专利名称：机场消防车驾驶训练系统的制作方法
技术领域：
本发明属于航空技术培训领域，具体涉及一种机场消防车驾驶训练的模拟系统装置。
背景技术：
机场消防车属于专用于扑救飞机火灾的消防车辆，作为民航安全的第一要务，一 旦航空器在港出现火警，机场消防车必须在第一时间赶到现场控制火情，以最大限度保证 乘客安全。正是由于机场消防车特殊的工作特点，所以消防车驾驶员与普通机动车驾驶员 相比具有更高的技术要求。机场消防模拟器就是用来培训机场消防车驾驶员而设计。驾驶 员在模拟训练过程中要通过视觉、听觉、以及身体的感觉等来感知车辆的运动状态。如果单 纯依靠实战训练使学员很难达到规定要求，即使是实战训练也不可能涵盖面对火灾所应采 取的全部技术措施和手段。如果能提供一种可以对不同火灾场面都可采取对应措施的消防 车模拟训练装置，则是民航技术培训最理想的教学设备。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够对机场消防车驾驶人员进行 培训使用的机场消防车驾驶训练模拟系统装置。以下结合附图对本发明的结构原理进行说明。本发明提供的机场消防车驾驶训练 系统包括驾驶台、组合指示灯群、组合显示仪表群、启动开关、消防炮方位显示屏、数字I/ 0 (输入输出)接口、A/D (模数转换)卡、PLC (可编程控制)控制器、刹车机构、油门、方向盘、 位移传感器、数据采集与控制系统、计算机仿真系统、教员台计算机、驱动电机、摄像头、视 景显示屏和音箱等。从功能上分由驾驶台、消防设备、消防炮操作、行车驱动、模拟消防炮、 模拟前台架消防炮、计算机仿真以及教员台计算机等8个子系统组成。每个子系统的组成 是，驾驶台系统包括组合指示灯群、组合显示仪表群和模拟发动机启动开关；消防设备操 纵台系统包括消防炮方位显示屏和消防设备启动开关；消防炮操作系统包括消防炮启 动开关、消防炮控制摇杆和前台架消防炮控制摇杆；行车操纵系统包括刹车机构、油门和 方向盘，刹车机构、油门和方向盘各自分别串接一个位移传感器，三个位移传感器接至A/D 卡；模拟消防炮系统包括模拟消防炮和模拟前台架消防炮；计算机仿真系统包括消防车 运动及控制模型、飞机火灾及灭火模型和音响模拟模型；教员台计算机系统包括模拟视 频和音频的输出以及与数据采集及控制系统的信息交换。本发明是一个模拟消防车驾驶、灭火等操作的训练装置，学员坐在驾驶室内的操 作与实际非常近似。根据教员台计算机上所选择的训练课目，通过操纵数据采集与控制系 统收到状态信息，使视景输出和音响输出与教员台计算机设定一致。消防车驾驶训练状态 时在视景中将显示机场消防车库现场。启动消防车的信号为开关量信号，经数字I/O端口 被数据采集与控制系统采集并传至计算机仿真系统。此过程中，方向盘转动、油门动作、刹 车动作的位移量被各自的位移传感器转换为模拟量信号，经过A/D转换被操纵数据采集与
3控制计算机采集并被其传至计算机仿真系统。同时方向盘及油门刹车操纵机构均具备“自 动回位”的功能。计算机仿真系统中的消防车运动及控制模型根据这些信息解算出消防车 当前的运动状态、运动位置，并通过视景输出显示，音响模拟模型根据消防车的运动状态由 音响输出输出发动机音响、路面作用音响等音响信息。同时，消防车运动与控制模型将解算 出消防车仿真仪表显示信息和消防车指示灯显示状态，传给操纵数据采集与控制系统后传 至PLC控制器，PLC控制器控制仿真仪表群和指示灯群进行相应的显示。在模拟消防炮的 炮口处装有摄像头，消防炮朝向由显示屏显示。消防炮控制摇杆和前台架消防炮控制摇杆 分为前、后、左、右四个方向，输出四个开关量信号由第二数字I/O 口采集。PLC控制器将此 信息传至两个消防炮系统，控制模拟消防炮或模拟前台架消防炮的纵向驱动电机和横向驱 动电机，通过控制炮塔的纵横向运动调整各消防炮口的朝向。喷射按钮按下后，消防车运动 及控制模型可控制输出喷口的流量，灭火剂喷射场景由视景相应输出，与此同步，音响模拟 模型控制音响输出输出灭火剂喷射的音响。消防车到达时间、飞机火灾控制时间、消防车位置、灭火操作过程均由计算机仿真 系统实时传给教员台计算机，教员台计算机记录这些信息并在仿真结束后生成对学员训练 效果的评分，教员也可以实时浏览这些信息以便对受训驾驶员进行进一步的指导。消防车运动及控制模型和飞机火灾及灭火模型的视频输出为单通道计算机三维 图像系统或三通道计算机三维图像系统，视景显示屏由视景系统图形工作站、高分辨率投 影机、投影屏幕组成。音箱为三维环绕立体声音响系统，由音响合成计算机、多声道立体声 高保真音响组成，具有逼真的声音定位感觉，为驾驶员提供强烈的沉浸感。本发明的特点和有益效果是，能够满足学员进行消防车驾驶、飞机火灾消防的模 拟训练，仿真系统可以进行车辆运动模型的解算、飞机火灾过程控制、飞机火灾消防过程控 制，模拟机场场景和飞机火灾场景非常真实，使消防车驾驶灭火训练过程能够让学员在视 景中驾驶巡航，并具有碰撞检测功能，与实战环境基本相同。由于在虚拟场景中进行训练， 最大限度的保证了学员的安全。由于训练在室内进行，所有不会受到天气条件的限制，并具 有很好的经济性。
附图为本发明原理结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的结构以及实施过程作进一步的说明。如附图所示驾驶台1包括组合指示灯群2、组合显示仪表群3和模拟发动机启动 开关4。消防设备操纵台5包括消防炮方位显示屏6和消防设备启动开关7。消防炮操作台 8包括消防炮启动开关9、消防炮控制摇杆10和前台架消防炮控制摇杆11 ；模拟发动机启 动开关4、消防设备操纵开关7、消防炮启动开关9、消防炮控制摇杆10和前台架消防炮控制 摇杆11的开关信号控制线均并联接至第一数字I/O接口 12-1 ；消防炮控制摇杆10和前台 架消防炮控制摇杆11的开关信号控制线并联后接至第二数字I/O接口 12-2，第二数字I/O 接口 12-2的输出接至PLC控制器13。行车操纵系统14包括刹车机构15、油门16和方向 盘17，刹车机构、油门和方向盘各自分别串接一个位移传感器18，三个位移传感器接至A/D卡19。第一数字I/O接口 12-1和A/D卡19的输出接入数据采集与控制系统20，数据采集 与控制系统20的信号输出分别接至PLC控制器13、计算机仿真系统21、教员台计算机22， 数据采集与控制系统20并与教员台计算机22进行数据传输与交换。模拟消防炮23为纵 向和横向两自由度运动机构，模拟消防炮23分别通过第一纵向驱动电机24-1和第一横向 驱动电机25-1驱动；模拟前台架消防炮26亦为纵向和横向两自由度运动机构，模拟前台架 消防炮26分别通过第二纵向驱动电机24-2和第二横向驱动电机25-2驱动。两个纵向驱 动电机24-1、24-2和两个横向驱动电机25-1、25-2均由PLC控制器13进行控制。消防设 备操纵台5、消防炮操作台8、行车操纵系统14的运行状态均由PLC控制器13分别通过组 合指示灯群2和组合显示仪表群3在驾驶台1显示。模拟消防炮23塔身装有摄像头27，图 像输出信号由消防炮方位显示屏6显示输出。计算机仿真系统21包括消防车运动及控制 模型28、飞机火灾及灭火模型29和音响模拟模型30，即这三个模型均为软件作为计算机仿 真系统，设置在教员台计算机22内。消防车运动及控制模型28的数据传至数据采集与控 制系统20，消防车运动及控制模型28的视频输出与飞机火灾及灭火模型29的视频输出经 教员台计算机22控制由视景显示屏31显示，音响模拟模型30的音频信号也经教员台计算 机22控制接至音箱32。本发明运行工作时，由教员在教员台计算机上选择训练课目，然后启动系统运行。 此时，操纵数据采集与控制系统收到启动信息，进行采集板卡的初始化，同时向PLC控制器 发出启动信息。PLC控制器收到启动信息后，将组合指示灯群和组合显示仪表群的显示、模 拟消防炮和模拟前台架消防炮的位置等均进行初始化处理。计算机仿真系统收到启动信息 后进行消防车运动及控制模型、飞机火灾及灭火模型、音响模拟模型参数进行初始化，使视 频输出和音频输出与教员台计算机设定一致。系统初始化完毕后，视景显示屏中将显示设 定的机场消防车库。学员按动消防车驾驶台上的模拟发动机启动开关进行消防车的启动，该启动信号 为开关量信号，经第一数字I/O端口被数据采集与控制系统采集，数据采集与控制系统将 此信息传至计算机仿真系统，计算机仿真系统中的消防车运动及控制模型将消防车启动状 态设为有效，同时音响模拟模型控制输出车辆启动声音。学员操纵行车系统中的方向盘、油 门、刹车等将消防车从车库开出，并一直行驶至视景显示屏中的飞机火灾现场。在这一过程 中，方向盘转动、油门动作、刹车动作的位移量被各自的位移传感器转换为模拟量信号，经 过A/D转换由数据采集与控制系统采集，并将其传至计算机仿真系统。计算机仿真系统中 的消防车运动及控制模型根据这些信息解算出消防车当前的运动状态、运动位置，并通过 视景显示屏显示；音响模拟模型根据消防车的运动状态由音箱输出发动机工作音响、路面 作用音响等。同时，消防车运动与控制模型将解算出组合指示灯群和组合显示仪表群应显 示对应的状态，传给数据采集与控制系统和PLC控制器，PLC控制器控制组合指示灯群和组 合显示仪表群进行相应的显示。消防车到达飞机火灾现场后，学员操纵模拟消防炮或模拟前台架消防炮进行灭火 操作。学员可以通过操纵视景显示屏观察确定消防炮或者模拟前台驾消防炮炮口位置朝 向。学员可操纵前后左右四个方向转动的消防炮控制摇杆或台架消防炮控制摇杆，将炮口 对准飞机或机场起火位置，按下消防炮控制摇杆或前台架消防炮控制摇杆的喷射按钮。此 时视景显示屏将显示喷射情况，直至火情得到控制。在这一过程中，消防炮控制摇杆或前台
5架消防炮控制摇杆的输出为四向开关量信号，PLC控制器通过第二数字I/O 口采集该信号， 驱动两炮的四个电机控制横向运动轴和纵向运动轴，使各消防炮炮口朝向位置准确无误。 在模拟消防炮塔身装有摄像头，将图像直接传至消防炮方位显示屏，学员从方位显示屏可 以直接看到模拟消防炮的朝向。消防炮控制摇杆或台架消防炮控制摇杆输出的四向开关量 信号同时还被第一数字I/O 口采集，消防炮控制摇杆或台架消防炮控制摇杆上的喷射按钮 开关信号也被数据采集与控制系统通过第一数字I/O 口采集。数据采集与控制系统将这些 信息传至计算机仿真系统。飞机火灾及灭火模型根据教员台计算机的设定计算出飞机火灾 的各项参数，控制视景显示屏输出逼真的飞机火灾情景。同时飞机火灾及灭火模型根据火 灾参数和灭火剂喷射量以及喷射点信息，实时计算出新的火灾参数，在视景显示屏显示的 同时音响模拟模型也输出产生相应的音响变化。所以当喷射按钮被按下后，视景显示屏会 相应显示灭火剂喷射情景；与此同时音响模拟模型控制音箱输出灭火剂喷射的音响。
两炮的四个电机选用步进电机、直流电机或交流电机均可，消防设备操纵台上安 装有与真实消防车上同样的开关按钮及指示灯。自训练开始，仿真消防车从接警开始，学员 驾驶操纵模拟消防车在视景显示屏中巡航，行驶至飞机火灾现场，用高压水炮灭火的整个 过程。视景显示屏中还将会有多辆消防车按指定程序配合参训人员的消防车共同完成灭火 任务。
权利要求
机场消防车驾驶训练系统, 包括驾驶台、组合指示灯群、组合显示仪表群、启动开关、消防炮方位显示屏、数字I/O接口、A/D卡、PLC控制器、刹车机构、油门、方向盘、位移传感器、数据采集与控制系统、计算机仿真系统、教员台计算机、驱动电机、摄像头、视景显示屏和音箱，其特征在于驾驶台(1)包括组合指示灯群(2)、组合显示仪表群(3)和模拟发动机启动开关(4)；消防设备操纵台(5)包括消防炮方位显示屏(6)和消防设备启动开关(7)；消防炮操作台(8)包括消防炮启动开关(9)、消防炮控制摇杆(10)和前台架消防炮控制摇杆(11)；模拟发动机启动开关(4)、消防设备操纵开关(7)、消防炮启动开关(9)、消防炮控制摇杆(10)和前台架消防炮控制摇杆(11)的开关信号控制线均并联接至第一数字I/O接口(12 1)；消防炮控制摇杆(10)和前台架消防炮控制摇杆(11)的开关信号控制线并联后接至第二数字I/O接口(12 2)，第二数字I/O接口(12 2)的输出接至PLC控制器(13)；行车操纵系统(14)包括刹车机构(15)、油门(16)和方向盘(17)，刹车机构、油门和方向盘各自分别串接一个位移传感器(18)，三个位移传感器接至A/D卡(19)；第一数字I/O接口(12 1)和A/D卡(19)的输出接入数据采集与控制系统(20)，数据采集与控制系统(20)的信号输出分别接至PLC控制器(13)、计算机仿真系统(21)、教员台计算机(22)，数据采集与控制系统(20)并与教员台计算机(22)进行数据传输与交换；模拟消防炮(23)为纵向和横向两自由度运动机构，模拟消防炮(23)分别通过第一纵向驱动电机(24 1)和第一横向驱动电机(25 1)驱动；模拟前台架消防炮(26)亦为纵向和横向两自由度运动机构，模拟前台架消防炮(26)分别通过第二纵向驱动电机(24 2)和第二横向驱动电机(25 2)驱动，两个纵向驱动电机(24 1、24 2)和两个横向驱动电机(25 1、25 2)均由PLC控制器(13)进行控制。
2.按照权利要求1所述的机场消防车驾驶训练系统，其特征在于所述消防设备操纵台 (5)、消防炮操作台(8)、行车操纵系统(14)的运行状态均由PLC控制器(13)分别通过所述 组合指示灯群(2)和所述组合显示仪表群(3)在所述驾驶台(1)显示。
3.按照权利要求1所述的机场消防车驾驶训练系统，其特征在于所述模拟消防炮(23) 塔身装有摄像头(27)，图像输出信号由所述消防炮方位显示屏(6)显示输出。
4.按照权利要求1所述的机场消防车驾驶训练系统，其特征在于所述计算机仿真系统 (21)包括消防车运动及控制模型(28)、飞机火灾及灭火模型(29)和音响模拟模型(30)，消 防车运动及控制模型(28)的数据传至数据采集与控制系统(20)，消防车运动及控制模型 (28 )的视频输出与飞机火灾及灭火模型(29 )的视频输出经所述教员台计算机(22 )控制由 视景显示屏(31)显示，音响模拟模型(30)的音频信号也经教员台计算机(22)控制接至音 箱(32)。
5.按照权利要求1或4所述的机场消防车驾驶训练系统，其特征在于所述消防车运动 及控制模型(28)、飞机火灾及灭火模型(29)和音响模拟模型(30)，均为设置在所述教员台 计算机(22)内的软件。
全文摘要
本发明公开了一种机场消防车驾驶训练系统。由驾驶台、消防设备、消防炮操作、行车驱动、模拟消防炮、模拟前台架消防炮、计算机仿真及教员台计算机等8个子系统组成。8个子系统通过数字I/O接口、模数转换卡、数据采集与控制以及PLC控制器形成一个网络，组成模拟消防车驾驶、灭火等操作的训练装置。学员根据教员台计算机所选择的训练课目，从接警开始，将完成驾驶操纵模拟消防车在视景显示屏中巡航、行驶至飞机火灾现场、用高压水炮灭火的整个训练过程。此间，方向盘、油门、刹车、喷射等信号被数据采集与控制系统以及PLC采集，传至计算机仿真系统，然后可采取相应的措施。视景显示屏输出逼真的灭火剂喷射情景，与此同时音响系统也输出相应的声音。
文档编号A62C27/00GK101958063SQ20101029492
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者王立文, 贾立山, 邢志伟 申请人:中国民航大学