施工机械论文提纲

论文题目：虚拟注释对施工机械遥操作表现的影响 ——以挖掘机为例

摘要：随着我国经济的快速发展,建设需求逐渐多样化,极端施工环境下作业给施工安全带来挑战。传统机械施工方式下,施工机械操作员的人身安全受到直接威胁。施工机械遥操作（teleoperation）是施工自动化发展过程中应对极端危险环境中的施工危险的有效手段,但其间接的环境感知方式在不利视线条件影响下限制了操作员情景意识（Situational Awareness）的形成,阻碍了施工机械遥操作的广泛应用。而虚拟注释作为一种易于理解的信息呈现形式,具有提升操作员的情景意识和操作表现的潜在能力,因此探究虚拟注释对于施工机械遥操作的影响具有理论意义和现实价值。为研究人在施工机械遥操作中对虚拟注释的反应,本文首先从人的认知心理角度分析了注意力、认知负担、SpA、虚拟注释设计等因素对信息整合处理的影响,提出相关认知模型。其次,基于UML建模对实验系统进行了需求分析和系统设计,利用Unity3D平台进行实验系统开发,为实验验证打下基础。最后,通过模拟实验设计将被试分为实验组（有虚拟注释辅助）和控制组（无虚拟注释辅助）在不同视线条件下进行操作实验,利用统计方法对实验数据进行对比分析并讨论了虚拟注释的实验影响效果。实验结果显示不利视线条件下实验组相比控制组的操作碰撞数显著更少,主要减少的碰撞发生在驾驶舱右侧盲区,但是任务完成时间显著增加且后部碰撞有增多趋势。结果表明正确设计的虚拟注释能有效在不利视线条件下帮助操作员整合多源信息,克服视觉感知限制并减少操作碰撞。其中一些负面结果可能来源于操作中的基础视角的形成和虚拟注释应用带来的认知负担,相关推论需要未来研究进一步探究。

关键词：施工机械遥操作;虚拟注释;情景意识;认知负担;不利视线

学科专业：工程管理

致谢

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 遥操作视觉信息限制

1.2.2 虚拟注释应用

1.3 研究目的与意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4 研究对象及内容

1.4.1 研究对象

1.4.2 研究内容与方法

1.5 技术路线

第2章 施工机械遥操作虚拟注释应用框架

2.1 施工机械遥操作视觉感知限制

2.1.1 遥操作感知特点

2.1.2 视线盲区

2.1.3 不利视线条件

2.2 虚拟注释视觉信息补偿特性

2.2.1 虚拟注释定义

2.2.2 虚拟注释的维度及特性

2.3 遥操作视觉信息整合

2.3.1 注意力

2.3.2 空间感知能力(SpA)

2.3.3 信息整合与虚拟注释设计

2.4 本章小结

第3章 施工机械遥操作虚拟注释影响探究实验系统设计

3.1 基于VR仿真模拟的实验方法

3.2 基于UML的虚拟仿真实验系统建模

3.2.1 实验基本要素设定

3.2.2 实验系统总体框架

3.2.3 实验系统需求UML建模

3.2.4 实验系统设计UML建模

3.3 实验系统开发环境

3.3.1 软件开发环境

3.3.2 硬件开发环境

3.4 实验系统设置与构建

3.4.1 模型及场景设置

3.4.2 虚拟注释显示设计

3.4.3 碰撞检测与数据收集

3.5 本章小结

第4章 施工机械遥操作虚拟注释影响探究实验

4.1 实验概况

4.1.1 基本设计与假设

4.1.2 实验被试

4.1.3 实验变量

4.1.4 实验流程

4.1.5 数据采集与校核

4.2 实验数据分析

4.2.1 碰撞数和任务完成时间分析

4.2.2 碰撞数详细分析

4.2.3 统计问卷结果分析

4.3 结果讨论

4.3.1 基础视角形成机制

4.3.2 虚拟注释与认知负担

4.3.3 SpA与选择注意力评估

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 研究不足之处

5.3 工作展望

参考文献

附录1 实验系统部分代码

附录2 虚拟注释对施工机械遥操作影响调查问卷

附录3 统计检验图表

作者简历