基于Virtools的混凝土泵车三维远程监控系统

摘要

随着我国工程机械行业的迅猛发展，人们对工程机械的远程监控和远程管理系统的要求也越来越高，但是现有的工程机械远程监控系统界面多是二维或伪三维界面，仿真程度不高、交互性差。本文针对传统工程机械远程监控系统在信息呈现方式和人机交互方面的不足，以实际的产学研合作项目为背景，构建一个采用C/S架构、基于虚拟现实技术的混凝土泵车三维远程监控系统。本系统旨在为泵车所有者提供一个三维可沉浸式远程监控平台，提高了监控系统的操作效率和信息量，具有乐观的发展前景和较高研究价值。
　　 论文对泵车三维远程监控系统的总体结构进行了分析和设计，以虚拟现实客户端的构建为主要研究对象。论文分析了客户端需要实现的主要功能模块，分别是网络通信模块、监控设备实时运动状态仿真、监控设备历史运动状态回放、仿真操作虚拟泵车、监控日志管理。
　　 论文对客户端各功能模块的关键技术原理和具体实现方法进行了研究。主要包括Virtools客户端与服务器端不同平台间通信功能的实现;监控设备运动状态仿真原理研究;泵车虚拟驾驶、自动寻路以及仿真泵送功能的实现;监控日志生成方法、监控记录管理功能以及状态分析图表的生成方法。
　　 论文对客户端各功能模块的实现过程给出了详细的步骤和说明，通过与服务器端的连接测试，完成虚拟现实客户端的构建，并且已经投入使用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 工程机械远程监控系统国内外研究现状与发展趋势

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．2．3 发展趋势

1．3 论文研究目标与主要内容

1．3．1 论文研究的目标

1．3．2 论文研究的主要内容

1．4 论文组织结构

第二章 混凝土泵车三维远程监控系统相关技术

2．1 远程监控技术

2．2 虚拟现实技术

2．3 Virtools虚拟现实技术

2．3．1 Virtools开发平台

2．3．2 Virtools软件开发工具SDK

2．3．3 Virtools物理模块

2．3．4 Virtools虚拟现实项目的开发流程

2．4 本章小结

第三章 混凝土泵车三维远程监控系统总体设计

3．1 泵车远程监控系统需求分析

3．1．1 监控对象——混凝土泵车

3．1．2 基于虚拟现实的远程监控系统需求分析

3．2 泵车远程监控系统设计与框架

3．2．1 网络通信功能

3．2．2 实时监控

3．2．3 运动状态回放

3．2．4 仿真操作虚拟车辆

3．2．5 系统日志

3．3 系统主要功能模块实现方法研究

3．3．1 Virtools客户端与服务器间通信功能的实现

3．3．2 虚拟设备运动状态仿真策略——实时监控和历史状态回放

3．3．3 设备虚拟操作实现方法

3．3．4 系统监控日志生成与管理

3．4 关键算法的设计与实现

3．4．1 碰撞检测算法原理及其在Virtools中实现

3．4．2 A*算法原理及其在Virtools实现方法

3．4．3 漫游地图算法

3．5 本章小结

第四章 网络通信功能的实现

4．1 泵车参数设定

4．2 数据交换语言——JSON

4．3 利用Virtools的SDK实现虚拟现实客户端网络通信功能

4．3．1 SDK开发流程

4．3．2 约定客户端请求类别

4．3．3 用户注册、登录

4．3．4 实时参数、历史状态参数的接收

4．3．5 监控记录生成

4．3．6 浏览监控记录

4．3．7 删除监控记录

4．3．8 运行状态分析

4．4 本章小结

第五章 混凝土泵车三维远程监控系统的实现

5．1 监控设备几何建模

5．2 用户登录

5．3 监控设备真实运动状态仿真

5．3．1 整车运动仿真

5．3．2 仪器仪表仿真

5．3．3 工作原理展示

5．4 历史状态回放

5．4．1 整车运动仿真

5．4．2 仪器仪表仿真

5．4．3 工作原理展示

5．5 仿真操作

5．5．1 碰撞检测

5．5．2 虚拟驾驶

5．5．3 漫游地图

5．5．4 自动寻路

5．5．5 仿真泵送

5．6 监控日志

5．6．1 日志管理

5．6．2 运行状态分析

5．7 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果