Xây dựng phương pháp tự động tính toán các tham số dẫn bay không quân trên cơ sở số hóa các biểu đồ kỹ thuật

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (708.58 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG TÍNH TỐN CÁC

THAM SỐ DẪN BAY KHƠNG QN TRÊN CƠ SỞ SỐ HÓA

CÁC BIỂU ĐỒ KỸ THUẬT

Nguyễn Kiều Hưng1*, Vũ Ba Đình1

Tóm tắt: Hiện nay, trong ngành dẫn bay khơng qn tại Việt Nam, việc tính toán 
dẫn đường cho các loại máy bay được thực hiện bằng phương pháp tra cứu bằng tay 
các biểu đồ kỹ thuật do nhà sản xuất máy bay cung cấp, phương pháp này có hạn 
chế là tốc độ tính tốn chậm, độ chính xác khơng cao. Để khắc phục nhược điểm 
trên, trong bài báo này tác giả xây dựng và trình bày một phương pháp tự động tra 
cứu, tính tốn các tham số dẫn bay trên cơ sở số hóa các biểu đồ kỹ thuật, phương 
pháp này có tốc độ tính tốn nhanh, độ chính xác cao và đang được áp dụng tính 
tốn tại Phịng Dẫn đường, Bộ Tham mưu, Qn chủng Phịng khơng- Khơng qn. 
Từ khóa: Dẫn bay khơng qn,Số hóa biểu đồ kỹ thuật, Tự động tra cứu.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong tính tốn dẫn đường bay không quân, yêu cầu quan trọng nhất là xác định
được các tham số đường bay (quãng đường, thời gian, tiêu hao nhiên liệu...), để
xác định các tham số này, cán bộ dẫn đường phải tra cứu nhiều biểu đồ khác nhau
[1,2,3], các biểu đồ này thể hiện sự phụ thuộc các tham số động lực học của máy
bay (trọng lượng, lực cản, nhiệt độ, gió...)[4,5,6].

Phương pháp tra cứu bằng tay có một số hạn chế sau: Thứ nhất, việc tính toán
một bài bay phải tra hàng chục biểu đồ khác nhau dẫn đến tốc độ tính tốn chậm
(khoảng 6 tiếng). Thứ hai, trong quá trình bay, các tham số của máy bay thay đổi
liên tục, đặc biệt là trọng lượng tổng của máy bay do nhiên liệu tiêu hao; đồng thời
để đảm bảo độ chính xác và đúng với bản chất động lực học của máy bay, việc tra
cứu phải thực hiện nhiều lần trên cùng một biểu đồ mỗi khi các tham số đầu vào
biểu đồ thay đổi, tuy nhiên, việc tra cứu bằng tay không thể thực hiện được do khối

lượng tính tốn q lớn, thay vào đó là tra cứu một lần dựa trên số liệu đầu vào
trung bình dẫn đến độ chính xác khơng cao.

Hiện nay có một số cơng cụ phần mềm hỗ trợ số hóa các biểu đồ[7,8], nhưng
các công cụ này chỉ đáp ứng được những biểu đồ có độ nét cao, khoảng cách giữa
các đường cần số hóa trong biểu đồ lớn. Ngồi ra, việc số hóa chỉ tách ra được các
giá trị tương ứng tại mỗi điểm mà không có khả năng tự động tính tốn.

Xuất phát từ nhu cầu tính tốn nhanh, chính xác mà phương pháp tra cứu bằng
tay đang dùng và các cơng cụ hiện có không đáp ứng được, việc xây dựng một
phương pháp tính tốn mới có khả năng tự động tra cứu, tính tốn các tham số dẫn
bay là cần thiết, đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ trong thời kỳ mới, đặc biệt là tình hình
biển đơng hiện nay.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

2.1. Số hóa biểu đồ kỹ thuật

Để tự động tra cứu các tham số dẫn đường kỹ thuật yêu cầu quan trọng nhất là
phải số hóa được các biểu đồ kỹ thuật một cách chính xác và lưu vào cơ sở dữ liệu,
sau đó xây dựng các hàm tính tốn để truy vấn dữ liệu tương ứng căn cứ vào các
tham số đầu vào.

Hình 1. Các bước số hóa biểu đồ kỹ thuật.
2.1.1. Scan biểu đồ

Cơng việc tính tốn các số liệu phục vụ dẫn đường bay hiện nay được thực hiện
bằng cách tra cứu trên các biểu đồ giấy theo các khóa như trong hình 4, các biểu đồ
này mô tả mối liên quan giữa các tham số của máy bay (khối lượng, lực cản, độ
cao, tốc độ ...) trong hệ tọa độ đề các, để thực hiện việc tính tốn tra cứu tự động
cần phải đưa các biểu đồ này vào máy tính để phân tích, xử lý.

2.1.2. Chỉnh sửa, xử lý biểu đồ scan

Các biểu đồ sau khi scan đưa vào máy tính bị mờ và nghiêng nên máy tính
khơng có khả năng nhận dạng, do đó phải tiến hành xử lý, làm rõ và loại bỏ các
thơng tin thừa để máy tính có khả năng nhận dạng và số hóa.

Phương pháp tách thông tin cần thiết từ các biểu đồ kỹ thuật

Trong một biểu đồ kỹ thuật bao gồm nhiều họ biểu đồ khác nhau, việc số hóa
được tiến hành trên từng họ biểu đồ tương ứng với từng trục tọa độ tương
ứng.Trong các biểu đồ kỹ thuật ngoài các đường cần tra cứu lấy thơng tin cịn có
nhiều đường khơng mang thơng tin mà chỉ phục vụ mục đích biểu diễn lên việc xác
định đường cần số hóa kết hợp cả 2 phương pháp: Tự động (đối với biểu đồ có các
đường cần số hóa rõ, có thể nhận dạng ) và xác định bằng tay đối với biểu đồ phức
tạp, có nhiều đường phụ khơng mang thơng tin. Việc số hóa sau khi xác định được
đường cần số hóa tiến hành như sau:

Dùng cửa sổ trượt có kích thước thích nghi (AxB) như hình 2a, trượt từng pixel
từ đầu đến cuối đường cần lấy thông tin. A,B được tính như sau:

Khi α ≠0 và α ≠ ±90
* in

* os
A D s
B D c




 

 


Khi α =0 hoặc α =±90

A=B=D

(1)

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

α là góc trượt so với điểm trước đó, do đặc tính của máy bay lên giá trị
trên đường số hóa biến đổi theo 1 chiều (x tăng y tăng hoặc x tăng y
giảm chứ không biến đổi đồng thời) hơn nữa do q trình số hóa luôn
thực hiện từ trái qua phải lên α bị giới hạn (-90≤α≤90)

Thơng tin của điểm được tách ra tính như sau:

α≤0 
*
2
*
2
A
X X
B
Y Y
  



  

(2.a)
α=90 
*
*
2
X X
B
Y Y
 


  
 (2.b)
α=-90 
*
*
2
X X
B
Y Y
 


  
 (2.c)
α>0 
*

2
*
2
A
X X
B
Y Y
  


  

(2.d)

Sau khi tách ta có kết quả như hình 2b.

a. Cửa số trượt. b. Kết quả tách thông tin.

c. Tọa độ điểm tách thông tin. d. Thông tin tách từ biểu đồ scan. 
Hình 2. Tách thơng tin từ biểu đồ gốc.

2.1.3. Số hóa các biểu đồ

a. Chuyển đổi trục tọa độ. b. Kết quả số hóa.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Các biểu đồ sau khi chỉnh sửa và tách ra các thơng tin cần thiết được số hóa để
lưu lại giá trị tương ứng với các điểm trên biểu đồ (q trình số hóa được thực hiện
trên từng pixel để đảm bảo độ chính xác), đây là quá trình chuyển từ hệ tọa độ
pixel sang hệ tọa độ giá trị thực của các điểm.

Giá trị tại một điểm bất kỳ P được tính như sau:
XV XV min x *

min *

L x

YV YV Ly y




  



  



(3)

Trong đó: Lx là khoảng cách (pixel) theo trục x từ XPmin đến XP;
Ly là khoảng cách (pixel) theo trục y từ YPmin đến YP;
λx là độ lệch giá trị tương ứng với 1 pixel theo trục X;
λy là độ lệch giá trị tương ứng với 1 pixel theo trục Y;



 





 



max min max min

x XV XV XP XP

y YV YV YP YP




   



   

 (4)

Các giá trị XV và YV phải các định bằng tay

2.1.4. Xử lý và lưu thông tin vào cơ sở dữ liệu

Để tính tốn dựa trên biểu đồ, các thơng tin (tọa độ X,Y và tên đường) được xử
lý và lưu vào cơ sở dữ liệu như hình 3.b. Trong đó X,Y là tọa độ điểm tương ứng,
Ten là tên đường tương ứng với giá trị trong biểu đồ.

Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào biểu đồ gốc (độ nét và độ
nghiêng), để tăng độ chính xác cần chỉnh sửa biểu đồ trước khi số hóa, tăng độ

phân giải khi trượt lấy thông tin và thực hiện nội suy đa thức để lấy giá trị trung
gian. Tuy nhiên do biểu đồ gốc đã có sai số cố hữu lên các sai số so với thực tế bay
là không thể tránh khỏi.

2.2. Xây dựng thư viện xử lý dữ liệu

Để xử lý dữ liệu đã được số hóa và thuận lợi trong q trình giao tiếp với phần
mềm tính toán, các hàm, các thuật toán được xây dựng dưới dạng thư viện. Thư
viện được xây dựng dưới dạng thư viện động có khả năng truy cập chéo giữa các
ứng dụng.

Các bước xây dựng thuật toán

 Chia bài toán dẫn đường bay thành các đoạn bay cụ thể ( lăn bánh, cất
cánh, lấy độ cao, bay bằng..) và xác định đầu vào, đầu ra tương ứng

 Xác định các hình vẽ (biểu đồ) cần thiết cho q trình tính tốn.

 Phân tích các biểu đồ để xác định đầu vào, đầu ra phù hợp.

 Xây dựng thuật toán tra cứu trên từng biểu đồ theo các đầu vào tương ứng.

 Tính tốn các tham số dẫn đường theo kết quả tra cứu các biểu đồ.

 Xây dựng hàm tương ứng với mỗi đoạn bay cụ thể.

2.3. Xây dựng thuật toán tra cứu dữ liệu trong biểu đồ

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Hình 4.Các bước thực hiện tra cứu dữ liệu.

- Tách biểu đồ thành các họ biểu đồ con
- Xác định họ biểu đồ cần tra cứu

- Xác định đường cần tra cứu trong họ biểu đồ con

2.3.2. Thuật toán tra cưu đối với đường cụ thể (nội suy 1)

a. Quan hệ đầu vào đầu ra 
trong đường tra cứu.

b. Nội suy thông tin từ 2 đường tra cứu. c. Lưu đồ thuật toán tra cứu trong 
đường cụ thể.

Hình 5. Mơ tả thuật toán tra cứu dữ liệu.

Đường cần tra cứu được lưu M điểm (x,y) trong cơ sở dữ liệu theo chiều tăng
dần của trục (x hoặc y) tương ứng với đầu vào.

Thuật toán tra cứu bắt đầu so sánh đầu vào (x_v) với từng điểm

Nếu điểm đang so sánh nằm trong khoảng (0, M) xét 2 trường hợp:

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

- Nếu giá trị đầu vào khơng trùng với điểm so sánh thì thực hiện nội suy tuyến
tính để tìm đầu ra.

Nếu điểm so sánh nằm ngồi đường tra cứu thì thực hiện nội suy đa thức để tìm
đầu ra

Sau khi tìm được đầu ra phù hợp thì kết thúc vịng lặp và bỏ qua các điểm tiếp theo.

2.3.3. Nội suy tuyến tính tham số từ 2 giá trị đã tính toán theo thuật toán nội suy 1 
ở bước c (nội suy 2)

-Các giá trị đã biết Y,TS1,TS2,TS3

-Từ đầu vào Y và đường cần tra cứu L1 theo theo thuật toán nội suy 1 tra được
đầu ra X1

-Từ đầu vào Y và đường cần tra cứu L2 theo theo thuật toán nội suy 1 tra được
đầu ra X2

-Từ X1 và X2 tra cứu được X theo phương pháp nội suy tuyến tính:

3 1

1 ( 2 1)

2 1

TS TS

X X X X

TS TS



  

 (5)

2.3.4. Xây dựng thư viện tính tốn và xử lý dữ liệu

Sau khi xây dựng thuật toán, xác định đầu vào đầu ra và các biểu đồ liên quan,
ta xây dựng thư viện tính tốn dưới dạng hàm số để truy vấn dữ liệu từ cơ sở dữ
liệu đã số hóa.

3. MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN, THẢO LUẬN 
3.1. Số liệu đầu vào

Bài tốn dẫn bay khơng quân sử dụng khoảng 800 biểu đồ khác nhau cho các
bài toán cụ thể, trong bài báo này tác giả mô phỏng tự động tra cứu trên biểu đồ
hay đươc sử dụng nhất (biểu đồ tính tiêu hao nhiên liệu tương đối OKPT của máy
bay SU30).

3.2. Phương pháp, công cụ mô phỏng

Dữ liệu số hóa được lưu trong cơ sở dữ liệu SQL2008R2, xây dựng thư viện
tính tốn và giao diện bằng ngơn ngữ C# Visual Studio 2010.

Tra cứu 4 lần tương ứng với 4 đầu vào của biểu đồ thay đổi và so sánh với kết quả
tra cứu bằng tay.

3.3. Kết quả mơ phỏng và bình luận

Bảng 1. Kết quả tra cứu bằng máy và bằng tay.

m(kg) H(m) CSLC M OKPT(Máy) OKPT(Tay)

TH1 20000 10000 130 0.9 36,451 36

TH2 24000 6000 130 0.9 33,793 34

TH3 24000 10000 150 0.9 44,758 45

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

a. TH1. b. TH2.

c. TH3. d. TH4.

Hình 6. Kết quả tra cứu. 
Qua việc mô phỏng ta thấy:

- Việc tra cứu bằng máy được thực hiện trên từng pixel có nội suy nên cho kết
quả nhanh chóng và độ chính xác cao so với tra cứu bằng tay, việc tra cứu bằng tay
không thực hiện được điều này và chỉ tra được giá trị xấp xỉ.

- Kết quả tính tốn, tra cứu phù hợp với lý thuyết , việc nội suy đem lại độ chính
xác cao hơn và chấp nhận được ở cự ly nhỏ.

- Phương pháp tra cứu này có thể tra cứu trên biểu đồ bất kỳ, nhiều nhiễu và
thông tin thừa, có thể liên kết nhiều kết quả tra cứu cho bài toán cụ thể.

- Phương pháp tra cứu này mang lại nhiều lợi ích thực tiễn trong việc tra cứu đồ
thị khi khơng có công thức mô tả, hiện tại phương pháp này đang được áp dụng
trong việc tự động tra cứu tính tốn trong ngành dẫn bay khơng qn.

- Ngồi ra, do có tính trực quan cao nên phương pháp tra cứu kết hợp với hiển
thị trực tiếp trên biểu đồ có thể áp dụng cho việc đào tạo huấn luyện, và kết quả
nghiên cứu có thể áp dụng trong việc khôi phục, vẽ lại các biểu đồ gốc cho các
mục đích khác nhau.

4. KẾT LUẬN

</div>