CN101118654A - 基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真*** - Google Patents
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Abstract
一种基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***,其包括设置有第一通信接口的无线传感网模块、用于驱动场景事件以供仿真的场景事件驱动模块、以及设置有与所述第一通信接口相对应的第二通信接口的三维仿真模块,所述无线传感网模块包括用于采集各节点单元周围环境的数据以探测事件的发生的一个或多个无线传感节点单元,通过对采集的数据进行融合,然后根据所述数据及所述场景事件驱动模块所驱动的场景事件进行事件发生地的三维场景仿真,以供决策者能快速做出应对所述事件的决策,如此可实现在虚拟世界中对各类事件的逼真模拟,并以此为依据做出明智的防御计划和反映,还能供紧急事件处理者在紧急事件发生之前进行态势预演。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***。
背景技术
当今各国都受到来自恐怖活动以及潜在的恐怖威胁的挑战,因此需要设计新的创新方案来解决新一级的潜在威胁。传统的反恐测试和训练方法在某些程度上花销很大,而且一些仿真实验在真实世界中进行预演存在一定的危险,通过重现恐怖威胁事故来训练和评估应急措施及能力常常是不可行的。随着虚拟现实技术和传感器技术的飞速发展,越来越多的仿真实验可以利用虚拟现实技术带来的″沉浸″和″交互″,使参与者能够通过专用设备,以自然的方式对计算机所创造的虚拟环境中的实体进行交互考察、通讯和操作。虚拟现实技术的主要是由人工智能、计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术等有机结合在一起构成的。利用虚拟现实技术,让用户在虚拟世界中进行反恐测试、训练和态势评估,不仅节省了培训的费用和时间,而且避免了真实试验的危险性,具有很强的实用价值。
在2005年10月莫斯科人质恐怖事件中,俄反恐特种部队“阿尔法”小组在发起营救人质行动之前,专门运用虚拟现实技术,将莫斯科轴承厂文化宫的设计蓝图转换成三维布局图,“阿尔法”小组特种队员可以随意“进入”虚拟的文化宫“摸索”路线和“熟悉”环境,并多次模拟演练了施放化学气体的可靠方法和可能产生的后果,但该技术尚缺乏真实的物理世界信息作为整个模拟过程的有效支撑,需要与其它相关技术结合才能更充分地发挥技术上的优势。
而无线传感网是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息***,连接的是传感末梢,感知的是真实的物理世界的信息,而且以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视,是关系国民经济发展和国家安全的重要技术,被公认为将是未来改变人们生活的十大技术之首。将无线传感网应用于反恐安全,可充分利用其技术上的优势,逼真地进行敏感区域入侵、毒物扩散探测等反恐措施,是解决国家面临的恐怖威胁的一种有效手段。
因此,如果将现有的虚拟现实技术和无线传感网技术结合起来,必将能充分利用二者在反恐中的优势,在国家安全中发挥重要作用。而无线传感网的开发离不开仿真过程,目前无线传感网的仿***要集中于网络协议的仿真,在态势显示、方案选优、效果评估方面的直观性不够充分,因此,如何解决现有技术存在的问题实已成为本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***,以实现在虚拟世界中对类似于敏感区域入侵、飞机失事、毒物扩散、恐怖威胁等事件的逼真模拟,并以此为依据做出明智的防御计划和反映,还能供紧急事件处理者在紧急事件发生之前进行态势预演。
为了达到上述目的,本发明提供的基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***,包括:设置有第一通信接口,并包括一个或多个无线传感节点单元,用于采集各节点单元周围环境的数据以探测事件的发生,并对采集的数据进行融合,并经过融合的数据通过所述第一通信接口予以传送的无线传感网模块;用于驱动场景事件以供仿真的场景事件驱动模块;设置有与所述第一通信接口相对应的第二通信接口,用于通过所述第二通信接口接收由第一通信接口传送至的数据,并根据所述数据及所述场景事件驱动模块所驱动的场景事件进行事件发生地的三维场景仿真,以供决策者能快速做出应对所述事件的决策的三维仿真模块。
其中,所述机器视觉计算机模拟仿真***还包括:用于根据所述三维仿真模块所做出的三维场景仿真选择最优算法以获得解决事件的方法,还用于根据对决策者的决策进行分析及评价的决策分析评价模块、用于将用户与所述三维仿真模块相连接的用户接口模块;所述无线传感网模块还可包括对数据进行两级融合的融合单元;每一无线传感节点单元还可包括:采集数据的数据采集器、对所采集的数据进行处理的数据处理和控制器、用于与其它无线传感节点单元相互通信的通信单元及供应所述数据采集器、数据处理和控制器及通信单元电源的供电模块,所述数据采集器包括:声音传感器、震动传感器、毒气传感器、***物传感器、金属品探测传感器及视频人像识别传感器中的一种或多种;所述场景事件驱动模块包括:用于根据要求生成相应的场景脚本的场景脚本生成单元、用于根据所述场景脚本驱动相应事件的事件驱动单元。
综上所述,本发明的基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***利用三维可视化技术构建准确的三维交互世界,使分析者能够在虚拟世界中对类似于敏感区域入侵、飞机失事、毒物扩散、恐怖威胁等事件做出明智的防御计划和反映,并且紧急事件处理者能够在事件发生之前利用本***进行态势预演,
附图说明
图1为本发明的基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***框图。
图2为本发明的传感器网络模块通信结构框图。
图3为本发明的场景事件驱动模块结构框图。
图4为本发明的三维仿真模块结构框图。
图5为本发明的决策分析评价模块结构框图。
具体实施方式
请参见图1,本发明的基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***,包括:无线传感网模块、场景事件驱动模块、三维仿真模块、决策分析评价模块及用户接口模块。
所述无线传感网模块设置有第一通信接口,其包括一个或多个无线传感节点单元,用于采集各节点单元周围环境的数据以探测事件的发生,并对采集的数据进行融合,并经过融合的数据通过所述第一通信接口予以传送,所述无线传感网模块包括对数据进行两极融合的融合单元,每一无线传感节点单元包括:采集数据的数据采集器、对所采集的数据进行处理的数据处理和控制器、用于与其它无线传感节点单元相互通信的通信单元及供应所述数据采集器、数据处理和控制器及通信单元电源的供电模块,所述数据采集器包括:声音传感器、震动传感器、毒气传感器、***物传感器、金属品探测传感器及视频人像识别传感器中的一种或多种。
请参见图2,其为无线传感器网模块通信结构框图,其工作原理简述如下:所述无线传感器网模块中,无线传感节点单元任意散落在被监测区域内,除了感测特定的对象,还进行简单的计算并维持互相之间的网络连接。无线传感器网模块具有自组织的功能,单个无线传感节点单元经过初始的通信和协商,形成一个传输信息的多跳网络。每个多跳网络装备有一个连接到传输网络的网关,传输网络是由一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的。网关通过这个传输网络把感测倒的数据从传感区域发送到提供远程连接和数据处理的基站,基站再联系到远程数据库,最后采集到的数据经过分析,融合后通过第二通信接口提供给三维仿真模块,其中,无线传感网模块发送到三维仿真模块的数据是经过无线传感节点单元初步处理,并加以编码的信息。这些信息主要包括场景事件发生宏指令,事件发生时间,地理信息等等。
请参见图3,其为场景事件驱动模块的结构框图,其工作原理简述如下:所述场景事件驱动模块用于驱动场景事件以供仿真,其包括用于根据要求生成相应的场景脚本的场景脚本生成单元(其采用的仿真描述包括模型、参数模型、试验框架、仿真运行控制等)、及用于根据所述场景脚本驱动相应事件的事件驱动单元(即行为产生器,其控制产生模型行为,并对行为进行相应处理)。所述场景事件驱动模块遵循的实现方式是:首先所述场景脚本生成单元根据特定的想定,生成事件发展过程脚本,这种想定既可以是已经发生的事件,也可以是在人的脑海中的想象,所述事件驱动单元根据生成的脚本运行事件编译程序,这种想定经过输出模块管理器并结合数据库管理***解释为***可识别的过程,即一系列的脚本程序,由脚本命令驱动并管理***的运行。这些脚本程序可以存储为脚本数据库,方便下次仿真的再次调用,所有的仿真元素都经过仿真***的运作,解释,输出包括模型库输出数据库和仿真数据库(其存储真实***数据和参数仿真结果等)。
请参见图4,其为所述三维仿真模块的结构框图,其工作原理简述如下:所述三维仿真模块设置有与所述第一通信接口相对应的第二通信接口,其用于通过所述第二通信接口接收由第一通信接口传送至的数据,并根据所述数据及所述场景事件驱动模块所驱动的场景事件进行事件发生地的三维场景仿真,以供决策者能快速做出应对所述事件的决策,第二通信接口负责对信息进行解释处理,如果接收到的信息经过仿真协议的解释,与定义中的某个指令一致,则仿真程序开启新的进程,执行此事件动作。场景数据库配合进行相应的变化。针对网络应用层的协议仿真,所述三维仿真模块预先定义了一系列的事件发生宏定义,与无线传感网模块发送来的信息一一对应。第二通信接口负责对信息进行解释处理。如果接收到的信息经过仿真协议的解释,与定义中的某个指令一致,则仿真程序开启新的进程,执行此事件动作,场景数据库配合进行相应的变化。通常其接收的数据包括数字高程模型(DigitalElevation Models,DEM)数据、数字正射影像(DOM)数据等,所述三维仿真模块将DEM数据进行数据预处理与转化后转换为视景仿真的标准三维模型格式的数据,例如OpenFlight地形数据,而所述三维仿真模块对DOM数据进行图像处理将其转换为RGB地形纹理数据,同时所述三维仿真模块还启动建模软件和CAD***来根据模型纹理等数据建立三维实物模型,并对模型简化后,由视景仿真软件(例如VEGA)根据OpenFlight地形数据、RGB地形纹理数据、精简后的模型、虚拟现实(VR)输入设备(例如***和三维鼠标等)输入的数据、及由仿真流程获得的仿真数据建立视景仿真,并可在仿真场景中进行碰撞检测,即通过三维输出设备进行力反馈实验,或由触觉传感器输出检测结果,此外也可由三维输出设备(例如立体眼镜或立体投影等)观察三维视景。
所述三维仿真模块可以和无线传感网模块配合运行,也可以自主进行处理。所述三维仿真模块由场景播放单元,通信单元,用户交互单元组成。场景播放单元,由视景仿真、声音仿真、虚拟现实及其他可视化领域的世界领先的VEGA和各种三维模型构建软件开发。三维仿真模块的开发过程中主要关注大范围场景的模型精简,和场景数据库的组织,基于LOD技术的场景仿真技术。首先由各种三维建模软件构建大范围的场景模型和各种传感器模型,然后转化为虚拟现实仿真界领先的场景数据库FLT格式,在CREATOR中对模型做进一步的集成,和数据库组织。在NT下以VC6.0为开发环境,基于VEGA提供的C语言应用程序接口API,开发上层应用程序。
所述用户接口模块用于将用户与所述三维仿真模块相连接,在很多情况下,由于一些事件是突发的,处理人员无法预先到达事发地点,熟悉地形环境,这时,就需要利用虚拟现实技术模拟真实环境,使用带有场景播放功能的模块使人员有亲身体验的机会。用户接口负责用户和场景的交互,主要由交互算法和接口协议组成。用户可以在场景中漫游、目的地快速转换、碰撞检测、场景信息查询等等。
请参见图5,其为决策分析评价模块的结构框图,其工作原理简述如下:所述决策分析评价模块用于根据所述三维仿真模块所做出的三维场景仿真选择最优算法以获得解决事件的方法,还用于根据对决策者的决策进行分析及评价,所述决策分析评价模块遵循的模式是:***分析人员描述有关***的知识,确定目标并让***类似一个仿真专家;选择最优算法,进行程序自动生成,运行并给出最优解,利用专家***的知识建立人为决策的模型。要建立一个建模与仿真的专家***,除了知识库推理机外,还要以数据库、模型库、知识库及仿真统计结果数据库等为基础,构成***的综合信息库。综合信息库与控制结构相互分离,便于分别对其进行修改,并允许非确定的数据结构及进行动态操作,由知识获取模块从综合信息库内获取信息,并通过交互接口与三维仿真模块进行信息交换,而推理机可对综合信息库和综合数据库内的信息进行推理以优化各数据库存储的数据,解释机通过对综合数据库的数据的解释后由交互接口将数据送至三维仿真模块,如此可利用知识库专家***进行仿真效果评价,能根据人类的经验知识把综合过程用规则形式进行描述。首先利用尽可能多的现实情况,包括决策和评价、仿真统计结果,将它们输入专家***,形成评价专家知识库。以专家***作为评判训练者的依据,专家***会根据各训练者的不同操作方式、结果表现,在人工智能的方法指导下,作出适合的评价。***由四个库(数据库、模型库、知识库、仿真统计结果数据库),四个子***(智能仿真环境用户对话管理子***、数据库管理子***、模型库管理子***、知识库管理子***)和仿真结果分析专家***组成。四个库均采用SQL-SERVER表形式,四个子***采用预编译接口程序实现。
Claims (7)
1.一种基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于包括:无线传感网模块,设置有第一通信接口,其包括一个或多个无线传感节点单元,用于采集各节点单元周围环境的数据以探测事件的发生,并对采集的数据进行融合,并经过融合的数据通过所述第一通信接口予以传送;
场景事件驱动模块,用于驱动场景事件以供仿真;
三维仿真模块,设置有与所述第一通信接口相对应的第二通信接口,其用于通过所述第二通信接口接收由第一通信接口传送至的数据,并根据所述数据及所述场景事件驱动模块所驱动的场景事件进行事件发生地的三维场景仿真,以供决策者能快速做出应对所述事件的决策。
2.如权利要求1所述的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于还包括:决策分析评价模块,用于根据所述三维仿真模块所做出的三维场景仿真选择最优算法以获得解决事件的方法,还用于根据对决策者的决策进行分析及评价。
3.如权利要求1所述的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于所述无线传感网模块包括对数据进行两级融合的融合单元。
4.如权利要求3所述的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于每一无线传感节点单元包括:采集数据的数据采集器、对所采集的数据进行处理的数据处理和控制器、用于与其它无线传感节点单元相互通信的通信单元及供应所述数据采集器、数据处理和控制器及通信单元电源的供电模块。
5.如权利要求4所述的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于所述数据采集器包括:声音传感器、震动传感器、毒气传感器、***物传感器、金属品探测传感器及视频人像识别传感器中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于所述场景事件驱动模块包括:
场景脚本生成单元,用于根据要求生成相应的场景脚本;
事件驱动单元,用于根据所述场景脚本驱动相应事件。
7.如权利要求1所述的机器视觉计算机模拟仿真***,其特征在于还包括用于将用户与所述三维仿真模块相连接的用户接口模块。
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