CN108257447A - 基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统及方法、计算机 - Google Patents

Abstract

本发明属于虚拟现实技术领域，公开了一种基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统及方法、计算机，包括：VR硬件设备；VR硬件设备由VR套件构成。包括：(1)系统管理，包含数据库、用户管理；(2)结合气象雷达的型号种类分类进行VR建模，部分关键模型具备电气特性；(3)提供气象雷达测试及培训时需要的常用虚拟仪器仪表；(4)提供二次开发接口和功能。本发明将虚拟现实(VR)技术融入气象雷达实训中，降低了培训中硬件、差旅成本，增加了培训中人员的安全性，VR提供的沉浸式场景能让线上教育场景更加真实，提高了培训的效果。采用远程VR的实施，会代替传统的集中式培训的时间、人员、资金的限制，使得培训时效性更高。

Description

基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统及方法、计算机

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统及方法、计算机。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。虚拟现实是人类在探索自然、认识自然过程中创造产生，逐步形成的一种用于认识自然、模拟自然，进而更好地适应和利用自然的科学方法和科学技术。20世纪90年代以后，随着计算机技术与高性能计算、人机交豆技术与设备、计算机网络与通信等科学技术领域的突破和高速发展，以及军事演练、航空航天、复杂设备研制等重要应用领域的巨大需求，VR技术进入了快速发展时期。当前，VR市场不论是在国外还是国内，都处于初级发展阶段。2015年，VR概念开始在中国的一线城市以及科技圈、媒体圈、游戏硬件爱好者之间兴起，在资本推动下，VR产业的扩张速度加快，再加上普通VR眼镜的售价比较低，VR设备开始在年轻群体之间流行。2015年，中国VR市场规模为14.8亿元，行业的大部分公司或处于初创阶段，或是一线互联网企业布局。VR作为一项开拓性技术，未来的市场被资本和用户看好，在各领域的应用都有着巨大潜力，预计2020年VR市场规模将达589.5亿元。国内的VR企业除了一些布局较早的巨头，大部分VR项目都处于初创阶段。从2015年国内VR项目的融资轮次分布可以看出，58.6％的VR项目完成了天使轮融资，30.2％的项目完成了A轮融资，而超过B轮融资的VR项目仅占整体的11.2％。从项目类型上看，国内获得融资的VR项目包括硬件设备、内容制作、发布平台等，基本涵盖了VR行业的主要细分领域。气象雷达在航空航天、军队及地方气象部门的短时临近预报中发挥着重大的作用。其中大型的气象雷达系统近千部，仅中国气象局布网的新一代天气雷达(气象雷达中一种)有216部。由于气象雷达是个系统工程，涉及面广，再加上雷达保障人员流动性大，凸显保障滞后，其中最为突出的是雷达保障人员专业背景和经验不足。目前，雷达保障多是厂家人员和数量不多的有经验的专业级保障人员维护。基于此原因，气象雷达保障相关部门一直加大气象雷达保障人员的在职培训工作，如每年在成都信息工程大学举办的中国气象局气象雷达机务培训班、中国民航空管局气象雷达维护维修培训班等。所有类似培训班由于考虑人数限制一般采取轮训培训。培训中，无论是雷达厂家、高校、研究院所，涉及到雷达实物演示、操作演示、调试安装、测试等操作，由于雷达系统是昂贵、体积庞大等因素，有仅一套，培训时资源不够、成本高、效率低等。(1)运行成本高：①雷达开机时功率大，关键部件如速调管受寿命限制造成实际运行等成本昂贵，通常速调管工作寿命5000小时，每只管体价格大概是30万至100万不等；②集中培训，差旅交通、住宿等费用较高，以培训通常一个月计算，仅住宿费人均花费300元/天*30天＝9000元。(2)培训受限：培训受到厂家、高校等培训机构资源时间等安排影响，只能定期约定式的统筹安排，培训不及时。影响气象雷达运行效率。(3)效率低：由于用于气象雷达台套数太少(国内目前唯有雷达厂家会同时具备几套雷达设备，但通常是订单式生产，只要验收通过后即将出厂验收，很难有用于雷达培训的设备，可用于培训的仅有一套)，气象雷达实训时分组，一次雷达实训行课只能3-5人参加培训，造成其他受训同学处于等待状态。(4)学习不够深入效果受影响：由于雷达一旦成型后，基本上采用机柜封装，内部结构很难熟悉，或者通常情况下，考虑到人员安全或操作不便等原因，通常雷达组成结构或内部单元受训人员很难接收培训，而这也降低了培训效果。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的气象雷达保障存在运行成本高、培训受限、效率低、学习不够深入效果受影响，降低了培训效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统及方法、计算机。

本发明是这样实现的，一种基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，所述基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统包括：

虚拟现实硬件和虚拟现实硬件搭载的虚拟现实软件控制系统。

进一步，所述虚拟现实硬件包括虚拟现实套件。

进一步，所述虚拟现实软件控制系统包括：气象雷达VR数据库管理模块、用户管理模块、版本管理模块。

进一步，所述气象雷达VR数据库包括：气象雷达发射机、接收机、天线伺服、产品终端的各种VR模型，包括雷达维护保障仪器仪表及工具。

进一步，所述VR模型结合气象雷达的各个部件进行建模，包括：发射机、接收机、天线伺服、雷达供电、气象产品终端。

进一步，所述雷达维护保障仪器仪表及工具的VR模型包括：

(1)仪器仪表VR模型，用于提供适合气象雷达测试使用的万用表、示波器、功率计、信号源、频谱仪仪器仪表的虚拟现实VR模型；

(2)测试附件VR模型，是射频转接头、射频电缆、衰减器；

(3)工具VR模型，用于配备相关的安装、拆卸工具；有力矩扳手、转接头、衰减器。

进一步，所述用户管理模块包括管理员权限、开发者权限、普通用户权限。

进一步，所述版本管理模块对同一产品或系统进行局部的改进和改型所产生的产品或系统系列的变更情况进行记录、跟踪、维护和控制的过程；集中管理档案，安全授权机制；档案集中地存放在服务器上，经系统管理员授权给各个用户；软件版本升级管理，每次登入时，在服务器上都会生成新的版本，任何版本都可以随时检出编辑；在文件更新时保护文件；提供不同版本源程序的比较。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统的计算机。

本发明的优点及积极效果为：将虚拟现实(VR)技术融入气象雷达实训中，降低了培训中硬件、差旅成本，增加了培训中人员的安全性，VR提供的沉浸式场景能让线上教育场景更加真实，提高了培训的效果。采用远程VR的实施，会代替传统的集中式培训的时间、人员、资金的限制，使得培训时效性更高。

通常情况下，当前的雷达实操培训，一般情况下，1名教师只能同时让4-5名学员参加实训。而将虚拟现实技术的引入后的培训系统，理论上可以做到完全的1对1教学。这将从培训时间上、培训资源和效果上得到了极大的提升。由于雷达属于大功率系统，其中发射机、天线及内部组件的工作模式、原理、演示和实测，对人体存在高压、辐射等危险，所以至今国内雷达培训只做到了不到40％的测试实训。还有60％其实停留在以理论讲解为主，虚拟现实技术的引入，将会让学员在雷达实际工作过程中进行模拟测试，解决了雷达系统性实训的目标。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统结构示意图；

图中：1、VR硬件设备；2、VR软件系统。

图2是本发明实施例提供的气象雷达实训流程对比示意图；

图中：(a)目前各气象雷达实训时采用的方法；(b)本发明的系统应用示意图。

图3是本发明实施例提供的授权远程实训系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明将虚拟现实(VR)技术融入气象雷达实训中；气象雷达在航空航天、军队及地方气象部门的短时临近预报中发挥着重大的作用。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统包括：VR硬件设备1和VR软件系统2；VR硬件设备1由VR套件构成，采用通用设备(HTC的VIVE套件等，外加一套配置匹配的电脑)。

VR软件系统2包括：气象雷达VR数据库管理模块、用户管理模块、版本管理模块。

气象雷达VR数据库包含气象雷达发射机、接收机、天线伺服、产品终端的各种VR模型，包括雷达维护保障仪器仪表及工具等。

用户管理模块包括管理员权限、开发者权限、普通用户权限。

版本管理模块对同一产品或系统进行局部的改进和改型所产生的产品或系统系列的变更情况进行记录、跟踪、维护和控制的过程。功能有：(1)集中管理档案，安全授权机制；档案集中地存放在服务器上，经系统管理员授权给各个用户。(2)软件版本升级管理，每次登入时，在服务器上都会生成新的版本，任何版本都可以随时检出编辑。(3)加锁功能，在文件更新时保护文件，避免不同的用户更改同一文件时发生冲突。(4)提供不同版本源程序的比较。

气象雷达系统模块VR模型结合气象雷达的各个部件进行建模，主要子系统有发射机、接收机、天线伺服、雷达供电及气象产品终端等构成，每一个子系统针对关键的部件进行3D建模。

仪器仪表及工具VR模型，根据气象雷达维护保障需求，系统提供三种辅助虚拟VR模型：

(1)仪器仪表VR模型，提供适合气象雷达测试使用的万用表、示波器、功率计、信号源、频谱仪等仪器仪表的虚拟现实VR模型。

(2)测试附件VR模型，主要是各种射频转接头、射频电缆、衰减器等。

(3)工具VR模型：同时配备相关的安装、拆卸工具，主要有力矩扳手、转接头、衰减器。

二次开发接口，在权限授权下，用户可以通过开放的接口，进行已有模型或系统的优化升级，或者新建新的气象雷达实训型号或VR模型；不断提升系统的先进性，丰富系统的实用性。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明的系统投入运行后，VR提供的沉浸式场景能让线上教育场景更加丰富生动，将采用两种方式运行。

(1)在集中实训中使用

为了让从事气象雷达保障人员能够集中在一起学习交流，采用原有的集中授课方式仍然是一种有效的培训方式，这套系统将丰富原有的雷达实训内容，提升培训效果。主要是人手一套的VR实训系统在教师的安排下，可以达到每人拥有一部“属于”自己的雷达系统，解决雷达工作原理、雷达结构、雷达内部组件等内容的学习，由于“人手一套”，所以可以使培训班实际培训时间或内容得到大大的充实。图2(a)是当前各气象雷达实训时采用的方法，图2(b)是采用本发明的VR系统后，每人配备一台虚拟现实VR设备，达到人均一部可以实训雷达效果。

(2)授权远程实训系统

如图3所示，在受训者具备VR设备(受训单位前期建设)的前提下，通过云平台或者VR软件权限，可以在任何时间点进行培训。该种方法可以节约去培训场所的差旅交通、住宿等费用，同时由于培训时间可以不受限制，所以受训人员可以在不耽搁工作的情况下合理安排培训时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统包括：

虚拟现实硬件和虚拟现实硬件搭载的虚拟现实软件控制系统。

2.如权利要求1所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述虚拟现实硬件包括虚拟现实套件。

3.如权利要求1所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述虚拟现实软件控制系统包括：气象雷达VR数据库管理模块、用户管理模块、版本管理模块。

4.如权利要求3所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述气象雷达VR数据库包括：气象雷达发射机、接收机、天线伺服、产品终端的各种VR模型，包括雷达维护保障仪器仪表及工具。

5.如权利要求4所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述VR模型结合气象雷达的各个部件进行建模，包括：发射机、接收机、天线伺服、雷达供电、气象产品终端。

6.如权利要求4所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述雷达维护保障仪器仪表及工具的VR模型包括：

(1)仪器仪表VR模型，用于提供适合气象雷达测试使用的万用表、示波器、功率计、信号源、频谱仪仪器仪表的虚拟现实VR模型；

(2)测试附件VR模型，是射频转接头、射频电缆、衰减器；

(3)工具VR模型，用于配备相关的安装、拆卸工具；有力矩扳手、转接头、衰减器。

7.如权利要求3所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述用户管理模块包括管理员权限、开发者权限、普通用户权限。

8.如权利要求3所述的基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统，其特征在于，所述版本管理模块对同一产品或系统进行局部的改进和改型所产生的产品或系统系列的变更情况进行记录、跟踪、维护和控制；集中管理档案，安全授权机制；档案集中地存放在服务器上，经系统管理员授权给各个用户；软件版本升级管理，每次登入时，在服务器上生成新的版本；在文件更新时保护文件；提供不同版本源程序的比较。

9.一种安装有权利要求1～8所述基于虚拟现实的气象雷达实训控制系统的计算机。