一种舰载机自动调度半实物仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种舰载机自动调度半实物仿真系统，它包括航母甲板模型；舰载机多智能体系统，用于模拟舰载机的出动回收过程；智能体上控制器根据转速传感器采集的驱动轮的转速和通信单元收到的指示控制驱动轮的转速和方向，并通过通信单元上传；智能体上还设有定位标识；用于采集航母甲板模型的实时图像的图像采集系统；识别定位监控系统用于通过根据航母甲板模型的实时图像，识别智能体的位置及智能体上的定位标识获得智能体的实时状态；舰载机自动调度系统用于实时接收并处理多智能体的实时状态，根据预设的调度模型和优化算法决策出各个智能体的路径并分发给对应的智能体。本发明专利技术为舰载机调度优化及提高出动架次率的研究提供了评估验证环境。

【技术实现步骤摘要】
一种舰载机自动调度半实物仿真系统及方法
本专利技术属于技术智能调度管理领域，具体涉及一种舰载机自动调度半实物仿真系统及方法。
技术介绍
飞行甲板和舰载机的适配性与合理的调度策略是航母形成战斗力的关键。相较于陆基飞机，舰载机作业环境更加复杂恶劣，其调度涉及到多架舰载机、多种资源之间在起降、调运、驻留及维护保障等多个作业阶段的有效协调，隶属运筹学中的动态调度问题。对于我国海军及相关参研单位而言，当前的一个热点问题便是如何在相对缺少研制与使用经验的情况下提高飞行甲板作业的科学性和经济性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种舰载机自动调度半实物仿真系统及方法，用于舰载机作业调度仿真与智能辅助决策系统研究。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种舰载机自动调度半实物仿真系统，其特征在于：它包括：航母飞行甲板模型系统，包括按一定比例缩比的航母甲板模型；舰载机多智能体系统，包括若干个设置在航母甲板模型上的智能体，用于模拟舰载机的出动回收过程；所述的智能体包括驱动轮、安装在驱动轮上的转速传感器、控制器和通信单元，控制器根据转速传感器采集的驱动轮的转速和通信单元收到的指示控制驱动轮的转速和方向，并通过通信单元上传；所述的智能体上还设有定位标识；图像采集系统，用于采集航母甲板模型的实时图像；数据处理系统，包括识别定位监控系统和舰载机自动调度系统；其中识别定位监控系统用于通过根据航母甲板模型的实时图像，识别智能体的位置及智能体上的定位标识获得智能体的实时状态；舰载机自动调度系统，用于实时接收并处理多智能体的实时状态，根据预设的调度模型和优化算法决策出各个智能体的路径并分发给对应的智能体；数据交互系统，用于图像采集系统与数据处理系统之间、以及智能体的通信单元与数据处理系统之间的数据交互。按上述系统，所述的识别定位监控系统具体按以下步骤进行识别定位：S1、通过若干摄像机获得航母甲板模型的照片，并合成整个航母甲板模型的完整图像；S2、通过图像处理算法获取智能体的位置信息；S3、通过对智能体上定位标识的识别，得到智能体的编号；S4、取相邻两帧图像，分别得到智能体的位置信息及编号，相互比较得到智能体的速度和方向。按上述系统，所述的定位标识的底色为黑色，上面设有轴对称的两个相离的白色圆形，一个大圆和一个小圆从而对智能体的首尾进行区别，大圆内有等距的若干编码位，编码位采用黑白二进制编码，从而对智能体进行编号。按上述系统，以数据处理系统为服务器，以智能体为客户端，采用无线传输控制协议，由数据交互系统将服务器、客户端和图像采集系统进行网络连接。按上述系统，智能体的控制器为Arduino开发板，采用有线方式与转速传感器、驱动轮、通信单元连接；驱动轮为两个前轮，智能体还包括一个万向后轮，转速传感器反馈2个驱动轮的转速，控制器通过改变PWM的占空比进行速度调节；预先烧录客户端程序，接收到服务器相应路径指令后，实现前后左右四个方向的移动，其中左右转弯通过转速差方式实现。按上述系统，所述的智能体上还设有信号灯，代表舰载机当前状态。利用所述的舰载机自动调度半实物仿真系统实现的仿真方法，其特征在于：通过航母甲板模型以及智能体进行半实物仿真，通过图像采集系统采集仿真的实时状态；利用识别定位监控系统监控智能体在航母甲板模型上的实时状态和路径；通过舰载机自动调度系统设置智能体的调度模型和路径算法，并控制智能体按照所设置的调度方案和路径，从而仿真舰载机在航母甲板模型上行走，实现航母甲板全流程的调度优化。本专利技术的有益效果为：结合了调度仿真软件、识别定位监控系统、航母甲板模型系统、多智能体的控制与通信系统等，形成了一套人机在环的闭环连续仿真运行系统，为舰载机调度优化及提高出动架次率的研究提供了评估验证环境。附图说明图1为本专利技术一实施例的仿真系统结构示意图。图2为本专利技术一实施例的仿真方法流程图。图3为本专利技术一实施例的定位方法流程图。图4为本专利技术一实施例的多智能体结构示意图。图5为本专利技术一实施例的定位标识原理图。图中：1-航母甲板模型，2-智能体，3-摄像头，4-交换机，5-路由器，6-计算机，7-定位标识，2-1-驱动轮，2-2-电源，2-3-通信单元，2-4-控制器，7-1大圆，7-2-小圆，7-3-编码位。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供的一种舰载机自动调度半实物仿真平台，如图1所示，包括舰载机自动调度软件系统、航母甲板模型1、模拟舰载机移动的智能体2、识别和定位所述甲板上智能体的室内监控系统、数据交互系统；其中舰载机调度自动调度系统为搭载仿真软件的计算机(本实施例中为PC)，用于实时处理多智能体的状态信息，决策出合理的路径并将任务分发给各个智能体；室内监控系统包括安装在甲板上方的多个单目摄像头，摄像头与交换机、交换机与计算机通过网线进行图像数据传输(本实施例中单目摄像头个数为4个，且对称分布)，用于获取多智能体在所述甲板上移动时的图像并输出；航母飞行甲板模型系统包括升降台、飞行甲板和舰岛等，用于模拟甲板作业环境(本实施例中飞行甲板的长为8米，宽为3米)；多智能体上搭载了定位标志、霍尔传感器、通信单元、控制器以及执行器，用于模拟舰载机的出动回收过程。舰载机自动调度仿真平台按照流程图2所示，首先室内定位系统采集到甲板表面图像，并通过定位标识识别出智能体的状态，调度仿真软件系统接收到智能体状态后，输入到预先建立的模型中，采用智能算法进行模型求解，得到当前最优的任务形式(如维修、保障、牵引、加油、挂弹等)，规划出合理的路径，生成相应的TCP协议数据包。TCP协议数据包通过无线传输方式发送到多智能体上的通信模块(客户端)，通信模块再传送给智能体上的Arduino单片机，并解析为串口数据。智能体从停机位或机库的升降台出发，驱动器按照控制器指令进行移动，同时实时状态被室内监控采集，实现整个系统的闭环仿真。下面对仿真平台系统中子系统和模块做进一步详细介绍。航母飞行甲板模型系统，包括按一定比例缩比的航母甲板模型1。本实施例中，航母甲板模型1包括飞行甲板区域、停机区、舰岛、机库和升降台等装置。本实施例中航母模型以美国海军福特号航母为蓝本，根据福特号航母的实际尺寸采用1：50缩比模型，由4个2m×2m的可移动木制平台、2个楔形木制平台、2个木制机库模型、2个木制升降台模型、1个合金舰岛模型拼接而成。在木制平台上张贴PVC材料的喷绘布，其上绘有降落区、中部三角区、起飞区、一站式保障点等不同区域。每个升降台区由限位伺服电机、多路继电器、控制器、支架和三合板组成，控制器为Arduino单片机，其串口部分与与电脑USB端口连接，数字引脚与继电器连接，同时继电器与限位伺服电机进行连接。预先在Arduino单片机内烧录好程序后，上位机编写基于C++语言的程序，通过改变数字引脚电压的大小，从而改变继电器的通断，从而实现同时对两个升降平台上升、下降和停止的操作。舰载机多智能体系统，包括若干个设置在航母甲板模型上的智能体2，用于模拟舰载机的出动回收过程；所述的智能体2包括驱动轮2-1、安装在驱动轮2-1上的转速传感器、控制器2-4和通信单元2-3，还包括电源2-2，控制器2-4根据转速传感器采集的驱动轮2-1的转速和通信单元2-3收到的指示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种舰载机自动调度半实物仿真系统，其特征在于：它包括：航母飞行甲板模型系统，包括按一定比例缩比的航母甲板模型；舰载机多智能体系统，包括若干个设置在航母甲板模型上的智能体，用于模拟舰载机的出动回收过程；所述的智能体包括驱动轮、安装在驱动轮上的转速传感器、控制器和通信单元，控制器根据转速传感器采集的驱动轮的转速和通信单元收到的指示控制驱动轮的转速和方向，并通过通信单元上传；所述的智能体上还设有定位标识；图像采集系统，用于采集航母甲板模型的实时图像；数据处理系统，包括识别定位监控系统和舰载机自动调度系统；其中识别定位监控系统用于通过根据航母甲板模型的实时图像，识别智能体的位置及智能体上的定位标识获得智能体的实时状态；舰载机自动调度系统，用于实时接收并处理多智能体的实时状态，根据预设的调度模型和优化算法决策出各个智能体的路径并分发给对应的智能体；数据交互系统，用于图像采集系统与数据处理系统之间、以及智能体的通信单元与数据处理系统之间的数据交互。

【技术特征摘要】
1.一种舰载机自动调度半实物仿真系统，其特征在于：它包括：航母飞行甲板模型系统，包括按一定比例缩比的航母甲板模型；舰载机多智能体系统，包括若干个设置在航母甲板模型上的智能体，用于模拟舰载机的出动回收过程；所述的智能体包括驱动轮、安装在驱动轮上的转速传感器、控制器和通信单元，控制器根据转速传感器采集的驱动轮的转速和通信单元收到的指示控制驱动轮的转速和方向，并通过通信单元上传；所述的智能体上还设有定位标识；图像采集系统，用于采集航母甲板模型的实时图像；数据处理系统，包括识别定位监控系统和舰载机自动调度系统；其中识别定位监控系统用于通过根据航母甲板模型的实时图像，识别智能体的位置及智能体上的定位标识获得智能体的实时状态；舰载机自动调度系统，用于实时接收并处理多智能体的实时状态，根据预设的调度模型和优化算法决策出各个智能体的路径并分发给对应的智能体；数据交互系统，用于图像采集系统与数据处理系统之间、以及智能体的通信单元与数据处理系统之间的数据交互。2.根据权利要求1所述的舰载机自动调度半实物仿真系统，其特征在于：所述的识别定位监控系统具体按以下步骤进行识别定位：S1、通过若干摄像机获得航母甲板模型的照片，并合成整个航母甲板模型的完整图像；S2、通过图像处理算法获取智能体的位置信息；S3、通过对智能体上定位标识的识别，得到智能体的编号；S4、取相邻两帧图像，分别得到智能体的位置信息及编号，相互比较得到智能体的速度和方向。3.根据权利要求2所述的舰载机自动调度半...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑茂，张豪，初秀民，蒋仲廉，谢朔，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42