人机系统

人机系统（精选12篇）

人机系统 篇1

0引言

人机工效是汽车产品非常重要的使用性能, 一直是汽车厂商非常重视的内容。如同大多数产品一样, 用户极少参与汽车的设计过程, 这使得在设计中充分考虑用户特点和需求、以用户为中心进行人机工程学设计变得尤为重要。企业在进行设计方案的验证时, 除了采用虚拟验证之外, 还通常要制造产品的物理模型 (或样车) , 邀请技术人员和管理人员 (乃至目标用户) 对设计方案进行主观评价。这种物理模型评价试验称为物理模型测试, 具有直观、可靠的优点。虽然, 物理模型测试仍然是目前汽车虚拟设计评价所替代不了的, 但模型的制作成本通常较高, 为了节省开支, 通常只对少数认为可行的方案进行物理模型测试。物理模型测试需要在设计方案 (甚至是详细结构) 基本成形之后才能够进行, 因此, 时间上比较滞后, 加之方案的修改和再评价在原物理模型上很难实现, 必须返回设计环节进行改进, 使得设计周期大大延长。此外, 上述基于产品物理模型的主观评价方法不容易与其他评价手段相结合, 并且所制作的物理模型难以用于对一些人机工效问题进行深层次研究[1]。正是因为存在上述问题, 一些汽车公司对可调节和反复使用的产品物理模型进行了研究和开发, 并应用到了产品开发实践中, 取得了较好的使用效果[1], 较典型的是福特的一体化布置设计、评价系统 (integrated package design andappraisal system) [2-3]。

就可调节人机验证台架而言, 一些研究机构曾经进行过类似的研究和开发, 例如:国内一些研究机构就曾经针对不同的使用场合开发了专门验证前排驾驶工效的试验台架, 用于模拟汽车或飞机驾驶舱和分析验证驾驶员人机工效[4-8]。目前的可调节人机验证台架还存在下述问题:1通常主要用于某种人机工效试验研究, 很少用于实际产品的设计方案呈现;2少数用于产品验证的台架也主要针对某种特定车型进行验证, 同一个台架不能针对不同类型的车型进行验证。3一般不具有验证内饰设计的功能, 即使有内饰验证功能, 通常只适合安装某种车型的内饰, 而不能适合安装不同乘用车型的内饰, 因而内饰验证方面功能具有局限性。

受长安汽车公司委托, 吉林大学汽车工程学院主持开发了用于乘用车人机工效和内饰设计验证的可调节台架系统, 目标是既要克服目前可调节人机验证台架存在的上述问题, 还能在一个台架上实现乘用车开发过程中的人机工效和内饰设计的双重验证功能。

1设计需求分析和目标定位

1.1覆盖车型

覆盖足够宽泛的车型范围, 快速、准确地呈现各种车型的设计方案, 是人机台架系统最基本的功能要求。本文的人机台架系统主要面向乘用车 (M1类[9]) , 包括轿跑车、敞篷车、轿车、CRV、 SUV、MPV等车型。这些车型的一些典型设计参数范围如表1所示。台架的主体结构和尺寸仿照真实的三厢轿车设计, 但可以用于呈现整个乘用车范围内各种车型的设计方案。

1.2功能要求

为了能够快速、准确地表达各种乘用车的设计方案, 要求座椅、仪表板、操纵件 (转向盘、踏板、 换挡杆、手制动杆) 、立柱、顶盖和车身闭合件 (车门、发动机舱盖、后背舱盖) 等能够按照该车型的设计参数值在台架上进行布置, 因此, 必须将这些部位设计成具有足够的活动自由度部件, 并能够在各自的自由度方向上进行无级调节。主要的调节自由度见表2。从轿跑车到各级别轿车, 再到SUV、MPV等, 表2中很多部位的活动自由度 (与绝大多数汽车布置参数相对应) 都在一个较大的范围内变化。对于本身就带有调节功能的零部件 (或车身附件) , 如座椅、转向盘等, 其自身的调节范围远远不能满足要求, 必须额外补充调节量。 所有直线自由度的调节精度控制在1mm以内。

对于座椅、转向盘、换挡杆、仪表板等, 不同车型会采用不同厂家、不同规格和尺寸的总成, 这就要求它们能够方便地拆装。由于本台架的另一主要功能是对部分内饰的效果进行验证, 这也要求这些内饰能够方便地安装和更换。

容纳乘员的空间应该能够适合各种常见的人群, 因此, 相关布置参数的统计计算应考虑极限人体尺度的目标人群。计算所采用的部分人体尺寸参见表3。

在人机台架上验证的主要内容包括:1乘员乘坐和活动空间;2驾驶员和后排乘员视野;3驾驶员操纵的方便性和舒适性;4乘员上下车和进出方便性等。

1.3结构要求

台架除了要具备足够的结构强度之外, 还要有较高的刚度, 以保证各活动部件的调节机构能正常发挥作用, 避免造成零件磨损和调节精度下降;而整体结构则应尽可能轻量化。结构和机构的实现应确保使用中无危险。为了便于今后进行维护, 各部件及其调节机构应采用模块化设计和制造, 并尽量采用螺钉连接进行装配。除此之外, 在结构的设计上还力求做到受力均匀、变形协调、 强度相等和载荷传递路径短等[10]。

2概念设计

2.1总体框架

根据设计需求和目标定位, 确定了整个系统的总体概念方案。整个台架系统所包括的各部分内容见图1。目前的工作主要针对硬件系统的开发, 包括结构框架设计制造、车身零部件改装、各自由度调节机构设计制造和控制系统开发。

2.2定位基准系统

定位基准的合理选择对于设计、制造和使用非常重要。设计基准通常采用硬点来实现, 能够直接与现有的标准兼容, 如SAE J1100[11]。若某方面尺寸在标准中没有相关硬点定义, 则需要根据具体情况自行定义定位基准。制造基准的选取则更多地考虑保证设计和制造精度。使用中的定位基准包括一些硬点和厂商自定义的、用于定位一些形状不规则的零部件的基准。限于篇幅, 本文只介绍设计中的定位基准, 如图2所示。图2中, PRP为加速踏板基准点 (pedal reference point) , AHP为加速踏板踵点 (accelerator heel point) , SgRP为乘员的乘坐基准点 (seating ref- erence point) , FRP为后排乘员的踵点 (floor ref- erence point) [11]。除此之外, 在仪表板、立柱、车门、顶盖等处还自定义了一些基准, 用以表示对应的机构的位置, 由于涉及一些技术秘密, 本文不予列出。

2.3前排空间设计

本台架用于人机工效验证, 就必须能够适应各种身材和体型的人进行工效试验, 故应该按照极限尺寸的人来设计前后排乘员的乘坐空间。本文参照了欧美和亚洲国家的极限尺寸人体数据, 充分保证对绝大多数人群的设计适应度不小于99%。图3为前排乘坐空间设计结果。图3中, 空间p1-p2-p4-p3为综合考虑各国人体尺寸之后0.5到99.5百分位驾驶员乘坐空间范围;空间p1-p2-p6-p5为座椅调节机构的最小行程范围;空间p5-p6-p8-p7为台架补充的调节范围, 其中空间p3-p4-p8-p7是容纳可能出现的超大尺寸身材驾驶员的乘坐范围。图3中, x方向的坐标原点为PRP, z方向的坐标原点为AHP。为了验证所设计的范围, 图3中绘出了成年人最短下肢长度 (位置Ⅰ) 和最长下肢长度 (位置Ⅱ) , 分别对应于亚洲国家女性和荷兰男性, 可见, 设计范围已经完全覆盖目标群体尺寸范围 (完全容纳下肢长度) , 并且前后端都留出了必要的后备范围。

2.4后排空间设计

后排空间设计同样应保证能够表现各种乘用车型的设计方案, 因此, 需要对现有的典型乘用车后排空间大小和位置进行统计分析。图4中给出了典型的6辆各级别乘用车后排空间 (图中以L50表示, 定义为前后排乘坐基准点SgRP之间的前后距离) 尺寸。根据典型乘用车后排空间大小和位置的统计结果, 参照前排座椅的最前和最后位置, 最终确定后排所需的最大和最小空间及乘坐位置。

2.5其他空间设计

宽度方向需要确定座椅和立柱的调节范围, 高度方向需要确定顶盖高度、发动机罩C点高度和后备舱D点高度的分布范围, 确定的依据同样是对各种乘用车型参数所进行的统计分析结果。

3结构设计

3.1调节机构

绝大多数自由度都是沿着直线方向运动, 因此, 可采用直线滑动副和丝杠实现自由度调节, 利用步进电机进行驱动。各自由度调节机构的组成件尽量利用成熟的产品进行集成。个别结构和运动形式特殊的零部件则需要进行特殊加工。因此, 与绝大多数活动自由度相关的零部件结构形式和尺寸就根据已有产品的规格尺寸进行选型并确定下来。

3.2结构验证

为了保证整个系统运行准确、可靠, 在最后确定结构形式和制造之前, 需要对结构的强度进行分析计算, 确保各个部件受力合理, 不会出现局部应力过大的现象。因此, 对于承载大的结构, 都利用MSC.Nastran软件进行了分析计算, 对结构强度和刚度进行了分析验证。

3.3机构DMU分析

由于需要调节的部位和自由度非常多, 一些部位的活动自由度和结构如果设计不当可能还会出现干涉的现象, 因此, 必须进行各部位自由度调节的功能分析, 即进行机构的DMU分析, 一方面验证自由度的功能和相应结构参数的合理性, 另一方面也验证不同自由度之间会不会出现干涉。

4制造和装配

对经过验证的结构和机构进行了制造和装配验证, 并估算了成本, 之后进行了加工、采购和集成。制造采用委托加工的形式。制造完毕的物理模型经过了功能评估、初步验收和最终验收, 结果表明, 本模型的设计和制造符合预期的技术要求。

5结语

本文研究并开发了专门用于乘用车人机工程学设计和验证的台架系统, 并申请了相关专利。 本台架系统目前已经实现了硬件和控制软件部分, 未来将要进一步对相配套的评价和分析软件进行开发, 从而在预期目标的基础上实现更为复杂、方便的功能。相对于目前的同类台架, 本台架的优势在于:1能够非常全面地验证乘员的人机工效;2能够针对各种乘用车型进行验证;3能够对内饰设计效果进行验证。

参考文献

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人机系统 篇2

电传飞机人机闭环系统的诱发振荡

具有潜在危险、突发性的,可能导致飞行失控的严重人机闭环诱发振荡(PIO--Pilot Induced Oscillation)是电传飞机发展阶段频频发生飞行事故的首要原因.迫使人们去研究它产生的飞行动力学机理;查明引发它的飞行控制系统设计缺陷,寻找防范严重PIO的设计方法、工具和工作流程…….电传飞机的PIO事故,实际上在世界范围内推动了对人机耦合问题的`新一轮的再认识,其中包括提出更确切的定义;提出更全面的多种分类方法;开发更有效的,考虑非线性因素、能辨识严重PIO振荡趋势的评估准则.

作 者：冯亚昌 李陆豫 FENG Ya-chang LI Lu-yu  作者单位：冯亚昌,FENG Ya-chang(北京航空航天大学,自动控制系)

李陆豫,LI Lu-yu(沈阳飞机设计研究所)

刊 名：北京航空航天大学学报  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS 年，卷(期)：2000 26(1) 分类号：V212.12 V249.1 关键词：人-机系统   人机振荡   电传飞行控制系统  

水听器测试装置人机交互系统设计 篇3

关键词：触摸屏 PLC 组态软件

中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0091-02

随着现代控制系统和电子设备日益复杂化， 自动测试系统已经成为设备生产，测试和检测过程中不可或缺的重要设备。本装置就是用于对水听器进行测试。水听器俗称声纳，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备，它是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。由于军事或民用过程中对水听器准确性，复杂性和安全性的高要求，使得研制对水听器设备进行检测的智能化自动测试系统具有重要的意义。本装置就是用于进行水听器测试的伺服控制系统。本文的主要内容是关于该装置的人机交互系统的设计。

1 水听器测试装置控制系统基本构架概述

该伺服控制系统的基本构架如图1所示，该系统的动作指令主要由计算机端发出，另有通过RS232连接触摸屏端及通过GPIB/RS485等现场总线与其他控制机构的连接实现人机交互的控制冗余。通过组态界面的交互实现操作人员对PLC控制单元发送指令，进而根据要求驱动各路电机控制机械结构的运动，由编码器得到位置信息传递给PLC，再由人机界面采集反馈至操作人员以实施相应的控制策略等。

2 人机交互软件设计框架

該系统人机交互部分设计成三种方式，即工控机端、触摸屏端及通过GPIB/RS485等现场总线连接其他控制设备，通过对由PC机端采集来的被控对象的实时数据建立而成的数据库的访问可实现实时监控，通过组态软件提供的ODBC对组态软件实时数据库的转储即可下达对被控对象的远程监控操作。

人机交互软件设计的原则是操作简单、方便，界面友好、美观；涉及的基本操作模块有系统管理（可进行登录、注销、帐户管理、系统保护等操作）、控制界面（对执行机构的运动进行实时监控并提供报警辅助信息，辅以软件说明及技术支持等）。此外还需注意触摸屏与工控机界面设计及控制操作保持基本一致，并根据具体器件的属性有针对性地设定相应的功能键，如触摸屏的亮度调节、按键声音设定等。

2.1 触摸屏端软件设计

本伺服控制系统采用的触摸屏采用台湾维纶公司生产的触摸屏。它通过RS232接口与PC端相连将编辑好的图形控制界面下载至触摸屏端，通过RS232或RS485接口与PLC控制单元相连，可由在线/下载执行两种模式对PLC单元实现实时控制。

该触摸屏人机交互界面的开发环境采用该公司软件编辑环境EasyBuilder，在该环境下可实现程序的开发、调用、下载、调试，以及触摸屏内部程序的上传操作等，实现对PLC控制器的友好支持；多窗口种类、元器件类型以供选择及设置可进行灵活、准确的调用关系从而实现切合系统要求的设置；此外开发人员可自行开发向量库、位图库，从而更能实现系统界面的美观化、个性化、实用化。

该触摸屏端软件分为2个子软件，即一个包括用户管理、运动对象操作的完备版，以及一个设定密码页面。

系统的用户分作三个级别，即游客、普通用户及系统管理员。其中，游客无权进入系统，仅可浏览退回至欢迎界面；普通用户可对PLC实施相应控制指令，可以浏览各界面；系统管理员除普通用户可进行的对被控对象的操作之外，还可以进行密码设定及更改操作进而从身份确认、密码管理的角度维护系统的安全。

2.2 PC端组态软件设计

该伺服控制系统采用的工控机是研华主机，配有RS232、RS485、GPIB等多拓展接口与其它设备相连。本系统开发过程中，工控机的RS232（COM1）与PLC编程口相连接进行编程、下载以及在线监视、控制、调试等操作；用RS232（COM2）与触摸屏的RS232口相连接下载控制程序，可进行在线、离线调试操作；用GPIB连接其他机构对该运动系统进行监视、控制操作等。在实际控制系统中，工控机通过RS232与PLC相连接、通过GPIB与其他控制系统相连接，并留有RS485口作为扩展可连接其他控制机构等。

该PC端人机交互界面的开发环境是力控公司自主开发的力控组态软件，该软件主要由组态软件开发环境、I/O Server、数据服务、扩展组件及加密狗驱动五个部分组成。在力控环境下可进行程序的开发、测试、发布、打包等操作；I/O Server提供了PLC、OPC、FCS、微软DDE、OPC、力控仿真驱动等众多组件及设备的驱动可供连接组态软件和现场设备；数据服务即保证开发应用在运行状态下调用实施数据库DB可用于监视数据变量，并为其他WinAPI提供DDE的会话服务及主题（DB|DB）；扩展组件包括控制策略、日志系统、OPC Server、Port Server、ODBC Router等拓展服务，可用于监视组态软件的组件及设备的运行状态、构建工作站、提供实时数据库的转储及控制操作等。

本系统主要用到的是力控开发环境编辑组态软件控制界面，I/O Server监视界面与PLC的数据通讯，实时数据库DB监控组态软件实时数据库运行信息、日志系统记录系统运行信息及ODBC Router转储实时数据库DB至ODBC，生成相应的Excel数据文件甚至Access应用程序以得到符合用户需求的变量或反之由ODBC转储至DB即可实现其他设备或API与组态软件的通讯从而控制PLC执行单元的操作。

PC端控制软件开发工程中综合运用了三维力控组态软件、3dsMAX、Flash、VB、Access等应用软件。PC端组态软件监控系统的分辨率为1024×768像素，为保证伺服控制系统的安全运行，该软件设计过程中将页面设为SPLASH窗口属性且保持窗口焦点。只有在退出该系统后，才能进行其他软件的操作。组态软件主要由欢迎界面、系统管理界面、用户帐户管理、控制界面、操作指南、技术支持机软件版本信息等几个部分组成。各界面的基本操作方法及属性与触摸屏端组态软件类似。

PC端组态软件欢迎界面，主菜单有“系统管理”、“用户帐户”、“控制界面”、“操作指南”、“技术支持”及“关于软件”等六个操作选项。其中用户帐户管理菜单、控制界面进入选项均需用户登录后方能查看。而“操作指南”、“技术支持”、“关于软件”信息则游客亦可浏览。其中点击“用户帐户”及“控制界面”按键后亦可弹出登录窗口，若用户登录不成功，则不能进行此二部分的设定及操作。

伺服控制操作界面主要分为平台控制、主机控制、运动反馈、数据转储、动画监视等几个主要部分组成。如图2所示。

该文通过编制基于触摸屏的PLC控制系统操作软件及基于PC端的PLC控制系统组态软件，在EasyBuilder、三维力控等组态软件环境下，实现了触摸屏及PC机端软件的功能，满足了本系统按照测试要求完成对水听器进行检测的目的，实现了本上位机端软件与实际系统联调及测试。

参考文献

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人机交互地图系统的设计与实现 篇4

关键词：手势识别,手势跟踪,轨迹判定,地图控制,OpenCV

计算机技术水平发展的过程, 也是一个探讨如何更好地与计算机沟通的过程。如果技术构建的生活领先人们目前的生活太多, 就需要设计足够好的用户体验来驱动人们向新技术转变, 这也是人机交互发展的意义所在。更加随意和自然的人机交互方式一直是用户体验研究的主要方向。本文所设计的单摄像头下的单手手势识别地图控制系统, 从肤色检测入手, 并且选择了Camshift算法对人手进行定位跟踪, 选择HSV颜色空间进行自然背景下的肤色提取, 整个系统基于Open CV开发, 包括图像编辑、窗口操作、手势跟踪判定以及图像处理控制等各个模块都采用了Open CV的功能函数, 使用简单, 操作便捷, 具有一定的研究价值和市场前景。

一系统需求分析

本文系统以实现主要的人机交互地图功能为主, 所以一些可供扩展开发的功能没有列入主要的系统需求之内。基于这一前提, 系统需求包括:

显示视频, 在视频中跟踪显示肤色区域;

载入地图图片, 并可以无需更改代码, 更换地图图片;

识别手势指令, 并且根据指令控制图片移动;

在各个程序进程上, 留有扩展开发入口。

根据系统需求, 按照人机交互的顺序, 结合Open CV函数的特点, 设计出系统框架如图1。

二Open CV简介

Open CV的全称是Open Source Computer Vision Library, 开源计算机视觉库。Open CV于1999年由Intel建立, 现在由Willow Garage提供支持。Open CV是一个基于BSD许可证授权 (开源) 发行的跨平台计算机视觉库, 可以运行在Linux、Windows和Mac OS操作系统上。

Open CV量级轻而效率高, 由一系列C函数和少量C++类构成, 同时提供了Python, Ruby, MATLAB等语言的接口, 实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。加上其开源的特性, 处理得当, 不需要添加新的外部支持也可以完整地编译链接生成执行程序, 其代码经过适当改写可以正常地运行在DSP系统和单片机系统中。

Open CV大量应用于人机互动、物体识别、图像分割、人脸识别、动作识别、运动跟踪以及机器人开发等各个领域, 应用非常广泛。通过优化的C代码的编写对其执行速度带来了可观的提升, 并且可以通过购买Intel的IPP高性能多媒体函数库 (Integrated Performance Primitives) 得到更快的处理速度。

三手势识别

手势的表达能力介乎语言与表情、身体姿态之间, 但是在环境的适应性、交互的便捷性方面有突出优势, 所以成为人们研究下一代交互方式的首选媒介。但是手势的复杂性也非常突出, 这一面说明手势识别的难度很大, 另一面说明手势交互能够带来的信息量很大。

本文研究的手势识别是对手势做静态化的大致定位, 对具体细节可以不精确计算, 得到连续稳定变化的目标区域, 具体表现在获得目标区域的稳定性质点 (比如重心) , 在视频流的每一帧连续变化中, 稳定性质点不会发生跳变。本文对手势识别提出的流程方案是:前景提取、肤色提取、手部提取、手势跟踪。

1. 前景提取

在连续变化的视频帧中, 除人体的操作变化之外, 实际上背景通常是静态不变的, 所以将前景提取放在手势识别的第一步进行, 目的在于排除静态背景的干扰。前景提取中的“前景”指在连续图像中变化的图像部分, 前景提取是一个从所有图像数据里面提取动态数据的过程。经过前景提取得出的动态区域, 然后针对动态区域做进一步的肤色识别等流程, 这一步骤提高了识别系统整体的效率。

视频捕捉的视频流之中, 如果假定背景保持不变。通过分析其中移动的前景图像建立模型, 将背景模型和当前帧进行比对可以检测出前景物体, 通过调用Open CV中的absdiff函数即可计算得到。但是对于大多数情况来说, 获取背景图片都不容易。

具体的实现过程主要分为两部分:一部分是调用absdiff函数找出当前图片和背景图片的区别, 使用了threshold函数除去前景。如果当前图片像素与背景图片像素变化超过一定阈值就认定其为前景像素;另一部分工作是更新背景图片, 调用函数Accumulateweighted, 根据权重参数可以调整背景更新的速度, 将当前图片更新到背景中, 将得到的前景提取结果作为mask, 在更新背景图片时避免了前景的干扰。Open CV封装了Background Subtractor MOG类, 为我们做好了相关工作。

此法可以得到的结果是二值化的结果。所以需要采用迭代的过程, 将得出的二值化结果的区域坐标输出, 反馈到肤色提取模块, 再在动态提取后的区域中做分析检测。

2. 皮肤检测

皮肤检测的任务是在视频流中找到皮肤区域, 并且把检测出的目标区域标定。皮肤检测通常作为从视频中提取人体部位过程的预处理步骤。

因为皮肤的特征具有差异性, 根据人们不同的种族、健康或者年龄等不同因素, 都会产生差异, 所以皮肤检测可以是两个维度的工作, 既可以基于肤色检测也可以基于皮肤肌理检测。两种检测方法的原理不同, 目前主要的研究都集中在肤色检测这一方面。因为皮肤的肌理相对肤色来说, 更加细微, 所以检测的难度以及对环境的敏感度都比肤色要高。本文也基于肤色检测进行。

由于皮肤在视频流中的颜色取决于摄像头拍摄时的光照条件, 包括光照的角度以及光照的强度。本文具体讨论在光照不变或者皮肤颜色对光照变化不敏感的条件下进行的情况。

皮肤检测包括如下步骤:颜色空间转换、设定皮肤边界、标定皮肤区域。

颜色空间的值与很多变量有关, 对光照条件等主要的干扰因素的敏感程度不同, 且与肉眼所见颜色并未必有明显的线性关系。因此, 作为皮肤检测的重要环节, 选择颜色空间对皮肤检测模块的性能有很大影响。

因为本系统需要直接定制肤色边界, 所以采用了感性颜色空间中的HSV空间, 包括三个部分:色相 (H) , 饱和度 (S) 以及亮度 (L、V) 。他们从RGB空间非线性转换而来。优势在于允许用户直观制定色调、饱和度的肤色边界。通过设定HSV值, 可以直接看到系统检测的效果, 并可根据效果及时调整。HSV值设定以后的, 满足HSV设定边界的像素点被标记成为皮肤区域。

人体的皮肤是由红色的血液或者褐色以及黄色的黑色素组合而成的, 所以皮肤的颜色是在一个有限的皮肤范围之内。因此, 皮肤检测在将图像转换到颜色空间后, 可以确定一个肤色边界来划定肤色区域。肤色边界是指在颜色空间中, 根据颜色的各个值设定区分条件, 满足条件像素点才能被标定为皮肤像素。

对图片的操作本质上针对一个矩阵进行操作, 每个矩阵上的点具有位置和颜色值。针对图片数据矩阵上所有的点做一个遍历检测, 对每个点按照肤色边界条件作对比检测, 然后把满足边界条件的点保持原有数据, 不满足条件的点设为白色。针对点的对比检测完成之后, 对图像做形态学处理, 将大块的颜色区域划为连续的区域。同时将满足条件的区域中的一些不满足条件的区域标识出来。这样整个皮肤检测流程就完成了。

3. 手部提取

输入手部提取模块的图像, 已经经过前景提取和皮肤检测, 意味着理想情况下, 摄像头采集到的静态元素已经排除, 运动着的目标非皮肤区域也已排除。但是用户被摄像头采集到皮肤区域, 不止是包括手势部位, 也包括了脸和手臂。

脸部和手臂虽然互相干扰, 但是脸部包含了眼睛、鼻子和嘴唇等非肤色区域, 所以在连续的区域之间会有一些小的非肤色区间。可以基于区域的连续性来将脸部排除。

手掌和手臂都是连续的肤色区域, 需要进一步确定手掌的位置。首先取得两个最大的手指指尖坐标, 然后根据两个坐标之间的差值, 确定一个起点, 再根据设定的手掌比例算出手掌的横向面积, 满足横向长度的范围之内, 就属于手掌区域, 剩余的就是手臂区域。

该方法受到摄像头面对手势的方向以及距离的影响。极端情况下, 当整个手臂被判定为手掌时, 整个手势的跟踪轨迹也会有一个稳定的输出值, 但是因为面积变大, 以及遮挡面积等各种影响都变大, 所以输出值相对真实值会变得缓慢。

4. 实现方案

本系统主要负责手势识别以及跟踪的函数:

该函数的主要作用是, 输入视频帧转换成的图像, 识别并输出肤色区域中心坐标。这一模块的主要任务有:将肤色区域跟踪框显示到视频中, 方便及时查看识别跟踪效果, 以修正肤色阈值;输出肤色区域中心坐标数据到轨迹判定模块。

实现的过程如下:

将图像转换到HSV空间, 设定皮肤过滤阈值成对应的HSV值条件, 然后通过设定的HSV值对图像进行检测;

通过Cam Shift算法跟踪肤色区域, 并且将跟踪框显示到视频流图像中, 输出显示;

将肤色区域的跟踪数据存入track_box变量地址中, 以供系统下一进程调用。

四手势跟踪与判定

手势跟踪通过不同帧之间稳定性质点的变化来推断整个运动的轨迹。所以, 手势跟踪和手势运动的速度、对象是否被遮挡等都有关系。

目标从进入摄像头采集范围开始, 移动过程的每帧之间需要一定的时间, 所以相邻视频帧之间必然有一定的相关性, 基于这种相邻帧之间的相关性可以对肤色检测的对象进行跟踪, 持续输出目标坐标以完成手势识别系统的任务。对人机交互地图系统的手势识别模块来说, 手势跟踪的目的是持续输出坐标, 并且设置跟踪框, 此外, 还可以反馈信息给手部提取模块以减少计算量。

目前, 对目标跟踪算法展开很多研究, 这些算法各有优缺点。在不同的系统里, 根据需求的不同, 选择对应的目标跟踪算法, 对整个系统的性能以及识别率都至关重要。本文的手势识别是基于肤色的, 所以选择使用Cam Shift算法。

1. Cam Shift跟踪算法

Cam Shift的一大特点就是其搜索窗口在初始化之后会在每一次搜索完毕之后自适应调整其大小, 使得跟踪窗口能适应目标大小的变化。Camshift是基于肤色的, 由于基于肤色识别的算法对光照比较敏感, 所以需要选择对光照亮度变化不太敏感的颜色空间如HSV, YCg Cr等。在HSV空间中, 只需要计算H通道的颜色直方图;在YCg Cr空间里, 需要计算Cg Cr通道的颜色直方图, 为了减少计算, 选择前者。以下是Camshift跟踪的基本步骤;

第一步, 初始化搜索窗口, 将RGB颜色空间转换为HSV颜色空间。根据用户手动选择的搜索窗口, 获取待跟踪目标的颜色直方图;

第二步, 根据获得的颜色直方图将原始图像映射为对应颜色的概率分布图像;

第三步, 计算当前搜索窗口内概率分布图像的重心, 把搜索窗口的中心移到计算得到的重心处, 更新搜索窗口的中心及大小, 返回第二步, 重复操作直至窗口的中心不再发生变化或与重心的距离在预定阈值之内。

因为Camshift跟踪需要用户手动设置, 并不能实现自动跟踪。但是可以对步骤一进行以下流程优化, 以实现Cam Shift跟踪的自动化。

加载待跟踪目标的颜色图像, 计算待跟踪目标的颜色直方图;

设置搜索窗口为整个视频窗口或略小于整个视频窗口。

Camshift跟踪会根据目标的尺度更新窗口大小, 所以最初的最大化设置会在搜索开始后立即变成适应目标的窗口大小。在本系统中, Cam Shift持续将搜索窗口的中心坐标输出, 即可完成从手势图像到具体目标坐标的转化。

2. 手势轨迹判定

手势跟踪持续输出了手势的位置坐标, 由此, 我们需要设计一个轨迹判定算法来从轨迹之中识别出手势传达的指令。

本文采用一种基于坐标系加判定圆的交互判定方式:构建一个以视频采集中心为原点的坐标系, 再以原点为圆心, R为半径构成一个判定圆。这种轨迹判定方式可以满足平移和缩放两种操作的判定需求。

(1) 平移判定

当轨迹落在判定圆之内时, 系统即处于触发状态, 当手势坐标离开判定圆, 系统立刻脱离触发状态, 同时记录这一时刻点的坐标, 将其与触发点的坐标相对比, 则可得出一个由坐标差形成的向量, 反映了这一手势的方向以及移动量。

这样得出平移向量可以包含各个方向, 如果基于该向量再加上一些判定算法, 则可以得出一些仅包含几个方向 (比如上下左右) 的平移值。

(2) 缩放判定

因为缩放操作比移动操作的频次要低, 所以缩放操作可以比移动操作稍微复杂。

本文的缩放操作定义为:在坐标系中对整段输入轨迹做匹配处理, 当一段坐标轨迹连续顺时针或者逆时针经过了四个坐标象限的时候, 根据顺时针或者逆时针判定为放大或者缩小。至于缩放的倍数, 需要事先确定。

这样做的好处是:当用户知道触发圆的存在时, 会有目的地发出指令手势。同时在无指令意向时, 会注意避开触发圆。通过调节触发圆半径R的大小, 对触发敏感地区进行设置, 使得系统可以灵活适应不同场景, 降低用户误操作的概率。此外, 通过采用相对坐标的差值, 保留了手势的方向, 使得图像具有多维的方向感。

3. 实现方案

手势判定模块的任务是:当用户做出符合规则的手势时, 模块从前流程模块中实时获得肤色区域坐标, 经过判定, 输出对应的指令。因为仅需实现图片移动, 所以本模块的实现函数为:

void Judge (float x, float y, int&dx, int&dy) ;

调用跟踪模块的track_box变量的中心x、y坐标, 经过算法判定以后输出移动的坐标。如果实时输入的坐标没有满足坐标条件, 则输出dx、dy均为零。

实现过程为:

对dx、dy变量清零。因为x、y变量为偏移量, 如果之后的流程中输入的坐标不满足判定条件, 则输出为0的偏移量, 不发生影响;

对输入的坐标x、y做偏移处理, 因为视频采集的区域中心坐标并非是 (0, 0) , 所以需要针对圆心做调整。采集区域的坐标值形成以采集区域中心为圆心的坐标系;

判定触发状态:如果系统已触发, 当前坐标在触发圆内, 则把状态设置为已触发, 保存坐标值;如果系统已触发, 当前坐标不在触发圆内, 则用目前的坐标值减去触发状态保存的坐标值, 设置 (dx, dy) 输出。

五地图交互

人机交互地图系统的难度以及核心模块集中在手势识别方面, 但是用户在使用时真正看见的是地图交互模块。虽然地图的载体是图片, 但是操作地图和操作图片有一定区别。放大缩小所操作的地图, 不简单是一张图片, 而是切换了不同精细度的数张图片。地图模块的几个功能是:管理地图图像数据源、获取手势指令、对数据进行相应操作。

1. 地图数据管理

常用的地图显示方式的最佳实现方案为联网时自动更新数据以及离线时使用可用的离线数据。数据源采用图片作为主要的呈现载体, 系统直接根据需求把对应的地图图片显示出来。

地图数据管理的关键是, 用户不用直接修改代码, 可以通过文件夹操作等方式增加地图数据, 可以在程序中输入数据检索文件夹中的图片, 当用户需要使用当前地图时, 只要把图片放入文件夹即可。

2. 地图操作

当选定地图之后, 地图的操作主要是移动和缩放。至于多维信息的查询, 需要结合地图匹配的数据库和相应信息交互的功能方能实现。仅仅针对地图本身而言, 并不需要如此多的功能设置。我们具体研究地图的移动和缩放功能。

针对地图的缩放功能, 有些地图本身的信息非常密集, 所以需要做到对地图本身的缩放处理。而另外一些地图, 实际上并非“看不清”, 而是给出一些宏观图像, 放大功能则是针对其中一个密集区域调用相应的详细地图图片。

针对地图的移动功能, 如果本地数据源是静态图片, 那么移动是有边界的。同时, 移动的尺寸也非常重要, 针对显示框的不同形状, 要给地图移动设定一定颗粒度的移动距离。如果颗粒度太大, 用户在需要同时看移动后地点和移动前地点之间的路线时容易操作过度;如果颗粒度太小, 用户则需要连续操作, 这样既浪费用户精力, 又可能造成误差。

无论是移动还是缩放, 在边界问题上, 都需要给用户反馈, 以提醒用户是否可以操作, 是否需要更新数据源。对于特定硬件而言, 图像显示的窗口大小要作对应的设置以满足最佳的查看体验。

(1) 图像的平移

图像的平移是将图像中所有的点都按照指定的平移量水平、垂直移动。设 (x0, y0) 为原图像上的一点, 图像水平平移量为tx, 垂直平移量为ty, 则平移后点 (x0, y0) 坐标将变为 (x1, y1) 。

显然 (x0, y0) 和 (x1, y1) 的关系如下:

用矩阵表示如下:

对该矩阵求逆, 可以得到逆变换:

平移后图像上的每一点都可以在原图像中找到对应的点。例如, 对于新图中的 (0, 0) 像素, 代入上面的方程组, 可以求出对应原图中的像素 (-tx, -ty) 。如果tx或ty大于0, 则 (-tx, -ty) 不在原图中。对于不在原图中的点, 可以直接将它的像素值统一设置为0或255 (对于灰度图就是黑色或白色) 。

(2) 图像的缩放

图像移动变换是1:1的变换, 而图像的缩放操作会改变图像的大小, 产生的图像中的像素可能在原图中找不到相应的像素点, 这样就必须进行近似处理。本文的方法是直接赋值为和它最相近的像素值。

假设图像x轴方向缩放比率为fx, y轴方向缩放比率为fy, 那么原图中点 (x0, y0) 对应与新图中的点 (x1, y1) 的转换矩阵为:

其逆运算如下:

例如, 当fx=fy=0.5时, 图像被缩放到一半大小, 此时缩小后图像中的 (0, 0) 像素对应于原图中的 (0, 0) 像素; (0, 1) 像素对应于原图中的 (0, 2) 像素; (1, 0) 像素对应于原图中的 (2, 0) 像素, 以此类推。在原图基础上, 每行隔一个像素取一点, 每隔一行进行操作。其实是将原图每行中的像素重复取值一遍, 然后每行重复一次。

3. 实现方案

地图交互系统分为几个模块设计, 分别为:载入模块、移动模块和显示模块。

(1) 载入模块

地图载入模块需要让系统具备动态的图片接受能力。允许用户直接修改地图存放文件夹中的图片, 只要满足命名规则, 不需要修改代码可以直接更改操作的地图。本文设定在E盘map文件夹下, 存放需要显示的图片, 命名为map.jpg即可。基于Open CV的cv Load Image函数, 使得系统支持大多数图片格式, 不仅限于jpg格式。

实现函数为:

Ipl Image*map=cv Load Image ("E://map/map.jpg") ;

(2) 移动模块

地图移动模块需要实现地图的上下左右移动, 能够调用判定模块输出的图片, 移动坐标对应移动图片。当图片移动超出尺寸时, 显示黑色背景。

实现函数为:

Ipl Image*dst=Move (Ipl Image*map, int dy, int dx) ;

移动模块的流程是:

判断 (dx, dy) 是否为零, 如果为零则跳过移动执行, 直接进入下一循环, 节省计算量:

按照dx、dy值移动图片, 并且返回移动处理后的图片。以供显示模块显示。

(3) 显示模块

地图显示模块需要在屏幕中心显示一个固定尺寸、固定位置的窗口。在窗口中显示各种移动操作后的地图图片。因为基于Open CV的cv Named Window以及cv Show Image函数有较大局限, 创建的窗口只能和图片一样大小或者固定大小, 无法全屏显示部分图片:当窗口尺寸大于图片时, 图片从左上角开始显示, 未铺满的地方为黑色;当窗口尺寸小于图片时, 图片按照窗口的比例默认显示。这不能满足我们既要能够查看图片中的一部分, 同时保持窗口大小不变的需求。

为了满足函数调用条件又满足系统需求, 采取了一下办法:

图像显示确认首先采取固定窗口位置以及固定窗口大小的处理方式;

采用类似图像移动函数的方式对图像进行处理:针对要显示的目标以及显示框架, 制定一个框架空图像, 其尺寸大小和需显示的图像一致, 但内容为空;

按照要显示目标的区域, 把地图图片目标区域的数据复制到frame图片中。然后返回frame, 就完成了部分显示图片的任务。

实现函数为:

dst=Fill (dst) , cv Show Image ("Map", dst)

因为复制目标图片值需要大量的计算, 所以将填充函数和显示函数分离, 按需调用, 可以有效提高系统性能。

六实验结果

整个人机交互地图系统的程序设计循环流程为:

先将摄像头视频流中的帧转换为图片导入;

调用识别跟踪函数, 实时获取采集图片中肤色区域的坐标数据;

显示视频数据;

调用判定函数, 从坐标数据中判定对应的手势指令;

如果发出指令 (移动坐标不为零) , 则移动地图;

显示地图。

代码如下:

编程实现后, 用单手操作, 进行不同方向移动地图的效果如下。

1. 向左移动图片

手坐标在触发圆内, 系统触发, 见图6 (左上) ;

手坐标在触发圆左侧 (图片中右侧) , 触发移动图6 (右上) ;

图片处于原位, 见图6 (左下) ;

图片左移, 显示更多地图右侧区域, 见图6 (左下) 。

2. 向右移动图片

手坐标在触发圆内, 系统触发, 见图7 (左上) ;

手坐标在触发圆右侧 (图片中左侧) , 触发移动图7 (右上) ;

图片处于原位, 见图7 (左下) ;

图片右移, 显示更多地图左侧区域, 见图7 (左下) 。

3. 向上移动图片

手坐标在触发圆内, 系统触发, 见图8 (左上) ;

手坐标在触发圆上方, 触发移动图8 (右上) ;

图片处于原位, 见图8 (左下) ;

图片上移, 显示更多地图下方区域, 见图8 (左下) 。

4. 向下移动图片

手坐标在触发圆内, 系统触发, 见图9 (左上) ;

手坐标在触发圆下方, 触发移动图9 (右上) ;

图片处于原位, 见图9 (左下) ;

图片下移, 显示更多地图上方区域, 见图9 (左下) 。

七小结与展望

本文从系统需求入手, 设计实现了一个基于手势识别技术的人机交互地图系统。并针对系统的各个功能模块, 从理论角度进行分析和思考, 在传统算法的基础上, 设计出肤色识别系统、符合手势交互规则的轨迹判定算法以及基于判决圆的交互判定方法, 使得系统能够分析用户的真实命令意图, 降低用户无意识手势造成的错误判定, 减少误操作。在手势判定之后, 针对输出的指令, 设计适用于地图操作的控制系统, 最后利用Open CV编程实现。

本文的研究虽然取得预期的效果, 但功能还不完善, 可以进一步研究开发:

加入前景提取模块。这是排除静态背景影响的基础, 目前的系统没有此模块, 较容易受到背景颜色的干扰。前景提取模块以输出前景区域为主, 并加入形态学处理, 通过计算, 使得整个前景提取的结果是有原始图像数据的前景区域图像;

人机系统 篇5

本管理规定适用于在中华人民共和国境内最大起飞重量为250克以上(含250克)的民用无人机。

2.一般要求

自年6月1日起，购买民用无人机的拥有者必须按照本管理规定的要求进行实名登记。

对于在2017年6月1日前购买的民用无人机，其拥有者必须在2017年8月31日前完成实名登记。

民用无人机拥有者，如果未按照本管理规定实施实名登记和粘贴登记标志，其行为将被视为违反法规的非法行为，其无人机的使用将受影响。

3.民用无人机的定义

人机系统 篇6

关键词：图形用户界面；嵌入式Linux；设计思想

中图分类号：TP302.1文献标识码：A

图形用户界面(GUI，Graphical User Inteffaee)作为人机交互技术的重要内容，以丰富的图形图像信息、直观的表达方式与用户交互。这样的软件系统简洁、美观、方便好用，更加人性化，已经被越来越多的领域所采用。本文对工业控制领域中对嵌入式的特殊性能要求，对于嵌入式GUI设计进行相关探讨。

1嵌入式GUl系统概述

1.1嵌入式系统概述

与通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统，一般具有成本敏感性，它的硬件和软件必须高效地设计，好的嵌入式系统是完成目标功能的最小系统。嵌入式系统一般要求高的可靠性，例如在高温、高压、电磁干扰严重的工业环境就对嵌入式系统有很高的要求嵌入式处理器的功耗、体积、处理能力在具体应用中也有很高的要求，这在消费类电子产品方面的表现非常明显。嵌入式Linux的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目前已经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。

1.2图形用户界面概述

图形用户界面系统通常由三个基本层次组成显示模型、窗口模型和用户模型。与该系统相关的还有相应硬件平台、这三个模型的应用程序接口和操作系统。操作系统之上的是显示模型。它决定了图形在屏幕上的基本显示方式，即用位映射图形显示各种图形对象的方式。不同的图形用户界面系统所采用的显示模型各不相同。窗口模型之上的是用户模型，它主要包含了显示和交互特征，由此图形用户界面这一术语有时也仅指用户模型。最上层的是桌面管理系统，它是人机交互的图形化管理系统，能使人机交互更加简便灵活。它通常包括以下几个组成部分图形化的文件管理系统、供用户使用的图标库、桌面管理机构、图标库管理机构等。

1.3嵌入式GUI

从用户的观点来看，GUI是系统的一个最至关重要的方面：用户通过GUI与系统进行交互，所以GUI应该易于使用并且非常可靠，而且它还需要有内存意识可以在内存受限的、微型嵌入式设备上运行。从二次开发者的角度看，GUI是一个友好的开发环境，开发者无需经过艰苦的学习就能适应开发过程，这样才能使得基于此平台的应用很快地丰富起来。对于二次开发商而言。也才有兴趣使用此产品为终端产品制造商提供解决方案。目前适合开发嵌入式GUI的三种方案：(1)独立开发满足自身需要的GUI系统；(2)不将GUI作为—个软件层从应用程序中剥离，GUI的支持逻辑由应用程序自己负责；(3)采用某些比较成熟的GUI系统。

2基于多线程处理的GUI系统的设计

2.1需求分析

嵌入式系统的需求一般包括四个方面：可靠性、效率性、开发工具、面向应用需求。(1)可靠性需求，嵌入式系统的可靠性依赖于系统的实时性和容错性。(2)效率性需求。高效率需求来自两方面：时间效率和空间效率。时间效率必须考虑到嵌入式系统的硬件核心一单片机或微控制器(MCU)。(3)开发工具需求。嵌入式系统具有特殊的开发平台，开发采用独特的宿主机一目标机模式，在这个环境下调试好目标机的硬件和软件，才能使目标机(最终的嵌入式系统)脱离开发环境，独立运行。(4)面向应用需求，嵌入式系统通常只运行存储在ROM或闪存中的可执行映像，而通用计算机可以加载、运行磁盘上的各种软件。

2.2GUI的体系结构

此GUI采用了多线程机制，比起其它基于进程的GUI系统来说，虽然缺少了地址保护，但运行效率却是最高的。此GUI是一个基于消息驱动的、针对嵌入式工业控制领域的图形用户界面系统，针对GUI系统需要较强的可移植性和可伸缩性的特点，在其体系结构的设计中，采用了层次化、模块化的设计思想。

下面介绍各主要层次和模块的功能。(1)平台抽象层。嵌入式系统应用领域面向的底层软硬件平台，在针对不同需求进行定制时可能存在很大的变化。工业机对处理器和存储设备的要求普遍较高，一般需要使用实时操作系统(如嵌入式Linux)。因此移植性好是GUI的重要目标之一，我们必须提供良好的平台抽象，以实现GUI自身的平台无关性。通常大家所指的平台无关主要涉及两个方面，一个是设备无关，一个是操作系统无关。因此，平台抽象层设计了硬件抽象模块和操作系统抽象模块来抽象和隔离不同的实际平台。硬件抽象接口，基于设备的硬件抽象层HAL(Hardware Abstract Layerl对所有输入设备和输出设备定义了一致的抽象接口定义。它包括基于图形显示设备(如VGA卡、LCD，CRT等点阵显示设备等)的图形抽象层GAL(GraphicAbstract Layer)和基于输入设备(如键盘、鼠标、摇杆、触摸屏等)的输入抽象层IAL，(InputAbstract Layer)等等。操作系统抽象接口，由于GUI是以嵌入式系统的组件形式提供，那么它的运行就必须使用一定的操作系统资源，该抽象接口就是为了屏蔽不同操作系统的具体接口而定义的。对GUI内部来说，屏蔽了具体操作系统的API，容易实现操作系统移植。(2)系统核心层。系统核心层实现了此GUI的关键功能，根据功能可划分为图形模块、对象模块、事件模块和其它模块等几个部分。图形模块。图形设备接口GDI(Graphics Device Interface)是系统核心层的核心模块。主要支持与设备无关的图形操作，提供一般绘图操作、文本输出和位图显示等，它主要基于输出设备抽象接口实现，所有的基本图形绘制及操作都需要GUI来实现。对象模块，对象模块包括窗口和控件，把此GUI对象的全部属性和全部服务结合在一起。对上层应用隐蔽GUI对象的内部细节，只是提供一些与上层应用发生联系的接口。基于此建立的应用程序开发模式，将有利于开发人员快速的完成软件二次开发。事件模块，在事件模块中主要介绍了消息队列和消息管理机制。事件在GUI系统内部的描述形式称为消息。消息是GUl核心数据结构，整个GUI以消息为核心进行运转。消息在任务间传递靠消息队列来完成，队列的基本组成单位为消息，队列为先入先出。(3)应用接口层。应用接口层封装了GUI为用户提供的一切接口，向应用开发者提供较为完备的应用编程接口API集，便于开发者定制不同的界面风格或扩展自定义的控件等。通常开发者只需关心有哪些功能被提供以及如何使用这些功能。

3结束语

校园导向指示系统的人机交互设计 篇7

一、人机交互的定义

人机交互 (Human Computer Interaction.HCI) 主要是指人与计算机的交互, 交互的对象是特指计算机。人机交互作为一门学科, 是关于设计、评估和实现供人们使用的计算机系统, 研究的目的是解决系统的可用性和易用性问题。从人机交互的层面上来看, 则侧重于人与计算机交互方式的设计过程与方法。而交互设计涉及的交互对象具有更广泛的范畴, 可以是无形的游戏和软件或游戏产品, 也可以是有形的家用电器、消费类电子产品和交通通信工具等各类实体产品。另外, 还可以是互联网、空间和服务等。而且, 交互设计是指设计应该注重人和产品间的互动, 首要考虑用户的背景、使用经验以及在操作过程中的感受, 从而设计出符合最终用户的产品。显然, 它所关注的不仅仅只是人与机器的交互, 而是人与系统 (由产品和整个环境构成) 之间的交互。

二、大学标识导向系统设计原则

现代大学校园标识导向系统设计要根据总体规划进行功能区划分, 采用分级检索、图文的有机结合和实效美观的立体造型进行标识导向设计, 以求达到指示清晰、直观、连续的使用效果和统一、融合、人性化的艺术效果。真正达到使一个从来没有来过该校园的人, 依靠布点合理、信息完整、指示明确的标识导向系统, 不要询问任何人就能轻松找到目的地。其设计原则主要有以下几方面:

1、与大学形象系统的统一。

2、与校园整体形象设计原则相符。3、延续校园规划设计理念, 与校园景观设计的风格相统一。4、分级检索。标识导向系统应由全局到局部, 由局部到具体的分级指示, 指示清晰、直观、连续。5、标识的内容要遵循以人为本, 为人服务的原则。6、使用的材料要与当地的气候与人文环境相适应。7、交通标识牌布点要合理。8、符合人机工程学原理。标识牌的尺寸、色彩及文字大小要从人机工程学的角度详尽表述, 并给出国家的标准为参照。9、车行导向系统标志形状、规格、颜色符合现行的国家规范。10、符号文字要符合国际通行的标准, 配以英文等外文, 适应国际化教育发展需要。

三、大学标识导向指示系统设计的内容

在进行标识导向系统设计前, 应该深入分析了解大学校园建筑环境条件、分区布局以及车行交通流线;分析行政办公楼、各学院教学楼、公共教学楼、学生公寓楼、公共活动场所、对外交流场所等建筑内部部门结构、人行交通流线。

与一般环境标识导向分级设计方法类似, 要依照从外到内, 从大到小的顺序。通过对校园环境的分析调研, 对标识导向系统先进行分类设计, 再进行分级设计, 便于设计工作有条不紊地开展。按环境来分:室内和户外标识导向系统;按对象来分:车行和人行标识导向系统。

1、车行标识导向系统

校园车行标识导向系统的设计应符合国家交通标识规范, 尽量采用国家或国际通用标识符号和色彩, 主要分三级。

一级:在大学校园外交通道路两旁设置的大学形象标识, 明确指示学校的方向和距离, 一般由市政管理统一制作安装。

二级:主干道以及南北东西主要入口。一级车行导向牌主要指示校园道路, 主要分区及方向。

三级:各分区内道路等;二级车行导向牌指示分区内主要建筑及单位及方向。停车场标牌采用国际通用标志, 并显示车位情况。系统标志形状、规格、颜色符合现行《道路交通标志和标线》 (GB5768) , 并结合VI系统, 展现校园统一、明确、个性化的形象。警告、禁令等标志牌放置于显著无遮挡位置。

2、人行标识导向系统

校园人行和车行要完全分开, 人行系统和车行系统并行并延伸到建筑内部, 并最终到达构成场所的基本单位——房间。人行标识导向系统是学校对外传达信息的主要途径, 其功能不仅仅是标识学校各建筑物的存在, 而且具有公众引导和广告宣传的功能, 主要分为五级。

一级:主入口。一级导向牌信息密集, 上面应有校园地图、分区图、校园建设大事记、导向信息, 放于人流密集区域和校园主入口处。

二级:规划路与分区内道路等。二级双面导向牌有地图和信息导向信息, 指示清晰、明了、连续, 安置于各分区十字路口。并标注消防等特殊设施的方位。

三级:建筑物前指示标牌, 标识建筑内部单位及建筑物介绍。

四级:建筑物内部标识。一般包括建筑物总索引或平面图、各楼层索引或平面图、楼内公共服务设施 (洗手间、开水间、教师休息室等) 标识、出入口标识、公告栏等。

五级:包括建筑物内各个具体功能房间的标识牌和户外的一些具体标识牌, 是最后一级导向, 如门牌、窗口牌、设施牌、树名牌、草地牌。其中窗口牌则主要针对学生食堂、校内银行、公共浴室等空间内部的功能性指示牌, 设施牌主要指的是公共服务设施中的标牌, 如报亭、书店、超市、洗手间等。

四、结语

界面是连接用户与产品之间的纽带, 人机交互界面的设计本身就是要以科学技术和艺术的结合为基础, 以外观表现形式为主要手段, 谋求产品的功能美与形式美的共存, 以优良的设计来力求满足用户的生理和心理需求, 简洁、易用、美观的人机交互界面是设计师和用户的共同目标。

无论大学的标识导向系统的艺术性设计多么高, 但其还是为其功能性设计服务的。大学标识导向系统设计既要具有浓重的科学和文化氛围, 还要体现现代大学信息化、现代化、园林化、生态化的校园特点, 更要适应现代大学教学、科研、生活等方面的功能需要。人机交互技术从产生开始就在许多领域发挥着巨大的作用, 例如:航空航天, 医药工程, 机械工程, 计算机仿真, 导向标识——在越来越复杂的现代校园中, 随着现代科技的发展, 利用人机交互技术对校园进行导向标识是非常必要而且有研究价值的。通过导向指示系统可以比较直观地了解校园的各个区域, 使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉, 为校园规划、考生网上了解学校和对外交流提供一个平台, 对校园导向标识系统人机交互的研究具有非常重要的意义。

2012ZD14;论文作者:游世广。指导老师:龙舟君

摘要：随着我国改革的不断深化和科学技术的迅猛发展, 时代强烈地呼唤崭新形象的现代化大学。大学校园导向指示是学校形象的标志, 是学校视觉识别系统的重要内容, 是将大学的办学理念和精神文化通过视觉设计与行为的展现。通过人机交互操作, 来获得相应的信息或者体验。

关键词：校园导向系统,界面设计,人机交互

参考文献

[1]鲁小波.信息社会设计学科发展的新方向——信息设计[J].装饰, 1999.

[2]陈志良, 黄明哲.数字化潮:数字化与人类未来[M].北京:科学普及出版社, 2004.

[3]杜瑞泽.生活型态设计[M].亚太图书出版社, 2004.

[4]方裕民.人与物的对话——互动界面设计与实务[J].2003.

WJB报警系统的人机设计 篇8

1.1 高级语言编程

Windows下的图形图像编程已经非常成熟, 可以使用Delphi、VB、VC等高级语言编程。使用高级语言编程的优点是比较自由, 可以有自己的风格。缺点是比较费时费力。如果工程期限宽松, 建议使用高级语言编程。

1.2 组态软件编程

组态软件发展至今, 种类已经较多。比如国外的有Intouch、ifix、wincc等;国内的也如雨后春笋, 有MCGS、组态王、三维力控、紫金桥、世纪星等等。使用国外的软件费用要高些, 但功能强大, 且制作的时间早, 可靠性强。国内的软件价格相对低些, 并且对各个厂家的产品支持也比较多, 因此国内的组态软件应该是首选。其中MCGS (Monitor and Contorl Generated System, 通用监控系统) 基于Windows平台, 功能全面, 易于操作, 且选择性强。

MCGS的特性和功能如下:灵活的可视化操作界面;实时性强, 具有良好的并行处理性能;开放式结构, 广泛的数据获取和强大的数据处理功能;完善的安全机制;实时数据库;支持多种硬件设备, 实现“设备无关”。

2 人机设计的原则

2.1 使用简单, 结构清晰明了。

我们设计人机界面的目的是为了使用者操作简单, 所以在设计上要本着操作方便的原则。同时在整体画面和分部画面之间的结构要清晰, 使操作人员很快就能切换到需要的画面。

2.2 画面的图素设计合理, 颜色搭配协调。

用户使用的画面千差万别, 可根据用户的实际需要制作个性化的画面, 但是要突出主体。比如报警器的安装位置, 这个画面就需要模拟安装现场的真实场景。同时颜色的使用也需要斟酌:既要突出主题, 又要美观实用, 即使长时间观看, 眼睛也不易疲劳。等等这些都是需要考虑的。

2.3 人机的功能多样化, 可靠性要高

我们使用上位机软件就要完成其应有的功能。

数据的处理包括实时数据的采集、显示;历史数据的保存、查询、统计。在采集时就可以对采集值进行工程换算。存储可以选择多样性, 是定时存储还还是是变变化化存存储储, , 或或者者按按特特定定条条件件存存储储, , 根根据据实实际际情情况选择。

报警处理包括定义、处理、显示、存储、查询。定义时能够对采集值有下下限、下限、上限、上上限、上偏差、下偏差处理。处理就是有应答, 消除报警。在数据库有报警表格, 可以存储以及查询。还可以通过控件来完成查询。

报表处理。可以完成班报, 日报、月报。还可以实现定时打印报表的功能。

曲线的处理包括实时曲线和历史曲线。曲线直观明了, 能够对时间意义上的气体浓度趋势变化表达。

3 WJB报警系统的设计

3.1 画面布局的设计

通常画面的总体分成几个部分:按钮区, 现场区, 报警区。为遵循标准的windows窗口, 设有标题栏、菜单栏、状态栏。菜单栏能够实现软件的所有功能。如图所示:

3.2 采集数据的显示

这部分很重要。在总领全部采集点的数据显示画面之后, 每个区域都有数据采集的画面。棒图是工业控制上常用的控件, 它显示的数据形象、直观, 所以采集点用棒图来显示。当达到相应报警值时呈现不同的颜色, 比如预警值之下是绿色, 预警到报警之间是黄色, 报警是红色。表格式显示可以达到打印预览的效果。在查看实时数据的表格时可以随时打印。另外在区域显示图上或菜单栏上可以选择单独的采集点。单独的采集点窗口则包含了这个采集点的所有信息。比如采集点名称、文字的实时数据、柱状图、实时曲线、历史曲线、状态的文字显示, 如图示

3.3 实时曲线和历史曲线

曲线是反映变化规律的图形表示方法, 也是组态和人机交互一个重要的组成部分。本系统使用了实时和历史曲线。实时曲线可以自定义时间单位和长度, 如果有气体泄漏可以看出发展情况, 采取有力的措施。历史曲线主要是为了查询数据, 可以得出时间段比较长的一个变化规律。

3.4 其他的部分

本系统还有一些人性化的设计。比如画面的自动转换, 还可以定义画面切换的时间。可以自动打印手动打印, 自动打印的间隔时间也可以自由定义。还可以单独停用某个传感器, 为检修提供便利。自动排风等输出设备也可以自由启动或停用, 非常方便。为适应不同场合的报警设备, 还可以对参数进行修改, 以满足用户的需要。为增加报警的力度, 还引用了声音报警。

综上所述, 在设计上力求系统操作简单明了, 功能齐全。WJB报警系统满足了用户的需求, 达到了满意的效果。

参考文献

[1]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS参考手册

[2]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS用户指南

[3]西门子 (中国) 有限公司自动化与驱动集团深入浅出西门子WinCC V6 (第2版) 北京航空航天大学出版社

人机系统 篇9

1 硬件维护

1.1 服务端的硬件维护

1.1.1 服务端需配置高性能专业服务器

在配置高考考场电脑室前, 每学期统考的英语人机对话考试以及平时的训练, 学校是安排在另一间电脑室进行的。该电脑室配置的是浪潮一般的服务器, 客户端是Windows 2000操作系统。从开启服务器到学生登录这一过程需要超过五分钟的延时时间才生效, 这个延迟的现象软件开发商解决不了, 原因可能是服务器配置太低、客户端操作系统问题以及网络问题。作为高考考场的电脑室配置, 我们总结了以往的经验, 在有限的资金投入的条件下, 我校配置了高性能的专业服务器后, 上述问题得到很好的解决, 由此可见高性能服务器配置是必不可少, 普通服务器难以胜任此类考试。

1.1.2 冗余设备的必要性

高考的重要性是人所共知的, 为了提高考试系统的可用性, 对一些关键设备进行冗余配置是必不可少的。冗余包括两层含义, 一是从端口角度进行, 如对关键设备 (如服务器、核心交换机) 采取冗余链路连接, 这样当其中一个端口出现故障时, 另一个冗余链路就可以接替故障链路继续保持正常工作状态;另一层含义是对配置双份的设备或部件, 如服务器中的硬盘、电源、网卡, 甚至内存等, 交换机及服务器本身也可以配置多一个。在正常工作时, 这些冗余设备或部件起到负载均衡的作用, 而在某部分出现故障时, 则又起备份的作用。

我校的服务器采用HP Pro Liant DL 180 G6 Server专业服务器, 服务器随机配有引导光盘, 却没有配置光驱, 如何安装操作系统便成了我们急需解决的问题。由于服务器本身电源不带有串口硬盘或光驱所使用的电源接口, 我们只能用一只350瓦或以上的ATX电源接入服务器, 给光驱供电, 这样才能用随机引导光盘来启动服务器, 按步骤完成操作系统的安装。

1.2 客户端的硬件维护

经过两年高考英语人机对话考试的实践, 客户端硬件主要有以下几点问题:

1) 耳麦不合要求。耳麦在高考人机对话考试当中是一个非常重要的设备, 单向性要求比较高, 否则把周围的噪声收集并录到声音文件里。麦克风的灵敏度也有一定要求, 太灵敏容易产生爆破音, 灵敏度差则录音效果不佳, 所以耳麦需按照省考试院的要求配置。我们使用过程中发现, 配置的耳麦, 最好是不自带音量调节开关的, 因为多一个音量调节开关, 就多一重的线路接口, 那么就多一个出现故障的机会。在考试系统及计算机操作系统中, 有多种调节音量的方法, 并且在考试系统测试耳麦的过程中也可以调节耳机及麦克风的音量大小。所以耳麦的硬件配置, 最好是不带有音量调节开关的, 以减少出现故障的机率, 尽可能使用系统软环境的音量调节;

2) 计算机其它配件本身质量不过硬。比如说, 内部元件性能不良, 生产工艺过于粗糙, 制作材料不标准等, 这些往往容易造成硬件设备接触不良, 元件之间的连线短路或断路等故障。此外, 元件及机械部件的使用期限已满, 这也会造成硬件出现故障。这些都是硬件本身的磨损问题。

综上所述, 我们配置的计算机必须要有过硬的质量, 这是对高考英语人机对话考试顺利进行的最有力的保证。

1.3 其它设备设施维护

1) 网络配置。现在计算机配置的都是100兆的网卡, 学校配置的是1000兆的交换机。对于考生正常录音且压缩后的文件大小约在1.7兆左右的数据量, 考虑到考生答卷上传速率不能设置太快, 否则容易产生错误传输, 所以100兆速度对于现时的人机对话考试系统是足够用的;

2) 电源稳定。第一, 要保持电源电压稳定, 足够负荷的配电房是稳定电流电压的保证;第二, 电脑室漏电保护开关必须有足够的过流能力, 我们用了8组63安漏电开关各接8台主机及显示器, 保证了计算机电源的供应;第三, 施工时让电工认真细致地包扎好接线头, 做好绝缘, 防止导线绝缘受损或接线头包扎不良加大了线路对地的漏电流, 防止跳闸现象发生;

3) 空调的使用。广东高考英语人机对话考试安排在每年3月份进行, 此时正值梅雨天气, 气温一般在20℃上下, 这个时候最主要是要控制好空气湿度, 计算机等设备工作状态下湿度最佳为30%~70%, 高了容易受潮, 低了易产生静电。

2 软件维护

2.1 服务端软件维护

服务器开始时安装Windows 2000 Server版, 但其稳定性及响应速度有待提高。最终我们安装的操作系统是Windows 2003Server企业纯净版SP1, 其它的几个版本都安装不成功, 只有这个版本才能顺利进行下去, 这个可能跟硬件配置有关。由于考试系统主要是使用多媒体的应用程序, 录音文件也是多媒体格式的文件, 故操作系统不需要安装其它应用程序, 特别是需要把已安装的IIS卸载, 以免与系统自身的服务产生冲突。

其实服务器上安装的考试系统程序的完善程度是关系到各个考点考试是否能顺利进行的最关键要素, 我们建议提供考试系统的公司在充分考虑具有中国特色的教育投入现况下各地电教条件的参差不齐, 系统的开发要在最低配置环境下进行, 在最恶劣的环境下测试, 充分、全面、大面积、长时间进行, 尽可能多地发现问题、解决问题、完善系统, 只有这样才能避免系统错误的出现, 给考生一个安全、完善的考试系统, 提供一个公平、公正的考试环境。

2.2 客户端软件维护

1) 学生考试用机不能使用电脑公司提供的Ghost版。电脑公司提供的Ghost版在测试使用过程中, 有关多媒体的链接库系统文件quartz.dll出错, quartz.dll是Direct Show的运行的库文件, 包含很多音视频解码器。quartz.dll出错导致计算机没声音, 考试系统无法进行下去。因为有关多媒体链接库已被改写了, 文件本身发生变化, 不能满足系统的要求。所以只能重新对64台计算机安装纯净版Windows XP并升级到Win XP SP3, 系统文件quartz.dll不再出错;

2) 正确选择安装声卡驱动程序。考试系统安装完成后进行测试, 发现播放录制的声音文件声音很小且麦克风音量调节变灰不可用。这时候我们首先考虑的是耳麦可能不符合要求。于是, 找来省考试院推荐产品, 结果还是一样。这个问题是耳麦的原因还是声卡的原因?最后用其它电脑室在正常使用的耳麦来测试, 结果依然。由此可见, 问题是出在声卡上了, 查看计算机配置, 使用的是HD集成声卡, 安装操作系统时, 使用的驱动是主板光盘自带的, 驱动程序是没问题的, 怎么会出现麦克风录音声音小的问题呢?网络上提供两种方法解决, 一个是安装微软的kb835221和kb888111这两款补丁。另一个是下载安装rtkhdaud.dat的补丁, 解决音量控制变灰的问题。但这两个方法也未能从根本上解决录音音量小的问题。最后找到WDM_R187这个08年的旧驱动程序, 问题才得以解决, 至此, 麦克风音量小及音量调节变灰的问题圆满解决了;

3) 其它必不可少的设置。客户端操作系统必须全部取消屏保设置, 还有电源管理必须把所有项目设置成“从不”, 英语人机对话考试除了登录时的输入外, 其它时间都只有听、说的操作, 屏保与电源管理的设置不当会严重影响考试的进行。

综上所述, 广东高考英语人机对话考试系统只要考场维护得当, 考试系统的运行是比较稳定和流畅的, 考试系统的维护还是比较方便和省心的。高考人机对话考试按时段的不同, 使用不同的题目, 这是保密性的要求。但是否考虑到相同场次同一试室的考生在使用相同的题目时, 可能为某些考生提供了一个跟读或作答的机会, 这样就有失公平了, 既然不同时段人机对话考试的题目不一样, 是否可以尝试在每一场次中使用A、B卷的形式, 相邻考生的题目不相同, 这样对于考生将会更公平一些。

据悉2013年广东高考英语人机对话考试将全面实行机器评卷, 这一大动作的改革, 一定要建立在充分全面测试的前提下, 充分考虑考试系统运行下的各种环境、各样配置, 减少系统错误的发生, 完善考试系统。只有这样才能兑现创造公平、公正考试环境的承诺, 给考生公平、公正的机会。

摘要：广东高考英语人机对话听说考试的系统维护从硬件、软件两方面着手。高性能专业服务器必不可少, 质量过硬的计算机硬件配置是考试顺利进行的前提。合适的操作系统、驱动程序以及系统设置是考试顺利进行保证。完善的考试系统是创造公平、公正考试环境的基础。

关键词：硬件,软件,人机对话

参考文献

[1]启明英语听说考试系统内部资料.

[2]程煜, 余燕雄, 闵联营.计算机维护技术.北京:清华大学出版社, 2006.

[3]刘瑞新.计算机组装与维护教程.北京:机械工业出版社, 2008.

基于无人机的线路巡查系统设计 篇10

长途通信干线的线路维护是比较困难的一件事, 由于线路经常翻山越岭, 线路经常被各种原因破坏, 冰凌火灾大风等自然因素的影响是一方面的原因, 盗割、破土、施工或者被大车挂断的情况也是另外一方面的原因。传统的线路巡查只能依赖于乘车或者徒步的方式对线路的状况进行检查, 不仅效率低下而且周期较长。传统的线路抢修是等到线路中断后通过对断点定位后再组织对线路进行修复, 能否在线路被破坏之前就发现并积极干预呢?

二、无人机线路巡查思路

回答是肯定的!就是利用无人机。

无人机本身支持航点飞行, 即先在地图上选点, 无人机会沿着选定的点飞行。利用GPS坐标沿着通信固定线路的走向进行地图选点后, 由无人机每天定期对该线路进行图像巡查, 拍下沿途的图像, 通过对图像进行人工判读, 这样就能提前发现线路两侧的任何可能危及线路安全的行为。这样需要的时间短, 效率高, 每天可以进行一次甚至可以多次巡查, 及时发现各种情况[1]。

结合其他成熟技术, 例如在通信线路上加上RFID标签, 无人机巡线方案可以做得更加精确, 实现电子巡更。

考虑到目前无人机的续航能力有限, 可以在线路上固定位置加上无线充电设施, 无人机飞行到这些无线充电桩附近就能自动悬停或者停靠, 对内置电池进行充电, 这样就能对较长距离的线路进行巡查了。

对于已经出现断点的线路, 可以借助于无人机对重点区域反复巡查的方式进行断点寻找, 缩短处理故障的时间。

有了这样的思路, 具体到系统功能实现上还是有很多细节需要落实的。

三、实施细节

1.确定载荷。需要维护的线路长度和巡查的方式, 决定了无人机载荷的大小。线路越长, 无人机需要的续航半径越大, 对应需要的电池仓位也就越大。巡查方式可以是图像或者视频采集, 不同的采集方式决定了负载设备的类型同时决定了其重量。如果需要实时的视频或者图像传输, 或者需要加入电子巡更系统, 增加的功能需求必然导致载荷重量的增加。

2.确定线路坐标。为了提高巡查的准确性, 首次确定通信线路坐标的时候最好通过车辆或者徒步的方式沿着通信线路的路由实地采集一次完整的线路路由GPS坐标, 将这些采集到的坐标输入到无人机中, 这样无人机才能根据设置的线路进行巡查。

3.设计巡航模式。巡航模式取决于无人机是固定翼无人机、多轴无人机还是单旋翼直升无人机[2]。不同的无人机的操控和飞行原理都不太一样, 因此也就对应了不同的巡航模式。固定翼无人机飞行速度较快, 适合于较高高度的巡航, 不适合地形变化较大的线路, 适用于配备高解析度相机的图像采集;多轴无人机和单旋翼直升无人机虽然飞行速度相对较慢, 但比较灵活, 还能够在空中悬停, 适合于贴近线路巡航, 适用于线路沿途的视频采集或者电子巡更。

四、总结

随着科技的进步而带来各种革命性的产品不仅仅推动其自身行业的进步和发展, 还能推动其他行业的进步和发展。无人机的出现为飞行器领域注入了新的活力, 充分利用这种新技术, 不仅能够让传统的线路巡查大大提高效率, 而且为减少线路中断情况提供了可能的解决办法。

参考文献

[1]李春锦, 文泾.无人机系统的运行管理[M].北京航空航天大学出版社, 2011, 5.

人机系统 篇11

目前应用于最底层的识别技术是射频识别技术和二维码识别技术，考虑到矿井下的环境恶劣且射频设别技术的成本较高,稳定性不可靠，容易受到外界条件的干扰的问题，本文重在初步探索二维码技术在我国矿井人机定位系统中的应用。

二维码应用现状

在国外，二维码已经得到了广泛应用。我国虽然已经掌握了二维码的核心识别技术，但是在二维码的实际推广应用上仍然存在障碍。因此,将二维码广泛应用于现代生活的各个领域是我国目前需要解决的问题。目前，二维码已经在物流管理、票证管理等领域得到了试用推行，但在一些领域仍处于初步探索阶段。

由于地下工作环境恶劣，我国的矿难事故频发，不能及时了解矿下工人的工作情况，因此需要利用先进的技术和设备，加强井下人员的考勤，推行井下人员管理监测系统，及时准确掌握入井人员人数和入井人员的工作区域。本文提出了基于二维码技术的矿井人机定位系统，并对此系统进行初步的探索研究。

矿井人机定位系统构建

1．二维码生成

二维码的生成即利用二维码编码设备，首先将矿下工人的基本信息，例如姓名、年龄、工作情况、出勤记录和工作工段等进行采集，然后根据相应的信息利用编码软件生成特定的二维码标签，再利用二维码点阵打印机打印出含有工人特定信息的二维码标签，最后将其印制在工作服等特定的位置上便于进行识读。

2．矿井人机定位系统

整个系统包括井下二维码标识，二维码识读器，通信系统及上位机控制显示系统等四部分。

基于二维码的矿井人机定位系统是利用矿下每个工人身上印制的含有自己特定信息的二维码图像记录相关信息，在每个工作地点都安装有二维码自动识别仪器。

当工人在这个工段经过二维码扫描设备时，识别器将扫描二维码上存储的相应信息，同时利用通信技术将信息传送至地表控制室进行监测控制，从而使地表工作人员能够实时监测到工人的工作位置并且读取相应工人的信息，同时可以记录考勤情况。

如果在设定的某一段时间内没有收到某个工人的信息，上位机监控软件可以发出警报信号，使地上工作人员及时发现是否出现了突发状况等，从而提高矿下工作的安全系数，及时应对井下突发状况，保证了地下工作安全有效进行。

3．人机定位软件系统

无论是基于二维码或是射频卡的矿下人机定位系统，都有实现实时监控、考勤管理、报警查询等功能的上位机软件控制界面。下面对于几个软件模块进行简要介绍。

实时监测模块是针对矿下工人的工作环境恶劣，不便于管理人员现场查看，实现对工人的工作情况、工作位置等进行监测管理的软件设计。通过有二维码扫描器识读的信息进行通信上传至上位机的控制界面进行实时的监控，及时了解地下工人的工作位置，为防止意外事件发生做好应对准备。

考勤管理模块是对地下工人的出勤记录、旷工以及工人的基本信息进行管理的系统软件。通过此系统可以及时查询和记录每位矿下工人的出勤情况，实现方便快捷地对工人工作情况进行管理。

报警查询模块是为了应对矿下突发事故而设计的系统。当识别器长时间未扫描到二维码标签信息时，此系统会发出报警信号，提示井下工作出现异常，地表管理人员能够准确作出判断并找到事故发生点，及时应对突发情况。

应用前景

二维码具有高密度、高存储容量、纠错能力强的优点，它即使在畸变程度或者破损程度高达50%时仍能恢复出原始数据信息。在环境恶劣的矿下，当二维码标签受到损坏时，可以利用它强大纠错能力的优点，使识别器仍能识读出完整的数据信息。

基于二维码的矿井人机定位系统是针对地下工作的安全问题及管理方法提出的一种应用。相比射频识别技术，低成本、高速识读、纠错能力强的二维码技术将会对井下作业发挥重要的作用，它的具体应用实施还有待于进行深入的探索研究。随着矿业的不断发展及相关技术的改进，人机定位系统必然会在该领域得到推广应用。

可修复人机系统的瞬时可用度分析 篇12

所谓可修复系统就是指当构成系统的部件故障或劣化时能通过各种维修手段使其恢复功能的一类系统, 它是可靠性理论中研究的一个重要内容。人机系统是对作为主体的人和所控制的各种类型机器的统称。随着科技的发展, 人机系统日益庞大, 机器设备的高精度、高性能使人们所担负的工作责任更加重大, 存在着由人为失误引起的重大事故发生的可能性, 因此我们不但在实际工作中, 而且应在理论上解决人机系统的稳定性问题。文献[1]用Laplace变换研究了此模型, 给出了Laplace变换公式且指出系统稳定解的存在性;文献[2]证明了系统动态非负解是存在唯一的。文献[3]讨论了系统动态解的渐近稳定性;文献[4]利用算子半群的性质证明了系统解具有指数稳定性;文献[5]研究了单部件可修复系统的瞬时可用度的单调性问题, 本文将利用算子半群理论研究人机储备系统的瞬时可用度的单调性。

此可修复系统由一个运行部件和一个热储备部件组成, 运行部件发生故障将用储备部件替换, 故障后的部件能被及时维修, 热储备部件在不替换情况下保持良好状态。系统各状态间转换关系如图1。

此模型可用以下微分-积分方程描述:

为计算方便我们令:

则上述系统模型 (1.1) 可描述为Banach空间中一个抽象的Cauchy问题:

2系统解的稳定性

定理2.1设是相应于0本征值对应的一个非负本征向量, 且满足, 则系统的非负动态解趋向于系统的稳定解, 即, 其中为系统的初值。

定理2.2设是系统的稳态解, 满足条件, 那么对, 及任意给定的, 满足, 存在, 使得, 其中为系统算子生成的-半群。

由上述定理可知, 系统解具有渐近稳定性和指数稳定性, 稳定速度较快, 并且。但如果瞬时可用度在上不单调, 则不能保证在上总有, 此时系统的牢固可用度未必是, 系统将不可靠。

下面我们讨论瞬时可用度的单调性问题。

3系统瞬时可用度的分析

在此部分, 我们设, 其中为常数值, 则系统 (1.1) 可化为:

令

则此方程可抽象为

解 (3.4) (-3.5) 得

由此可求得, 其中依照文献[3]中的定义, 为A的特征值。

由于的特征值均为负, 易验证即单调递减。

下面我们先选取一组数据, 取不同的来模拟系统瞬时可用度 (表1) :

利用Matlab可做出以上数据对应的瞬时可用度的数值模拟图像 (Ⅰ) (Ⅱ) (Ⅲ) :

下面我们再取不同数据对比瞬时可用度 (表2) :

以上数据对应的瞬时可用度的模拟图像为 (Ⅰ) (Ⅳ) :

因此, 由于系统的瞬时可用度在上单调递减, 故总有。在此模型中, , 即牢固可用度就是稳态可用度, 系统是可靠的。

参考文献

[1]LAM Yeh.”The rule occurren of failure.”Journal of Applied Probability, 1997.34 (1) :234-247.

[2]A bbs B S, Kuo W.Stochastic effectiveness model for human-machine systems.IEEE Trans.Systems, M an, Cybernetics, 1990.20 (4) :826-834.

[3]Wang Li-Qiao, Zhang Yu-feng, Piao Dong-zhe.The Asymptotic Stability and Reliability of the Solution of a Repairable Standby Human-Machine System.Mathematics In Practice And Theory, 2007.37 (19) :118-126.

[4]Dongxu Liu, Wenyi Si, Zhe Yin.Exponential Stability Analysis of the Solution of a Repairable Human-Machine System.Scientific Journal of Control Engineering, 2014.4 (3) :86-93.