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多模式無人機人機交互系統的設計研究
發布時間:2019-06-14

  摘要:為了拓展軍用無人機的功能, 很多技術人員對多模式無人機人機交互系統進行研究。本文在這一背景下, 首先對多模式無人機人機交互系統的總體設計思路進行分析, 之后從多模式人機交互裝置、數據記錄及處理子系統、人因工程評估子系統、無人機模擬訓練子系統這幾方面對多模式無人機人機交互系統的設計進行研究, 希望能為相關技術人員帶來一定的啟示, 提高無人機人機交互系統的設計水平。

  關鍵詞:多模式無人機; 人機交互系統; 系統設計;

  隨著科技的發展, 軍用無人機的功能不斷提高, 傳統的使用鼠標操作的無人機人機交互模式已經不能順應時代的發展和控制的要求, 所以國內外的技術人員開始對多模式的無人機交互系統進行研究與設計。近年來, 此項研究融合了人工智能與虛擬現實等技術, 國內外一些研究成果都推動了無人機多模式交互技術的發展, 下面筆者就結合自身的研究經驗談一談多模式無人機人機交互系統的設計問題。

人機交互

  1 多模式無人機人機交互系統總體設計

  設計多模式無人機人機交互系統需要融入人工智能和虛擬現實技術, 系統設計需考慮到系統的標準化、通用化和模塊化要求, 要選擇成熟貨架產品作為系統硬件, 以此提高系統設備的可靠性和實用性。具體設計需要采用模塊化的設計思路, 使系統具備如下功能。第一, 需要建立出無人機交互驗證評估平臺, 這是設計的首要功能, 要對操作員的動作定位數據進行收集和分析, 從而支持人機界面的開發。第二, 要設計出逼真的單人無人機操作訓練環境, 從而提升教學和訓練效果, 這需要系統采用沉浸式頭顯設備, 還原1:1的地面操作臺和地面站場景。該系統應該由四項子系統組成, 不同的子系統需要發揮不同的作用, 共同構成整個人機交互系統, 下面筆者就對這四部分子系統進行分析。

  2 多模式無人機人機交互系統設計分析

  2.1 多模式人機交互裝置

  多模式人機交互裝置是人機交互系統的基礎層, 進行這部分設計時, 需要使用到兩臺獨立的計算機, 并利用局域網傳輸交互數據, 將各個分支裝置組合起來。其中包含幾大交互裝置, 第一是眼動儀裝置, 需要采用與眼球追蹤技術對人眼的位置和注視方向進行追蹤, 具體可以用紅外圖像采集設備與紅外設備對圖像進行處理, 并使用軟件算法計算, 達到追蹤人眼轉動的目的。第二是VR HMD裝置, 這屬于一種定位系統, 可以為操作者提供眼球畫面中的三維場景。在具體設計時, 需用到具備90Hz刷新率和110°視場的HTC Vive頭顯, 并結合Steam VR追蹤技術實時獲取無線操控手柄與顯示器的位置。[1]第三是3D體感攝像機, 這主要是捕捉操作者的肢體動作, 實時與虛擬場景進行交互, 對操作員模擬訓練進行評估。具體設計要使用成熟的Kinect2設備, 并結合微軟的Kinect接口文件和Prime Senseps編碼技術, 獲取人體信息。第四是VR Glove, 其可以對操作員的手勢進行識別, 需要采用VR交互手套與顯示設備進行聯動, 通過手套內的傳感器返回信息, 捕捉手勢。第五是語音識別設備, 這主要是對語音效果進行識別, 需要使用中文語音交互模塊進行指令采集。

  2.2 數據記錄及處理子系統

  數據記錄處理子系統也屬于人機交互系統中的另一基礎層, 主要可以起到數據庫管理和網絡通信的作用, 其中包含兩大模塊。其中的DDS網絡通信模塊需要使用分布式數據分發DDS技術, 可以與仿真平臺中的數據及時進行交互。技術人員可以使用軟件設計模式分離、橋接數據管理模塊中的各子模塊, 從而達成系統結構的獨立演化。另一大系統是數據庫管理模塊, 具體設計要使用My SQL軟件驅動進行模塊管理, 構建出可以用于測試驗證的環境。這一模塊中還要設計出包含任務和數據處理等子模塊, 使模塊可以實現數據的輸入、修改、整合等系列功能。

  2.3 人因工程評估子系統

  人因工程評估子系統數據人機交互系統中的應用層, 主要對多模式人機交互裝置所采集來的數據進行分析和評估, 技術人員需要在系統中構建出評估算法和指標, 實現量化評估的目的。具體要在系統中加入控制器, 設計出操作域分析模塊, 進行控制信息的傳輸。在進行控制器設計時, 要注意控制器分割距離的科學性, 避免發生因距離過小而發生連帶操作的問題。同時, 設計人員還要對眼動儀等設備獲取的信息進行轉化, 設計出視域分析模塊, 利用算法將信息轉化為平面圖, 并對顯控界面的布局、眼球運動的指標等問題進行分析和評估。最后, 要設計出語音交互控制指令分析模塊, 驗證有限指令集語音區分度是否合理等問題。

  2.4 無人機模擬訓練子系統

  無人機人機交互系統中的最后一個子系統就是無人機模擬訓練系統, 該系統要與VR頭顯、交互手套等交聯, 進行實時的、動態化的捕捉, 從而實現場景交互。為了使設計達成虛擬訓練的效果, 該系統中也要建立出以下幾個模塊。其中可以使用仿真技術建立出虛擬操作臺及航電系統, 對無人機的現實操作場景進行虛擬還原。還要構建出科目訓練子系統, 在無人機控制之前對飛行內容、飛行方案等進行設定。[2]在具體操作無人機時, 離不開無人機飛行仿真模塊, 這一模塊可以對虛擬場景進行顯示, 設計人員可以通過改善幾何模型精度, 并提高解算程序的運行效率, 從而提高顯示效果。

  3 結語

  綜上所述, 近年來, 越來越多先進的技術出現, 這都為無人機人機交互系統的設計提供了支持。所以相關設計人員一定要創新設計理念, 引入先進技術, 積極進行實踐, 搭建出功能強大, 實用性強的交互系統。還要不斷完善人機交互系統中的各子系統, 積極利用該系統進行無人機操作訓練, 從而提高我國的無人機技術。

  參考文獻
  [1]王偉偉, 王卿。應用于無人機的新體系數據記錄系統設計[J].智能物聯技術, 2018, 1 (02) :33-37+41.
  [2]余鴻哲, 彭飛, 等。針對路橋養護的無人機巡檢信息管理軟件系統[J].機電一體化, 2018, 24 (06) :45-50.

對應分類:人機交互論文
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