自20世紀(jì)80年代以來(lái),,美國(guó),英國(guó),法國(guó),,澳大利亞等國(guó)家開(kāi)發(fā)出了列車(chē)
模擬駕駛系統(tǒng),并在世界各國(guó)鐵路部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用,,普遍認(rèn)為這是一種培訓(xùn)司機(jī)的先進(jìn)工具,,縮短了培訓(xùn)時(shí)間,減少了培訓(xùn)費(fèi)用,,而且培訓(xùn)過(guò)程絕對(duì)安全,,不會(huì)影響正常的行車(chē)。一方面可以用來(lái)培訓(xùn)重載列車(chē)司機(jī),,另一方面用作工程分析,。我國(guó)自80年代后期成功研制了列車(chē)
模擬駕駛系統(tǒng),目前超過(guò)2/3的機(jī)務(wù)段,,司機(jī)學(xué)校配置了列車(chē)
模擬駕駛系統(tǒng),,為我國(guó)鐵路機(jī)車(chē)司機(jī)培訓(xùn)起了很好的作用。在綜合分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)應(yīng)用需求和技術(shù)的基礎(chǔ)上,,我公司研發(fā)了列車(chē)駕駛模擬仿真系統(tǒng),,經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證是一種結(jié)構(gòu)合理、功能完備的列車(chē)駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng),,可用于高級(jí)操縱技能的培訓(xùn),,在系統(tǒng)中幾乎可對(duì)所有可能出現(xiàn)的故障、突發(fā)事件進(jìn)行仿真,,以培訓(xùn)司機(jī)在特殊條件下的駕駛技能及應(yīng)變能力,。
1,、逼真的列車(chē)駕駛仿真環(huán)境,。
列車(chē)機(jī)車(chē)
虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬
教學(xué)系統(tǒng)能提供逼真列車(chē)駕駛視景、聲音和運(yùn)動(dòng)等部分,。逼真的駕駛操作環(huán)境:司機(jī)駕駛室,、操縱臺(tái)及相關(guān)操縱設(shè)備的外形及尺寸與真實(shí)機(jī)車(chē)完全相同,以保證高度的真實(shí)感,;高品質(zhì)聲音仿真功能:駕駛仿真器能根據(jù)列車(chē)運(yùn)行情況,,產(chǎn)生相應(yīng)的模擬音響(如電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、壓縮機(jī)啟動(dòng),、鳴笛,、制動(dòng)停車(chē)、輪軌沖擊等音響),。故障/突發(fā)事件仿真:駕駛仿真器運(yùn)行中可設(shè)置電路,、氣路、信號(hào)系統(tǒng)主要故障,用于培訓(xùn)學(xué)員對(duì)突發(fā)故障的判斷能力和處理能力,。
2,、精確的列車(chē)操縱功能仿真。
列車(chē)操縱功能仿真包括正常運(yùn)行條件下和故障條件下列車(chē)操縱功能仿真,。精確的列車(chē)動(dòng)力學(xué)計(jì)算功能:駕駛仿真器具有精確的牽引加速度性能和制動(dòng)減速度性能,,列車(chē)惰行速度變化以及上下坡和過(guò)彎道的效果同真車(chē)運(yùn)行一致。模擬操縱功能:駕駛仿真器可以模擬列車(chē)啟動(dòng),、加速,、惰性運(yùn)行、制動(dòng)停車(chē)等各種工況下的全部操縱功能,;模擬列車(chē)在車(chē)輛段全部靜態(tài)試驗(yàn),;模擬列車(chē)操縱車(chē)上所有開(kāi)關(guān)、按鈕和控制器的動(dòng)作,,全部信號(hào)燈和指示燈的顯示,,全部電表和風(fēng)表的指示;模擬ATP信號(hào),、有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)廣播,。
3、故障處理和緊急情況處置模擬及評(píng)估,。
根據(jù)地鐵駕駛模擬訓(xùn)練的需求,,內(nèi)置了多種故障處理流程評(píng)估仿真科目,以及多種緊急情況處置訓(xùn)練科目,,讓學(xué)員在仿真環(huán)境中強(qiáng)化鞏固書(shū)本上所學(xué)的各種操作規(guī)程,、故障處理方法以及緊急情況處置流程,并建立量化評(píng)估模塊,,方便教員和學(xué)員對(duì)駕駛過(guò)程進(jìn)行案例分析,。
1,、操縱裝置
配置和真實(shí)列車(chē)相一致的主控制臺(tái),,包含完整的儀表、按鈕,、開(kāi)關(guān),、指示燈等裝置,能指示列車(chē)各種信號(hào),,且所有的邏輯關(guān)系與真車(chē)一致,;包含列車(chē)關(guān)系系統(tǒng)顯示裝置和ATC顯示器,列車(chē)管理器顯示裝置在顯示內(nèi)容,、操作方式和內(nèi)部邏輯及裝置與真車(chē)一致,;操縱裝置配輸出為模擬或數(shù)字量的傳感器,,其操作能控制視景變化,并有相應(yīng)的聲音輸出,,滯后延遲控制在100毫秒之內(nèi),;座椅采用原車(chē)座椅,保持操縱環(huán)境的一致性,。
列車(chē)駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng)
視景仿真系統(tǒng)采用
計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)CG的形式展現(xiàn)駕駛訓(xùn)練虛擬場(chǎng)景。能展現(xiàn)包括列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)路中的全部正線(xiàn),、折返線(xiàn)、停車(chē)線(xiàn),、檢修線(xiàn),、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)、出入庫(kù)線(xiàn),、洗車(chē)線(xiàn),、車(chē)輛段等;列車(chē)雙向運(yùn)行于上述區(qū)域司機(jī)視域范圍的所有靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)景物,;以及軌道,、架空線(xiàn)路、軌旁設(shè)備,、隧道,、站臺(tái)(包括車(chē)站建筑及附屬設(shè)備、站臺(tái)屏蔽門(mén),、廣告牌,、站內(nèi)乘客、站臺(tái)閉路電視監(jiān)視器,、倒數(shù)計(jì)時(shí)器,、到站顯示器)、沿線(xiàn)景物(包括外部風(fēng)景,、橋梁,、立交橋、建筑物,、行人及車(chē)輛,、其它地鐵車(chē)輛等)、車(chē)廠(chǎng)/車(chē)輛段(包括所有建筑及附屬設(shè)施,、洗車(chē)臺(tái),、檢修臺(tái)、其它地鐵車(chē)輛)等,。
需要能模擬列車(chē)以各種速度在運(yùn)行線(xiàn)路上,、折返線(xiàn)路以及在試驗(yàn)路段的運(yùn)行過(guò)程,;能模擬在洗車(chē)模式下列車(chē)的各種狀態(tài),以及進(jìn)出站過(guò)程中列車(chē)和站臺(tái)的動(dòng)態(tài)視景等,;需要能模擬列車(chē)在不同天氣和氣候條件下的運(yùn)行場(chǎng)景,,包括雨、雷電,、霧等情形,。
3、緊急情況和突發(fā)時(shí)間模擬功能
能模擬異常的地面信號(hào),、以及站區(qū)中包括跌落,、著火、電力中斷等故障,。模擬至少200宗車(chē)輛故障,、線(xiàn)路故障及運(yùn)營(yíng)事故,故障設(shè)置后相關(guān)的硬件及場(chǎng)景會(huì)有相應(yīng)的變化,,學(xué)員處理故障時(shí)的邏輯關(guān)系應(yīng)與真車(chē)保持一致,。故障及緊急情況模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)多種車(chē)輛事故、線(xiàn)路故障以及運(yùn)營(yíng)事故等多種類(lèi)型的事故進(jìn)行模擬,,借以提供訓(xùn)練場(chǎng)景,,培養(yǎng)學(xué)員緊急情況處置能力和故障排除能力。
1,、司機(jī)操作臺(tái)
操縱臺(tái)是列車(chē)駕駛模擬器的重要人機(jī)交互界面,較為真實(shí)的駕駛模擬訓(xùn)練操縱環(huán)境,,能增強(qiáng)列車(chē)駕駛模擬的逼真度,,強(qiáng)化培訓(xùn)和訓(xùn)練效果。根據(jù)要求,,操作選用配置和真實(shí)列車(chē)廂一致的主控制臺(tái),,包含完整的儀表、按鈕,、開(kāi)關(guān),、指示燈等裝置,能指示列車(chē)各種信號(hào),,且所有的邏輯關(guān)系與真車(chē)一致,;包含列車(chē)管理系統(tǒng)顯示裝置和ATC顯示器,列車(chē)管理器顯示裝置在顯示內(nèi)容,、操作方式和內(nèi)部邏輯及裝置與真車(chē)一致,;操縱裝置配輸出為模擬或數(shù)字量的傳感器,,其操作能控制視景變化,并有相應(yīng)的聲音輸出,,滯后延遲控制在100毫秒之內(nèi),;座椅采用原車(chē)座椅,保持操縱環(huán)境的一致性,。
2,、駕駛模擬訓(xùn)練仿真軟件
首先模擬出虛擬場(chǎng)景及搭建好視景數(shù)據(jù)庫(kù),駕駛模擬系統(tǒng)中所使用的場(chǎng)景采用實(shí)景建模方式準(zhǔn)確構(gòu)建,,建模技術(shù)采用專(zhuān)業(yè)建模軟件前期處理,,之后應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化技術(shù),處理隧道,、站臺(tái),、指示牌等多種場(chǎng)景模型,構(gòu)建完整的視景數(shù)據(jù)庫(kù),。并通過(guò)后期烘焙處理、LOD,、著色處理等優(yōu)化處理,,獲得和真實(shí)場(chǎng)景高度近似一致的仿真畫(huà)面。
場(chǎng)景內(nèi)容包括:地鐵列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)路中的全部正線(xiàn),、折返線(xiàn),、停車(chē)線(xiàn)、檢修線(xiàn),、實(shí)驗(yàn)線(xiàn),、出入庫(kù)線(xiàn)、洗車(chē)線(xiàn),、車(chē)輛段等,;地鐵列車(chē)雙向運(yùn)行于上述區(qū)域司機(jī)視域范圍的所有靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)景物;以及軌道,、架空線(xiàn)路,、軌旁設(shè)備、隧道,、站臺(tái)(包括車(chē)站建筑及附屬設(shè)備,、站臺(tái)屏蔽門(mén)、廣告牌,、站內(nèi)乘客,、站臺(tái)閉路電視監(jiān)視器、倒數(shù)計(jì)時(shí)器,、到站顯示器),、沿線(xiàn)景物(包括外部風(fēng)景,、橋梁、立交橋,、建筑物,、行人及車(chē)輛、其它地鐵車(chē)輛等),、車(chē)廠(chǎng)/車(chē)輛段(包括所有建筑及附屬設(shè)施,、洗車(chē)臺(tái)、檢修臺(tái),、其它地鐵車(chē)輛),,以及動(dòng)態(tài)模擬的工作人員等。
3,、教員控制軟件
教員控制軟件系統(tǒng)主要在訓(xùn)練開(kāi)始后根據(jù)司機(jī)室控制面板和信號(hào)顯示裝置的型號(hào),,在控制軟件中設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù),包括車(chē)型參數(shù)(A型,、B型,、C型)、牽引參數(shù),、制動(dòng)參數(shù),、各功能按鈕的邏輯關(guān)系、儀表及顯示屏的顯示內(nèi)容等,;并且完成駕駛模式的設(shè)定,;手動(dòng)設(shè)置列車(chē)車(chē)廂編組、列車(chē)自重,、載重等列車(chē)相關(guān)參數(shù),;編輯設(shè)定圖形用戶(hù)界面和軌道線(xiàn)路;在學(xué)員練習(xí)過(guò)程中錄制,、回放一定時(shí)間內(nèi)學(xué)員的操作情況及列車(chē)情況,;結(jié)合仿真軟件的評(píng)估功能,根據(jù)科目,、駕駛員操縱情況,、對(duì)于故障及事故的判斷及處理等因素進(jìn)行評(píng)估,教員可以在教員控制系統(tǒng)中更新評(píng)價(jià)參數(shù),。
教員控制軟件的功能包括(1)根據(jù)司機(jī)室控制面板和信號(hào)顯示裝置的型號(hào),,在控制軟件中設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù),,包括車(chē)型參數(shù)、牽引參數(shù),、制動(dòng)參數(shù),、各功能按鈕的邏輯關(guān)系、儀表及顯示屏的顯示內(nèi)容等,;(2)設(shè)定駕駛模式,;手動(dòng)設(shè)置列車(chē)車(chē)廂編組、列車(chē)自重,、載重等列車(chē)相關(guān)參數(shù),;(3)設(shè)定圖形用戶(hù)界面和軌道線(xiàn)路;(4)在學(xué)員練習(xí)過(guò)程中錄制,、回放一定時(shí)間內(nèi)學(xué)員的操作情況及列車(chē)情況,;(5)結(jié)合仿真軟件的評(píng)估功能,根據(jù)科目,、駕駛員操縱情況,、對(duì)于故障及事故的判斷及處理等因素進(jìn)行評(píng)估,教員可以在教員控制系統(tǒng)中更新評(píng)價(jià)參數(shù),。
教員控制系統(tǒng)通過(guò)C/S模式與
視景仿真軟件系統(tǒng)進(jìn)行通訊,,所有的配置文件保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。軟件通過(guò)B/S模式與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互,,進(jìn)行相關(guān)的設(shè)定,。B/S模塊選用Ajax和Flex框架實(shí)現(xiàn),,數(shù)據(jù)庫(kù)選用MySql;C/S軟件模塊基于VC,、OSG編寫(xiě),保證在培訓(xùn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)交互,,以及仿真過(guò)程錄制,、回放過(guò)程的連續(xù)及順暢。
學(xué)員觀(guān)摩區(qū)主要提供學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中觀(guān)察同學(xué)駕駛過(guò)程,,以及接受教員講解及分析的場(chǎng)所。在硬件上需提供實(shí)時(shí)畫(huà)面,,觀(guān)察在司機(jī)室中學(xué)員的各種操作,,并能在一個(gè)交互環(huán)境中感受和學(xué)習(xí)各種規(guī)范的操作流程。
視景仿真系統(tǒng)所包含的硬件設(shè)備有立體顯示系統(tǒng),、虛擬交互系統(tǒng)等,。下面分別介紹。
立體顯示系統(tǒng)
三維立體
展示系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示仿真應(yīng)用程序,,為用戶(hù)提供高沉浸感的立體顯示環(huán)境,,常見(jiàn)的立體顯示系統(tǒng)有
立體投影系統(tǒng),、桌面型立體顯示系統(tǒng)、頭戴式立體顯示系統(tǒng),。下面分別介紹,。
立體投影系統(tǒng)有被動(dòng)式
立體投影和主動(dòng)式
立體投影,,被動(dòng)式
立體投影是通過(guò)光的偏振原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的,,即采用兩臺(tái)
投影機(jī)同步放映圖像,將兩臺(tái)
投影機(jī)前的偏光片的偏振方向互相垂直,,讓產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直,。而偏振光投射到專(zhuān)用的投影幕上再反射到觀(guān)眾位置時(shí)偏振光方向須不改變,觀(guān)眾通過(guò)偏光眼鏡每只眼睛只能看到相應(yīng)的偏振光圖像,,從而在視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生立體感覺(jué),;主動(dòng)式
立體投影需要內(nèi)置液晶(LCD)快門(mén)的眼鏡來(lái)交替地空白左右眼信息。一個(gè)分離的IR發(fā)送器發(fā)送同步信息到眼鏡,。這種方法在技術(shù)上更耐用,,且
投影機(jī)必須配備空白間隔的與快門(mén)速度相匹配。主動(dòng)式
立體投影的優(yōu)點(diǎn)是可在任何投影屏幕上來(lái)實(shí)現(xiàn),。
產(chǎn)品推薦:?jiǎn)瓮ǖ廊S投影,、多通道環(huán)幕投影、多通道平板投影,、沉浸式CAVE系統(tǒng),、球面體投影系統(tǒng)。
2,、桌面型立體顯示系統(tǒng)
桌面型立體顯示系統(tǒng)即
立體顯示器,,
立體顯示器有
裸眼立體顯示器和偏振
立體顯示器之分。
裸眼立體顯示器不需要用戶(hù)戴眼鏡即可感覺(jué)到立體效果,,
裸眼立體顯示器大多處于研發(fā)階段,,并且主要應(yīng)用在工業(yè)商用顯示市場(chǎng),所以大眾消費(fèi)者接觸的不多,。從技術(shù)上來(lái)看,,
裸眼立體顯示器分為光屏障式(Barrier)、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術(shù)和指向光源(Directional Backlight)三種,,
裸眼立體顯示器最大的優(yōu)勢(shì)便是擺脫了眼鏡的束縛,;偏振
立體顯示器是根據(jù)人的左右眼在觀(guān)察事物的時(shí)候成像不同,在播放影片的時(shí)候同事播放2組畫(huà)面,,一組畫(huà)面進(jìn)入左眼,,一組畫(huà)面進(jìn)入右眼,這樣就會(huì)像產(chǎn)生立體感覺(jué)(注釋?zhuān)河^(guān)看的時(shí)候必須佩戴偏振立體眼睛觀(guān)看)。
3,、頭戴式立體顯示系統(tǒng)
虛擬交互
3D交互即實(shí)現(xiàn)人與
計(jì)算機(jī)之間包括視覺(jué)、觸覺(jué),、空間位置信息交互的技術(shù),,實(shí)現(xiàn)3D交互功能的設(shè)備是3D交互設(shè)備,常用的有空間位置跟蹤器,、
數(shù)據(jù)手套,、
力反饋設(shè)備等。
1,、空間位置跟蹤器
位置追蹤器又稱(chēng)空間位置跟蹤器,,是指作用于空間跟蹤與定位的裝置,一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用,,如:
數(shù)字頭盔,、
立體眼鏡,、
數(shù)據(jù)手套等,,使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn),,不局限于固定的空間位置,。操作更加靈活、自如,、隨意,。產(chǎn)品有六個(gè)自由度和三個(gè)自由度之分,當(dāng)接收傳感器在空間移動(dòng)時(shí),,能夠精確地計(jì)算出其位置和方位,。該設(shè)備 消除了延遲帶來(lái)的問(wèn)題,,因?yàn)樗峁┝藙?dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的六自由度的測(cè)量位置(X, Y, 和 Z 笛卡爾坐標(biāo)) 和方位(俯仰角,、偏行角,、滾動(dòng)角),無(wú)論在
虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域,,還是在控制模擬器的
投影機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí),,還是在生物醫(yī)學(xué)的研究中,它是測(cè)量運(yùn)動(dòng)范圍和肢體旋轉(zhuǎn)的理想選擇,。它是快速,、精確、而且容易使用,。
數(shù)據(jù)手套是
虛擬仿真中最常用的交互工具。
數(shù)據(jù)手套設(shè)有彎曲傳感器,,彎曲傳感器由柔性電路板,、力敏元件、彈性封裝材料組成,,通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接至信號(hào)處理電路,;在柔性電路板上設(shè)有至少兩根導(dǎo)線(xiàn),以力敏材料包覆于柔性電路板大部,,再在力敏材料上包覆一層彈性封裝材料,,柔性電路板留一端在外,以導(dǎo)線(xiàn)與外電路連接,。把人手姿態(tài)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地傳遞給虛擬環(huán)境,。
所謂
力反饋(Force Feedback),,本來(lái)是應(yīng)用于軍事上的一種
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),,它利用機(jī)械表現(xiàn)出的反作用力,將游戲數(shù)據(jù)通過(guò)
力反饋設(shè)備表現(xiàn)出來(lái),,可以讓用戶(hù)身臨其境地體驗(yàn)游戲中的各種效果,。
力反饋技術(shù)能將游戲中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成用戶(hù)可以感覺(jué)到的效果,例如道路上的顛簸或者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)感受到的反作用力,這些效果都是
力反饋控制芯片“播放”出來(lái)的,,
應(yīng)用領(lǐng)域:
火車(chē)駕駛員的駕駛學(xué)習(xí),、實(shí)訓(xùn),、演練、技能考核等,。