集群式通用桌面模拟驾驶台项目小结（推荐）由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“虚拟仿真项目总结报告”。
集群式通用桌面模拟驾驶台的研究
主演研究单位：上海轨道交通培训中心
同济大学
主要完成人员：叶华平，钱雪军，朱 鸣，郎诚廉，姚 军，王学敏，孔繁红，方春华，张光长
1、研究背景
随着上海轨道交通运行线路的快速发展，每年都需要增加大量的新进电动列车驾驶员，就需要相应的技术培训手段来培训这些新的驾驶员。鉴于轨道交通的运行特点，新进人员的培训不可能完全在现场实施，大部分培训工作都需要在培训中心、实训基地完成。由于需要培训的人员很多，同时电动列车的型号也在不断增加，所以需要大量的培训设施，选择并开发一种低成本、多功能、多种型号列车兼容的软硬件平台，具有非常现实的意义,主要体现在下列几个方面。
1)新进驾驶员的培训：鉴于这几年上海轨道交通的快速发展，每年需要增加几百名列车驾驶员，如何快速、高效，贴近现场的培训这些新进人员，让这些人学习、并掌握初级驾驶员技能，是摆在培训部门的重要课题。由于需要培训的驾驶员数量大，所以需要大量的培训装置，低成本、多功能的培训装置是一种很好的选择。
2)已在岗驾驶员的轮训：上海轨道交通线路的列车运行密度不断增加，对现有驾驶员的驾驶技术提出了更高要求，另外新型列车的不断引入，使在岗驾驶员的驾驶技术也要随之发生变化，所以存在着现有驾驶员的技术轮训的问题，同样需要大量的培训装置。
3)故障处置能力的培训：鉴于轨道交通安全、准点的特点，需要列车驾驶员具备各种故障的应急处置能力。当列车在运行过程中发生各类应急情况时，要求驾驶员具有很强的应急处置能力，确保故障处置合理，在最短时间内解决问题，从而减少由此造成的损失。而实际情况下，有些故障和险情在实际线路上很少发生，在进行普及性培训时，需要相应的培训手段来培训驾驶员，从而使驾驶员在实际行车中遇到这类问题时能从容面对。4)网络化运行条件下的协同能力：随着新线路不断投入营运，上海轨道交通运行的网络化趋势不断明显，各线路之间、各工种之间的协同处置能力就变得更加重要。基于网络化运行，驾驶员与驾驶员之间，线路与线路之间，驾驶员与其他工种之间的协同能力培训也显得更加重要。如当某一线路的列车发生故障，由此造成该线路列车的停运，不仅会影响到这条线路列车的运行，而且会波及同该线路交会线路的运行，从而会影响整个网络列车的运行，这就会间接影响到其他列车驾驶员与其他工种（如行车调度员）的工作，所以需要有相应的培训手段来培训这种问题出现后协同能力。
所以，开发一种低成本、多功能、多种型号列车兼容的软硬件平台，从而生产出低成本、多功能、多种型号列车兼容的驾驶培训装置，即集群式通用桌面模拟驾驶台是非常必要的，并且具有很好的社会效益和经济效益。
2、主要研究内容
集群式通用桌面模拟驾驶台主要是采用计算机的虚拟仪表（控制台）技术将列车驾驶控制台上的控制器、按键、仪表、指示灯、显示器等装置显示在计算机屏幕上，采用鼠标或触摸屏控制方式改变控制器，按键状态来控制列车的运行，并将相应的指示灯状态反映在屏幕上，同时根据计算结果构造包括声音，前景等逼真的运行环境，用来培训驾驶员。考虑到司机控制器，紧急停车按钮，开关门按钮等关键控制设备在实际行车中的作用，本课题研究的集群式通用桌面模拟驾驶台的关键控制器可采用与实际列车一样的实物来模拟。
为满足地铁列车模拟驾驶培训系统所提出的正常操纵训练和维护以及故障能力训练等功能需求，集群式通用桌面模拟驾驶台培训系统所采用的设备具有技术先进，性能成熟、结构简单、维修方便、质量稳定、运行可靠等特点。硬件、软件系统结构应充分考虑可靠性、可维修性和可扩展性，遵循模块化设计和开放式结构设计，系统总体结构如图1所示。
图1 系统结构
整个系统从硬件部分来分由以下几大部分组成： 1）关键设备实物模拟及数据采集
列车运行过程中，与司机关系最密切的（或者说是操作最多的）是司机控制器以及开门、关门按钮，还有就是紧急情况下的紧急按钮。所以在系统设计中，这些关键设备采用全部实物模拟。
当有实物参与到模拟系统中时，这些实物的控制信号将通过数据采集与控制系统发送到仿真计算机。
2）虚拟仪表与控制按钮模拟
除了上述这些关键设备外，司机控制台上还有大量的控制转换开关，按钮以及仪表和指示灯，这些控制及显示设备采用计算机模拟的方法来实现。
3）计算机三维场景模拟
为了给司机培训一个比较逼真的环境，本系统采用三通道135度视角的三维场景，能提供司机视角范围内的主要线路设备。
应用到桌集群式通用桌面模拟驾驶台研究的主要技术有虚拟仪表（控制台）技术，计算机成像技术，数字音响技术，列车动力学建模与仿真技术，以及网络化信息管理与交换技术等。虚拟仪表（控制台）技术就是采用该技术将列车驾驶控制台上的所有（除了直接采用实物模拟以外）设备以二维、三维的方式显示在计算机屏幕，采用鼠标控制或触摸屏控制方式来控制按键，转换控制开关的状态，从而控制列车运行。
计算机成像技术是将列车运行的前方线路的景象以三维图像的方式显示在计算机屏幕上，当列车进入车站停车后，还可以同时显示车站站台、列车开关门的状况。
集群式通用桌面模拟驾驶台运行仿真是基于列车动力学模型基础上的，根据列车运行特点以及车辆性能，建立精确的列车动力学模型，包括列车动力计算，制动力以及各种阻力模型是非常重要的。
网络化信息管理与交换技术则是考虑到目前轨道交通网络化运行前提下，各列车驾驶员之间，列车驾驶员与其他工种人员之间的配合，相互之间需要大量的数据交换及管理，需要制定合理的标准化的数据交换接口。
当然，当集群式通用桌面模拟驾驶台关键部件采用与实物一样的硬件时，还存在着实物硬件的物理仿真与相应的计算机接口技术。
本课题主要开发集群式通用桌面模拟驾驶台一套；集群式模拟驾驶平台开发标准一套，从而为大规模开发和生产桌面型模拟器提供良好的技术储备。
集群式通用桌面模拟驾驶台仿真平台的研究涉及到多项技术，主要研究内容如下：
1）统一标准化软硬件开发平台规范的制定与开发
考虑到上海轨道交通的特点：运行线路长(包含路面，高架和地下线路)，列车型号多,网络化运行等, 集群式通用桌面模拟驾驶台仿真平台需要有一个统一的标准化的软件和硬件平台,从而能兼容多线路运行,多列车模拟开发等。统一化的硬件平台主要包括系统安装桌子的设计和计算机硬件系统的配置，桌子包含与司机操作密切相关的关键控制器实物的安装，虚拟仪表（控制器）屏幕的安装，前视场景屏幕的安装以及辅助显示器的安装，而计算机硬件系统要能实现列车动力学模型分析与计算机，运行环境的仿真，以及关键硬件设备的数据采集等。
统一化的软件平台则包含视景系统的三维建模工具、格式以及驱动平台的选择，虚拟仪表（控制器）软件平台的确定，以及各个系统之间的接口标准的制定等。还有针对各种列车的电路模型以及制动系统和动力学模型的规范处理。2）基于网络的多车运行及跨工种人员的联合培训
网络化运行是目前轨道交通运行模式，制定合理的、可扩展的网络通讯标准，协议规范是基于网络的多车运行及跨工种人员的联合培训的重要前提。这里首先是多列车运行与ATS系统之间的网络规范，也就是所有列车的运行是受控于ATS系统，列车的发车启动，中途运行，前方车站通过或停车，停车后列车的开关门等所有控制信号都来源于ATS。当列车运行途中发生故障情况下，ATS系统将会实时更改列车的运行时刻，来达到训练多车运行及跨工种人员的联合培训的目的。
3）关键硬件设备的研制
集群式通用桌面模拟驾驶台上的关键硬件设备采用实物模拟，但大部分列车的司机控制器是国外生产的，价格非常昂贵，不可能采用原装进口设备，所以必须进行外形与功能的仿制，从而来降低整个系统的造价，达到低成本的目的。
3、主要研究成果及创新点
作为一个通用平台，定义软件及硬件的规范，不仅使集群式通用桌面模拟驾驶台的开发和生产更加规范，可以使不同供应商的产品兼容，而且产品升级换代更加容易。系统样机如图2所示，该样机已经投入培训使用。
图2 系统样机
该项目的创新之处如下： 1）采用先进的计算机仿真技术、结合虚拟仪表技术与计算机成像技术，将地铁列车驾驶控制台上的控制开关、按键、仪表、指示灯、显示器等装置显示在计算机屏幕上，采用触摸屏控制方式改变控制开关，按键状态来控制列车的运行，并将相应的指示灯状态反映在屏幕上，同时根据计算结果构造包括声音，前景等逼真的运行环境，用来培训驾驶员；
2）考虑到司机控制器，紧急停车按钮，开关门按钮等关键控制设备在实际行车中的作用，这些设备用实物来模拟；
3）考虑到上海地铁列车的多样性，模拟驾驶台的实物部分可以替换，从而使驾驶台可以通过更换司机控制器变成不同型号的司机控制台，达到一个控制台模拟多种型号的目的。
4、成果获奖、专利及应用情况
根据上海地铁轨道交通的快速发展现状，结合计算机仿真技术，研制了具有特色的城市轨道交通列车模拟驾驶台，同时发表了多篇相关论文；从检出文献看，国内外有多种轨道交通列车模拟驾驶装置或培训系统，亦有司机驾驶室、操纵台及相关操纵设备的外形及尺寸与真实机车完全相同的全功能仿真器，具有列车基本操作技能、采用虚拟现实技术构建逼真的三维列车运行环境等驾驶模拟系统，具有地铁正常驾驶、故障及突发应急情况处理、司机室与车厢一体化训练、行车调度与信号控制等功能的模拟驾驶系统，具有模拟操纵、车辆动力学计算、故障判断与排除培训、视景和声音仿真以及运动仿真、培训效果评估等功能的模拟培训系统，列车模拟驾驶系统等方面技术的文献或专利文献报道，但未见有控制器、紧急刹车等关键设备采用实物来模拟，并可通过更换司机控制器变成不同型号的司机控制台的集群式通用桌面模拟驾驶台的文献报道，所以该项目在列车模拟驾驶装置设计与功能上具有新颖性。
获实用新颖专利一项，软件著作权一项，书写三篇论文。
项目自投入运行以来，培训了大量学员，为列车驾驶员的培训发挥了重大作用，取得了很好的经济效益和社会效益。
