技术领域
[0001] 本
发明属于航天发射工程领域，尤其涉及一种可灵活配置的基于数字化仿真的航天测试发射二维布局分析方法。
背景技术
[0002] 航天发射任务是一项涉及发射场系统、运载火箭系统、
航天器系统、测控系统等多系统参与的组织实施活动，具有涉及范围广、协调问题多、实施难度大、复杂性高、可靠性要求高等特点，尤其要确保各参试系统间
接口准确匹配，实现地面测发任务各项工作顺利展开。
[0003] 传统的航天测发任务布局分析和接口协调主要是通过各参试系统建立接口控制文件文档，明确系统间的接口约束条件，以此为各方实施地面测发工作提供保障环境。目前，采取的主要措施是在航天任务执行前，各参试系统需要多次召开总体协调会，基于具体任务需求、已有任务经验、参试产品型号等来确定接口控制文件。针对特别重要的任务会采用数字化合练的方式针对该任务已商讨出的布局和流程方案进行仿真，根据仿真结果判定流程制定的合理性，进而确定现场布局方案。
[0004] 数字化合练中发射场布局方案的仿真确认步骤如下：
[0005] 1)获取仿真输入条件：产品及工装设计图纸、厂房图纸、
塔架图纸、现场照片及测量数据和各系统接口控制文件；
[0006] 2)测发场景布局：仿真人员根据所获取的仿真输入条件进行仿真环境布设和关键
节点布设；
[0007] 3)仿真流程生成：仿真人员根据布局结果进行仿真驱动，生成流程仿真结果；
[0008] 4)仿真人员发现问题：提交至测发总体；若未发现问题，转至步骤6；
[0009] 5)处理仿真中发现的问题：测发总体与相关产品方沟通或直接
修改相关仿真输入条件后将新的仿真输入条件提交至仿真人员，转至步骤2；
[0010] 6)仿真人员发布数字化合练结果——全三维动态演示本次测发流程结果；
[0011] 7)仿真流程结果验证：召集各系统进行测发接口协调会议，仿真流程满足各方要求，测发总体根据仿真结果编写本次任务测发流程；仿真流程中发现问题，修改仿真输入条件，转至步骤2；
[0012] 8)产生发射场布局方案：根据数字化合练结果，由各系统设计人员绘制关键节点布局方案。
[0013] 综上所述，传统的航天任务流程建模与实时推演面临着如下问题：
[0014] 1)启动数字
化成本高，需要各方抽调专
门的人员配合仿真，其中仿真人员需要全程参与，因此只有特别重要的项目会启动数字化合练；2)仿真输入条件无法直接输入仿真系统，需要由专业的仿真人员进行输入；3)各系统绘制布局方案缺乏统一规范；4)各系统无法直接参与仿真；5)各系统设计人员设计的二维方案无法直接输入转化至三维流程仿真环境，仿真结果产生后无法直接输入布局结果，需要设计人员自省绘制。
[0015] 由于传统的航天任务流程仿真方法面临着上述5个问题，因此需要提出一个能有效解决这些问题的能够由各系统设计人员直接使用，由仿真人员进行维护即可的测试发射的二维布局方法和工具。
[0016] 本发明为发射场、运载、航天器等相关用户提供一个独立于三维仿真系统运行的工具，布局与实例化完成后可返回一个XML配置文件给三维程序。三维程序可直接调用本工具，并且通过
进程句柄来判断二维布局是否完成，并更新配置。在二维中实现对厂房的布局调整，并且将布局图输出保存成XML配置文件和vsd格式的布局图，对布局中的图元能够通过
访问数据库进行实例化，能够根据三维布局导出的文件进行修改调整。
发明内容
[0017] 本发明的基于数字化仿真的航天测试发射二维布局分析方法，主要包括以下步骤：
[0018] 步骤1：在Visio中建立航天测试发射任务中所需各个设备的真实比例图元，并保存到Visio模板库；根据航天测试发射的具体任务,新建测发流程任务，同步数据库数据，获取设备任务对照表；
[0019] 步骤2：新建二维布局，拖动图元到布局中，关联图元实例与设备属性，调整图元
位置、大小和方向；
[0020] 步骤3：检查图元距离，以判断各个设备之间的距离是否满足要求，查看布局是否合理；
[0021] 步骤4：记录二维布局属性，以用于在三维仿真环境中计算三维
空间布局；
[0022] 步骤5：生成布局xml文件，所述文件列出了布局中的厂房名字以及各个图元的属性，图元属性主要包括布局属性和设备属性两部分，其中布局属性包括图元名称，图元坐标，图元旋转
角度，图元层次，堆叠对象等属性；设备属性包括图元对应设备的名称，图元对应设备的编号等属性；
[0023] 步骤6：三维仿真环境从布局文件中解析出各图元代表的设备模型在三维空间中的位置和
姿态，根据布局文件中厂房图元的名称获取厂房模型原点坐标；在三维仿真环境中，根据厂房名称寻找三维模型，获取该三维模型的三维空间坐标，即厂房模型原点坐标；循环遍历xml布局文件，按照层次属性由低到高加载图元设备；计算图元设备的高度；最终根据布局xml文件恢复出二维布局在三维空间中的形态。
[0024] 进一步地，步骤1中同步数据库数据时，在数据库中查询任务名称，如果任务名称存在，则返回该任务对应的设备名称列表，根据返回的设备名称列表，在数据库根据设备名称查找设备，并获取设备属性，形成设备任务对照表。如果任务名称不存在，则返回空，在数据库中新建测发流程任务的名称，以及该测发流程任务所需的所有设备名称，在数据库中规划该测发流程任务所需设备；当数据库发生变化后，重新连接数据库更新设备任务对照表。
[0025] 进一步地，其中步骤2中所述新建二维布局是张平面俯视图，一个测发流程任务中能包含多个布局，根据需要在新建时设置成不同的长度和宽度；将厂房图元摆放到布局中，每个布局有且仅有一个厂房图元，该厂房图元是其他设备图元的位置参照，表示布局中所有设备图元都属于该厂房；所述设备图元
拖放到布局中，能在布局中任意移动、旋转和缩放。
[0026] 进一步地，步骤2中，图元实例关联设备属性后，在移动图元时进行
像素碰撞检测，判断位置合理性：(1)首先对两个图元实例的
包围盒进行碰撞检测，如果两者不相交，则结束碰撞检测判断，如果两者相交，则进行像素碰撞；(2)创建一张和布局相同大小的纹理用于像素碰撞；(3)把其中一个图元实例
渲染到所述纹理上，用红色显示，把另外一个图元实例也渲染到该纹理上，用蓝色显示；(4)选取两个包围盒中较小的一个，在纹理上遍历该较小包围盒中的像素
颜色，如果某个像素颜色的红色和蓝色分量都不为0，则说明两个对象在该像素处相交；如果遍历结束后仍没有相交像素，则说明这两个图元不相交。
[0027] 进一步地，其中步骤3中所述检查图元距离通过Visio连接点功能进行距离判断，在图元上添加连接点后，当用于计算两个图元之间的距离的线段端点移动到该连接点附近时，线段端点会
吸附到该连接点上，根据两个图元间的距离，结合实际的测发任务，人为判断这两个设备摆放是否合理。
[0028] 进一步地，其中步骤4中所述记录布局属性包括：记录二维中厂房图元名称，用于对应三维程序中的厂房模型；记录设备图元中心与厂房图元左下角的位置偏移；记录设备图元的旋转角度，逆
时针为正方向，用于确定模型的旋转角；记录设备图元关联的设备属性，用于确定在三维程序中需要加载的三维模型，模型代号等信息；记录设备图元的堆叠顺序和堆叠对象，用于确定模型在三维程序中的高度z坐标，所述堆叠顺序和堆叠对象通过设置层次属性来确定。
[0029] 进一步地，其中步骤5中所述计算图元设备的高度的步骤具体为：根据图元设备名称，加载对应的模型文件，根据图元坐标获取相对厂房模型原点的二维相对坐标(x,y)，根据图元的堆叠对象名称，在三维场景中找到该模型，如果堆叠对象为空，堆叠对象设置为地面。获取该模型的三维空间坐标，并取出其中的高度值，结合图元的二维相对坐标(x,y)，得到此时图元设备的三维坐标P，以向上Z轴为方向，延长1米，构成线段PQ，将线段PQ和该模型做碰撞检测，如果线段PQ和该模型没有交点，则将点Q再延长1米，直到和该模型产生交点V，交点V即是图元设备在三维空间中的最终位置；根据图元旋转角度设置图元设备的旋转角。
[0030] 进一步地，其中在三维仿真环境中改变设备位置和姿态，更新布局文件后，二维布局环境能加载更新后的布局文件，显示更新后的二维布局效果，布局文件在二维布局环境中再次修改后，仍可以提供给三维仿真环境加载。
[0031] 本发明统一了各系统绘制布局方案的规范与平台环境；各系统设计人员可直接参与仿真，且二维布局结果可直接导入三维仿真系统，生成流程仿真结果，很好的解决了之前提出的五个问题。设计人员可以使用其进行测发流程的布局和分析，并将仿真结果直接输出为word文档可使用的vsd格式二维布局图应用于设计方案。
附图说明
[0032] 图1是测试发射二维布局分析方法
流程图；
[0033] 图2是系统界面中显示的设备对照表局部示意图
[0034] 图3是系统界面中显示的设备属性局部示意图；
[0036] 图5-1图元关键字搜索及高亮显示；
[0037] 图5-2图元选中及高亮显示；
[0038] 图6-1检查图元距离示意图；
[0039] 图6-2为图元添加连接点示意图；
[0040] 图7是系统界面中显示的图元堆叠局部示意图；
[0041] 图8模型堆叠高度计算示意图。
具体实施方式
[0042] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0043] 如图1所示，示出了测试发射二维布局分析方法流程图。在Visio中建立各个设备的真实比例图元，并保存到Visio模板库。为了准确判断布局是否合理，需要制作真实比例的图元。本发明支持Visio自带的设备CAD图转化图元的功能，并且能保存成模板供后续使用。具体地，在Visio中打开CAD文件，导入后选中该CAD对象，
鼠标右击，选择[CAD绘图对象]—[转换]功能，至此，CAD文件即可转换成图元。本发明也支持类似圆形，矩形等
基础形状作为临时图元摆放到布局中。
[0044] 根据航天测试发射的具体任务,新建测发流程任务，同步数据库数据，获取设备任务对照表。具体地，在数据库中新建测发流程任务的名称，以及该任务所需的所有设备名称。在数据库中规划好任务所需设备，仅列出所需设备，减少图元关联设备时的工作量。同步数据库数据时，在数据库中查询任务名称，如果任务名称存在，则返回该任务对应的设备名称列表，否则返回空。根据返回的设备名称列表，在数据库根据名称查找设备，并获取设备属性，设备属性主要包括设备编号，设备名称，设备类别，设备型号等，形成设备任务对照表。设备任务对照表按照不同的设备类型进行分类，方便查看，局部图如图2所示。本例中设备可分为吊车，吊具，
支架等类型，每个类型下列出所属设备。当数据库发生变化后，重新连接数据库更新设备任务对照表。
[0045] 新建布局，拖动图元到布局中，关联图元实例与设备属性，调整图元位置、大小和方向，查看布局是否合理。具体地，新建一个布局，布局是张平面俯视图。一个测发流程任务中可以包含多个布局，可以根据需要在新建时设置成不同的长度和宽度，长度和宽度以米为单位。将厂房图元摆放到布局中，每个布局有且仅有一个厂房图元，该图元是其他设备图元的位置参照，也表示布局中所有设备图元都属于该厂房。将设备图元拖放到布局中，设备图元可以在布局中任意移动、旋转和缩放。针对图元的移动、旋转和缩放，本发明既支持鼠标粗略调整也支持输入框精细调整。关联设备图元和设备属性，选中某个图元后，双击设备任务列表中某个设备名称即可完成关联操作，设备图元应和设备是一对一关系，当多个图元试图关联同一设备时，本发明会弹出警告。图元和设备关联后，选中该图元就会在布局的右上方显示设备属性，局部图如图3所示。
[0046] 图元关联设备属性后，在移动图元时需要进行碰撞检测，判断位置合理性。测发流程任务中，设备之间的碰撞检测要求比较严格，因此在二维布局中，图元之间也需要精确的碰撞检测，一般的包围盒碰撞检测算法不能符合要求，本发明中采用了像素碰撞检测来提高碰撞
精度，整个碰撞检测过程如图4所示。
[0047] (1)首先对两个图元对象的包围盒进行碰撞检测，如果两者不相交，则结束碰撞检测判断，如果两者相交，则进行像素碰撞。
[0048] (2)创建一张和布局相同大小的纹理用于像素碰撞。
[0049] (3)把其中一个图元对象渲染到该纹理上，用红色显示，把另外一个图元对象也渲染到该纹理上，用蓝色显示。
[0050] (4)选取两个对象包围盒中较小的一个，在纹理上遍历该较小包围盒中的像素颜色，如果某个像素颜色的红色和蓝色分量都不为0，则说明两个对象在该像素处相交；如果遍历结束后仍没有相交像素，则说明这两个对象不相交。
[0051] 如图5-1所示，按名字搜索图元，并高亮显示搜索结果。输入关键字，所有名称中带有该关键字的图元都被会列出，同时这些图元都被用红色高亮显示。如图5-2所示，当鼠标选中搜索结果列表中某个名称时，它在布局中所对应的图元会用蓝色高亮显示。
[0052] 检查图元距离，查看布局是否合理，如图5-1所示，圆圈和方
块两个图元代表两个设备，AB线段表示两个图元之间的距离。在测发任务流程中需要时刻检查各个设备之间的距离是否满足要求，因此本发明提供了一种精确，快速的图元间距计算方法。
[0053] 本发明提供了一种计算两点间距离的图元：图6-1中左侧“临时图元”区域中“线”，来快速计算两个图元之间的距离。将该图元拖入到布局中，线段中央会显示此时线段的长度，拖动线段两端的端点可以改变线段的长度和方向，线段中央显示的长度也会随之改变。在新建布局时输入过布局的实际大小，以米为单位，因此可结合线段两端端点的坐标准确计算出该线段的实际长度，同样以米为单位。
[0054] 上述方法虽然能快速得到两个图元间的距离，但线段两个端点都是通过手动拖动来确定，不太精确，因此本发明利用Visio的“连接点”功能优化上述方法，添加连接点后，当线段端点移动到该连接点附近时，线段端点会“吸附”到该连接点上，减少手动拖动的误差，提高两点间距离的准确性。Visio中图元添加连接点的具体步骤如下：打开Visio
软件，在模具库中打开待测图元，点击Visio工具栏中的连接点功能，如图6-2框中所示，按住Ctrl键后点击图元上某个位置，该位置会出现一个“x”号，表示该处已添加一个连接点，选中某个连接点按Delete键可删除，最后点击保存。把添加过连接点的图元重新拖入到场景中，此时拖动计算图元距离的“线”图元的某个端点，当该端点靠近连接点时就会自动吸附到该连接点上。
[0055] 最后，根据两个图元间的距离，结合实际的测发任务，人为判断这两个设备摆放是否合理。
[0056] 记录布局属性，布局属性主要包括图元名称，图元坐标，图元旋转角度，图元层次，堆叠对象等属性，提供给测发流程三维仿真程序来计算三维空间布局。下文提到的三维程序均指测发流程三维仿真程序。
[0057] 具体地，记录二维中厂房图元名称，用于对应三维程序中的厂房模型。记录设备图元中心与厂房图元左下角的位置偏移，厂房的三维模型坐标原点位于左下角，因此需要记录图元中心与厂房图元左下角的坐标偏移。由于布局是平面俯视图，该偏移只确定了模型在三维程序中的xy平面坐标，还缺少高度z坐标。记录设备图元的旋转角度，逆时针为正方向，用于确定模型的旋转角。记录设备图元关联的设备属性，用于确定在三维程序中需要加载的三维模型，模型代号等信息。记录设备图元的堆叠顺序和堆叠对象，用于确定模型在三维程序中的高度z坐标。
[0058] 本发明中通过设置层次属性来确定堆叠顺序和堆叠对象，如图7放大后的局部示意图。具体地，通过点击“增加一层”或“减少一层”来增加或减少层数，下面表格也会相应改变，F01表示第一层，同时也是最底层，F02表示第二层，是F01的上一层，依次类推。当点击“增加一层”时，会出现新的F03一行，此时点击“减少一层”会去除最高的一层，即F03层，此时再点击“减少一层”时会弹出提示“此层中含有设备，无法删除”的提示框，因为此时F02层含有设备，必须当该层没有设备时才能被删除。如何设置图元层数的步骤如下：在布局中选中某个图元，在下拉框中选择该图元所处的层数，下拉框中列出的层数即是上面通过“增加一层”或“减少一层”最终确定的层数，图元所处层数选择完毕后，界面中就会在该层显示该图元名称，示例中“火箭平台”图元被设置成F01层，“台阶”图元被设置成F02层，因此“火箭平台”图元的层次属性为F01，堆叠对象为空，“台阶”图元的层次属性为F02，堆叠对象为“火箭平台”。
[0059] 点击本发明工具栏中的保存按钮会生成一份布局xml文件，该文件列出了布局中的厂房名字以及各个图元的属性，图元属性主要包括布局属性和设备属性两部分，其中布局属性包括图元名称，图元坐标，图元旋转角度，图元层次，堆叠对象等属性；设备属性包括图元对应设备的名称，图元对应设备的编号等属性。从布局文件中解析出各图元代表的设备模型在三维空间中的位置和姿态。
[0060] 根据布局文件中厂房图元的名称获取厂房模型原点坐标。在测发流程三维仿真程序的三维场景中，根据厂房名称来寻找三维模型，获取该三维模型的三维空间坐标，即厂房模型原点坐标。三维程序循环遍历xml布局文件，先加载层次属性为F01的图元设备，再加载F02的图元设备，依次类推，从低到高加载图元设备。三维程序加载图元设备主要解决从布局xml中恢复三维空间坐标的问题，而由于布局文件中记录了图元相对厂房的二维坐标，因此只需要再计算图元设备的高度，高度计算示意图如图8所示，该示意图是侧视图，步骤如下：根据图元设备名称，加载对应的模型文件，例如图中BB，(图中BB所在位置是最终计算后的位置，初始位置在(0,0,0)原点)，根据图元坐标获取相对厂房模型原点的二维相对坐标(x,y)，根据图元的堆叠对象名称，如果堆叠对象为空，堆叠对象设置为地面，在三维场景中找到该模型，例如图中BB，获取该模型的三维空间坐标J，并取出其中的高度值，结合图元的二维相对坐标(x,y)，得到此时图元设备的三维坐标P，以Z轴(向上)为方向，延长1米，构成线段PQ，将线段PQ和三维模型BB做碰撞检测，如果线段PQ和BB没有交点，则将点Q再延长1米，直到和BB产生交点V，交点V即是图元设备BB在三维空间中的最终位置。根据图元旋转角度设置图元设备BB的旋转角。这样，根据布局xml，测发仿真三维程序就能准确地恢复出该二维布局在三维空间中的样子。
[0061] 三维程序改变设备位置和姿态，更新布局文件后，二维布局程序能加载该布局文件，显示更新后的二维布局效果，布局文件在二维布局程序中再次修改后，仍可以提供给三维程序加载。
[0062] 本发明设计了一种基于Visio SDK的，可灵活配置的基于数字化仿真的航天测试发射二维布局分析方法，极大的降低了测发流程仿真的人
力物力成本，实现了仿真输入基本零
门槛，仅需会使用Visio软件即可；传统方法中各系统使用厂房布局软件有CAD、Visio、Word中的绘图功能，本发明统一了各系统绘制布局方案的规范与平台环境；各系统设计人员可直接参与仿真，且二维布局结果可直接导入三维仿真系统，生成流程仿真结果，很好的解决了之前提出的五个问题。本发明既可以单独使用，不依赖于三维仿真系统，又可以作为三维仿真系统的输入和输出。设计人员可以使用其进行测发流程的布局和分析，并将仿真结果直接输出为word文档可使用的vsd格式二维布局图应用于设计方案。
[0063] 最后所应说明的是，以上
实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
