仿真建模的太空任务使用的高级体系结构

文摘

探讨环境开发模型的任务太空发射系统(SLS)和多用途载人飞船(MPCV)从肯尼迪航天中心发射(KSC)到国际空间站(ISS)。几个模型代表不同阶段的任务,如地面操作流程,设计系统,和范围组件(如故障树,爆炸,气体分散,碎片建模。这些模型采用不同的模拟范例如连续、系统动力学、离散事件,基于主体的仿真建模。高层体系结构(HLA)是这个分布式仿真的支柱。不同的设计决策和信息融合方案这一独特的环境决策的详细解释。这也可以帮助发展的探索任务超出了国际空间站。

1。介绍

分布式仿真建模复杂的系统中发挥着重要作用。空间飞行器的地面行动处理以及提升和体面的阶段是一个非常复杂的过程的相互作用引起的外观涌现性(1- - - - - -3]。在这些情况下,一个虚拟的试验台(VTB)被设计为架构,以促进综合执行不同的仿真模型与其他支持nonsimulation应用程序(4- - - - - -9]。

我们完成了初始VTB开发工作(见部分2航天飞机任务)的建模和操作在美国宇航局肯尼迪航天中心(KSC)是基于高层体系结构(HLA)和运行时基础设施(RTI)。RTI软件实现HLA接口规范,定义了分布式仿真系统的通用接口在HLA仿真的执行(10- - - - - -13]。这是建筑的基础,促进可移植性和互操作性。在联盟(即交换的所有共享信息。,a set of simulation models) execution must be passed through the RTI. The objective of the VTB developments is to provide a collaborative computing environment that supports the creation, execution, and reuse of simulations that are capable of integrating multidisciplinary models representing the elements of launch, ranges, and spaceport operations in order to assist with the cost analysis, flow optimization, and other important decision-making factors. The High Level Architecture (HLA) is used as a distributed simulation framework in the VTB. In general, simulation languages/packages may have special areas of use, distinct advanced features, and require specific computing environments such as operating systems (OSs), external application interfaces, and scripting languages. These characteristics of the modeling languages may impose difficulties when attempting to seamlessly integrate them with other simulation modeling languages/packages. As the application of HLA distributed simulation architectures widely spreads to different areas of application, the need for middleware development and/or adapters/controllers for communications becomes necessary [6,12,14]。网络可以为HLA / RTI提供额外的功能配置。

大量的分布式仿真研究工作一直通过网络关注全球合作及其体系结构(13,15- - - - - -20.]。我们增强VTB方法考虑网络的功能和约束HLA / RTI配置。传统上,供应商特定HLA / RTI实现和不同的RTI版本实施数量限制为异构分布式仿真的互操作性特点和服务领域。然而,hla仿真的web服务工具的发展使模拟功能的引入异构用户在偏远地区在分布式仿真系统体系结构16]。例如,三维可视化仿真功能可以引入分布式仿真环境中作为一个独立的异构平台在一个偏远的位置。你等。18)提出了一个HLA网络类型体系提高分布式组件联合互操作性和灵活性。他们的架构开发一个桥和服务器作为一个web服务API门廊RTI的实现。此外,其他hla仿真研究人员开发的web服务体系结构实现格兰特异构仿真系统之间的互操作讨论唐代et al。16]。据唐et al。16),web服务架构功能引入了面向服务的体系结构(SOA)的概念使hla仿真体系结构提供联合设计与具体的应用程序功能作为服务,终端用户在偏远地区。这些发展支持的概念分层的架构。

我们与俄罗斯外贸银行的新发展是基于分层的方法。增强VTB架构设计方法采用分层的体系结构和更灵活的中间件解决方案的好处来达到一个理想的分布式仿真平台互操作性和可伸缩性。Al-Zoubi和北斗七星15)解释说,许多分布式仿真中间件解决方案固有的结构规则,像HLA / RTI,施加约束可扩展性和互操作性的能力。在工作中提出的基于rest的模拟环境的互操作性(上升)架构等开放计算网络中分布式仿真设计。分布式仿真环境允许更好的解耦通过中间件HLA / RTI配置实现增强可伸缩性的分布式仿真设计。此外,Topcu和Oguztuzun17]解释分布式仿真系统的分层体系结构方法分离用户界面,仿真主要控制方法,hla特异性联合通信机制提高系统的灵活性。他们的想法是,设计师可以制定或实施不同的联盟组件的编程语言或平台的选择和捕捉重复HLA接口实现在一层设计简单。分层的方法是考虑增强VTB配置的实现任务的SLS和MPCV车辆在肯尼迪发射到国际空间站。

本文扩展了我们最初的发展的经验教训以开始进行建模的太空发射系统(SLS)和多用途载人飞船(MPCV)在肯尼迪发射到国际空间站(ISS)。此外,论述了不同设计决策和俄罗斯外贸银行的信息融合方案的决策,可以帮助发展的探索任务超出了国际空间站。

2。最初的努力和经验教训

自2002年以来,我们已经开发出一些使用VTB配置。美国国家航空航天局和国防工业一直是我们的主要支持者。占主导地位的架构是一个集中的一个(即。、集中RTI节点(13])。图1说明了分布式仿真NASA航天飞机发射的配置。基本的联合配置描述如下。

(1)航天飞机模型联合(SMF)。这将是一个竞技场(编写的仿真模型http://www.arenasimulation.com/Arena_Home.aspx)。SMF是由离散事件仿真和航天飞机操作的专家。SMF模拟从航天飞机着陆的流动通过正常的加工组装向肯尼迪流及其发射台流(21]。如果任务成功,这个联合显示航天飞机绕地球飞行,回到肯尼迪着陆和重复操作周期。然而,如果任务最终在一次事故中然后显示屏幕的变化显示了航天飞机的爆炸,事故发生的日期和时间,坐标爆炸发生,大量的污染物释放到大气中,从航天飞机的未使用的推进剂在这个位置。当航天飞机发射到空间到达发射台,发送信号通过RTI表明航天飞机准备发射。这个信号是由控制室接收模型联合(CRMF),和航天飞机升空等待授权。

(2)控制房间模型联合(CRMF)。控制室模型联合(CRMF)是一种AnyLogic - (http://www.anylogic.com/)建立模型,模拟航天飞机的硬件/软件系统的行为。这个模型是基于连续模拟和电子/布尔逻辑。它是由专家在连续模拟和有经验的电气/机械和系统/软件工程师在美国宇航局的航天飞机硬件/软件系统。当航天飞机到达发射台,CRMF发送消息。收到消息,航天飞机发射准备,CRMF被激活。四systems-electronic CRMF检查故障,电力、通信、和推进系统。验证后,没有发生延误或矮树,CRMF等待放行信号从天气专家模型联合(WEMF),然后它授权发射通过发送消息的RTI系统CRMF都是绿色和发射是一个“去”。

(3)天气专家模型联合(WEMF)。天气专家模型联合(WEMF)是一个复杂的基于java的模型。这个联合的主要功能是显示天气预报的摘要(更新以特定的间隔时间的(例如,分钟,小时))(22]。Java servlet收集的信息从不同的网站,如温度和风速http://weather.noaa.gov/weather(有些网站开放获取和其他军事/分类)。WEMF有几个处理系统基于神经网络和小波,执行所需的天气条件和分析图像。一组Java servlet从各种来源获取数据或图像在美国。7天天气预报信息结合的GOES卫星图像(http://www.goes.noaa.gov/),每日的天气预报。天气除了这些图像,具体细节如湿度、风速、气压、热指数和露点以很短的间隔更新。美国海军研究生院提供的云分类在蒙特雷,加利福尼亚。闪电国家雷电探测网提供的数据(NLDN)和每30分钟间隔;美国各地的雷击更新的详细信息。表面温度轮廓和表面风速由国家气象局提供的。大海状态分析是理解助推火箭提供的恢复操作。天气标准紧急降落在越洋中止着陆地点(tal)监测由国家海洋和大气管理局(NOAA)在西班牙和北非http://www.srh.noaa.gov/smg/smgwx.htm)。各个机构的数据下载图像和数值数据的格式。一旦数据下载、图片处理和特定的值是佛罗里达州/ KSC派生。数据作为输入专家系统显示航天飞机发射决定去或不方便。从CRMF WEMF接收一条消息,所有的系统是一个走。然后WEMF检查如果天气条件也去发送一条消息通过RTI授权。天气信息可以通过查询访问WEMF随时通过RTI。

(4)蒙特卡罗模型联合(MCMF)。蒙特卡洛模型联合(MCMF)是一个离散模型开发的领域(http://www.arenasimulation.com/Arena_Home.aspx)。MCMF模拟航天飞机时通知通过RTI电梯了。它还接收一条消息从CRMF发射。MCMF然后决定如果发射将导致成功或将发生一场灾难通过生成随机数的所有MCMF(这是基于历史数据和非常复杂的故障模型子组件级别的NASA航天飞机开发;参见图2)。根据模拟的结果,一个适当的消息说明发送成功或事故的结果通过RTI。

(5)虚拟范围联合(多联机)。虚拟范围联合(多联机)是由几个仿真模型和软件系统。仿真模型是连续和模型航天飞机轨迹,气体分散,huttle燃料系统的云。航天飞机轨迹模型是由美国宇航局提供的专家,使用MATLAB / Simulink火箭轨迹(http://www.mathworks.com/products/matlab/)。气体分散和云仿真模型的修改CALPUFF (http://gcmd.nasa.gov/records/CALPUFF.html)。CALPUFF是一种先进的nonsteady-state气象和空气质量建模系统开发的大气研究集团(ASG)http://www.src.com/calpuff/calpuff1.htm)。模型采用了由美国环境保护署(EPA) (24- - - - - -26]。此外,多联机结合地理信息系统(ArcGIS -http://www.esri.com/software/arcgis)与多个数据库。这个联合显示一个计数器的数量发射和总结当前的天气从MCMF如果消息显示成功发射。从MCMF以防意外的结果,多联机激活,并确定事故的位置在空间(使用轨迹仿真模型)和污染物释放到大气中(使用天然气和云色散模型)。类似于所有其他联合,多联机包括时钟显示日期和时间。多联机的信息传播通过RTI SMF联合。污染物的浓度在不同的位置在事故现场由多联机决定事故发生后一个小时,开始了气体扩散模型,并使用模拟发射的当天天气状况(从WEMF获得)。这些信息提供给地理信息系统(ArcGIS)作为输入,和地理点,污染物的浓度超过了限制取决于污染物的接触反应曲线,然后显示在佛罗里达的地图。人口暴露于污染面积是由一些数据库,在ArcGIS分层。最后,暴露于有毒水平的人数公布的有毒推进剂在地图上显示了多联机的佛罗里达。

2.1。数据通信

由于分布式环境中的每个组件是使用专用的仿真建模工具开发(例如,竞技场,AnyLogic),不同的方案用于数据传输和转换。重要的是要强调,所有的信息共享和交换这些联合联合执行期间必须通过RTI。每个联合libRTI库,包括RTIambassador FederateAmbassador类。libRTI库使每个联合访问RTI服务接口规范中指定的(10]。之间的数据传输和交换过程联合发生RTIambassador通过调用服务。RTI的传输和交换过程所做的联合是异步调用FederateAmbassador回调函数实现根据仿真的功能。

CRMF是AnyLogic-based联合。它拥有一个代码生成器将模型逻辑转换成Java代码支持HLA / RTI互操作性。这个模型集成是通过使用HLA支持模块(HSM)由AnyLogic提供。HSM使AnyLogic支持广泛的RTI服务如联邦管理、声明管理、对象管理和时间管理。HSM使用StepHook [27)接口。这StepHook界面引擎特定的方法是执行模型的时间步骤。这些方法使模型交换消息和同步本地模拟次全球联合的时代。

HLA的WEMF是一个基于java的联合兼容。其数据出版物和订阅CRMF通过RTI查询。消息的发送和接收或不方便的形式。

SMF、多联机和MCMF联合Arena-based模型。这些联合的集成是通过使用分布式制造仿真(DMS)适配器,它是一个组件的HLA分布式仿真的基础设施企业设施。这个适配器最小化所需的变化模拟参加联合会通过提供时间协调机制、消息交换,和对象创建、更新、存储、删除、转移。适配器维护内部数据为每一个联合:联合,联合列表,时间管理数据、本地/远程对象缓存,传入/传出消息队列,适配器实例属性,和订阅和过滤数据。另外,适配器允许用户设置的一些模拟使用XML属性,如:初始化SimulationTime, SimulationStepSize, SimulationName FederationName, DebugMode。这些XML文档是用来指定一个初始化文件,描述对象和消息。模拟对象,它的属性,模拟的交互或参数都存储在XML格式可以通过XML路径语言(XPATH)和可扩展样式表语言(XSL)。

2.2。经验教训:有几种RTI平台,你必须选择一个合适的一个

在这最初的努力吸取的一个教训是RTI的选择。RTI的性能对联盟的优化至关重要。出于这个原因,RTI的评价和选择被认为是在设计阶段。RTI的实现语言会影响性能。例如,Java实现可能需要更多的系统资源,而Java的跨平台特性使得它能够运行在任何支持Java的平台上没有修改。影响性能的其他独立变量包括联合,联合分布,数据分布管理,网络传输模式中,每个联合对象,每个对象属性,每个联合互动,每个交互参数,属性缓冲区大小,交互缓冲区大小,和数据绑定。这些独立变量的影响延迟和吞吐量等措施的比较应该评估之前选择一个开源或商业RTI是由(11]。

有很多商业和非商业的实现运行时基础设施。一些开源rti包括门廊(http://www.porticoproject.org/index.php?title=Main_Page),CERTI (http://www.nongnu.org/certi/)和EODisP (http://www.pnp-software.com/eodisp/)。门廊是一个完全支持开源RTI实现由不同的平台支持。是共同开发和销售许可下的(CDDL),是由澳大利亚国防模拟办公室(ADSO)。门廊是主要在Java中实现,有时遇到兼容性问题的实时模拟。感兴趣的开发人员可以访问项目的源代码。CERTI是在c++开发由法国航空航天实验室(那里),使其深入研究分布式离散事件仿真领域。开源CERTI项目的目标是HLA的使用和知识传播和促进与国际开源社区合作。EODiSP是由GNU通用公共许可证下的欧洲太空总署支持地球观测卫星的端到端模拟器开发任务。EODiSP停止在2006年的发展,目前最小的支持提供给开发人员,当他们遇到困难。

商业rti更健壮的操作比开源rti。常用的商业HLA-compliant RTI实现MAK实时RTI,音高便携式RTI (pRTI),和RTI下一代。球场的一个优点是它的学习曲线:音调是非常视觉和可以用来建立一个快速和复杂的联盟结构。表1给上述商业HLA rti的更多信息。

2.3。经验教训:先进的可视化是非常重要的

另一个重要的教训与可视化。可视化是现代仿真建模环境的一个非常重要的特性。作为不同的可视化标准继续我们的研究,我们发现两种类型的可视化需要在VTB分布式仿真的背景下28]。首先,可视化的数据和/或专门的函数是一个重要的组成部分,商业从架子上(COTS)的工具。为了将可视化工具集成到俄罗斯外贸银行,联合创建。这个联合与RTI和可视化交互的外部接口。第二种类型的可视化将模拟引擎包括一组集成的设施来显示动画模拟的系统的状态,这可能允许用户建模的交互。

我们的研究发现,有许多可用的可视化工具。对于空间的操作,最复杂的工具是实时高级图形引擎从白沙导弹试验场(愤怒)29日),边缘(http://active.boeing.com/mission_systems/products/index.cfm?content=products.cfm&pageid=m24121从波音Autometric),定制的环境中使用JAVA 3 d和虚拟现实建模语言(VRML)如图3和其他扩展使用可扩展标记语言(XML),如X3D Web3D, Xj3D。

此外,另一个系统与分布式功能和最受欢迎的和完整的仿真和可视化COTS可用SIMbox Simigon (http://www.simigon.com/overview.html),建模,仿真和培训解决方案提供商。它是一个平台能够创建、修改、管理和部署任何基于仿真的内容。

3所示。增强VTB和演示

我们正在建设一个增强VTB使用基于HLA的分布式分层仿真平台和云计算重点探索的新的美国国家航空航天局(NASA)系统。这些都是非常独特的发展。这些演示将用来测量方法的任务设计的灵活性,验证策略和进步在解决复杂的问题,使用先进的设计系统。第一个演示是SLS的使命和MPCV肯尼迪发射的空间站。

3.1。安全,云计算和平板电脑

HLA的缺陷是不适合大规模分布式仿真系统。因此,基于云计算的仿真系统可以提高HLA的能力。云计算通过互联网向用户提供远程计算服务,从而减少负担相关管理计算资源和设施30.]。可以意识到云计算的好处包括但不限于资源按需仿真,仿真资源的共享和重用,和负载平衡能力提高(30.,31日]。云计算的其他优势降低成本,资源共享,节省时间和新服务的部署。

HLA提供了很少使用时安全特性作为分布式仿真框架。它不能保证完整性和机密性的不同联合连接通过网络之间的数据交换。有入侵的可能性是非法的用户可以通过网络访问网络HLA / RTI,和任何联合可能连接并获得数据之间交换联合(20.]。也有可能为入侵者篡改数据传输网络。处理安全问题参与网络HLA / RTI,云安全超文本传输协议(HTTPS)等特性,基于身份的密码学(IBC)和公钥基础设施(PKI)可以被采纳。联合和RTI之间的通信需要安全检查,并要求身份验证请求数据。用户可以验证,以防止未经授权的用户加入联盟,可以加密敏感数据保持机密性。

平板电脑提供易于操作比传统的台式电脑。平板电脑甚至可以通过笔记本电脑提供简单宇航员为了执行各种程序和科学实验。苹果、三星、亚马逊、谷歌和微软的一些领先企业参与平板电脑的生产。目前使用最广泛的操作系统的平板电脑是由苹果iOS和谷歌Android的。平板电脑轻这使得它们更便携。然而,他们提供更少的存储空间比台式机或笔记本电脑。为了克服本地存储空间和处理能力的缺点,平板电脑可以结合云计算的工作。

平板电脑的应用程序在云中提供操作在航天器系统的灵活性。平板电脑可以使用由宇航员为移动设备监控和可视化的空间。平板电脑可以显示界面,通过云计算和处理。平板电脑上的数据处理也可以保存到云。宇航员可以查询系统,输入他们的观察和执行在线数据挖掘发现趋势通过使用平板电脑。语音和手势识别,宇航员可以连接组件形成“网络本体。“使用计算分层/分布式基础设施,宇航员也可以研究相关性和运行的简单仿真模型目前观察到的情况。

3.2。演示:国际空间站(ISS)任务

NASA已经宣布,未来载人飞船MPCV,基于猎户座,阿波罗时代太空舱设计(图4(一))。MPCV和SLS(图4)是美国宇航局计划的核心的未来太空探索超越地球低轨道(LEO)。2010年NASA授权法案让美国宇航局直到2016年场大推力火箭(现在称为太空发射系统)和载人飞船。本条例授权约100亿美元支出这两个项目未来三年(34]。为了实现上述目标,NASA计划实现MPCV和太空发射系统(SLS)项目,包括过渡相关的设计和发展活动的项目。过渡的一个主要元素包括改变设计和发展努力远离紧密耦合的系统更一般的运载火箭(即。,SLS基于超重车辆,图4 (b))和机组人员车辆(即。MPCV,图4(一))。

因此,我们的第一个演示是实现使命的SLS和MPCV推出在肯尼迪国际空间站。建模的任务是在一个非常高的水平(层次)使用基于主体建模。几个离散模型代表不同部分的任务比如地面操作(如运输、组装/堆积),发射过程,再入正在研制。其中的几个模型是由美国宇航局专家咨询和使用作为基线处理时间/ NASA航天飞机的特点和当前基础设施(如车辆装配大楼(还有VAB;参见图5),将被用于未来的过程。另一个模型是一个复杂的决策级融合方法基于分布信封的决心。几个模型连接,实现碎片的碎片,释放的有毒气体,和爆炸波传播的三个专业SLS产生的危害。一些发达的例子模拟联合解释如下。

3.2.1之上。任务流程代理联合

任务流程代理的核心层次。它描述的生命周期任务和拥有不同的环境,不同的决策者代理、资源代理和其他流程代理可以一起工作和合作12]。然而,使用代理框架的优点是环境和分配的功能,这让其他代理使用环境和与其他子流程和协作参与这个过程。下面的流程是必需的(请参见图6)。

(1)供应链,翻转和飞行器装配车间(还有VAB;参见图5)。这一步的生命周期任务细节之间的不同的资源和系统NASA中心和NASA总部(总部)的任务和外部供应链(即。美国国家航空航天局和主要承包商之间的交互)。此外,翻转的主要系统和不同的流程还有VAB内发生。

(2)推出。这一步是非常短的。车辆从还有VAB转移到发射台。

(3)启动操作。这个步骤包括发射前的操作执行的车辆在发射台。有许多不同的代理之间的交互。决策者代理如发射总指挥、安全范围,天气人员和船员技术员代理参与在这一步。实习医生风云是模拟的,潜在的发布日期的分配也是建模。天气,并相应地执行系统范围。最后的发射是建模。

(4)提升阶段。这是一个很短的时间内。它模拟了固体火箭助推器(srb)和释放阶段。

(5)轨道交会、对接,轨道操作,或浮动。这一步模拟轨道,车辆的对接,对接(MPCV和服务模块)与国际空间站。驶离码头和再入和着陆的计划(交互的不同代理飞行指挥决策者等条目,天气,和安全官员,等等)是模拟的。

(6)轨道、条目和着陆/恢复。这是最后一步的任务最终的轨道,服务的发布模块,输入和着陆在一个特定的位置(例如,加州海岸),和复苏的物流。

仿真平台选择AnyLogic (http://www.anylogic.com/)。AnyLogic是一个单位的“代理”模型设计,可以有行为、内存(历史)、时间,和联系人。代理可以表示人、公司、项目、资产、车辆、城市、动物、船舶、产品等等。AnyLogic已经为发展中国家的代理类,因为它有所有必要的属性来定义变量、事件、状态图,系统动力学的股票,和流图。

3.2.2。仿真模型的叠加的还有VAB SLS联合

这是一个离散事件仿真模型。它是由美国宇航局专家咨询和使用处理时间/ NASA航天飞机作为基准的特点。SLS正在开发由不同的模块,如图7。这些模块必须在还有VAB组装。以下是必需的(请参见图序列8)的一个实现使用AnyLogic (http://www.anylogic.com/)。

(1)第一阶段和第二阶段还有VAB转移。第一阶段和第二阶段到达基隆。他们检查,然后加载并拖到还有VAB转移岛在哪里存储直到结合国储局堆栈。

(2)固体火箭助推器(srb)叠加还有VAB高湾。固体火箭助推器(SRB)叠加由放置SRB的尾裙上压紧的帖子移动发射(ML的还有VAB高海湾(HB))。srb然后堆放一段时间,直到所有五段堆积。这个时候向前扩展,航空电子设备和降落伞添加和国储局叠加就完成了。(解释的25]“这些支持者来自航天飞机助推器,尽管他们更大的改进和设计。而航天飞机助推器在四段,SLS助推器在5。这些片段包含燃料,它是由高氯酸铵粉铝、铁氧化物、聚合物(如聚丁二烯丙烯腈(PBAN)和端羟基聚丁二烯(HTPB))和环氧树脂固化剂。”

(3)阶段(即。,Stages) 1 and 2 Are Assembled and Mated to the SRB Stack in the VAB.这是通过提高阶段的垂直位置转移岛,提升起来,到HB和交配堆放固体助推器。

(4)MPCV还有VAB服务模块。MPCV拖还有VAB和放置在岛还有VAB转移。强大的附加到MPCV和服务模块,车辆抬起和移动,降低,附着在阶段1 /阶段2 / SRB堆栈。

3.2.3。安全联合仿真模型的范围

这将包括几个模型(主要是连续的),抽象的潜在破坏车辆及其后果,如气体分散,碎片,并从声波爆炸。失去的两个五个航天飞机在发射和返回阶段的航班已经提高了公众意识与太空发射相关的安全问题。因此,模拟任务失败可能导致生命损失或财产是一种能力,被认为是重要的整合VTB。这个联合考虑了三个主要的危害,也就是说,碎片分散,气体分散,爆炸传播。本节简要介绍了每一个模型,讨论了information-fusion-based度量开发估计更适当的风险操作特定类型的车辆,在某一天,从一个特定的宇航中心。一个完整的讨论这fusion-based方法中可以找到24,36]。

(1)碎片建模。如它的名字所表明的那样,一个碎片模型的目的是模拟产生的碎片和残骸影响色散分手空间飞行器的飞行。例如,美国国家航空航天局使用常见的实时足迹(CRTF)在其决定中止发射。碎片分散仿真模型开发和验证与实际位置从哥伦比亚航天飞机残骸,的细节,可以发现在37]。不确定性占残骸包括在计算轨迹实时状态向量,片段初始速度、阻力,电梯,和风力。图9显示残骸的区域三个模拟分手的时候一辆车从肯尼迪航天中心发射(KSC)。输出是覆盖在ArcGIS地图(http://www.esri.com/software/arcgis)。区域增长指数分手后发生在飞行。

(2)爆炸建模。爆炸通常被定义为一个快速的能量释放到大气中。这种能量产生的爆炸波,可以极大地损害周围爆炸的源头。在传统发射器的设计,推进剂的重量由车辆可以代表高达90%的总毛重。因此,重要的是要理解这个推进剂的爆炸可能可靠地评估风险水平的公共和周围的基础设施(可能超越了宇航中心)与运载火箭的使用有关。知名软件爆炸建模是遥远的聚焦超压(BlastDFO) Acta公司开发的软件。这个软件包含了实时气象数据来预测潜在的窗口破坏和伤亡如果发生爆炸缓冲垫或早期飞行(24]。

(3)气体分散和毒性建模。给定的数量和毒性燃料由运载火箭,建模时释放的气体分散爆炸是至关重要的。著名的例子,这种现象是CALPUFF系统开发模型,一个先进的nonsteady-state气象和空气质量建模系统(8]。AERMOD,目前努力推荐的另一个模型环境保护署(EPA),是使用。AERMOD建模系统被设计来计算空气污染物浓度在所有类型的地形,从平面到复杂,多山的地形24]。这些功能是有用的在不同类型的地形建模操作,这可能包括宇航中心位于每个海岸(如肯尼迪在佛罗里达和加州范登堡空军基地)和那些可预见内陆(如俄克拉荷马宇航中心)。

(4)通过信息融合估计发射风险。估计风险发生的公共的操作发射系统是一项复杂的任务,并确保安全的公共空间是一个重要的成本动因launchesOne不能太成本意识,因为这可能会导致不安全的操作。另一方面,过于保守导致操作成本在许多实例。所提倡的Sala-Diakanda [24- - - - - -26,36),采用正确的课程是风险规避的实践哲学转向风险管理哲学。可以理解的是,当前的方法过于保守,因为有太多的不确定性等相关操作发射器。介绍了这些不确定性等因素(1)很难捕捉所有系统的失效模式及其发生概率由于历史数据的缺乏和复杂性的系统,(2)建模困难人口分布和针对具体灾害避难计划,或(3)之间的复杂的相互依赖关系不同的危害时,评估潜在的伤亡人数。事实上,如果一个人被认为是受害者从碎片分散的角度来看,这也许是过于保守计算这样一个人从气体分散的角度来看。

information-fusion-based指标,基于分布信封的决心(DEnv),也称为基于间隔依赖范围分析,提出了Sala-Diakanda [24,36]。DEnv途径方法确定随机变量依赖的二进制算术运算。这个指标精确地址的问题的不确定性意味着伤亡人数(目前的指标)和流行的假设之间的独立影响的危害通过生成最小和最大联合累积分布函数依赖的变量,但其依赖项是未知的或只是部分。

提出的指标变化的焦点从一个平均值的不确定性太大信心”在超过预定的安全阈值的概率。“因此,从决策者的角度来看,这个指标,决定采取从是基于主观评价的不确定性的大小意味着是基于一系列的概率超过预定的安全阈值。对独立的假设,Sala-Diakanda [24]建议假设比独立是“没有假设。“为了说明这一点,假设预计伤亡人数的阈值是3(即。),然后提出了度量可能产生的估计形式

在这里,和分别是,融合的最小和最大概率的预期伤亡超过安全阈值。一个详细的案例研究说明这种信息化指标的好处,如何使用它和解释,讨论了在24,36]。概念图中以图形的方式说明了10。

4所示。结论

分布式仿真控制复杂性是很重要的。有必要强调的混合性质的分布式仿真模型中离散事件与连续模型由于需要设计系统的性质(37,38]。有许多来源,这些工程系统构建和模型所需的专业知识。然后,需要不同类型的模型的分析能力,包括他们的子系统,流程和生命周期。

模拟的重要性,强调了美国宇航局首席技术专家(10月)。美国国家航空航天局(NASA) 10月解释道,(39”数字双是一个集成的multi-physics、多尺度概率模拟的工具或系统使用最好的可用的物理模型,传感器更新,舰队历史,等等,反映其飞行的双胞胎的生活。“我们的方法可以支持发展数码双胞胎。此外,组件的一个任务可以用于其他类型的任务的计划。

层次/分布仿真建模的这种方法可用于各级规划(即。、战略、运营和战术)。是非常重要的欣赏水平的集成实现与其他信息系统和先进的实时问题特别是数字双概念。脚本化的可视化和仿真可视化非常不同的概念。仿真可视化要求的分析师。

一个非常重要的组成部分,我们目前的研究主要集中在不确定性方面的数据和操作水平。我们正在研究模糊逻辑和深度学习模型不精确和模糊神经网络方法(40]。此外,我们正在研究行为仿真模型为了团队的生产力的影响人类的一部分系统(41]。

本文概述了我们的一些初步工作,将发展向更复杂的和响应的仿真环境。我们将在以后的论文中报告我们的进展。

确认

作者想表达他们的伟大的升值的不同在美国国家航空航天局/大量的“朋友”和支持者。他们的可用性和愿意提供的时间和资源非常感谢在过去的11年。此外,他们想表达他们的感谢波音鬼怪和洛克希德·马丁公司水下无人驾驶车辆器(UUV)部门帮助他们理解推进工程系统的复杂性。最后,我们的团队:6 MS和10个博士学位。度已获得从这个正在进行的工作。本文中表达的观点仅代表作者,不一定反映美国国家航空航天局(NASA)的观点。

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