辅助定位（精选九篇）
辅助定位 篇1
A-GNSS接收机在接收卫星信号的同时能够通过通信网络信道来获得当前的可见卫星号、课件卫星的星历数据、当前的卫星系统时间等信息,甚至可以通过自身的传感器获得当前接收机的运动状态信息等,从而使接收机可以省去接收和处理卫星星历数据的时间,同时可以提高针对弱信号的捕获和跟踪的灵敏度,提高了GNSS接收机在室内和复杂城市环境下的使用范围,并且极大地改善了用户体验。
当前高级的A-GNSS接收机不仅能够节省卫星星历数据的解调时间,而且能够通过获得的当前GNSS系统时间和卫星星历数据计算出卫星信号的多普勒频率的大致范围,以及当前卫星伪随机码到达接收机的大致项目,从而非常快速地捕获到信号,将首次定位时间从1min的量级缩短到1s的量级[2]。
2013 年全球智能手机的销售量在10 亿台左右,仅中国市场就销售了3 亿台,因此基于A-GNSS技术的接收机已经成为了个人移动终端的主流配置。当前针对美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧洲的GALILEO系统的A-GNSS接收机的性能指标都已经纳入了3GPP组织的标准,面向中国的北斗系统的A-BDS接收机技术及性能指标预计在2014 年为已为3GPP标准。
1 A-BD系统及其技术原理
整个A-BD系统由四个部分组成: ( 1) 广域BD卫星跟踪网络,这个网络由多个BD卫星观测基站组成,能够全时间段连续跟踪覆盖范围内的所有的可见BD卫星,并能将这些信息实时传输给A-BD系统服务器; ( 2) A-BD系统服务器,可以对观测到的BD卫星进行数据分析,形成辅助数据,为覆盖范围内的所有A-BD接收机提供辅助信息; ( 3) 移动定位中心,能够将A-BD系统服务器提供的辅助数据压缩打包,并由基站发送给A-BD接收机,而且能通过基站接受A-BD接收机测量信息计算接收机位置坐标; ( 4) A-BD接收机,与常规BD接收机有所不同的是该接收机集成了无线通信模块,可以从网络中接受辅助数据。
A-BD终端技术主要原理是利用辅助的信息达到以下几个目的: ①缩短首次定位时间; ②提高定位灵敏度,实现在弱信号环境下的捕获和跟踪的灵敏度。
传统的BD接收机中频信号处理主要包括三个部分[3]: 捕获、跟踪和位置解算。如图2 所示。
传统的BD接收机定位时间主要消耗在信号的捕获和导航电文的解调上。捕获是一个对卫星编号、频域和码相位的三维的搜索过程,在没有任何辅助信息的前提下捕获的三个维度的范围分别为14颗已经发射的BD卫星,± 5k Hz的频域范围以及2046 个BD伪随机码码片。要能进行定位,必须解调出一套卫星的星历信息,对于BD系统来说,非地球同步轨道卫星( NGEO) 需要解调出5 个子帧一共30s的数据才能获得一套完整的星历信息; 同理对于地球同步轨道卫星( GEO) 卫星需要解调50 个子帧一共30s的数据才能获得完整的星历信息,因此,消耗在导航电文解调的时间上至少需要30s。
A-BD定位技术能有效的解决上述传统的BD首次定位时间长的问题,其基本的原理是: ( 1) 利用辅助信息缩小捕获的频域、码相位范围,结合BD系统的特点,设计相关的捕获算法,减少捕获的时间;( 2) 利用辅助的星历和时间信息,不对导航电文进行解调,设计相关算法,直接实现定位,省去解调导航电文时间。图3 为A-BD捕获示意图,通过辅助数据可以有效地减小频域和码相位的搜索,最终减少捕获时间。
2 A-BD定位需解决的关键技术问题
2. 1 捕获频率搜索范围的确定
捕获频率的误差由以下三个方面决定: 卫星的多普勒频移、接收机的多普勒频移和本地时钟钟差造成的多普勒频偏。由辅助星历可以计算得到卫星的位置和速度,从而进一步估计出卫星运动造成的多普勒; 由接收机运动的速度可以估算得到接收机运动造成的多普勒; 本地时钟频偏1ppm造成的多普勒大约为1k Hz,时钟偏偏可以从本地晶振的标称值估算。确定了以上三个方面的数值就得到了捕获频率搜索的范围。
2. 2 捕获码相位搜索范围的确定
在一般情况下,码延迟的不确定性对每颗卫星而言是不同的,因为它由卫星仰角决定,当时间辅助信息的精度较高时,比如辅助时间的精度为 μs级别,对于北斗来说,一个伪随机码有2046 个码片,此时时间精度要小于一个伪随机码,因此,可以用伪距模1ms的值来对码相位进行估计,减少码片搜索的范围[4]。
2. 3 A-BD捕获算法
图4 为BD系统的二次编码示意图[5],在50bps的NGEO卫星上调制了一个Neumann-Hoffman码( 简称NH码) 。该NH码周期为一个导航信息位的宽度,NH码1 比特宽度则与扩频码周期相同。NH码固定,为( 0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0,1,0,0,1,1,1,0 ) 。BD系统码调制的不同决定了,与传统的GPS和BD系统相比,A-BD的捕获算法需要重新设计,具体表现在[6]: 首先,与GPS系统相比较,A-BD系统的NGEO卫星信号导航电文上调制有1kbps的NH码,NH二级码码片的跳变会影响捕获积分值的峰值; 其次,与BD系统相比,由于A-BD能通过计算得到频率和码相位的估计值,因此搜索的范围不像BD系统一样会全频域和全码相位进行搜索,所以需要设计新的捕获算法来完成A-BD的捕获。
2. 4 A-BD定位算法
如图5 所示,O1、O2、O3分别为三颗卫星所在的位置,假设用户离三颗卫星的距离分别为r1、r2、r3,则以O1、O2、O3为圆心,r1、r2、r3为半径做圆,交点则是用户的位置,其中用户和卫星的距离通过光速乘以信号从卫星发射到用户接收所用的时间t计算得到,t是用户接收时刻t1减去卫星发射时刻t2所得。由于t1是由用户的本地时钟读取的,会存在误差,因此需要增加一颗卫星来校正这个误差[7],所以通常导航定位需要4 颗卫星。
对于定位,传统的定位包括四个步骤: 估计先验状态、预测在此状态下的伪距、进行实际的伪距测量、根据预计与实测伪距间的偏差,来调整预估状态。图6 为A-BD定位原理图。
与传统BD定位不同的是,A-BD不解调导航电文,因此得不到周内秒( SOW) 的信息,因此在先验状态中需要增加一个粗时误差的状态,最后由五个状态方程来迭代得到解算结果。这种情况下需要额外增加一颗卫星来实现定位。
3 应用案例
A-BD技术主要有两种辅助方式,MS-Assisted和MS-Based[8]。“MS”的意思是移动站( mobile station) ,指的是BD接收机。在MS-Assisted BD中位置信息是在服务器上进行计算,BD接收机的工作仅仅就是捕获信号,并将测量数据发送给服务器。在MS-Based BD中,位置信息在接收机中计算,这个主要区别导致了更进一步的其他区别。如果接收机不需要计算位置信息,那么它就不需要卫星轨道信息。这些东西只需要保留在服务器端,服务器可以直接计算捕获辅助数据并将计算机结果发送给接收机。下文的案例主要讨论了MS-Based BD的应用,具体应用为以下几个步骤: ( 1) A-BD用户终端( 手机) 首先得到附近的基站地址,并将此基站网络的信息通过网络传输给A-BD系统服务器; ( 2) A-BD服务器根据该手机的大概位置传输与该位置相关的BD辅助信息( 包含BD的星历或者历书等) 到手机;( 3) 该手机的A-BD模块根据辅助信息利用设计的算法对信号进行处理,包括捕获、跟踪和解算,最终大大减少首次定位时间和增加弱信号环境下的定位灵敏度,如果辅助信息还包括电离层信息的话,还可以对伪距进行校正,提高定位的精度。
4 A-BD技术潜在应用前景
未来四大全球系统的部署成功将会带来近百颗的定位卫星绕地球运行,而且每颗卫星都能发射超过三个频点的定位信号,因此能够支持多模信号、多频点信号的A-GNSS接收机将成为移动终端的主流技术[9]。比如高通与博通都在开展融合全球导航系统的A-GNSS导航芯片的开发,允许同时接收所有主要导航频段的信号,可以综合采用四大星座的卫星计算出最佳的位置数据。三星公司计划在不久的新款手机中支持北斗信号的接收与定位,而且将能够利用北斗卫星的电离层网格信息,为用户提供更为精确的位置信息。
辅助全球导航卫星导航技术的另一个趋势是将融入地面增强网的信息。目前在建的卫星定位地面增强系统包括了天基曾强信号系统( 比如日本的QZSS系统卫星) ,天地协同增强信号系统( 比如美国的WASS系统,欧洲的EGNOS系统卫星) ,地基增强系统( 中国的北斗地基增强网,GPS区域增强系统) 以及目前正在探索研究的面向室内的增强信号系统。天基增强信号主要通过改善卫星星座位置已经在城市峡谷地区的可见性,改善定位终端在复杂城市环境下的定位可靠性与定位精度。天地协同增强信号系统利用差分技术来提高用户的定位精度,利用地球同步轨道卫星解决基准站与移动站的数据通信问题[10]。地基增强系统同样利用差分技术提高用户的定位精度,但是通过地面基站进行数据的传输。室内定位增强系统是当前的研究热点,通过综合现有的室内无线信号或传感器系统( 例如Wi-Fi信号,RFID信号,蓝牙信号等) 进行室内的精确定位。A-GNSS技术是天然的现代移动通信网络和全球卫星定位技术结合的产物,因此能够更自然与高效地融合各种增强信号的辅助信息,为用户提供更为优秀的用户体验。
5 结束语
具备A-GNSS技术的移动终端应用已经成为当前社会的主流趋势,并带来一系列的商业机遇。位置服务( Land-Based Service) 是移动互联网时代新兴的一个商业机遇,通过发现与记录用户的位置与轨迹将特定的广告、个性化的服务推送给用户,而且在老人、儿童的安全监护、健康监测预警、交通拥堵治理、高危人群监控等方面具有广泛的应用。位置服务包含了基于位置信息的地图数据服务,基于内容的生活服务,基于数据的增值服务等。而这些新型服务市场的兴起都是基于卫星定位技术与现代移动互联网系统的结合。从产业上讲,随着中国北斗定位系统的逐渐部署完成,基于移动平台的A-BD技术将为未来定位及相关服务提供广阔的舞台,机遇与挑战并存。
摘要：随着在微弱卫星信号环境下应用需求的增长以及对首次定位时间和定位精度的要求,一种高性能的卫星定位技术——辅助型全球卫星导航系统(A-GNSS)定位技术成为导航领域的研究热点。文中针对中国自主开发的北斗导航系统,探讨了辅助型北斗定位(A-Beidou)的技术原理、操作方法和需要攻克的难题;以手持终端设备为例说明A-Beidou技术的具体应用及发展前景。
关键词：北斗导航定位系统,辅助定位,微弱信号捕获技术,快速定位
参考文献
[1]Van Diggelen F S T.A-gps:Assisted GPS,GNSS,and SBAS[M].Artech House,2009.
[2]Busic L,Filjar R,Desic S.Assisted satellite positioning[C]∥ELMAR,2005.47th International Symposium.IEEE,2005:263-267.
[3]GPS原理与接收机设计[M].北京:电子工业出版社,2009:75,354-357.
[4]宋成.辅助型GPS定位系统关键技术研究[D].长沙:国防科技大学,2009.
[5]中国卫星导航系统管理办公室.北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件[S].2012:1-10.
[6]黄隽祎,李荣冰,王翌,等.北斗B1 QPSK调制信号的高灵敏度捕获算法[J].航空计算技术,2012,42(5):38-42
[7]Akopian D,Syrjarinne J.A fast positioning method without navigation data decoding for assisted GPS receivers[J].Vehicular Technology,IEEE Transactions on,2009,58(8):4640-4645.
[8]Busic L,Filjar R,Desic S.Assisted satellite positioning[C]∥ELMAR,2005.47th International Symposium,IEEE,2005:263-267.
[9]田永军,贾国庆.A-GPS定位技术在智能手机中的研究与应用[J].科技信息,2009(4):160-160.
辅助定位 篇2
为有效解决了在安防监控过程中的监控死角、监控盲区等方面的问题，本设计开发了一款可以智能的探测、跟踪监控目标物体，实现对运动目标的自动跟踪、录像、报警的摄像系统，彻底改变了视频监控系统只能作为辅助系统的局面。采用了计算机视觉技术的课堂自动定位-跟踪拍摄软件系统Class Innovation，参考PowerCreator Graphic Position System，CI，其由两个子系统组成：(1)教师跟踪系统，它使用两台摄像机，由教师定位摄像机自动计算教师在讲台上的位置，并通知教师摄像机进行转动，使教师处于教师摄像机的视场中心，并保持适当的图像分辨率。(2)学生定位系统，由学生定位摄像机自动计算站立学生所处的位置，并指导学生摄像机调整参数，以特写的方式进行拍摄，使学生处于学生摄像机的视场中心，并保持适当的分辨率。(1)、教师跟踪系统
教师的活动区域主要在讲台周围，其范围相对有限，因此教师跟踪系统可使用2台摄像机：定位摄像机和教师摄像机。定位摄像机可使用广角或全向摄像机，其视场范围限制在讲台区域，需要实时跟踪教师在授课过程中的位置。教师摄像机可采用PTZ摄像机，根据定位摄像机返回的教师位置，自动调整摄像机的Pan/Tilt/Zoom参数，使得教师处于教师摄像机的适当位置。在摄像机监视的场景范围内，当移动目标出现后，用户可以手动锁定（例如通过鼠标点击来锁定目标）或预置位自动触发锁定某个运动目标，来触发PTZ摄像机进行自主自动的PTZ跟踪，并自动控制PTZ摄像机的云台进行全方位旋转，针对被锁定的运动目标进行视觉导向的自动跟踪，以确保跟踪目标持续出现在镜头中央。自动PTZ跟踪模块弥补了固定摄像机监控视野窄的缺点，是完善的安全监控系统所必备的功能。（2）、学生定位系统
学生所在的区域相对固定，但其分布范围相对较大。因此，学生定位系统可根据教室的大小和学生人数的多少，使用1-3台广角或全向摄像机来覆盖整个视场范围，并自动估计回答问题学生的位置。学生摄像机可采用1台PTZ摄像机，根据定位摄像机的返回结果，自动调整摄像机的Pan/Tilt/Zoom参数，使得学生处于学生摄像机的适当位置。
二、系统设计
算机视觉技术的课堂自动定位-跟踪拍摄软件系统Class Innovation分为教师摄像机和学生摄像机两部分组成。
在其程序界面中，可对云台进行直接设置，可对云台变焦、对焦、以及光圈设置等等。通过程序界面的方向控制可以改变云台的方向，在云台设置界面可以调整云台的速度。当进入教师摄像机标定以及学生摄像机标定页面的时候，则可以对对象进行摄像机标定。在不同的摄像机标定中，可执行的功能也不一样。教师跟踪系统界面中，系统选择黑板区域并设置讲台区域，并进行右界面标定以及左界面标定，使教师定位摄像机图像中，并获取背景图像，即可实现自动跟踪。学生跟踪系统界面中，通过将界面图像中下边的红线调整到第一排课桌的平面高度，上边红线调整到学生在所有位置站立起来的最大高度从而实现范围的设置。再通过对云台进行调整，从而实现上、下、左、右界面的标定。最后通过调整云台位置焦距，将学生录像摄像机调整到理想的理想位置，完成近目标界和远目标界的标定后，就可以完成摄像头的启动跟踪。
三、关键技术（1）、教师定位
采用目前在人体检测准确率与实时性两方面综合性能最优的Harr wavelet-based AdaBoost cascad方法。为进一步提高处理速度与降低图像中大尺度边缘对检测器性能的影响，考虑加入变化检测来获取初始检测区域。这种基于聚类滤波器的检测方法，最大的优势在于仅检测人体的存在，而屏蔽其它偶然发生的场景变化，从而显著提高检测器的鲁棒性。（2）、教师跟踪
由于教师在授课过程中会出现复杂的姿态形体变化，传统的Kalman滤波方法不能保证对运动中教师的稳定跟踪。CI将综合利用人体运动特征、容貌、衣着等多个线索，在Bayesian框架下估计教师位置等状态参数的后验概率分布，从而实现稳定跟踪。在授课过程中，教师单独活动与讲台附近，应用高斯混合模型GMM(Gaussian Mixture Model)和均值偏移(Mean-Shift)来跟踪教师；在教师与学生交互过程中，会出现多人交错出现的情况，运用粒子滤波(Particle Filter)来完成复杂背景下的多人跟踪。（3）、学生站立运动分析
在授课过程中，学生在一般情况应该保持静止，只有在回答问题过程中才站起来。因此学生定位只需要通过目标检测即可实现，但要注意消除学生的较小的动作对定位的影响。采用高斯混合模型GMM完成背景建模，并结合变化检测来定位站立学生的位置。（4）、摄像机标定
无论是教师跟踪系统，还是学生定位系统，都需要标定广角摄像机(定位摄像机)和PTZ摄像机(教师或学生摄像机)之间的关系。当广角摄像机确定目标位置后，需要找到该目标在PTZ摄像机中的对应位置，并通过调整PTZ参数，使得目标处于PTZ摄像机的视场范围的中间，这种摄像机标定问题通常称为双摄像机(dual-camera)标定。
目前的标定方法大多数需要测量广角摄像机和PTZ摄像机之间的几何参数，并且保证两者的光轴互相平行。这些标定方法给实际使用带来了不便，本系统采用查找表的方法建立广角摄像机和PTZ摄像机的对应关系，将全向或广角摄像机的视场范围划分为若干个网格，在标定阶段，将PTZ摄像机的视场范围调整到每个网格区域，并记录下PTZ摄像机的摇动(Pan)、倾斜(Tilt)和缩放(Zoom)参数，这样就得到每个网格所对应的PTZ数据。
辅助定位 篇3
[关键词] 井下逃生 辅助决策 人员定位
前言
随着我国经济的快速发展,对能源需求的不断增加,矿井事故的发生是不可避免的。煤矿井下是一个充满危险的世界,水、火、瓦斯、顶板等自然灾害,以及放炮设备等安全隐患,时时刻刻都在威胁着矿工的安全。为了使管理人员、决策人员帮助井下的矿工在最短的时间内到达一个安全的位置是我们最关心的问题。最大限度地减少发生事故的可能性及事故造成的各种损失。目前,国内在利用GIS进行危险源处理上还处于起步阶段,国家安全生产科技发展规划 (2004-2010) 把基于GIS的重大危险源监控处理软件列入100项重点推广技术之一[1]。人员定位系统是一套分布式处理系统,同时也是作为一个子系统联入煤矿安全生产综合监控系统中。整个网络结构包括地面中心站、数据接口(以太网平台)、人员定位分站、读卡器和标识卡等组成。地理信息系统(GIS)是以地理空间和动态的地理信息为地理研究和地理决策服务的信息系统,己被广泛用于资源管理、城市规划、应急救援等各个领域。
一、系统建设目标
危险源与空间定位密切相关,层次性强、变化快、数据形式多样,仅以数据库技术来组织危险源信息,而不对空间分布特性进行分析,所形成的决策信息带有明显的局限性和片面性,从而在一定程度上制约了对危险源进行处理决策计算机化的进程。地理信息系统在集成属性数据和空间数据等的基础上,结合空间分析和模拟,为危险源的安全处理、科学决策提供了可能[2]。基于GIS的具有井下逃生辅助决策功能的人员定位系统研究建立的目标如下:
1) 实现井下人员的实时定位跟踪;
3) 实现重大危险源和重大事故隐患危险程度评估的计算机辅助分析;
2) 实现应急救援预案的形象表述;
二、系统结构
系统采用模块化、三层架构的设计方法。系统分为数据采集层、数据分析层和数据应用层三个层次。其中,数据采集层负责通过计算机的RS-232接口,根据识别器及中继的通信协议,采集识别器的标识码数据;数据分析层对采集到的标识码数据进行分析,解析出标识码与识别器的对应关系;数据应用层对标识码与识别器数据,进行图形显示、存储数据、形成各种统计数据等功能操作。系统的架构如图1。
图1 系统的架构图
三、系统主要功能
系统分为六个功能模块:系统信息模块、矿井灾害模块、应急预案模块、灾害处理模块、法律法规模块、系统总控模块。
1)系统信息模块
它具有维护和处理矿井基础信息所需的基本功能,主要由相关数据库和地物属性分布组成。所谓基础信息,包括矿井情况数据库、主要灾害信息数据库、安全设备数据库、井下主要设备信息数据库,以及采掘工作面分布、井下消防设备分布和井下电话分布等。主要灾害信息数据库,包括瓦斯信息数据库、冒顶信息数据库、水灾信息数据库、火灾信息数据库和煤尘信息数据库。
2)矿井灾害模块
它具有矿井灾害知识库的功能,囊括了矿井灾害从预测预报到控制处理的一般方法,主要包括矿井灾害预测方法、矿井灾害控制方法、矿井灾害处理方法,同时还提供了矿井灾害案例库这一功能,方便查找相关的矿井灾害案例,以期达到学习借鉴的目的。此模块所有内容,均按照瓦斯、冒顶、水灾、火灾、煤尘五种矿井常见灾害类型进行分类编排,便于查找使用。
3)应急预案模块
它是整个矿井灾害应急救援系统的核心,具有维护和处理整个矿井灾害应急救援的基本功能,主要包括矿井灾害应急预案、应急救援队伍、救灾设备数据库、救灾专家数据库,最佳逃生路径以及国家级矿山救援基地分布等内容。在矿井灾害应急预案中,可以查询到通用的应急救援预案,如国家局制定的矿山重特大生产安全事故应急预案,也可以查询到针对本矿井实际的自行制定的应急预案内容。
4)灾害处理模块
为提高应急救援反应速度和协调水平,以知识库的形式向决策者提供灾害处理方法、救灾专家库和救灾设备库等内容,帮助决策者及时采取适当措施应对突发事件。此模块按照瓦斯、冒顶、水灾、火灾、煤尘五种矿井灾害类型,提供针对矿井特定灾害的应急处理措施和专家设备的查询功能。
5)法律法规模块
以电子文档的形式提供了矿山生产适用的各项法律法规和部门规章制度,能够按照目录、索引和关键字进行查询、打印,同时预留了扩展接口,用户可以随实际变化增减法律法规条文,有效地减少了检索规章制度文件的时间,为领导的决策提供依据。
6)系统总控模块
此模块以数据库和知识库为基础,构筑系统的运行环境,辅以友好的用户界面和人机对话过程,有效地实现了矿井采掘工程平面图的显示、查询、编辑功能,以及避灾路线的动态显示。
四系统开发应用的关键理论技术
本系统所涉及的危险源因素很多,而且每种危险源受多种因素的影响。为了在事故发生后找到一条最佳的逃生线路必须来确定每条线路的危险程度以及线路的长度,因此就需要确定每段线路的安全系数,在这里我们引用模糊综合评价理论和最佳路径分析算法来确定逃生线路。
五、系统主要工作流程
地面主机在收到来自分站的人员通过的信息后,运用软件平台(上位机)实时的将人员的动态分布和实际的巷道布置图制作相应的动态图,使井下情况生动形象一目了然。当一旦发生各类事故的时候立即就能根据事故地点查出事故地点有多少人,他们都是谁等资料,然后分析遇难矿工怎样,才能在最短的时间内逃离危险地区到达一个相对安全的位置,也就是找到一条最佳逃离路径。事故发生后路径有可能被堵塞出现断路,有可能有瓦斯泄露通风不畅,有可能透水等等情况,不同事故采取相应的应急措施,利用监测设备上传到主机的相关数据进行决策分析,判断事故的类型,找出一条最佳逃生和救援的路线,实时跟踪井下人员的位置,通过硬件设备发送信息给井下矿工,使矿工尽快脱离危险。
六、结论
基于GIS的具有逃生辅助决策功能的人员定位系统是矿山开发和社会信息化的必然趋势,也是矿井发展的必经道路。事故发生后在最短的时间内通过逃生辅助决策功能给出相应急救预案,找到一条最佳路径以便于矿工及时逃离危险地区在很大上程度保证遇难矿工的人身安全。
[1]国家安全生产监督管理局国家安全生产科技发展规划(2004~2010) . [2003-12-22/2005-3- 1] .http: //www. chinasafety. gov. cn
[2]李春光.GIS技术在安全管理中的应用.安全与环境学报,2004 .4 (增刊):140-141
[3]刘增良.模糊数学技术与应用选编(1)[M].北京:航空航天大学出版社,1997
筒体焊接辅助定位系统的研制 篇4
1 筒体结构特征及技术要求
1. 1 筒体结构
筒体包括多个依次连接且同轴设置的筒节和两端封头,两端封头与多个筒节中的位于最端部的筒节连接,各筒节之间通过焊接的方式连接,具体结构如图1 所示。
1. 2 筒体技术要求
( 1) 单筒节同一断面最大与最小内径之差应不大于该断面内径的1% ; ( 2) 两筒节间组对错边量不大于1 /4 筒体板厚; ( 3) 筒体直线度允差不大于筒体长度的1‰,对于双层筒体要求更加严格。
2 筒体制造工艺
2. 1 工艺流程
筒体制造的工艺流程可以概括为: 单筒节组焊→筒节间组对→环缝焊接→直线度、椭圆度检查→筒体组焊→前、后封头组焊。
2. 2 制造工艺
( 1) 单筒节组焊完成后,吊至罐体组装生产线。
( 2) 利用生产线两侧筒体焊接辅助定位系统的机械卡环与两单筒节进行有效安装,筒节与卡环接触部位设有挤压缓冲层,在不伤及母材的前提下有效控制了单筒节的圆度。
( 3) 在保证两单筒节圆度的基础上,利用筒体焊接辅助定位系统的销孔、销舌结合生产线滚轮架调整筒节间组对间隙并进行点固焊。
( 4) 组对完成的两单筒节在环缝焊接的过程中,利用筒体焊接辅助定位系统采集筒体翻转与专机焊接机头干涉区域的反馈信号,利用通、断电来控制电磁销孔及电磁销舌的自动分合,保证环缝焊接整个过程中始终有7 点电磁销孔及电磁销舌是闭合的,以此实现焊接过程中筒体直线度的保持。
( 5) 重复以上工艺流程直至所有筒节焊接完成,然后组焊前、后封头,完成整个筒体的组焊。
3 筒体焊接辅助定位系统组成及工作原理
3. 1 机械系统组成
机械系统由机械卡环A、B和电磁锁销机构三部分组成,如图2 所示。
( 1) 机械卡环A、B为类箱型结构。根据不同产品筒体的厚度、材质选用不同规格的隔板、套管、立板等件组焊而成,并配以对应强度的螺栓把合,以保证能够完全满足强度和刚度的要求; 同时卡环内侧与产品接触部分直径尺寸按产品尺寸仿形设计,内侧表面设置有挤压缓冲层,以确保卡环与产品外表面完全密贴。
( 2) 电磁锁销机构由销舌管组成、旋转止挡机构、叶片式摆动气缸、销舌离合风缸、安装座等部件组成( 见图3) 。其中叶片式摆动风缸以及销舌离合风缸均隐藏在销舌管组成内部,能完全避免焊接飞溅对风缸及管路系统的破坏; 旋转止挡机构利用齿轮传动与销舌管组成的缺口相配合,同时在管组成端部利用螺纹端盖封堵,不但能够保护止挡而且便于维修、性能稳定可靠,具体结构如图4 所示。
3. 2 控制系统组成
( 1) 风控系统包括16 个气缸,2 个气缸组成1个气动模块集成单元,共8 个单元。通过PU管将气源处三联件与电磁阀连接、电磁阀与并联管路连接,并联管路与气缸连接( 见图5) 。其中每个气动模块集成单元的构成完全相同,便于该装置的安装以及相关配件的采购。
( 2) 电控系统包括手动控制面板、电磁阀、时间继继电器、接近开关等部件,通过手动按钮控制电磁阀档档位变换实现风控系统的整体动作,通过接近开关采采集信号自动控制单个气动模块动作,实现环缝焊接接分阶段全过程自动离合,电气原理图如图6 所示。
3. 3 工作原理
( 1) 将置于罐体生产线上的2 个单筒节,从两侧沿滑道推送瓣式机械卡环A、B至安装位置,调整两卡环间圆周相对位置后进行端部紧固,完成卡环与筒节的安装。
( 2) 手动按钮驱动电磁阀V1、V2 得电,V1 控制销舌离合风缸直线动作,V2 控制摆动风缸保持初始态。直线动作风缸行至机械止挡位置后,时间继电器得电延时2 s。驱动V2 变换电磁档位,摆动风缸驱动旋转止挡至机械死点后,时间继电器得电延时2 s。驱动V1 变换电磁阀档位,直线动作风缸反方向动作至旋转止挡。8 点销舌管组成同时动作,实现机械卡环A、B间的有效连接。
( 3) 机械卡环A、B组合后随筒体沿圆周方向回转,筒节顶部专机焊接机头两侧300 mm范围内设置接近开关,采集信号驱动单个气动模块实现全自动离合。
( 4) 手动按钮控制电磁阀V1 变换档位,直线动作风缸行至机械止挡位置后,时间继电器得电延时2 s。电磁阀V2 变换档位,摆动风缸驱动旋转档返回初始态,时间继电器得电延时2 s。电磁阀V1 变换档位控制直线动作风缸返回初始位。8 点销舌管组成同时动作,实现机械卡环A、B间的断开。
4 应用效果及结构创新
( 1) 该装置不仅能够有效控制单筒节圆度,而且能够调整筒节间环缝焊接距离,同时能够保证整个筒体的圆柱度和直线度。
( 2) 该装置结构新颖,叶片式摆动风缸以及销舌离合风缸等管路系统均隐藏在销舌管组成内部,使用安全可靠; 旋转止挡的齿轮机构转位准确; 电磁阀控制模块化风控系统。
辅助定位 篇5
在国防和民用领域, 多单元组成的群组在协同作业时, 各单元的位置信息很重要[1,2,3]。传统的定位方式有GPS、北斗等, 这些方式需要额外的硬件, 大大增加了系统的成本, 在全球范围内的定位精度较好, 但在小范围内的定位精度达不到要求。在实际应用中, 群组内各单元的绝对位置要求并不高, 在群协调作业中群内单元的相对位置更具有实际应用价值。随着通信和传感技术的发展, 无线传感网络的优点愈显突出。基于Zig Bee的无线传感网络具有动态组网、自愈性、低功耗等特点, 在群控制中应用较广泛[4,5]。基于Zig Bee的无线通信网络自带接收信号强度指示 ( RSSI) 功能, 根据信号衰减模型, 信号强度随着距离的增加会降低[6,7]。本文通过实验探究信号衰减的规律并将这种规律应用在群组定位中[8,9]。具体就是选用支持Zig Bee协议栈的CC2530 作为通信模块先探究接收信号强度 ( RSSI) 与节点距离之间的关系, 将这种规律应用于任意两个节点间的接收信号强度 ( RSSI) , 得到任意两个节点间的距离信息。基于Lab VIEW的上位机软件建立以协调器为坐标系原点, 以到距离协调器最近的路由器为x轴正方向的直角坐标系, 将所有的节点显示在坐标系中。这种系统摒弃了传统的必须拥有固定参考节点的定位方式, 并结合了Lab VIEW上位机软件, 在群组定位中有一定的创新性和实用价值。
1 信号衰减模型及RSSI测距原理
在无线通信中有许多无线电传播模型描述信号强度衰减伴随距离的关系。在无线传感器网络中, 主要有以下3 个模型应用较广。
1.1 自由空间无线电模型
适应于在发射端与接收端之间没有障碍物, 处于可视距离时的情况。这个模型可以简单的描述为:
式中: Pr为接收强度; Cf为依赖与收发器的常数; Pt为发射强度; d为发射端和接收端的距离。
1.2 双线地面模型
当距离远大于收发器的高度时, 接收到2 种辐射线:直接通信射线和反射线。简化模型可以描述为:
式中: Ct代表双线地面模型的手法特性。其他变量的意义同前。
1.3 对数距离模型
这个模型来自于理论分析和实验, 可以简化为:
式中: α 称为距离-强度梯度。
这些模型应用于无线传感网络中, 在实践过程中需要2 个参数: RSSI ( 接收信号强度指示) 和LQI ( 链接质量指示) 。
RSSI测距模型是将传播损耗转换为距离的数学模型, 其表达式为:
式中: n为路径损耗指数, 这个参数依赖于周围的环境, 表示路径损耗随距离的增加而增大的快慢。P1[d Bm]是相距为1 m处节点接收到的信号强度值; 通常将d1设定为1 m, 设P1[d Bm]为A, d=d2/ d1则式 ( 4) 可以转换为:
由此可以得到:
式中: N、n是与环境因素有关的参数, 不同的环境和不同的硬件天线, 这2 个参数会不同。可以通过测量一组RSSI与距离的数据, 然后通过算法拟合求出A、n的值。A、n的值一旦确定, 那么就确定了RSSI与距离的关系, 测量出RSSI的值就可以算出距离。
2 硬件设计
根据实际需求, 设计选用德州仪器 ( Texas Instruments) 的CC2530 芯片作为主控制器。CC2530 芯片支持Zig Bee协议栈, 利用该芯片搭建的无线网络工作在ISM ( Industrial Scientific and Medical) 免执照的2.4GHz频段上, 传输速率为250 kb/s。
2.1 无线传感网络拓扑
根据前面的信号衰减模型和测试经验, 利用信号衰减规律测距时当两个节点距离较近时测距误差较小。为了实现提高群组定位精度的要求, 需要选取与待测节点距离较近的点作为有效参考点, 摒弃与待测节点距离较远的点作为参考点。由于没有固定的参考节点, 这个遴选工作需要上位机来完成。所以需要建立网状拓扑网络, 通讯方式采用广播的形式。在四节点定位中设定一个协调器, 代号为0, 负责与剩下的节点通信, 把收集的RSSI值传送到计算机或接收计算机发出的指令。剩下的3 个模块作为路由, 代号分别为1、2、3。任意2 个模块直接都能实现通信, 并记录下接收信号的强度, 协调器收集两两之间的RSSI值并传送到计算机。各节点的结构拓扑图如图1 所示。
2.2 节点硬件设计
为了保证信号衰减特性的一致性, 设计中的一个协调器和3 个路由器采用相同的硬件结构, 采用鞭状天线, 不同之处是协调器直接通过计算机USB口供电, 每个路由器直接采用2 节5 号干电池供电。
除了供电外, 每个模块还包含JTAG接口、UART接口、外部晶振电路、复位电路、状态指示电路、外部晶振电路等, 节点硬件结构如图2 所示。
设计中的CC2530 芯片中自带了一个RSSI寄存器, RSSI的值可以从协议栈中的* pkt结构体中直接读取。由于读取的是二进制补码, 需要减去255 才是RSSI值。
3 软件流程
四节点组成网状网络, 协调器建立网络, 路由器加入建立的网络。协调器0 采用广播的形式周期性的发出数据, 其他节点接收并存储RSSI值, 当节点代号n收到节点代号n-1 的数据后同样以广播的形式发出数据, 其他节点同样接收并存储下RSSI值。最后所有路由器将存储下的与其他节点间的RSSI值发送到协调器, 协调器通过串口将数据传送到计算机上。软件流程图如图3 所示。
4 上位机设计
基于美国国家仪器 ( NI) 的Lab VIEW平台设计了上位机软件。
4.1 登陆系统设计
为了更好地管理这个群组定位系统设计了基于Access数据库的登陆界面。该登陆系统设置了2 种权限, 一种是管理员权限, 可以使用全部功能; 另一种是普通用户权限, 仅仅可以观看各节点的位置情况。将不同权限的账号和密码预制在Access数据库中, 登陆者输入账号和密码会与数据库中信息进行匹配, 完全正确时会赋以登陆者响应的权限。登陆系统程序框图如图4 所示。
4.2 数据接收存储设计
上位机通过VISA串口工具接收下位机发送的数据, 波特率设为115 200 bit/s, 位数为8, 无校验位, 停止位为1。按照预先制定的通信协议, 每次接收10 个数据, 第1位是RSSI的接收者代号, 第10 位为校验位, 第2~ 9 位为各节点发送的RSSI值。本设计中将所有的RSSI值按照特定的顺序放在一个4×4 数组中, 依据信号衰减规律换算成各元素代表任意两节点距离的4×4 数组。
4.3 定位算法设计
对4×4 的距离信息数组进行处理, 以协调器0 为坐标原点, 找出与协调器0 距离最近的节点A, 协调器0 到该节点A的方向为x轴正方向, 该节点A的x坐标为两者距离值, y坐标为0。找到与协调器0 与节点A的距离之和最小的节点B, 约定节点B在y轴的正方向, 根据节点B到协调器0 的距离以及节点B到节点A的距离, 根据三角函数计算出节点B的x坐标和y坐标。
通过前人研究和本设计的多次测试发现, 基于RSSI的定位原理, 在两节点的距离较短时精确度较好, 距离较远时精确度较低, 故要尽量选取短距离的RSSI值作为有效参考值, 摒弃距离较远的是RSSI值。
故剩下的未知节点找出到以上三点中最近的两点为坐标参考点, 依据到这两个节点的距离以及这两点的坐标, 选择与剩余的第三个节点相反的方向, 确定未知节点的x坐标和y坐标。定位系统数据处理程序框图如图5所示。
4.4 坐标显示设计
将节点的x坐标和y坐标捆绑成簇, 将所有节点的坐标簇创建成簇数组。利用绘制多曲线xy图控件, 设置合理的坐标范围和修饰, 将所有节点在坐标系中显示出来。
5 试验验证及探究
5.1 信号衰减规律实验和探究
在空旷的操场上标记0~ 70 m, 协调器连接上位机置于0 m处, 子节点分别在0.5, 1, 1.5...9.5, 10; 11, 12...29, 30; 35, 40...65, 70 m处连续向协调器发送数据。基于LabVIEW的上位机软件存储这些数据, 实验完成后进行数据处理。
每个距离点处测量30 组RSSI, 对数据进行高斯滤波处理。将处理后RSSI值为x轴, 距离值为y轴绘制关系图, 如图6 所示。
根据1 中信号衰减模型, 利用matlab进行拟合, 得出A = -43.78, n = 1.033。故公式 ( 6) 为:
式中: d表示任意两节点之间的距离, Pd表示两节点直接的RSSI值。
5.2 动态参考点下的群组定位实验验证
根据5.1 中得出的信号衰减规律, 将任意两点之间的RSSI转化为任意两点之间的距离信息。
在空旷的条件下进行4 个节点的实验, 将4 个节点分别放置在一个边长为5 m的正方形的端点上, 理论坐标为 ( 0, 0) 、 ( 5, 0) 、 ( 5, 5) 、 ( 0, 5) , 利用设计的系统进行测试, 测试结果如图7 所示, 从图7 中可以看出, 4 点的坐标分别为 ( 0, 0) 、 ( 5.5, 0) 、 ( 4.69, 5.19) 、 ( 0, 5.9) 。实验测得的位置信息与实际情况比较接近, 具有一定的应用价值。
6 结语
在Zig Bee无线传感网络中, 利用信号衰减原理, 设计了动态参考点下的群组定位系统, 设计中特别注意了RSSI在不同距离下精度不一样的的特点, 摒弃了传统的固定参考点下定位应用, 并利用Lab VIEW平台设计了上位机软件, 将节点的位置在坐标系中直观的展现出来。经过实验验证, 系统的整体误差较小, 具有一定的应用价值和参考价值。同时研究中也发现为了进一步提供定位的精度需要大量的实验数据拟合出信号衰减规律, 同样需要优化天线, 减少方向性对信号衰减的影响。
摘要：基于Zig Bee的无线传感网络因其组网方便、低功耗、具有网络自愈性等特点, 在群组定位中具有较大的潜力。但传统的定位方法在实际应用中有很大局限性。采用动态参考节点定位方法, 即依据群体中任意两个节点之间的RSSI值 (接收信号强度指示) 推算出任意两节点间的距离信息, 再利用Lab VIEW上位机软件将任意两节点间的距离信息处理成为群组节点的相对位置信息, 并将其在坐标系中形象地显示出来。经实验验证, 多节点群组在动态坐标系中能够显示出来, 且节点距离6 m范围内多次测量误差在0.51 m。研究结果表明, 该设计对动态参考节点群组定位技术研究具有一定的参考价值。
关键词：ZigBee,接收信号强度指示,动态参考点,定位,高斯滤波
参考文献
[1]刘占荣, 刘全.自行武器系统的定位定向方法探讨[J].情报指挥控制系统与仿真技术, 2003 (1) :33-36.
[2]陈铁军, 丁代民.基于Zig Bee的自行火炮定位布阵系统研究[J].计算机工程, 2011, 37 (3) :272-274.
[3]罗清华, 罗悦, 彭宇.基于Zig Bee的制导炮弹测试信息无线传输系统[J].计算机测量与控制, 2011, 19 (11) :2717-2720.
[4]孙利民.无线传感器网络[M].北京:清华大学出社, 2005.
[5]李皓.基于Zig Bee的无线网络技术及应用[J].信息技术, 2008, 10 (1) :12-14.
[6]王钊, 姜飞, 赵河阳, 等.Zig Bee网络中关于RSSI测距技术的研究[J].测试技术学报, 2011, 25 (4) :301-304.
[7]张橙, 宋学瑞.基于Zig Bee的RSSI测距方法精度研究[J].湖南工业大学学报, 2011, 25 (5) :37-41.
[8]P.Neai, A.N.Joshua.Locatingthenodes:Coo Perativeloealizationinwireless Sensor networks[J].IEEE Signal Proeessing Magazine, 2005, 22 (4) :54-69.
辅助定位 篇6
关键词：GPS,DSP,空域监测
在日常的管制工作中, 在管制区域之内, 不但有很多的民航航班在飞行, 同时还有一些频繁相关的飞行训练, 而且民航的航空路线和部队的空域之间相隔的距离又非常近, 民航的航线和部队的航线相互穿插是经常有的现象, 这在无形中就增加了航空管制员的工作压力。在部队的空域飞行中, 通常都有机动性非常高的飞行训练活动, 那么就需要很大的使用高度范围, 但是空域的外面就是很多非常密集的航路的航线, 因此部队训练飞机的快训练高度范围通称是指空域外航路航校的高度层。如果训练飞机在飞行时偏离或者是超出了相应的范围之外, 就随时都有可能造成和民航之间的飞行冲突。所以为了保证民航飞行和训练飞行的安全, 就需要设计一种基于DSP硬件的监测系统来辅助管制员的工作, 如果在没有安全高度差的情况下, 空域之外的飞行目标接近空域的飞行目标要超出空域时, 就会发出报警, 进而提醒管制员使得管制员可以及时进行调度。
1 对空域监测的作用和有冲突可能范围的选择
飞行冲突在航空管制中时有发生, 导致这种情况的原因有飞行人员操作方面的, 也有飞机仪表自身显示方面的误差和在比较恶劣的天气时的绕飞等, 在通常情况下, 飞行目标和空域之间的安全间隔距离为十公里。
假定在某管制区域内有X架飞机在飞行, 通过使用DSP对相应的飞行目标的信息进行必要的提取, 再对不同的目标到空域的边界点之间的距离进行计算。通过公式:就可以计算出来。
在空域之内的飞行目标通常都是速度很大而且机动性极强的飞机, 所以为了保证安全, 必须要持续对其进行监测, 而对于空域之外的飞行目标, 如果离空域的边界较远时, 就没有必要对这些飞行目标进行关注, 所以就可以确定出一定合理的范围。至于这个范围的选择标准, 就是依据解决冲突的有效时间以及相关的安全间隔的规定进行确定的。范围过大和过小都是不合理的, 如果范围选择过小的话, 当DSP发出报警时, 根本就没有充足的时间去解决冲突, 安全保障的作用也就无法实现;如果范围选择过大的话, 就会增加关注的飞行目标, 就增加了DSP的负担, 降低了其可靠性。
2 对空域冲突的监测
所关注的范围被确定之后, 所需要监测的飞行目标也就确定出来了, 计算出该目标高飞行空域各个边界点之间的距离, 确定出飞行目标到空域之间距离最近的边界点, 再计算出飞行目标到和此点相交的两条边界线之间的距离, 通常情况下, 空域中选取的模型为矩形, 如图1所示。
结合图1, 如果要计算出飞行目标到空域边界之间的距离, 通过点和点之间距离的判定方法, 就可以确定出飞行目标和A点之间的距离是最近的, 所以计算出飞行目标到AB和AD之间的距离就可以了, 如果飞行目标和两边的距离都很小时, 表明飞行目标正向着空域逼近。假定AD作为一条纬线, AB作为一条经线, 计算出飞行目标和空域边界的纬度差和精度差, 就等于计算出了飞行目标到空域之间的实际距离了。但在很多临时空域的划设中, 由于受到很多条件的限制, 无法以经线和纬线作为边界, 同时这些空域需要高度实时的监测, 禁止空域外面的飞行目标进入。
对于计算飞行目标到空域边界之间的距离的方法有很多, 其中一种就是通过点到直线之间的距离公式, 下图图2为以空域某一边界点为原点建立坐标系。
结合图2, 求出出航线AB的直线公式, 由于, ax+by+c=0点C的坐标是已知的, 通过点到直线之间的距离公式, 可以得到公式, 设点A的坐标为 (1, 1) , 点B的坐标为 (2, 2) , 点C的坐标为 (3, 3) , 根据对应的坐标点, 就可以得到直线AB的方程式为:
通过该公式就可以计算出飞行目标到空域边界线之间的距离, 尽管该方法是可行的, 但是由于在计算过程中需要建立相应的坐标系, 就会存在地图上的拉伸, 而在拉伸中难免会有误差产生, 而在空中飞行的目标很多, 同时航线也很密集, 如果对实时性的检测要求较高时, 相应的DSP的计算也有着较高的要求。
第二种是通过三角形的面积公式进行计算, 在下图图3为飞行目标和空域一边构成的三角形的示意图。
在上图图3中, AB就是空域的边界线, CD表示目标偏离航线的实际距离, C点表示飞行目标的具体位置, 有S来表示该三角形的面积, 通过海伦公式就可以计算出该三角形的面积, 三角形周长的二分之一为P, 通过面积公式, 就可以得到:, 这样就可以计算出飞行目标到边界线之间的距离了。
第三种是一旦AB确定之后, 就可以求出AC和BC的大小, 当AC+BC为特定的值时, 就可以去确定出一个椭圆, 而且当BC-AC为一个特定的值时, 就可以确定出双曲线, 如图4所示。
结合图4, 可以得到下列公式
用 (1) 和 (2) 相乘可以得到
由该公式计算出的是和AB相垂直的直线, 所以 (3) 中的任意点到AB任何垂线的距离都是相等的, 因此就可以用其来确定出到直线之间的距离。对于矩形代课空域, 在任何直角坐标系中, 通过 (3) 中可以都得到
通过该式就可以确定出一条和AB垂直和AD相平行的直线, 通过点A到直线之间的公式, 可以得到
通过该公式, 就可以计算出飞行目标到AD之间的距离, 通过同样的方法, 就可以计算出飞行目标到AB之间的距离, 可以将 (5) 式转化为
现在将BA作为X轴, 将BA的中轴线作为Y轴建立坐标系, 如图5所示。
由于点A、点B和点M的坐标是已知的, 将其带入到 (4) 中, 就可以计算出飞行目标到AB中轴线的距离, 由此, 点M到AD之间的距离就可以通过公式
(7) 计算出来, 通过此公式对飞行目标偏进空域的实际距离是比较容易的, 但是该方法仅仅适合对直角坐标系的计算, 对特殊情况是不适合的, 所以该种计算方法有一定的局限性。所以为了避免这种局限性, 可以通过矩形覆盖的方法。
3 结语
通过MATLAB仿真方法对上述的三种计算方法进行仿真, 结果表明这三种方法都能计算出飞行目标到空域边界之间的距离。在这三种方法当中, 第三种方法在对矩形的空域的监测中要比其它两种方法简单。当空中的飞行活动较为密集时, 该方法有很重要的作用, 可以提高辅助监测系统的可靠性, 同时它仅仅依靠GPS系统进行目标定位, 以及通过航空管制对二次雷达系统的信号进行传输, 在系统上也有一定的局限性, 需要不断改进。
参考文献
[1]于连生, 刘华章, 隆高.基于DSP和GPS定位航空管制空域辅助监测系统浅析[J].电子测量技术, 2009 (12)
[2]窦荣.基于飞行需求的航路动态管理[J].航空计算技术, 2008 (38)
[3]杨云斌.空域管理与评估系统集成研究[J].中国民航飞行学院学报, 2003 (2)
[4]陈锦桑.北京航路管理中心筹建设想[J].国际航空, 2007 (4)
[5]万莉莉.空域管理相关技术研究[J].中国民用航空, 2007 (10)
辅助定位 篇7
计算机辅助外语教学 (Computer Assisted Language Learning) 简称CALL, 也就是说把计算机技术和外语教学相结合起来的一种教学方式, 外语教师在外语教学中以计算机技术为主导, 改变“以教师为中心”的传统教学模式, 采用全新的以“教师为主导、学生为主体”的开放式教学模式, 把多媒体的教学方式运用到外语教学中去, 充分利用网络技术和多媒体技术, 以完成培养学生的英语综合应用能力的目标。
二、计算机辅助外语教学的优势与不足
(一) 优势分析
1、立体化、全方位优化外语教学环境
外语教学属于语言学习, 人类能很快的熟练掌握一门语言, 是需要一定的语言环境、语境和情境的。就比如幼儿在哪个地方出生, 就可以熟练掌握当地的语言, 就是语言环境和语言氛围的原因。但是在传统的外语课堂教学中, 教学手段相对而言就比较单一了, 纯粹就是外语教师个人孤军奋战, 对教师的依赖性比较大, 教学设备往往也就是一支粉笔、一块黑板这样的简单和陈旧, 不能给学生提供一个很好的语言环境和氛围。但是计算机辅助外语教学则可以改变这一点, 利用多媒体技术, 将枯燥的课本内容以不同的方式展现出来, 比如图形、音频、图像、动画、视频等, 从而强化学生在视觉和听觉上的感觉。教学的内容声情兼容、图文并茂、动静相依, 呈现的方式也全方位立体化, 这样既优化了外语教学环境, 也激发了学生的学习兴趣, 调动了学生的学习积极性、提高了学生的参与度, 学生由被动填鸭变为主动学习。
2、促使个别学习成为可能
在传统的外语教学中, 学生对教师的依赖非常大, 所学内容完全要靠教师的单一方向的灌输, 学生是被动时代的填鸭, 教师为了照顾大部分的学生, 教学进度一般比较适中, 而对于接收能力较好的学生即使已经掌握了现有知识, 也只能在原地等候大部队, 对于接收能力差的学生就会越来越吃力。但是在计算机辅助外语教学中, 因为有了计算机和网络技术的支持, 学生可以根据自己的学习进度、认知方式、学习风格选择合适自己学习的资料来进行个别化的自主学习。学生脱离了对教师的过分依赖, 成为了学习的真正主体, 由被动接受变成了主动学习, 利用多媒体技术找到适合自己学习的内容进行的分析和交互, 并在这个过程中不断促进自己的认知和发展。所以说计算机辅助外语教学促使了个别学习成为可能。
3、支持合作学习
语言主要用于人和人之间的交流, 所以任何语言学习相互之间必须有互动, 互动的频率、互动内容的宽广直接影响着学生的掌握语言的能力。在语言教学中互动主要是两种, 一种是教师和学生之间的互动, 一种是学生和学生之间的互动。而在传统的教学中, 语言学习的互动更偏重于第一种也就是教师和学生之间的互动, 一般以师生问答的方式来体现, 学生和学生的互动相对较少, 一般是以小组讨论的方式来体现, 但是因为教学模式以及课堂时间的限制, 师生互动和生生互动都有一定的局限性。而计算机辅助外语教学就突破了这个局限性, 则很好地支持了学生的交互活动, 比如E-mail、bbs等工具的运用, 突破了时空限制, 实现了多边互动, 增强了师生、生生之间的交流和合作, 达到资源共享, 促进了合作学习。
4、有利于语言知识的更新
语言是一门很特殊的学科, 并非一成不变的, 而是随着时代的发展不停的在发生变化, 而且所表达的意思也会随着主体和情境的不同而发生变化, 比如说逃之夭夭, 其本来取之诗经“桃之夭夭, 灼灼其华”是表达一个美好的意思, 但是在后来的变迁中就变为了逃之夭夭, 带有贬义的意思。外语也如是, 也在不断的变化, 比如我国的网络词语“不作死就不会死”也收入到了美国俚语中去, 即“no zuo no die”, 所以说语言是在不断变化的, 但是语言类的教材编撰和选择一般会滞后于语言的发展, 然而现在因为互联网的原因, 语言的发展日新月异, 大量网络新词诞生, 如果还只是仅仅参考教材, 就很不利于学生语言知识的更新, 而利用计算机辅助学习的话, 可以及时地提供资料, 多层次和多维度的展现语言风貌, 为学生学习外语提供良好的平台。
(二) 不足分析
1、人文关怀的缺失
传统的外语教学中, 学生对教师的依赖性很重, 但是在计算机辅助条件下, 课堂上使用了先进的设备和技术, 大大减少了学生对教师的依赖, 但是从另一个角度来说, 这也导致了人文关怀的缺失。一方面教师更注重多媒体的课件内容而忽略了对学生的关照, 从而使得教师和学生之间的关系疏远;另一方面计算机辅助内容虽然丰富, 但是缺乏人与人之间真实感情的交流, 学生感受不到教师人格魅力的感染, 不利于教师了解学生的真实心理, 不利于学生的心理健康发展。
2、教学内容过于空洞
虽然说计算机辅助外语教学提供了立体化全方位的一个外语教学环境, 创造了一个良好的外语教学氛围, 但是目前普遍存在的一个现象就是外语教师对课件的认识不够深入和透彻, 甚至有的外语教师对课件的编制侧重于形式而不是内容, 这就导致了教学的内容过于空洞, 这种流于形式的教学也就对学生的学习产生了干扰和妨碍。
3、教育产品适用性和可信度低
正所谓术业有专攻, 外语教师的强项在于对于外语的掌握和运用, 而不是对计算机的产品。但是在教学中要适应时代的发展把计算机技术辅助相结合起来, 就必须借助运用了计算机技术的教育产品, 外语教育产品一般是由生产厂商开发的, 但是同样的问题就是厂商对外语教学理论不了解, 再加上在开发时候存在很多抄袭等现象, 既使得产品开发时候掌握不到外语教学的核心和重点, 又让外语教师在各种各样的教育产品市场中找不到恰当的资源, 从而导致了教育产品适用性和可信度低。
4、其他问题
在计算机辅助外语教学中还存在着一些其他问题, 比如信息迷航, 即资料过于丰富使得学生抓不住重点, 在各种链接中容易出现偏离和迷航, 既浪费了时间, 也降低了学习效果;外语教师对计算机技术过分的依赖, 背离了计算机辅助外语教学的初衷;外语教师对自主学习理解成了自由学习, 没有顾忌学生心智不全、自制力不强的特点, 在学生多媒体和网络学习过程中疏于监督等等。
三、计算机辅助外语教学中教师定位分析
在传统教学中, 教师是一个“传道授业解惑”的主动性身份, 在传授知识的教学过程中占有绝对主导的地位, 但是在计算机辅助外语教学中, 对外语教师的角色提出了更高的要求, 教师不再是单一的主动授课, 原来传统的以教师为中心的教学模式转变成了以教师为主导、学生为主体的开放式教学模式, 外语教师成了学生自主学习的引导者、资源的提供者和学生外语学习实践活动的组织者等多层角色。
(一) 教师是引导者
外语教师应该是学生语言学习的引导者, 也就是指引和培养学生的自主学习能力。学生才是学习的主体, 教育信息化的关键不是说在教育过程中使用了多媒体信息技术, 而是多媒体呈现方式所包含的教学内容和教学方法, 外语教师应该适应时代的要求积极改变自身的教育理念和教学方式, 以开放的教学态度引导学生自主学习, 让学生在计算机多媒体技术的帮助下学会发现并解决问题, 并在形形色色的网络资源中加强学生的自控能力, 引导学生寻找并利用真正有用的资源, 从而提高学生外语语言的掌握和应用能力。
(二) 教师是提供者
在计算机辅助外语教学中, 外语教师应该适应学生语言学习的个性化需求, 根据学生的个体差异和实际水平提供相适应的教学内容, 并为学生设计阶梯的外语练习。设计合理的教学内容使不同层次的学生都激发出学习的兴趣, 并获得学习的成就感、增强学生的自尊心和自信心。正因为教师是学习资源的提供者, 所以教师应该有掌握一定的计算机技术并有良好的信息素养, 才能克服自身的局限, 在对学生进行教学过程中熟练运用信息技术传授教育知识和理念, 在众多的网络资源中寻找并提供给学生真正有用的学习资源, 帮助学生进行外语学习, 进而深化外语教学效果。
(三) 教师是监督者
虽然外语学习有了计算机的辅助, 学生外语自主学习能力加强, 个别学习也成了可能, 但是学生毕竟心智还未成熟, 自控能力不强, 教师如果放任自流的话, 学生很容易就会走向偏路, 比如说沉迷于网络。所以教师还是需要对学生的学习过程进行监督。教师应该定期检查学生的学习记录, 监督学习任务的执行和进展等, 以确保学生在多媒体的帮助下掌握和运用外语的能力越来越强, 另外一方面, 学生的学习资料来源于教师的提供, 所以学生的学习效果也是信息的反馈, 监督学生学习也有利于教书下一步的教学思路。同时通过监督和检查, 教师能够及时发现学生在学习中存在的问题并加以帮助和解决。
(四) 教师是评价者
任何一门学科, 学生学习的所取得的成绩和效果都必须要有教师来评价, 外语学习也不例外。外语教师也要通过定期测试等方式来对学生的外语学习成果来进行全面、科学和客观的评价。通过这种测试和评价, 教师可以较为全面和客观的了解学生的实际学习情况, 并进行引导和帮助, 以促进学生努力和进步。在信息化的时代, 外语知识的更新速度日新月异, 教师和学生共同面对这些新的知识, 而外语教师作为学生学习的主导者、提供者和评价者, 必须具备终身学习、创新与研究的能力, 在计算机技术的辅助下不断扩展和充实自己的知识面, 提升自身综合素质。只有不断完善自己的知识体系和结构, 才能全面、客观和科学的对学生的学习成果进行评价, 才能帮助学生不断的成长和进步。
(五) 教师是组织者
教师是组织者也就是说在学生外语学习中, 外语教师是课堂语言实践活动的组织者, 这一点不管是在传统的外语教学中还是计算机辅助外语教学中都是如此。计算机辅助外语教学模式中, 外语教师不仅仅要在课堂教学中活跃课堂气氛、调动学生的主动性, 并应该利用强大的网络资源, 营造适合学生交流的课堂环境, 创造沟通需要并提供交流策略等, 所以外教必须具备交流与协作的能力, 能够积极的为学生创造实践活动, 比如组织演示法、讨论法、训练和实践法、游戏法、合作学习法等一系列的方式方法, 以促进师生、生生之间的外语交流。
(七) 教师是辅导者
计算机辅助外语教学有利于学生进行自主学习, 但是自主学习不等于自由学习, 教师除了要监督外, 还要进行相应的辅导, 国家教育部制定颁布的《课程要求》中就特别强调了要重视外教在计算机辅助外语教学中的辅导作用。在网络环境下, 外教的面授辅导突出了个性化教学的优势, 学生在外教的辅导下, 借助计算机的帮助, 结合自身的时间、水平和特点, 选择恰当的符合自身学习的内容, 从而熟练掌握其外语综合应用能力。
结束语
计算机辅助外语教学打破了外语教学的传统模式, 有着立体化全方位优化外语教学环境、促使个别学习成为可能、支持合作学习、有利于语言知识的更新等优势, 为外语教学带来新的活力, 同时也存在着人文关怀的缺失、教学内容过于空洞、教育产品适用性和可信度低等不足, 所以也对外语教师的能力提出了更高的要求。在外语教师由原来的单一身份走向立体, 扮演了学生自主学习的引导者、资源的提供者和学生外语学习实践活动的组织者等多层角色。
参考文献
[1]金霞, 郑树棠, 刘雅敏, 张立芹.计算机辅助英语教学模式和传统英语教学模式比较研究[J].中国大学教学.2010 (9) .
[2]顾佩亚等.计算机辅助语言教学理论与实践[M]//顾佩亚.迎接外语教学信息化未来.上海:复旦大学出版社, 2009:48.
辅助定位 篇8
大连市金州滨海大桥全长900m,主桥240m为单塔双索面混凝土斜拉桥。主塔全高72.3m,桥面以上高55.01m,主塔为空心箱形截面H型塔柱。主梁宽18.4m。设计为13组斜拉索,共计52根,斜拉索采用扇型密索面布置。
斜拉桥为多次超静定结构体系,每个节点定位要求十分严格,否则节点坐标的变化将影响内力的分配和成桥线形。而斜拉索是连接塔和梁的纽带。斜拉索锚固钢套管(索导管)是塔柱及主梁上的重要构件。
采用计算机现场辅助测量定位,操作简便并且定位精确。
2 测量定位原理
通过计算机AutoCAD绘制主塔索导管三维图,每根索导管设计三维坐标在图上均为已知。将实际索导管需测量定位的点作出标记,通过全站仪对索导管实际坐标进行测量,将实际坐标输入计算机中,与设计坐标进行对比。找出偏差量,再进行调整索导管,使其达到设计要求。
3 测量定位
3.1 控制点网及BM水准点的布设
在桥位周边布置5个测量控制点呈网状。控制点距离桥位适中,约100m左右,并且控制点之间相互通视。控制点的布设便于观测主塔及主梁各部位,减少不通视带来的测量障碍。控制点同时设为BM水准点。控制点采用钢钉设置,顶端划出细十字线,四周采用C20混凝土保护,确保控制点位置精确并不被损坏。
3.2 索导管制作
索导管在工厂加工制作,索导管与锚垫板间用机械自动焊接工艺。索导管管径、壁厚应与设计相一致。索导管下料长度及与锚垫板焊接垂直度应严格控制。
索导管测量定位主要是保证索导管中心及锚垫板中心坐标与设计相符,但索导管与锚垫板中心为空心,无法精确测量定位。因此将索导管中心定位引至索导管外壁,便于直接操作。索导管工厂加工时在索导管顶端划出索管轴线,并在锚垫板上及索导管下出口10cm处作好明显标记(A、B、C三点)。A、B、C三点即为实际索导管测量放样点(如图1索导管测量控制点布置图)。
3.3 索导管实际测量定位
根据设计图纸索导管与塔柱相对位置,利用钢尺将索导管位置初步定位,采用100×63×10角钢与主塔劲性骨架焊接,作为索导管托架。托架位置比实际索导管位置略低3～5cm,将索导管放置在托架上。
采用瑞士徕卡TC2003型全站仪,将小棱镜放置在索导管A、B、C三点进行测量,将A、B、C三点实际三维坐标输入计算机主塔索导管定位图中,量出A、B、C三点实际坐标与理论设计坐标偏差。采用对讲机通知塔顶人员对索导管进行位置调整。
索导管A、C两点处各设置两道U型卡扣,两道卡扣分别为横向与纵向设置。卡扣另外一侧与塔柱劲性骨架临时焊接。中间设置螺纹杆,可以进行位
置微调(卡扣形式如图2、3)。利用横、纵向U型卡扣可以调节索导管横、纵位置,从而保证索导管位置精确。
索导管调整后重新进行测量,将测量数据再次输入计算机内,找出坐标偏差,并调整索导管位置。依照此方法反复进行,最终达到设计要求后采用型钢将索导管与塔柱劲性骨架焊接牢固,最后复测达到要求后即完成一根索导管的测量定位工作。
4 经验总结
采用计算机辅助测量定位索导管优点为:可以检测出索导管实际偏差量及偏差方向,便于及时进行构件调整,保证施工测量放样精度,并且可操作性强,能够快速精确定位。
此方法也可用于主塔模板定位放样及其它对于测量定位要求较高的工程。可以进行推广。
摘要：以大连金州滨海大桥为例,简要介绍斜拉桥中计算机辅助测量定位索导管技术,主要是通过计算机AutoCAD绘制主塔索导管三维图,通过全站仪对索导管实际坐标的测量,将实际坐标输入计算机中,与设计坐标进行对比。找出偏差量,再进行调整索导管,使其达到设计要求。
辅助定位 篇9
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择择期行上肢手术的病人40例, ASAⅠ～Ⅱ级, 年龄19岁～68岁, 男性26例, 女性14例, 体重46～75kg, 均无凝血功能异常及穿刺部位附近感染。40例患者随机分为两组, Ⅰ组采用神经刺激器辅助定位行肌间沟臂丛神经阻滞, Ⅱ组采用常规的肌间沟异感定位法, 每组20例。神经刺激器为德国贝朗公司生产STIMUPLEX-DIG型, 刺激电极与注药针头合为一体。
1.2 方法
患者常规禁饮禁食, 术前30min肌注阿托品0.5mg, 苯巴比妥钠0.1g。入手术室后, 监测血压、心率、心电图、脉搏血氧饱和度。开放静脉后, 输注复方氯化钠5mL/kg·h 。神经阻滞前静脉给予咪唑安定1mg, 芬太尼0.1mg, 使患者镇静。Ⅰ组:用刺激器电极复合针, 将神经刺激器初始电流调为1mA, 频率为1Hz。当探及所欲阻滞区域的肌肉收缩时, 逐渐减少刺激电流至0.3～0.5mA, 仍有肌肉颤搐, 则说明定位准确, 可注入试验剂量局麻药1～2mL, 肌肉运动立即消失, 若无异常反应, 回抽无误, 可注完余下的局麻药。Ⅱ组患者采用异感定位, 当上肢有放射痛直达手指时即可注入局麻药。局麻药均为1%利多卡因﹢0.25%布比卡因混合液, 剂量为体重<50kg, 给予20mL;体重>50kg, 给予30mL。局麻药中均含1∶20万的肾上腺素。
1.3 观察指标
(1) 记录神经阻滞的起效时间:阻滞完成至镇痛完全, 可以开始手术。 (2) 记录镇痛持续时间:阻滞完成至术后第一次要求镇痛。 (3) 记录阻滞的成功率:以不需辅助任何镇静或镇痛药即可完成手术为阻滞成功的标准。若阻滞效果未达到手术要求, 则需追加神经阻滞或改为全麻。 (4) 记录阻滞过程中, 探寻异感的次数、有无血肿形成及神经并发症。
1.4 统计学方法
采用SPSS12软件进行统计分析, 计量资料以均数±标准差undefined表示, 组间比较用两样本t检验, 计数资料用卡方检验, P<0.05为差异有显著性。
2 结果
两组患者年龄, 体重, 手术时间均差异无显著性 (P>0.05) 。Ⅰ组 (神经刺激器组) 的臂丛神经阻滞的成功率为95%, Ⅱ组 (异感定位组) 成功率为70%, 差异有显著性 (P<0.05) 。Ⅱ组有4例患者追加了神经阻滞, 2例患者改为全麻后完成手术。神经阻滞探寻异感时, Ⅱ组患者中有9例3次以上反复探寻, 而Ⅰ组患者中仅3例有3次以上反复探寻异感, 但两组探寻异感次数差异无显著性 (P>0.05) 。Ⅰ、Ⅱ组病人神经阻滞起效时间, 镇痛持续时间差异无显著性 (P>0.05) 。两组神经阻滞起效时间、镇痛持续时间、阻滞的成功率及阻滞中探寻异感次数见表1。两组病人均没有血肿形成及神经并发症。
*与Ⅰ组相比, P<0.05.3。
3 讨论
传统的臂丛神经阻滞定位有赖于病人的配合, 并通过寻找异感来进行神经定位, 难以准确确定臂丛神经的位置, 因而神经阻滞效果难以保证, 反复探寻异感还易出现神经损伤和出血等并发症[1]。能否在体表精确的确定臂丛神经的走行, 并使局麻药注入臂丛神经是获得满意的臂丛神经阻滞, 是减少其并发症的关键。神经刺激器辅助定位用于肌间沟臂丛神经阻滞, 无需患者诉说异感, 凭借刺激器产生单个刺激波, 刺激周围神经干, 诱发该神经的运动分支所支配的肌纤维收缩, 就可以准确定位臂丛神经[2]。用神经刺激器定位可使穿刺针在到达神经鞘后, 接近神经丛观察肌肉收缩而不必损伤血管和神经。当针尖靠近神经时, 减少刺激电流至0.3 mA～0.5mA的阈电流时, 仍有肌肉收缩, 可认为穿刺针已非常接近臂丛神经, 即可注入局麻药。另由于穿刺针较小, 且为短斜面针, 易于识别筋膜结构, 不必触及神经干即可引起肌肉收缩减少了神经和血管损伤的机会。本组实验结果显示, Ⅰ组 (用神经刺激器辅助定位组) 的成功率较Ⅱ组 (异感定位组) 成功率高。有试验证实用20mA以上的电流直接刺激神经才会引起外周神经的电损伤, STIMUPLEX-DIG型神经刺激器的最大输出电流是1Hz或2Hz, 5.0mA, 而在实施臂丛神经阻滞时, 以1Hz、1.0mA为宜[1], 这样患者只有肌肉收缩而无感觉不适, 因此使用该神经刺激器既有效又安全。
本实验表明, 使用神经刺激器辅助定位行臂丛神经阻滞, 准确率高, 操作简易, 对血管神经损伤小, 是一种简单、安全、有效的方法。
摘要：目的 探讨应用神经刺激器辅助定位实施肌间沟臂丛神经阻滞的效果。方法 对40例行上肢手术的患者随机分为2组, 每组20例。Ⅰ组采用神经刺激器辅助定位, Ⅱ组采用异感定位。局麻药均为1%利多卡因﹢0.25%布比卡因混合液, 剂量为体重<50kg, 给予20mL;体重>50kg, 给予30mL。局麻药中均含1∶20万的肾上腺素。结果 Ⅰ组神经阻滞完全19例, 阻滞不全1例。Ⅱ组神经阻滞完全14例, 阻滞不全6例。神经刺激器辅助定位组神经阻滞的成功率显著高于异感定位组 (P<0.05) 。结论 应用神经刺激器辅助定位实施臂丛神经阻滞, 比异感定位准确, 阻滞成功率高。
关键词：神经刺激器,肌间沟臂丛神经阻滞
参考文献
[1]薛智东, 吴新民.神经刺激器在臂丛神经阻滞中的应用[J].临床麻醉学杂志, 2002, 18 (3) :132.