77321

ТРЕХМЕРНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В СИСТЕМЕ ИСКУССТВЕННОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ ПИЛОТОВ МАЛОЙ АВИАЦИИ

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Это вызвано тем что данные летательные аппараты перемещаются на относительно небольшой высоте в области действия природного ландшафта и искусственных высотных объектов и управляются пилотом в ручном режиме а не на автопилоте. На основе этих данных пилотажный монитор должен в реальном режиме времени строить трёхмерное представление о реальной картине окружающей самолёт. Экран пилотажного монитора Программа пилотажного монитора получает данные от сервера данных о текущих параметрах полёта и в режиме реального времени строит соответствующее...

Русский

2015-02-02

1.39 MB

3 чел.

ТРЕХМЕРНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В СИСТЕМЕ ИСКУССТВЕННОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ ПИЛОТОВ МАЛОЙ АВИАЦИИ

Букреев А.С., Васёв П.А., Кузнецов Я.Д., Овечкина Е.В., Штуркин Н.В.

ООО УралАвиаПроект, г. Екатеринбург
Институт Математики и Механики УрО РАН, г. Екатеринбург

Введение

В настоящее время малая авиация получает всё более широкое распространение. Это обусловлено рядом экономических преимуществ, которые несёт малая авиация по сравнению с авиацией дальнего действия или другими видами транспорта – мобильность и высокая скорость реагирования, сокращенное время перемещения, относительно невысокая стоимость обслуживания. Особенно выгодным данный вид транспорта оказывается по мере роста благосостояния страны применения.

Однако малой авиации, при всех её преимуществах, присущи также индивидуальные особенности и недостатки. Одним из таких недостатков считается повышенная аварийность по сравнению с дальней авиацией. Это вызвано тем, что данные летательные аппараты перемещаются на относительно небольшой высоте, в области действия природного ландшафта и искусственных высотных объектов, и управляются пилотом в ручном режиме (а не на автопилоте). Также самолеты малой авиации более зависимы от природных атмосферных явлений и визуальной обстановки, которые в том числе могут привести к дезориентации пилота в пространстве.

На данном этапе развития компьютерной и геолокационной техники и накоплением актуальных геодезических данных проблемы, обозначенные выше, стали решаемы. В авиации, начиная с армейской и затем в дальней гражданской, стали появляться так называемые системы искусственного видения (synthetic vision) [1]. Эти системы, обладая информацией о текущих параметрах полёта, включая географическое положение, высоту, скорость и направление полёта, производят в реальном времени компьютерное моделирование текущей обстановки и искусственно воссоздают реальную картину. Они могут отображать трёхмерную сцену окружения вокруг летательного аппарата, показывать его местоположение на карте, сопоставлять характеристики полёта с имеющимися географическими данными и заданным полётным режимом и так далее. Таким образом, пилот летательного аппарата получает дополнительную информационную поддержку при ориентировании в текущей обстановке, а в отдельных случаях – например при плохой видимости – и реальный шанс сохранить возможность управления летательным аппаратом.


Рис. 1. Пример системы искусственного видения

На рисунке 1 изображен пример внешнего вида системы искусственного видения. В частности, на левом экране показан уже упомянутый выше пилотажный монитор, который призван воспроизводить трёхмерную обстановку, по которой пилот может ориентироваться в пространстве.

Создание программного обеспечения пилотажного монитора – серьёзная задача. Серьёзными являются и выгоды, получаемые при наличии такого монитора в кабине летательного аппарата. Настоящая работа посвящена вопросам создания такого программного обеспечения.

Возможности пилотажного монитора

Конкретизируем постановку задачи. Пилотажный монитор является частью программно-аппаратного комплекса, включающим в себя навигационные приборы, центральный компьютер и программы для обработки и отображения навигационных данных. С помощью аппаратуры система определяет местоположение и вектор перемещения самолёта, а также дополнительные данные о полёте и состоянии летательного аппарата. На основе этих данных пилотажный монитор должен в реальном режиме времени строить трёхмерное представление о реальной картине, окружающей самолёт. Кроме того, пилотажный монитор должен отображать и информацию о параметрах полета (высота, скорость, азимут, тангаж и другие) с тем, чтобы пилот мог получить основную информацию об обстановке без необходимости перемещать взгляд между монитором и приборной доской.

На основе данной постановки группой авторов была проведена работа по созданию пилотажного монитора. В результате разработок, которые велись несколько лет, удалось получить действующий многофункциональный программный продукт, пример работы которого представлен на рисунке 2.  


Рис. 2
. Экран пилотажного монитора

Программа пилотажного монитора получает данные от сервера данных о текущих параметрах полёта и в режиме реального времени строит соответствующее им визуальное представление. В основе такого представления – окружающий ландшафт с наложенными на него информационными слоями. Среди поддерживаемых слоёв: векторные, площадные, точечные и особые. Таким образом, монитор по состоянию на текущий момент отображает информацию об авто- и железных дорогах, руслах рек, площадных водных объектах, городской застройке, высотных объектах и взлетно-посадочных полосах. Присутствие данной информации позволяет ориентироваться в окружающей обстановке на существенно более качественном уровне по сравнению с отображением исключительно ландшафта.

Отдельного упоминания заслуживают так называемые «масштабные объекты». Это специально размещенные на поверхности ландшафта типовые объекты: автомобили, здания, деревья и так далее. Каждому такому объекту в реальности соответствует конкретная высота в метрах. Поэтому присутствие этих объектов на мониторе даёт важное визуальное понимание относительно высоты полёта и расстояния до тех или иных ландшафтных особенностей.

Также на пилотажном мониторе размещен так называемый «курсовой рельеф» (на рисунке 2 его окно можно видеть в левой нижней части). Это окно показывает, как текущий тангаж самолёта (отклонение от горизонта) сопоставляется с рельефом по курсу. Всё сечение ландшафта, которое находится выше линии текущего курса, окрашивается в особый цвет. Таким образом, пилот получает дополнительную информацию о высоте рельефа перед летательным аппаратом относительно текущего курса и тангажа.

При проведении работ коллектив столкнулся с множеством задач. Одной из таких задач явилась необходимость восстановления рельефа на ряде участков. Проблема заключается в том, что все имеющиеся на настоящий момент данные о земной поверхности являются неполными. Они содержат в себе так называемые «дыры», что связано с погрешностью или невозможностью проведения измерений на некоторых участках земной поверхности. В частности, это особенно актуально для горных районов. В случае присутствия «дыр» в кадре их необходимо как-то отображать. В связи с этим было принято решение: для того, чтобы избежать визуальных артефактов и ухудшения восприятия необходимо постараться восстановить рельеф, при этом ясно показав пилоту неоднозначность представления на экране. Был создан ряд алгоритмов, и в результате удалось прийти к приемлемому варианту, результат работы которого представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Пример восстановленного ландшафта

Восстановленные участки показаны красным цветом, который сообщает об опасности – отсутствующих данных и о том, что на данные участки нельзя полагаться при принятии решений о пилотировании.

Созданный пилотажный монитор может работать не только в режиме полёта, но также в режиме воспроизведения трасс и в режиме обучения. В режиме воспроизведения монитор показывает записанные ранее полёты с возможностью паузы, ускоренного воспроизведения и так далее. В режиме обучения программа управляется джойстиком или другими устройствами ввода и позволяет изучать те или иные участки в интерактивном режиме.

Также были проведены эксперименты по работе с системой с применением средств виртуальной реальности. Пользователь находится в специальном шлеме стерео-видения и управляет программой с помощью джойстика. Поворот головы отслеживается и картинка строится таким образом, чтобы следовать взгляду пользователя. В результате таких экспериментов был получен ряд выводов о перспективности использования виртуальной реальности при обучении пилотированию.

Заключение

Системы искусственного видения позволяют снизить риски при пилотировании самолётов в малой авиации за счёт компьютерного воссоздания окружающей обстановки. Таким образом, пилот может ориентироваться в пространстве вне зависимости от погодных условий. Создание таких систем стало возможным благодаря современному уровню развития аппаратных средств отслеживания параметров полёта, накопленной цифровой информации о поверхности земли и средствам трехмерной графики. Разработки в области искусственного видения проводятся как государственными учреждениями [2], так и коммерческими организациями [3,4], преимущественно иностранными.

В настоящей статье представлен краткий обзор разрабатываемого пилотажного монитора – основной компоненте систем искусственного видения. Программа отображает ландшафт по курсу летательного аппарата, дороги, водные объекты, высотные объекты, взлетно-посадочные полосы и другую информацию. Отображение проводится в режиме реального времени со средней задержкой 0,05 секунды (то есть порядка 4 метров отставания по оси движения при пилотировании со скоростью 300 километров в час). Как показали предварительные испытания, созданный монитор способен отображать обстановку вокруг летательного аппарата с большой степенью реалистичности и информативности.

Разработка данного программного продукта ведется в связи с работами по созданию самолётов для малой авиации, проводимых в компании УралАвиаПроект.

Литература

  1.  Synthetic Vision Systems / Wikipedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_vision_system (дата обращения: 15.01.2008)
  2.  NASA Synthetic Vision / NASA. URL: http://www.nasa.gov/centers/langley/news/factsheets/SynthVision.html
    (дата обращения: 02.02.2010)
  3.  Rockwell Collins Synthetic Vision / Rockwell Collins. URL: http://www.rockwellcollins.com/syntheticvision/index.html  (дата обращения: 07.04.2010)
  4.  VistaNav Portable Synthetic Vision Systems  / Bendix Kink. URL: https://www.bendixking.com/vistanav/ (дата обращения: 07.04.2010)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45703. Тенденции развития современной российской журналистики 34 KB
  В качестве основных процессов характеризующих развитие современных массмедиа исследователи в последнее десятилетие выделяют четыре: глобализация демассовизация конгломерация и конвергенция сложное и неоднозначное взаимодействие между которыми и формирует современное медийное поле. Медиаглобализация Глобализация наблюдается во всем мире – устранение границ создание объедененых государств СНГ Евросоюз. Глобализация – создание транснациональных медиа. И хотя глобальные медиа открывают невиданный простор для поиска информации но в...
45704. Идентификация аудитории 24 KB
  Идентификация аудитории Аудитория СМИ неопределенно многочисленная и качественно неоднородная группа людей вступающих во взаимодействие со СМИ. Типичные носители массового сознания может быть целевая реальная потенциальная Важно установление прочных обратных связей Аудитория СМИ важнейшая характеристика самого сми выбор аудитории частично формирует концепцию издания и вообще характеризуется по тем же параметрам что и ЦА в СО.
45705. Функционирование СМИ в глоб.инф.пространстве 60.5 KB
  Происходящая в настоящее время инф. революция означает переход от индустриального и даже постиндустриального общества к инфму. экономики и внедрения новейших достижений инф. Интерактивные медиа предоставляют все больше каналов распространения инфии.
45706. Природа и коммуникативные особенности телерадиожурналистики 34.5 KB
  Природа и коммуникативные особенности телерадиожурналистики. По учебнику Васильева Петрова Курс радиотелевезионной журналистики Радиожурналистика чрезвычайное эффективное средство организации и восприятия аудитории формирования общественного мнения. Радио и телевиденью в сегодняшних СМИ принадлежат бесспорные приоритеты. И объясняется это отнюдь не высоким качеством вещания не выдающимися радиотелевизионными персонажами не глубинной публицистических обобщений не точностью оценок аналитиков.
45707. Современные тенденции развития телерадиожурналистики 40.5 KB
  Радио будильник спутник в автомашине пробки Непосредственность ТВ как и радиовещания определяет принципиальную возможность предельно оперативного получения и распространения информации. Новые технические средства дают возможность более широкого и быстрого доступа к значительному колву информации. Глобализация привела к ряду социальноправовых последствий: фактический отказ мирового сообщества от признания нового международного информационного порядка и поддержка концепции “свободного потока информации†игнорирование...
45708. Типология и классификация современных СМИ 30.5 KB
  Типология и классификация современных СМИ. От того каким аудиторным признакам будет уделяться данным СМИ наибольшее внимание зависит: 1 проблемнотематическая направленность обращение к определенным пластам информации; при этом СМИ может быть по этому признаку универсальным политематическим и монотематическим. А от того в каком свете будут освещаться проблемы и темы зависит 2 социальная позиция СМИ его политическая экономическая и др. 3 линия поведения относительно других СМИ представляющих другие социальные позиции отстаивающие...
45709. Основные тенденции развития СМИ на Западе после Второй мировой войны (Англия) 50.5 KB
  1870 -– соглашение Вольф Гавас и Рейтер о разделе мирового инф пространства 6080 – новые типы период изданий много вечерн г “Pll Mll Gzette†“London Dily Mercury†“evening Mercury†“Evening news†“Strâ€. Особенно преуспели в этом идеологи английской желтой прессы братья Хармсворты начавшие свою деятельность в 1888 году с издания желтых журналов а затем газет Evening News 1894 Dily Mil 1896 для молодых клерков снизили цену увеличил тираж. Газетн кампании рубрики для женщин и Dily Mirror1903 –...
45710. Международная информация 36.5 KB
  Тема раскрывается в трех измерениях: во-первых освещение в России любыми СМИ любым информационным источником и в любом жанре происходящих за рубежом текущих событий и процессов; внешнеполитических и внешнеэкономических акций России; российского присутствия за рубежом – политического экономического культурного гуманитарного информационного спортивного военного. во-вторых отражение зарубежными СМИ образа России ее внутренней и внешней политики; в-третьих целенаправленные действия российской стороны в зарубежных странах для...
45711. Зарубежная журналистика и экономика: новость как товар, аудитория как капитал 28 KB
  Поскольку СМИ включены в действующую финансовоэкономическую систему той или иной страны они заинтересованы в стабильности и развитии этой системы что часто проявляется в содержании публикуемых или транслируемых материалов. В ряде случаев СМИ выступают как группы экономических интересов а во взаимодействии с властными структурами – как группы влияния лобби. В последние годы заметно меняется экономическая структура СМИ. Во многих странах государство субсидирует СМИ как прямо так и косвенно – предоставлением различных льгот грантов...