本發(fā)明涉及圖像仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的地鐵車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)仿真方法。

背景技術(shù)：

地鐵作為現(xiàn)代城市中快速、便捷、清潔和高效的交通工具，已成為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力、城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力、人們生活水平及現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。近年來，我國(guó)各城市已經(jīng)掀起了建設(shè)地鐵的高潮，因此對(duì)于地鐵列車駕駛?cè)藛T的培訓(xùn)需求變得愈加強(qiáng)烈，然而傳統(tǒng)地鐵司乘人員培訓(xùn)大多采用理論講解和實(shí)車操作結(jié)合的方式，但這種培訓(xùn)方式耗時(shí)長(zhǎng)、花費(fèi)多，部分故障和突發(fā)事件種類無(wú)法模擬。同時(shí)，存在培訓(xùn)用車與維修用車沖突的情況，模擬駕駛器的應(yīng)用可克服這些問題，它具有設(shè)置、解除假設(shè)時(shí)間短、模擬正線運(yùn)營(yíng)、故障設(shè)置逼真、司機(jī)心理素質(zhì)鍛煉、便于開展多人共同實(shí)作教學(xué)等優(yōu)點(diǎn)。有高度仿真功能的列車駕駛仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是司乘人員進(jìn)行實(shí)作培訓(xùn)的最佳設(shè)備和途徑已經(jīng)得到全球軌道交通先進(jìn)國(guó)家的普遍認(rèn)可和大力推行具有安全高效經(jīng)濟(jì)等顯著特點(diǎn)特別是對(duì)各類應(yīng)急和糾錯(cuò)操縱十分有效。設(shè)計(jì)采用多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)成像技術(shù)，通過高分辨率和大型彩色屏幕，配以音響及動(dòng)畫效果，體現(xiàn)列車的模擬運(yùn)行的模擬駕駛器，為地鐵司乘人員綜合能力的培訓(xùn)提供了新的平臺(tái)。

但目前的模擬駕駛培訓(xùn)平臺(tái)僅限于駕駛操縱對(duì)于駕駛員駕駛技能的培訓(xùn)方面，而對(duì)于地鐵建設(shè)地鐵建設(shè)時(shí)期經(jīng)常需要對(duì)地鐵車輛的編組動(dòng)拖比、運(yùn)行性能(如起動(dòng)加速度、減速度、旅行速度、粘著需求、牽引電機(jī)功率、列車運(yùn)行能耗等)進(jìn)行多方面的計(jì)算、對(duì)比、分析，這些方面對(duì)列車運(yùn)行仿真的研究提出了要求。另外單獨(dú)的模擬駕駛器并不能完成對(duì)駕駛員培訓(xùn)的任務(wù)，還需要對(duì)于地鐵系統(tǒng)中車場(chǎng)站的場(chǎng)景模擬，使地鐵駕駛員在培訓(xùn)階段對(duì)車站的線路情況，車站布局，以及調(diào)度日常的工作進(jìn)行熟悉和了解。現(xiàn)有技術(shù)中的列車模擬駕駛系統(tǒng)及方法具有以下缺陷：

(1)由于現(xiàn)在模擬駕駛器基本采取簡(jiǎn)易駕駛裝置，場(chǎng)景設(shè)置未能按照地鐵建設(shè)中的真實(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，且使用單一顯示器輸出場(chǎng)景，駕駛者通過有限的屏幕駕駛列車，沉浸感不強(qiáng)，達(dá)不到訓(xùn)練駕駛的目的。

(2)現(xiàn)有駕駛器大多以培訓(xùn)司乘人員為主要目的，能夠?qū)Φ罔F車輛各種標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行模擬。但對(duì)于車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示不完全，對(duì)于地鐵車輛中各部分參數(shù)關(guān)系變化沒有顯示，使得駕駛?cè)藛T對(duì)于車輛的各部分系統(tǒng)狀態(tài)、車輛能耗以及旅客舒適度等問題無(wú)法通過駕駛器體現(xiàn)出來。

(3)現(xiàn)有模擬駕駛器通常只能單機(jī)模擬駕駛運(yùn)行，場(chǎng)景中其他車輛和調(diào)度員指令都是由電腦控制的，不能真實(shí)反映實(shí)際運(yùn)行情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與其他模擬駕駛器在同一場(chǎng)景中協(xié)同追蹤運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的地鐵車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)仿真方法。該方法設(shè)計(jì)能夠模擬地鐵車輛真實(shí)駕駛場(chǎng)景，根據(jù)駕駛員對(duì)車輛的操作，實(shí)時(shí)反映出車輛此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，車輛的參數(shù)關(guān)系變化。根據(jù)這些參數(shù)繪制出實(shí)時(shí)變化的曲線，實(shí)現(xiàn)不同操作時(shí)對(duì)列車各部分系統(tǒng)、零件等運(yùn)行狀態(tài)是否正常進(jìn)行顯示，使得司乘人員對(duì)車輛整體狀態(tài)能夠完全了解，對(duì)于車輛操縱策略進(jìn)行優(yōu)化。能夠?qū)崿F(xiàn)多模擬駕駛器聯(lián)網(wǎng)控制與調(diào)度員實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)駕駛培訓(xùn)任務(wù)和優(yōu)化駕駛操縱策略；同時(shí)列車運(yùn)行評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠?qū)Φ罔F司乘人員的駕駛技能進(jìn)行評(píng)判考核。

一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的地鐵車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)仿真方法，包括以下步驟：

s1:利用三維建模技術(shù)制作地鐵車輛模型和地鐵線路周邊環(huán)境場(chǎng)景模型，將制作后的模型輸入至虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)內(nèi)；

s2:設(shè)置車輛運(yùn)行參數(shù)：通過連接大型數(shù)據(jù)庫(kù)讀取地鐵線路數(shù)據(jù)，包括線路坡度、曲線半徑、線間距、站間距、道岔限速信息，獲取地鐵車輛基本信息和運(yùn)行條件參數(shù)包括氣溫條件、相對(duì)濕度、風(fēng)速、氣候條件；

s3:駕駛操作臺(tái)連接主機(jī)：根據(jù)駕駛員對(duì)手柄的控制，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)根據(jù)操作員的控制做出相應(yīng)的邏輯反饋動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的駕駛控制；

s4:地鐵車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示：虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)模擬車輛在各種運(yùn)行條件與運(yùn)行工況下的運(yùn)行狀態(tài)、模擬各種不同的坡度、曲線，車輛重量下通過牽引計(jì)算牽引電機(jī)的牽引特性和電阻制動(dòng)特性參數(shù)從而反應(yīng)對(duì)列車運(yùn)行的控制情況；

車輛在運(yùn)行中，運(yùn)監(jiān)設(shè)備實(shí)時(shí)記錄著列車的運(yùn)行參數(shù)等信息，包括車次、司機(jī)號(hào)、車輛號(hào)、車輛型號(hào)，電流、電壓、風(fēng)壓、車速、車速變化曲線、車輛運(yùn)行推薦速度、實(shí)時(shí)牽引力矩、車輛距前方信號(hào)機(jī)距離、車輛到達(dá)，停留，出發(fā)各站的時(shí)間參數(shù)；

s5:將多臺(tái)全仿真模擬駕駛器設(shè)置在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)置車站虛擬調(diào)度中心對(duì)車站的機(jī)車進(jìn)行虛擬調(diào)度、監(jiān)聽仿真列車在線路上的運(yùn)行位置、實(shí)時(shí)為地鐵辦理進(jìn)路、改變信號(hào)顯示以及線路道岔狀態(tài)；

模擬突發(fā)調(diào)度設(shè)備故障，仿真調(diào)度員角色與駕駛員配合實(shí)現(xiàn)非正常情況下的行車作業(yè)演練，演練運(yùn)行中突發(fā)車輛設(shè)備故障的處理辦法和處理步驟；

s6:對(duì)列車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬考核：對(duì)列車運(yùn)行中的穩(wěn)定性和旅客乘坐的舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)、對(duì)車輛運(yùn)行過程中列車正晚點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行記錄，對(duì)列車停站對(duì)標(biāo)進(jìn)行跟蹤記錄、通過對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算對(duì)駕駛員的駕駛過程進(jìn)行綜合評(píng)估和考評(píng)。

進(jìn)一步的，所述地鐵車輛模型和地鐵線路車站周邊場(chǎng)景模型利用三維建模軟件根據(jù)真實(shí)的地鐵模型及地鐵線路車站周邊模型尺寸建立模型并賦予真實(shí)貼圖材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)使用編程軟件二次編程開發(fā)的模擬駕駛仿真系統(tǒng)和相關(guān)插件，該系統(tǒng)安裝在windows系統(tǒng)平臺(tái)下運(yùn)行，通過實(shí)時(shí)采集駕駛臺(tái)上的各控制手柄的參數(shù)，在場(chǎng)景中使列車處于不同的工況。

進(jìn)一步的，所述地鐵車輛基本信息包括編組形式、動(dòng)力分配、運(yùn)營(yíng)速度、載客定員數(shù)、牽引功率、軸重、列車長(zhǎng)度、牽引電機(jī)功率、額定電壓、制動(dòng)方式、制動(dòng)距離的參數(shù)信息。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)地鐵車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)仿真系統(tǒng)，使地鐵駕駛員沉浸在逼真的駕駛環(huán)境中，達(dá)到真實(shí)的模擬的功能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了地鐵模擬駕駛器的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，多模擬駕駛器在統(tǒng)一場(chǎng)景中共同運(yùn)行，該系統(tǒng)設(shè)有虛擬調(diào)度員為聯(lián)網(wǎng)中的模擬駕駛器下達(dá)行車命令，真實(shí)的模擬車場(chǎng)站的調(diào)度工作，可以編制高效的列車運(yùn)行圖，驗(yàn)證運(yùn)行圖的合理性及線路的通過能力提供了依據(jù)，為列車的高效性、安全性提供了保障。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明地鐵模擬駕駛器的聯(lián)網(wǎng)原理圖；

圖3是本發(fā)明多臺(tái)模擬駕駛器協(xié)同工作流程圖；

圖4是本發(fā)明系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述：

如圖1-圖4所示的一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的地鐵車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)仿真方法，為解決技術(shù)問題主要通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

步驟一、建立地鐵車輛、車站等三維模型

在上述步驟中，根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)圖紙和地鐵線路規(guī)劃圖等相關(guān)資料，利用三維建模軟件按照1:1比例制作地鐵車輛模型及地鐵線路周邊線路場(chǎng)景，經(jīng)模型簡(jiǎn)化后，導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中，或者使用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件云平臺(tái)中已有模型，進(jìn)行地鐵線路場(chǎng)景布設(shè)，按照真實(shí)地鐵線路走向，地鐵線路縱斷面情況設(shè)置真實(shí)的地鐵線路。地鐵線路站點(diǎn)模型按照真實(shí)場(chǎng)景建模安放到指定方位，以及信號(hào)系統(tǒng)均按照真實(shí)布置，以到達(dá)真實(shí)模擬。

步驟二、設(shè)置車輛運(yùn)行參數(shù)

在上述步驟中，模擬駕駛仿真系統(tǒng)通過連接大型數(shù)據(jù)庫(kù)讀取地鐵線路譜數(shù)據(jù)包括線路坡度、曲線半徑、線間距、站間距、道岔限速等，獲取地鐵車輛基本信息包括編組形式、動(dòng)力分配、運(yùn)營(yíng)速度、載客定員數(shù)、牽引功率、軸重、列車長(zhǎng)度、牽引電機(jī)功率、額定電壓、制動(dòng)方式、制動(dòng)距離等參數(shù)，獲取運(yùn)行條件參數(shù)包括氣溫條件、相對(duì)濕度、風(fēng)速、氣候特點(diǎn)等。這些參數(shù)實(shí)時(shí)影響著模擬駕駛過程的運(yùn)行效果。

步驟三、駕駛操作臺(tái)連接主機(jī)

在上述步驟中，地鐵車輛駕駛臺(tái)中包括主手柄、切換手柄、制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)復(fù)位、復(fù)位等控制器將其使用連接線與服務(wù)主機(jī)連接。所述的主手柄設(shè)定列車牽引力大小，分為p1-p10檔；所述的切換手柄設(shè)定車輛的運(yùn)行方向，分為前、關(guān)、后3檔；所述的制動(dòng)手柄設(shè)定制動(dòng)力的大小，分為“運(yùn)行”、“b1-b7”、“快速”、“拔取”位；所述的緊急制動(dòng)復(fù)位為發(fā)生緊急制動(dòng)后，制動(dòng)手柄快速位，按壓緊急復(fù)位。根據(jù)駕駛員對(duì)手柄的控制，軟件根據(jù)操作員的控制，做出相應(yīng)的邏輯反饋動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的駕駛控制。

步驟四、運(yùn)行數(shù)據(jù)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示

在上述步驟中，地鐵模擬駕駛仿真系統(tǒng)根據(jù)車輛牽引動(dòng)力學(xué)仿真分析能夠準(zhǔn)確真實(shí)的模擬車輛在各種運(yùn)行條件與運(yùn)行工況下的運(yùn)行狀態(tài)，模擬各種不同的坡度，曲線，車輛重量，通過牽引計(jì)算牽引電機(jī)的牽引特性，電阻制動(dòng)特性等參數(shù)真實(shí)的反應(yīng)對(duì)列車運(yùn)行的控制，車輛在運(yùn)行中，運(yùn)監(jiān)設(shè)備實(shí)時(shí)記錄著列車的運(yùn)行參數(shù)等信息，包括車次、司機(jī)號(hào)、車輛號(hào)、車輛型號(hào)，電流、電壓、風(fēng)壓、車速、車速變化曲線、車輛運(yùn)行推薦速度、實(shí)時(shí)牽引力矩、車輛距前方信號(hào)機(jī)距離、車輛到達(dá)，停留，出發(fā)各站的時(shí)間等參數(shù)。能夠真實(shí)的模擬地鐵車輛的運(yùn)行工況其中包括：?jiǎn)?dòng)、牽引、惰行、制動(dòng)；也能夠?qū)Φ罔F車輛的各種標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)進(jìn)行模擬，主要包括：出庫(kù)、入庫(kù)、站內(nèi)調(diào)車、甲站到乙站的正常和非正常作業(yè)等四個(gè)作業(yè)模式。能夠?qū)崿F(xiàn)模擬駕駛中列車運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)繪制并在視景中顯示，為駕駛?cè)藛T提供可靠地運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化操縱。

步驟五、多臺(tái)模擬駕駛器協(xié)同工作

在上述步驟中，地鐵模擬駕駛仿真系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)駕駛器聯(lián)網(wǎng)形成局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與調(diào)度員的協(xié)同工作，使地鐵駕駛員能夠接收到調(diào)度員的行車指令做出相應(yīng)的駕駛行為，而且可以在培訓(xùn)階段對(duì)車站的線路情況，車站布局，以及調(diào)度日常的工作進(jìn)行熟悉和了解。因此，為實(shí)現(xiàn)以上的仿真模擬功能，我們需要將多臺(tái)全仿真模擬駕駛器通過局域網(wǎng)使多臺(tái)全仿真模擬駕駛器連接形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。并設(shè)置車站虛擬調(diào)度中心對(duì)車站的機(jī)車進(jìn)行虛擬調(diào)度，對(duì)車站的信號(hào)顯示，進(jìn)行控制。仿真模擬調(diào)度平臺(tái)可以監(jiān)聽仿真列車在線路上的運(yùn)行位置，實(shí)時(shí)為地鐵辦理進(jìn)路并改變信號(hào)顯示和線路道岔狀態(tài)，這些改變可以在視景系統(tǒng)中同步動(dòng)作并影響車輛的速度變化曲線，指導(dǎo)駕駛員正確駕駛。另外還可以在調(diào)度系統(tǒng)上模擬突發(fā)調(diào)度設(shè)備故障，仿真調(diào)度員角色與駕駛員配合實(shí)現(xiàn)非正常情況下的行車作業(yè)演練，系統(tǒng)能夠演練運(yùn)行中突發(fā)車輛設(shè)備故障的處理辦法，處理步驟。實(shí)現(xiàn)車場(chǎng)站的真實(shí)模擬情況、優(yōu)化列車運(yùn)行圖、模擬演練地鐵車輛故障救援、突發(fā)事件應(yīng)急處理、列車脫軌、相撞、傾覆等列車事故模擬。如圖3所示多臺(tái)模擬駕駛器協(xié)同工作流程圖。

步驟六、列車運(yùn)行評(píng)價(jià)考核系統(tǒng)

在上述步驟中，列車運(yùn)行評(píng)價(jià)考核系統(tǒng)作為列車模擬駕駛系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，可以進(jìn)行對(duì)列車運(yùn)行中的穩(wěn)定性和旅客乘坐的舒適性進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，對(duì)車輛運(yùn)行過程中列車正晚點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行記錄，對(duì)列車停站對(duì)標(biāo)進(jìn)跟蹤記錄等，通過對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以對(duì)學(xué)員培訓(xùn)階段學(xué)習(xí)情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)。通過讓學(xué)員在模擬駕駛器上安全駕駛超過某個(gè)里程值后，通過一系列考核試驗(yàn)合格后才可以駕駛實(shí)際車輛上線運(yùn)行，使得學(xué)員在教室就能迅速而有效的掌握，地鐵的駕駛與故障處理等方面的技能，從而減少了學(xué)習(xí)時(shí)間和成本，該系統(tǒng)的使用必將大大提高司乘人員的技能，降低企業(yè)培訓(xùn)成本。地鐵實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖4所示,。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。