3.2 PCB貼片機(jī)的三維實(shí)體模型建模

貼片機(jī)的三維實(shí)體模型構(gòu)建研究主要構(gòu)建貼片機(jī)的機(jī)架、PCB傳輸機(jī)構(gòu)、貼裝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和供料槽。主要通過(guò)反復(fù)的查閱貼片機(jī)的相關(guān)資料，對(duì)貼片機(jī)的分類(lèi)、架構(gòu)和工作原理進(jìn)行了解，在三維軟件建模的過(guò)程中（如PRO/E軟件），根據(jù)模塊間組合裝配的程度進(jìn)行反復(fù)修正。三維實(shí)體模型建模各組件模塊的功能組合分析如圖2所示。

3.3 PCB貼片運(yùn)動(dòng)過(guò)程虛擬仿真設(shè)計(jì)

貼片機(jī)貼片運(yùn)動(dòng)過(guò)程虛擬以建立的模型為依托，根據(jù)貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)的原理進(jìn)行仿真參考設(shè)計(jì)。即以貼片機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)為前提，以功能模塊為仿真對(duì)象，在整個(gè)仿真過(guò)程建立一條主線(xiàn)，把握好部分與整體的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行貼片機(jī)的供料系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模擬、傳輸機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬和貼裝運(yùn)動(dòng)模擬。在整個(gè)仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要不斷根據(jù)零部件的運(yùn)動(dòng)配合和裝配約束等問(wèn)題對(duì)模型的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，并發(fā)現(xiàn)其中存在的不合理性，和不斷調(diào)整運(yùn)動(dòng)仿真的順序，以增強(qiáng)各部分模塊間的裝配和運(yùn)動(dòng)配合，讓仿真更接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。貼片機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式如圖3所示。

4 虛擬化技術(shù)在云計(jì)算中的應(yīng)用

云計(jì)算的特征體現(xiàn)在虛擬化、分布式和動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展。虛擬化， 是云計(jì)算最主要的特點(diǎn)。每一個(gè)應(yīng)用部署的環(huán)境和物理平臺(tái)是沒(méi)有關(guān)系的， 通過(guò)虛擬平臺(tái)進(jìn)行管理、擴(kuò)展、遷移、備份， 種種操作都通過(guò)虛擬化層次完成； 動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展是指通過(guò)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展虛擬化的層次， 進(jìn)而達(dá)到對(duì)以上應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展的目的； 分布式是指計(jì)算所使用的物理節(jié)點(diǎn)是分布的。從云計(jì)算的最重要的虛擬化特點(diǎn)來(lái)看， 大部分軟件和硬件已經(jīng)對(duì)虛擬化有一定支持， 可以把各種 IT 資源、軟件、硬件、操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)等要素都進(jìn)行虛擬化， 放在云計(jì)算平臺(tái)中統(tǒng)一管理。虛擬化技術(shù)打破了物理結(jié)構(gòu)之間的壁壘， 代表著把物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬁晒芾碣Y源的必然趨勢(shì)。在未來(lái)， 所有的資源都透明地運(yùn)行在各種物理平臺(tái)上， 資源的管理都將按邏輯方式進(jìn)行， 完全實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)化分配， 而虛擬化技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這一理想的唯一工具。針對(duì)云計(jì)算， 虛擬化技術(shù)的融合和應(yīng)用應(yīng)面向高級(jí)虛擬主機(jī)、應(yīng)用和資源， 以及虛擬化存儲(chǔ)等方面。

同樣的，SMT虛擬仿真教學(xué)也可以運(yùn)用到云計(jì)算中去，可以把創(chuàng)建好的虛擬教學(xué)視頻通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫耍敲矗瑹o(wú)論學(xué)校硬件設(shè)施如何，老師們都可以通過(guò)云端下載網(wǎng)絡(luò)視頻，進(jìn)行視頻教學(xué)，這樣就避免了由于學(xué)校硬件設(shè)施而不能開(kāi)課的問(wèn)題，這也是現(xiàn)代教學(xué)改革的一種體現(xiàn)方式，更有利于我國(guó)教育良好的發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)EDA仿真技術(shù)的分析，提出了EDA仿真技術(shù)在SMT虛擬教學(xué)中的應(yīng)用；此技術(shù)不僅可以用在硬件設(shè)施不足的院校，更為成人學(xué)習(xí)帶來(lái)了可能性，通過(guò)用理論學(xué)習(xí)和虛擬教學(xué)相結(jié)合的思想構(gòu)建了一種以體驗(yàn)式學(xué)習(xí)為指導(dǎo)的貼片機(jī)制造工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；提出用三維實(shí)體建模軟件完成貼片機(jī)的機(jī)架、PCB傳輸機(jī)構(gòu)、貼裝運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和供料槽的模型創(chuàng)建的思想；最后討論了虛擬仿真在云計(jì)算中的應(yīng)用，為教學(xué)等提供了更有利的方案。

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篇8

關(guān)鍵詞：雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)；集成技術(shù)；反射內(nèi)存網(wǎng)；信息技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0074-02

為了完善現(xiàn)代作戰(zhàn)體系，滿(mǎn)足作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)際需求，應(yīng)加強(qiáng)各種仿真技術(shù)的合理使用，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)構(gòu)建，使得仿真系統(tǒng)集成技術(shù)可以滿(mǎn)足全要素、高逼真度的模擬需求，為作戰(zhàn)理論的豐富及體系的完善提供可靠的參考依據(jù)。因此，需要加強(qiáng)對(duì)雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)功能特性的深入理解，靈活運(yùn)用各種集成技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的服務(wù)功能，保持系統(tǒng)在現(xiàn)代作戰(zhàn)體系及作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練中的應(yīng)用良好性。因此，需要深入研究雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)的集成技術(shù)，擴(kuò)大該仿真系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用范圍。

1 雷達(dá)對(duì)抗的基本原理及方法

1.1 雷達(dá)對(duì)抗的基本原理

所謂的雷達(dá)是指通過(guò)運(yùn)用測(cè)定目標(biāo)對(duì)電磁波反射現(xiàn)象來(lái)找出目標(biāo)位置的設(shè)備。雷達(dá)的工作過(guò)程為：雷達(dá)發(fā)射機(jī)安按照合理的方式像空中領(lǐng)域發(fā)射一定強(qiáng)度的電磁波，當(dāng)電磁波遇到障礙物時(shí)將會(huì)散射，雷達(dá)接收機(jī)將會(huì)接收到經(jīng)過(guò)調(diào)制后的反射回波，通過(guò)信號(hào)處理方式得出被測(cè)目標(biāo)的相關(guān)信息。雷達(dá)對(duì)抗的基本原理是：性能可靠的雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備通過(guò)偵察的方式接收到目標(biāo)雷達(dá)發(fā)出的電磁信號(hào)，進(jìn)而對(duì)這些電磁信號(hào)進(jìn)行全面地分析與處理，獲得目標(biāo)雷_的各個(gè)參數(shù)，結(jié)合雷達(dá)信號(hào)處理專(zhuān)業(yè)知識(shí)，獲取目標(biāo)雷達(dá)的各種狀態(tài)信息，最終將分析結(jié)果及時(shí)地傳送給干擾機(jī)及相關(guān)設(shè)備的過(guò)程。雷達(dá)對(duì)抗的基本條件有[1]：（1）像空間領(lǐng)域發(fā)送電磁信號(hào)；（2）接收機(jī)在一定的時(shí)間內(nèi)接收到強(qiáng)度高的電磁信號(hào)；（3）目標(biāo)雷達(dá)的各個(gè)參數(shù)、狀態(tài)信息處于雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備能夠處理的范圍內(nèi)。

1.2 雷達(dá)對(duì)抗的基本方法

結(jié)合雷達(dá)對(duì)抗的基本原理及條件，可以選擇不同的雷達(dá)對(duì)抗方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)雷達(dá)參數(shù)與狀態(tài)信息的采集、處理。雷達(dá)對(duì)抗的基本方法主要包括[2]：（1）采取有效的措施及時(shí)地破壞目標(biāo)雷達(dá)探測(cè)電磁波傳播路徑；（2）將產(chǎn)生的各種干擾信號(hào)發(fā)送到雷達(dá)接收即中，擾亂雷達(dá)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，降低其獲取信息的準(zhǔn)確率；（3）減少目標(biāo)雷達(dá)的截面積，確保其狀態(tài)信息及參數(shù)收集的可靠性。

2 反射內(nèi)存數(shù)據(jù)通信原理分析

作為一種可靠的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，反射內(nèi)存網(wǎng)的合理運(yùn)用，可以快速地確定與分享各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備的實(shí)際需求。反射內(nèi)存網(wǎng)的主要特點(diǎn)有：具有良好的傳輸確定性，可預(yù)測(cè)性能強(qiáng)；軟硬件平臺(tái)適用3范圍廣、傳輸糾錯(cuò)能力強(qiáng)；可以滿(mǎn)足中斷信號(hào)的實(shí)際需求。

反射內(nèi)存網(wǎng)正常工作時(shí)內(nèi)部的反射內(nèi)存板卡對(duì)各種傳輸介質(zhì)有著較強(qiáng)的依賴(lài)性，可以使反射卡的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)拷貝。在多種總線(xiàn)的支持下，可以確定反射內(nèi)存板所占有的內(nèi)存地址，確保計(jì)算機(jī)向反射內(nèi)存板輸入數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)能夠在相同內(nèi)存地址的作用下存儲(chǔ)到指定的位置，在滿(mǎn)足安全訪(fǎng)問(wèn)條件的前提下其它的計(jì)算機(jī)在可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)這些數(shù)據(jù)，優(yōu)化反射內(nèi)存版讀寫(xiě)方式。同時(shí)，由于反射內(nèi)存網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸依賴(lài)于硬件，不需要考慮各種通信協(xié)議，通過(guò)軟件代碼編寫(xiě)方式能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)，滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)系統(tǒng)快速反應(yīng)周期的多樣化需求[3]。與此同時(shí)，反射內(nèi)存光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中采用了先進(jìn)特殊的技術(shù)，確保了分布實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕３至朔植脊?jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通訊的良好性。因此，為了達(dá)到信息傳送中斷的實(shí)際需求，應(yīng)注重反射內(nèi)存光纖網(wǎng)絡(luò)的合理使用。

3 雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)

現(xiàn)代建模與仿真技術(shù)主要是指以相似的原理、模型理論、系統(tǒng)技術(shù)及建模與仿真應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)業(yè)仿真設(shè)備的合理使用，構(gòu)建出已有的或者設(shè)想過(guò)的系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)行分析、評(píng)估、維護(hù)等方面的綜合性技術(shù)。

雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的主要特征有：（1）動(dòng)態(tài)性。可以對(duì)事物的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)連續(xù)事件與離散事件的有效分析；（2）分布性、系統(tǒng)性及實(shí)時(shí)性。復(fù)雜的仿真系統(tǒng)是由多個(gè)分布式計(jì)算機(jī)共同組成的；建模與仿真可視為一個(gè)完整的系統(tǒng)，是由多種關(guān)系共同組成的；仿真系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)需要充分考慮實(shí)時(shí)性需求，并將時(shí)間管理理念融入到系統(tǒng)構(gòu)建中；（3）交互性、一致性及可行性。仿真系統(tǒng)構(gòu)建中包含了多個(gè)模型，不同的信息之間交互性強(qiáng)；一個(gè)完整的仿真系統(tǒng)中包含了多個(gè)視圖、幀速率、模型與數(shù)據(jù)，但需要保持這些組成部分的一致性；建模與仿真得到的結(jié)果是可信的，需要滿(mǎn)足使用者的實(shí)際需求。

在構(gòu)建可靠的雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)系統(tǒng)過(guò)程中，需要注重建模與仿真技術(shù)體系的不斷完善。該體系主要包括建模技術(shù)、建模與仿真支撐系統(tǒng)的各種技術(shù)、仿真應(yīng)用技術(shù)。像數(shù)據(jù)可視化建模技術(shù)、多視圖建模技術(shù)、模糊識(shí)別、連續(xù)系統(tǒng)建模技術(shù)等，可以為建模與仿真技術(shù)體系的不斷健全提供可靠地保障[4]。同時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)武器裝備仿真、作戰(zhàn)仿真組成的軍用仿真的深入分析，注重戰(zhàn)役仿真、戰(zhàn)術(shù)仿真、技術(shù)仿真、訓(xùn)練仿真等不同軍用仿真技術(shù)的合理運(yùn)用，擴(kuò)大電子戰(zhàn)建模技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍。

4 基于反射內(nèi)網(wǎng)橋接的雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成架構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)分析

該仿真系統(tǒng)集成技術(shù)使用中的異構(gòu)性具體表現(xiàn)在：（1）參考模型方面的異構(gòu)。通過(guò)對(duì)不同集成技術(shù)及仿真系統(tǒng)實(shí)際作用的分析，可以結(jié)合不同顆粒度的建模方式實(shí)現(xiàn)建模分析；（2）仿真實(shí)現(xiàn)方式異構(gòu)。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)模擬及其它模擬方式的適應(yīng)，有利于實(shí)現(xiàn)聯(lián)合試驗(yàn)仿真系統(tǒng)構(gòu)建；（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面的異構(gòu)，結(jié)合不同仿真試驗(yàn)對(duì)象的實(shí)際需求，應(yīng)注重RTI以太網(wǎng)及系統(tǒng)時(shí)鐘實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的合理運(yùn)用，優(yōu)化仿真系統(tǒng)通信機(jī)制，優(yōu)化雷達(dá)對(duì)抗性能。基于反射內(nèi)網(wǎng)構(gòu)成的雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成架構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下方面：

4.1 基于反射內(nèi)存網(wǎng)異構(gòu)橋接的相關(guān)機(jī)制

構(gòu)建可靠的雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)，需要充分考慮作戰(zhàn)效能層面的實(shí)時(shí)模擬及射頻信號(hào)方面的實(shí)物模擬。作戰(zhàn)效能層面的實(shí)時(shí)模擬有利于計(jì)算機(jī)仿真分系統(tǒng)，需要集合TCP/IP協(xié)議及RTI以太網(wǎng)通信體制的作用，構(gòu)建出可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式，滿(mǎn)足逼真度強(qiáng)、超實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)需求；視頻信號(hào)層面的實(shí)物模擬仿真分系統(tǒng)依賴(lài)性系統(tǒng)時(shí)鐘與射頻電纜相結(jié)合的聯(lián)結(jié)方式，增強(qiáng)了仿真系統(tǒng)模擬的實(shí)時(shí)性。體現(xiàn)了仿真系統(tǒng)模擬分析中的復(fù)雜性。

在可靠的系統(tǒng)集成技術(shù)支持下，雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)構(gòu)建中需要充分地考慮模擬實(shí)時(shí)性、模擬粗粒度滿(mǎn)足模擬細(xì)粒度等原則的要求，制定出完善的系統(tǒng)集成方案，并將系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本控制在合理的范圍內(nèi)，促使半實(shí)物仿真分系統(tǒng)支持下異構(gòu)仿真系統(tǒng)信息與運(yùn)行方控制之間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，保持不同體制下仿真方式的互通性，確保各種仿真方式的良好操作性。

4.2 基于反射內(nèi)存網(wǎng)異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成架構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)

確定反射內(nèi)存網(wǎng)橋接的具置，有利于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)等不同異構(gòu)形式的銜接，增強(qiáng)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各構(gòu)件之間的互聯(lián)互通性。同時(shí)，設(shè)置好的每個(gè)橋接席位都需要安裝反射內(nèi)存卡，并在光纖交換機(jī)及相關(guān)傳輸介質(zhì)的作用下形成具有良好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的放射內(nèi)存網(wǎng)。通過(guò)對(duì)基于反射內(nèi)存卡應(yīng)用軟件的合理使用，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)交互，確保@些數(shù)據(jù)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)被處理，保持?jǐn)?shù)據(jù)與時(shí)間的同步性[5]。

在處理時(shí)鐘數(shù)據(jù)的過(guò)程中主要依賴(lài)于半實(shí)物橋接席位，促使雷達(dá)能夠?qū)z測(cè)到的目標(biāo)信息及時(shí)地寫(xiě)入發(fā)射內(nèi)存卡，并在反射內(nèi)存網(wǎng)的支持下使得其它的橋接席位能夠?qū)崟r(shí)地讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)反射內(nèi)存網(wǎng)原理的利用，可以對(duì)時(shí)鐘信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的讀取，提高不同節(jié)點(diǎn)時(shí)間推進(jìn)過(guò)程中節(jié)拍信息獲取效率，并在信息處理機(jī)制作用下優(yōu)化雷達(dá)搜索目標(biāo)、跟蹤航跡數(shù)據(jù)工作性能。

4.3 雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運(yùn)行的不同方式

為了使雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)能夠處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，需要在選擇集成技術(shù)的過(guò)程中充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行的不同方式。系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)階段、試驗(yàn)運(yùn)行階段、綜合效能評(píng)估階段中各類(lèi)仿真工具軟件的合理使用，可以為系統(tǒng)運(yùn)行方式的有效選擇提供必要的參考依據(jù)[6]。雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運(yùn)行的不同方式主要包括：（1）時(shí)間受限方式；（2）時(shí)間控制方式；（3）時(shí)間控制與時(shí)間受限相結(jié)合方式；（4）時(shí)間控制與時(shí)間不受限方式。通過(guò)這些不同運(yùn)行方式的合理使用，可以為雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運(yùn)行效率的提高及服務(wù)范圍的擴(kuò)大提供可靠地保障，促使效能仿真系統(tǒng)作用下的所有數(shù)據(jù)信息能夠高效傳遞，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的實(shí)時(shí)追蹤與鎖定。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，這些不同的集成技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運(yùn)行中起著重要的保障作用，最大限度地滿(mǎn)足了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)略計(jì)劃制定與實(shí)施的實(shí)際需求。因此，需要結(jié)合當(dāng)前部隊(duì)深化改革及國(guó)防事業(yè)快速發(fā)展的要求，健全軍隊(duì)指揮管理體系，增強(qiáng)作戰(zhàn)訓(xùn)練計(jì)劃制定合理性，提高雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，在各種集成技術(shù)的作用下保持電子戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)水平的了良好性，為部隊(duì)電子對(duì)抗能力的全面提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，需要在雷達(dá)電子對(duì)抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成技術(shù)優(yōu)化中注重信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的合理使用，保持這些集成技術(shù)的先進(jìn)性，充分地發(fā)揮出這種仿真系統(tǒng)在未來(lái)電子戰(zhàn)場(chǎng)的各種優(yōu)勢(shì)，促使我國(guó)軍隊(duì)整體作戰(zhàn)水平能夠始終保持在更高的層面上。

參考文獻(xiàn)

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篇9

1.學(xué)生校外實(shí)習(xí)困難重重

企業(yè)走向市場(chǎng)，更加注重生產(chǎn)效益、技術(shù)保密和生產(chǎn)安全，學(xué)校難以建立長(zhǎng)期穩(wěn)定、專(zhuān)業(yè)對(duì)口的校外實(shí)習(xí)基地。企業(yè)對(duì)學(xué)生下廠實(shí)習(xí)的態(tài)度從積極到應(yīng)付，進(jìn)而變?yōu)橄麡O，各種限制條件很多，實(shí)習(xí)往往變成了參觀。筆者學(xué)院與兗礦魯南化肥廠一直保持著密切的校企合作關(guān)系，化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生在完成氨合成、尿素等專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)后，在該廠進(jìn)行為期1個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)習(xí)。但1999年以后，由于企業(yè)政策的變化，生產(chǎn)實(shí)習(xí)開(kāi)始變得困難，學(xué)生的實(shí)踐技能培養(yǎng)遭遇了尷尬。

2.增加實(shí)訓(xùn)工位，提高動(dòng)手能力的要求

學(xué)生校外實(shí)習(xí)變得困難重重，于是實(shí)習(xí)只能依托校內(nèi)實(shí)習(xí)基地。但由于經(jīng)費(fèi)不足，各實(shí)訓(xùn)室所能提供的實(shí)習(xí)工位嚴(yán)重不足，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求。理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作嚴(yán)重脫節(jié)，使學(xué)生的職業(yè)技能和職業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)不到位，特別是在講授有關(guān)工藝流程，裝置開(kāi)、停車(chē)和事故處理相關(guān)內(nèi)容時(shí)，學(xué)生厭學(xué)，教師難教，教學(xué)質(zhì)量出現(xiàn)了滑坡。

1990年，北京化工大學(xué)仿真中心在國(guó)內(nèi)首先提出并倡導(dǎo)采用全數(shù)字仿真技術(shù)解決本科生的工程實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題。2005年，筆者學(xué)院開(kāi)始把仿真訓(xùn)練軟件引入生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，這一系統(tǒng)投資小、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較低，能夠兼容多種典型的化工流程，具有工業(yè)級(jí)規(guī)模精準(zhǔn)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性，因此在有效滿(mǎn)足實(shí)習(xí)工位的前提下，很好地滿(mǎn)足了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求。

3.企業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的必然要求

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，大型化工基地遍布全國(guó)。隨著我國(guó)改革開(kāi)放和現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，化工企業(yè)的規(guī)模迅速擴(kuò)大，大量先進(jìn)的生產(chǎn)裝置被投入生產(chǎn)，這些新投產(chǎn)的裝置具有很高的自動(dòng)化和信息化水平。目前，國(guó)內(nèi)外大中型化工生產(chǎn)裝置普遍采用DCS(分布式控制系統(tǒng))，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集中顯示和分散控制。2009年，國(guó)家安全監(jiān)管總局也下發(fā)文件將涉及危險(xiǎn)化工工藝的化工企業(yè)作為自動(dòng)化控制改造的重點(diǎn)。可以預(yù)見(jiàn)，自動(dòng)化控制是今后一段時(shí)期化工裝置控制技術(shù)發(fā)展的方向。

4.節(jié)能降耗、減少開(kāi)支的需要

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，為我國(guó)化工職業(yè)技術(shù)訓(xùn)練開(kāi)辟了一條新的途徑。它在保障安全生產(chǎn)、降低操作成本、節(jié)能、節(jié)省原料、保障人身安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了越來(lái)越大的作用。

5.企業(yè)技能鑒定和員工培訓(xùn)的必然要求

近年來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)將仿真系統(tǒng)應(yīng)用于初級(jí)工、中級(jí)工和高級(jí)工的技能等級(jí)鑒定。如，中國(guó)石化的四個(gè)高級(jí)技師基地將仿真系統(tǒng)用于技師培訓(xùn)與考核；在山東省職業(yè)技能鑒定中心下發(fā)的《高級(jí)化工總控工操作技能考核準(zhǔn)備通知單》中，要求把化工單元操作仿真軟件或化工單元操作訓(xùn)練裝置作為實(shí)操考核內(nèi)容項(xiàng)目。

仿真系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)員工培訓(xùn)不可或缺的手段。目前，石化企業(yè)已經(jīng)全面應(yīng)用仿真系統(tǒng)，新建或改造裝置操作技能培訓(xùn)、在崗人員技能提升培訓(xùn)、系統(tǒng)操作員的技能培訓(xùn)、新入廠操作人員與技術(shù)人員的操作技能培訓(xùn)。

二、化工仿真軟件涵蓋的培訓(xùn)內(nèi)容

目前，國(guó)內(nèi)大中專(zhuān)職業(yè)院校普遍采用北京東方仿真控制技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的教學(xué)培訓(xùn)軟件。筆者學(xué)院化工仿真培訓(xùn)的主要內(nèi)容包括單元操作仿真和工段級(jí)仿真兩個(gè)層面，單元操作培訓(xùn)使用北京東方仿真控制技術(shù)有限公司的CSTS2007版本，基本涵蓋了所有常用化工操作單元，見(jiàn)表1。

工段級(jí)仿真（五套）：甲醇合成工段、常減壓煉油、丙烯酸甲酯、空氣分離、乙醛氧化制醋酸，涉及煤化工和石油化工等相關(guān)領(lǐng)域。

三、化工仿真培訓(xùn)的不足

當(dāng)然，再好的仿真軟件也代替不了實(shí)際生產(chǎn)，因此，有條件的學(xué)校還是應(yīng)該購(gòu)置實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，結(jié)合仿真軟件開(kāi)展教學(xué)，效果會(huì)更好。正版仿真軟件價(jià)格不菲，而國(guó)外職業(yè)教育實(shí)習(xí)仿真軟件雖發(fā)展較快，但由于涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)和軟件漢化等制約因素，引入國(guó)內(nèi)還需時(shí)日。同時(shí)，仿真技術(shù)并非十全十美，其不足主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

一是軟件的開(kāi)發(fā)需要采集化工裝置的各項(xiàng)工藝參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，但因?yàn)楦鞣N影響因素相互制約，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的工藝條件變化比仿真模擬時(shí)要復(fù)雜得多。二是程序開(kāi)發(fā)有漏洞，違反操作規(guī)程的程序設(shè)計(jì)時(shí)有發(fā)生。三是一機(jī)（計(jì)算機(jī)）一位（工位），在裝置開(kāi)、停車(chē)過(guò)程中，操作者既擔(dān)任內(nèi)操角色，又擔(dān)任外操角色，無(wú)法訓(xùn)練兩個(gè)角色間的團(tuán)隊(duì)配合及協(xié)調(diào)行動(dòng)。四是軟件無(wú)法模擬現(xiàn)場(chǎng)裝置的實(shí)際動(dòng)手操作，也就是培訓(xùn)中還需要培養(yǎng)操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置的幾何空間概念的把握，以及對(duì)操作設(shè)備與部件的操作力度、動(dòng)態(tài)時(shí)機(jī)的把握。

四、仿真技術(shù)的發(fā)展展望

1.3D仿真軟件的研制開(kāi)發(fā)

3D仿真軟件具有化工工藝仿真、場(chǎng)景展示、設(shè)備展示、系統(tǒng)展示、結(jié)構(gòu)展示、功能特性展示、參數(shù)展示、工作原理展示等傳統(tǒng)2D仿真軟件所不具備的功能。通過(guò)3D仿真模擬，學(xué)生可體驗(yàn)真實(shí)化工工藝系統(tǒng)的所有功能（開(kāi)采和生產(chǎn)過(guò)程、操作、控制、性能、安裝、維護(hù)等）。軟件人機(jī)界面友好，功能齊全，流程簡(jiǎn)明，更易于學(xué)習(xí)、掌握。

北京東方仿真控制技術(shù)有限公司已經(jīng)開(kāi)始了3D仿真軟件的研制開(kāi)發(fā)，并取得了初步成功，目前正處于測(cè)試和推廣應(yīng)用階段。相信在不久的將來(lái)，3D仿真軟件會(huì)逐步取代傳統(tǒng)2D仿真軟件。

2.全流程級(jí)半實(shí)物仿真工廠的建立

隨著我國(guó)煤化工和石油化工的快速發(fā)展，裝置不斷大型化、復(fù)雜化，自動(dòng)化水平普遍提高，這對(duì)職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)提出了更高的要求。為提高技術(shù)培訓(xùn)的成效，在仿真培訓(xùn)硬件設(shè)施上，需要建立典型的、有代表性的、有較強(qiáng)適應(yīng)性的流程級(jí)、規(guī)模化實(shí)訓(xùn)裝置，特別是要求仿真培訓(xùn)系統(tǒng)不但能夠模擬控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）的操作，還應(yīng)當(dāng)模擬現(xiàn)場(chǎng)裝置的實(shí)際動(dòng)手操作，也就是要培養(yǎng)操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置的幾何空間概念的把握和對(duì)操作設(shè)備與部件的操作力度、動(dòng)態(tài)時(shí)機(jī)的把握，其中還必須包括控制室操作人員與現(xiàn)場(chǎng)操作人員的團(tuán)隊(duì)配合及協(xié)調(diào)。這些訓(xùn)練內(nèi)容對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)停車(chē)、非正常工況的處理以及事故緊急狀態(tài)處置等非常重要。

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Abstract: The virtual reality technology is one has the potential extremely the front research direction, faces one of the 21st century's important technical. The virtual reality technology application's domain is also getting more and more broad, the typical application domain has the education to apply, the project to apply, the entertainment application and the commercial use, but in the commercial use domain appears gradually the 3D network hypothesized commercial city is a virtual reality technology model application, the virtual reality technology has brought the infinite vitality in the hypothesized commercial city's application for the entire electronic commerce.

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí) 3D虛擬商城 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

隨著Internet的發(fā)展,人們的商務(wù)行為已經(jīng)從傳統(tǒng)商務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮由虅?wù)。在各種各樣的電子商務(wù)中,最為重要的一種就是網(wǎng)上商店。人們可以足不出戶(hù),在家里的電腦上就可以買(mǎi)到幾乎所有的商品。目前除了2D網(wǎng)頁(yè)式的實(shí)現(xiàn)方式以外,分布式虛擬環(huán)境是網(wǎng)上商店的一種更新、更好、更合適的實(shí)現(xiàn)方式。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR, Virtual Reality)也被稱(chēng)為虛擬環(huán)境 (Virtual Environment. VE)、人工現(xiàn)實(shí)((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是作為一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù),目前所涉及的研究應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)包括軍事、 醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、教育、科研、商業(yè)、影視等,VR技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是 21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)的研究開(kāi)發(fā)工作可追溯到80年代初。如1983年美國(guó)國(guó)防部(DOD)制定了SIMENT的研究計(jì)劃;1985年SGI公司開(kāi)發(fā)成功了網(wǎng)絡(luò)VR游戲DogFlight。到90年代初,美國(guó)率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域,主要用于以下四個(gè)方面:虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境;進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練;實(shí)施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí);進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。一些著名大學(xué)和研究所的研究人員也開(kāi)展了對(duì)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究工作,并陸續(xù)推出了多個(gè)實(shí)驗(yàn)性DVR系統(tǒng)或開(kāi)發(fā)環(huán)境,典型的例子有美國(guó)NPS開(kāi)發(fā)的NPSNET(1990)、瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的DIVE(1993)及英國(guó)Nottingham大學(xué)的AVIARY(1994)。

目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃樗膫€(gè)層次:一是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),也稱(chēng)窗口中的VR。它可以通過(guò)桌上型機(jī)實(shí)現(xiàn),所以成本較低,功能也最簡(jiǎn)單,主要用于CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)建筑設(shè)計(jì)、桌面游戲等領(lǐng)域。二是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),又稱(chēng)為混合虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來(lái)的一種系統(tǒng)。三是沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),如各種用途的體驗(yàn)器,使人有身臨其境的感覺(jué),各種培訓(xùn)、演示以及高級(jí)游戲等用途均可用這種系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網(wǎng)環(huán)境下,充分利用分布于各地的資源,協(xié)同開(kāi)發(fā)各種虛擬現(xiàn)實(shí)的利用。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)將分散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或仿真器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái),采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù),形成一個(gè)在實(shí)踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環(huán)境,參與者可自由地進(jìn)行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經(jīng)成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn),相繼推出了 DIS、MA等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)在航天中極具應(yīng)用價(jià)值,例如,國(guó)際空間站的參與國(guó)分布在世界不同區(qū)域,分布式虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國(guó)重建仿真系統(tǒng),這樣不僅減少了研制費(fèi)設(shè)備費(fèi)用,而且也減少了人員出差的費(fèi)用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過(guò)因特網(wǎng)連接起來(lái),共同實(shí)現(xiàn)某種用途。

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育、科學(xué)計(jì)算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂(lè)、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計(jì)協(xié)作系統(tǒng)、實(shí)境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的應(yīng)用系統(tǒng)。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:(1)教育應(yīng)用:把分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域,由于數(shù)據(jù)更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣,效果十分顯著。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展,系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對(duì)話(huà)方式。(2)工程應(yīng)用:當(dāng)前的工程很大程度上要依賴(lài)于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前,CAD/CAM已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用將使人員能通過(guò)全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)、交流和,從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并削減成本.(3)商業(yè)應(yīng)用:對(duì)于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系的公司,尤其是那些在他們的主頁(yè)上向客戶(hù)發(fā)送電子廣告的公司,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購(gòu)買(mǎi)商品的經(jīng)歷。(4)娛樂(lè)應(yīng)用:娛樂(lè)領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂(lè)趣,帶來(lái)更好的娛樂(lè)感覺(jué)。

三、3D虛擬商城

目前,電子商務(wù)潮流充斥著整個(gè)社會(huì),給整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)了無(wú)限商機(jī),隨之出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)世界中的在線(xiàn)虛擬商城也擁有很多好處,比如可以每周七天每天24小時(shí)不間斷營(yíng)業(yè),用戶(hù)可以很方便地通過(guò)搜索來(lái)找到他所需要的項(xiàng)目和產(chǎn)品,還有很重要的是不用實(shí)體店面可以節(jié)省很多的成本。但是,在線(xiàn)虛擬商城中,用戶(hù)總會(huì)覺(jué)得產(chǎn)品太少,而且覺(jué)得只你一個(gè)人在購(gòu)物,很孤單。在這種環(huán)境下,用戶(hù)不愿意像在實(shí)體店中那樣逗留很久。最終,在網(wǎng)上虛擬商城中的消費(fèi)也大打折扣。為了滿(mǎn)足人們的更高需求,突破2D網(wǎng)頁(yè)界面的網(wǎng)頁(yè)的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領(lǐng)整個(gè)商業(yè)市場(chǎng)。

3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購(gòu)物環(huán)境,它采用C2C的電子商務(wù)模式,讓用戶(hù)在3D虛擬環(huán)境中漫游,能進(jìn)行交互式的操作,全面虛擬了購(gòu)物的瀏覽、挑選、支付的過(guò)程,使用戶(hù)有身臨其境的感受;同時(shí)還會(huì)提供數(shù)字化的管理,商品分類(lèi)清楚,搜索方便,具有完備的財(cái)務(wù)系統(tǒng)和可靠的安全系統(tǒng),確保購(gòu)物的有效性,完整性和機(jī)密性。3D虛擬的商城中3D語(yǔ)音和圖像功能為顧客提供身臨其境的、互動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)一體化的虛擬世界。顧客可以通過(guò)創(chuàng)建個(gè)人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購(gòu)物,同時(shí)與來(lái)自世界各地的其他顧客和銷(xiāo)售人員互動(dòng)交流;其次,顧客也可以參加由虛擬商店職員提供的商品演示或使用指導(dǎo);第三,顧客可以通過(guò)組建社會(huì)化或虛擬的購(gòu)物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網(wǎng)上購(gòu)物聚會(huì),共同分享購(gòu)物的樂(lè)趣與經(jīng)驗(yàn),開(kāi)創(chuàng)全新的輔助式電子商務(wù)或社交性購(gòu)物的概念;第四,網(wǎng)上客戶(hù)服務(wù)將變得盡善盡美,客戶(hù)將不再需要通過(guò)電子郵件、點(diǎn)擊通話(huà)或?yàn)g覽數(shù)百頁(yè)的網(wǎng)上論壇來(lái)尋找所需的答案。一旦有任何疑問(wèn),便可立即登錄,向客戶(hù)服務(wù)代表尋求幫助、或者詢(xún)問(wèn)另一位信用評(píng)級(jí)較高的顧客;第五,企業(yè)更可以利用網(wǎng)上商店,在虛擬環(huán)境中測(cè)試新的店面設(shè)計(jì)和構(gòu)思。因此建立并發(fā)展3D虛擬商店具有實(shí)際意義。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界,提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般,可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起,為人機(jī)交互界面的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域;為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具;為各類(lèi)工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。它充分利用計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的集成技術(shù),提供了一種實(shí)時(shí)、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進(jìn)入虛擬環(huán)境中,觀看計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬世界,聽(tīng)到逼真的聲音,在虛擬環(huán)境中交互操作,有真實(shí)感,可以講話(huà),并且能夠嗅到氣味。DVR技術(shù)的發(fā)展始終圍繞它的三個(gè)特征而前進(jìn),即沉浸感、交互性和構(gòu)想。這三個(gè)重要特征與其相鄰近的技術(shù)(如多媒體技術(shù),計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)等)相區(qū)別,沉浸感是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺(jué),如同進(jìn)入了一個(gè)真實(shí)的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互,操作或者交流;構(gòu)想是指虛擬環(huán)境可使人沉浸其中并且獲取新的知識(shí),提高感性和理性認(rèn)識(shí),從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說(shuō)虛擬現(xiàn)實(shí)可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。這些特點(diǎn)均為三維虛擬商城的建立和發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持,基于DVR平臺(tái)的三維虛擬商城將是電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)商城發(fā)展的必然趨勢(shì)。

其中三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測(cè)方法、三維虛擬商店的動(dòng)態(tài)交互等都是基于DVR的技術(shù)支持。三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究是為了提高系統(tǒng)的安全性和綜合性能,方便以后對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行完善和擴(kuò)張進(jìn)行的,系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)。對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵信息進(jìn)行了封裝,而且大部分業(yè)務(wù)邏輯處理都集中在服務(wù)器上,提高系統(tǒng)安全性和性能。三維場(chǎng)景的碰撞檢測(cè)對(duì)于提高虛擬系統(tǒng)的真實(shí)性、增強(qiáng)虛擬環(huán)境的沉浸感有至關(guān)重要的作用;三維虛擬商店的動(dòng)態(tài)交互主要研究三維虛擬場(chǎng)景中物體的動(dòng)態(tài)添加、三維場(chǎng)景中物體的材質(zhì)的更新、三維場(chǎng)景與數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)等問(wèn)題。

虛擬商城的展示在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用,成為實(shí)物展示的重要互補(bǔ)。我國(guó)在虛擬商店展示領(lǐng)域的研究比較落后,對(duì)虛擬展示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)沒(méi)有形成完整的理論和方法,特別在商店的設(shè)計(jì)與制作方面,缺乏有效的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。而網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的發(fā)展為商家與客戶(hù)進(jìn)行信息交流開(kāi)辟了一條新途徑,特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,為網(wǎng)上最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬展示的“真實(shí)化”提供了可能。

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