淺談空間信息技術(shù)與工程機(jī)械在人工智能方面的集合

摘要:隨著地球空間信息科學(xué)(geo-spatial information science)的進(jìn)一步發(fā)展，可快速得出施工對(duì)象的三維實(shí)體圖，它起到將施工對(duì)象和工程機(jī)械聯(lián)系起來的作用，通配套軟件，就可以實(shí)現(xiàn)虛擬施工，然后生成工作流程編碼，再將編碼導(dǎo)入車載軟件控制系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)高精度的自動(dòng)駕駛或遙控與無人駕駛功能，讓工作人員把精力放在工作流程的設(shè)計(jì)上或遠(yuǎn)離有害及危險(xiǎn)環(huán)境下的施工作業(yè)。會(huì)極大地提升工程機(jī)械的可操作性，效率和精確度。

關(guān)鍵詞:地球空間信息科學(xué)工程機(jī)械三維建模虛擬施工智能化

中圖分類號(hào):P2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2011)02(b)-0051-01

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，工程機(jī)械的使用率越來越高。為適應(yīng)各種工況要求，工程機(jī)械的種類繁多，已成為當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)的必須工具。但隨著工程機(jī)械功能的增加，其操作難度也不斷提升，加之操作工程機(jī)械的工作強(qiáng)度逐漸增大，高級(jí)的駕駛員是供不應(yīng)求。為了適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的需求，解決工程機(jī)械操作難，工作累的問題，我們應(yīng)該大力發(fā)展工程機(jī)械的軟件系統(tǒng)，通過與地球空間信息科學(xué)的集合，使其能做到通過衛(wèi)星定位，按照預(yù)先設(shè)定的程序自主獨(dú)立地進(jìn)行作業(yè)。

1數(shù)據(jù)的收集和應(yīng)用

1.1 地球空間信息科學(xué)

地球空間信息科學(xué)(geo-spatial information science)起源于20世紀(jì)60年代，是包含了GPS，GIS和RS等技術(shù)，并強(qiáng)調(diào)與通訊，計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的一門綜合性集成技術(shù)學(xué)科。3S技術(shù)構(gòu)成了地球空間信息科學(xué)的核心，它是快速獲取和更新大區(qū)域地球動(dòng)態(tài)和定位信息的重要手段，通過信息處理快速再現(xiàn)和客觀反映地球表層的狀況、現(xiàn)象、過程及其空間分布，并深層次地探索現(xiàn)象，事物的形成機(jī)理及其內(nèi)在之間的聯(lián)系，它是地球科學(xué)的一個(gè)前沿領(lǐng)域，是地球信息科學(xué)的重要組成部分，是數(shù)字地球的基礎(chǔ)[1-2]。美國勞工部在2004年初已經(jīng)將地球空間信息和納米，生物等技術(shù)一起列為正在發(fā)展中和最具前途的3大重要新技術(shù)[3]。

1.2 空間移動(dòng)信息服務(wù)及三維建模

空間移動(dòng)信息服務(wù)是綜合“3S”技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，以向人們提供與地理位置有關(guān)信息和服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)[4]。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、攝影測(cè)量技術(shù)及其相關(guān)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得通過快速獲取地表信息并重建三維地表形態(tài)成為現(xiàn)實(shí)。通過空間移動(dòng)信息服務(wù)，借助于衛(wèi)星定位和測(cè)量功能快速獲得地表及建筑物的各種信息，然后將其傳送到地面的接收終端，并由計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)高度，寬度，編碼等屬性信息建立三維模型，使其成為地球空間信息技術(shù)與工程機(jī)械在人工智能方面集合的橋梁。

2工程機(jī)械的人工智能化

2.1 人工智能工程機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

智能化的工程機(jī)械可以通過信息化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛或遙控與無人駕駛功能。美國及日本擁有此類產(chǎn)品并仍在研究該技術(shù)。卡特彼勒公司利用GPS(全球定位系統(tǒng))、GIS和GSM技術(shù)，將其計(jì)劃命名為采礦鏟土運(yùn)輸技術(shù)系統(tǒng)(METS).采礦用的推土機(jī)定位系統(tǒng)有助于司機(jī)完成諸如坡度與推土任務(wù)。Leica公司采用基于GPS技術(shù)與數(shù)字地圖技術(shù)的Dozer2000導(dǎo)航系統(tǒng)，在無需勘察標(biāo)樁的情況下，允許公司精確地控制推土機(jī)的推土板和機(jī)器的位置，實(shí)現(xiàn)虛擬推土作業(yè)。Trimble公司的產(chǎn)品是Site Vision GPS，可實(shí)現(xiàn)坡度的精確控制，駕駛室內(nèi)可視化顯示系統(tǒng)指導(dǎo)駕駛員精確作業(yè)，精度可達(dá)厘米級(jí)[5]。

但是，以上的工程機(jī)械的智能化還是嘗試性的，平面化的，只適用于一些簡單的動(dòng)作。要想實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的更高級(jí)的自動(dòng)和獨(dú)立的操作，就要以建筑于空間信息服務(wù)的三維實(shí)體圖為橋梁，將工程機(jī)械和作業(yè)對(duì)象聯(lián)系起來。如同Mastercam，UG等軟件，通過二維繪圖和三維實(shí)體造型將工件和數(shù)控機(jī)床聯(lián)系在一起。操作員只需要通過軟件設(shè)計(jì)出工作流程，再通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)就可以使機(jī)械自主完成任務(wù)。

未來工程機(jī)械的人工智能化系統(tǒng)主要通過以下模塊實(shí)現(xiàn)。

(1)衛(wèi)星測(cè)量數(shù)據(jù)→傳送到→地面接收終端→生成三維實(shí)體圖→導(dǎo)入配套軟件平臺(tái)。

(2)采集各種工程機(jī)械的各種操作動(dòng)作的數(shù)據(jù)→保存→建立相關(guān)工程機(jī)械的操作動(dòng)作的數(shù)據(jù)庫→導(dǎo)入→配套軟件平臺(tái)。

(3)以配套軟件為平臺(tái)，根據(jù)任務(wù)要求，模擬施工，檢查校對(duì)其中的錯(cuò)誤操作→生成→操作代碼→傳送到→車載軟件，控制工程機(jī)械的執(zhí)行，并由各種傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)程。

2.2 工程機(jī)械的改進(jìn)和數(shù)據(jù)庫的建立

工程機(jī)械的發(fā)展十分迅速，特別是一些中國制造商正逐步縮小與該行業(yè)世界先進(jìn)企業(yè)的差距。近年來我國更是出現(xiàn)了工程機(jī)械產(chǎn)銷量井噴的現(xiàn)象。但也要看到我們的產(chǎn)品還有很多問題，一是主要的核心零件還不能完全自主生產(chǎn)，再就是缺乏創(chuàng)新。因此，為了配合未來工程機(jī)械的發(fā)展，我們一是要加大基礎(chǔ)研究的投入，再是能夠提升創(chuàng)新能力，引領(lǐng)未來工程機(jī)械的發(fā)展方向。

現(xiàn)在的工程機(jī)械的硬件水平已經(jīng)相當(dāng)高了，除了繼續(xù)發(fā)展微型化和超大型化的機(jī)械外，就是要增加對(duì)工程機(jī)械車載軟件系統(tǒng)及配套軟件的研究開發(fā)。工程機(jī)械的車載軟件系統(tǒng)主要是用來提升機(jī)械的可操作性，以便駕駛員能同時(shí)，輕松地進(jìn)行多項(xiàng)操作。當(dāng)發(fā)展到無人駕駛的程度時(shí)，即可由車載軟件來控制機(jī)械的各個(gè)動(dòng)作的完成。而配套的軟件主要是一個(gè)編程的平臺(tái)，通過模擬施工，得出工作流程，再生成操作代碼，最后傳送到工程機(jī)械的車載軟件上，達(dá)到機(jī)械自主操作的目的。

2.3 工程機(jī)械智能化的應(yīng)用舉例

公路建設(shè)從早期的工程規(guī)劃到具體的施工過程，具有點(diǎn)多、面廣、線長，沿線涉及的農(nóng)林和經(jīng)濟(jì)作物多，管線設(shè)施復(fù)雜，需要的工人較多，技術(shù)難度隨公路等級(jí)的不同而有所不同等特點(diǎn)，需要大量的人力物力。地球空間信息科學(xué)和工程機(jī)械的結(jié)合，可以先通過空間信息服務(wù)得到施工地形的三維圖，在配套軟件的平臺(tái)上，編輯各種路面機(jī)械的操作動(dòng)作來完成在三維圖上的虛擬施工，驗(yàn)證無誤后再傳送到路面機(jī)械的車載軟件上，通過時(shí)時(shí)監(jiān)控，使各種機(jī)械協(xié)調(diào)自主地完成各個(gè)階段的施工任務(wù)。這樣，既節(jié)省了人力物理，也提高了施工的效率和精確度。

3結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國開始建設(shè)自己的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星的定位、測(cè)繪、通信等功能與工程機(jī)械的集合的前景越來越廣闊。借助于空間信息服務(wù)這個(gè)平臺(tái)，我們應(yīng)該盡快進(jìn)行其和機(jī)械的接口技術(shù)及相關(guān)軟件控制系統(tǒng)和配套軟件的研究開發(fā)。相信在不久以后，和機(jī)械高度集合的軟件系統(tǒng)會(huì)和其硬件的發(fā)展一樣重要，甚至?xí)蟠筇嵘こ虣C(jī)械的可操作性、效率和精度，并成為行業(yè)新的創(chuàng)新點(diǎn)和增長點(diǎn)。相關(guān)領(lǐng)域的研究開發(fā)，對(duì)我國工程機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，乃至趕超發(fā)達(dá)國家，振興民族工業(yè)有重大現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]國家遙感中心面向21世紀(jì)空間信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及我國空間信息技術(shù)發(fā)展對(duì)策.2002.

[2]李德仁.地球空間信息學(xué)及在陸地科學(xué)中的應(yīng)用[J].自然雜志，2005(6).