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1、,高速接触网作业车仿真驾驶系统研发 北京供电段设备科 吴爱军 51824739 13910809050,二零一二年三月,一、项目概况,本项目研发是基于京沪、京津等高铁线路中具有自动调平功能的作业车为原型，采用计算机仿真模拟软件与实际车辆操作台相结合的仿真驾驶系统，由高铁作业车操作台、仿真软件子系统、全三维的数字立体线路场景、学教培训子系统及其它硬件设备等组成。该系统能够实现车辆性能试验、一次标准化作业和非正常情况的处理办法三大部分，能够全面、真实地模拟作业车在各种运行环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性以及其它特性，并能够从视觉、听觉、触觉等方面逼真地再现作业车操作界面、操作显示、
2、控制以及线路场景。以课程为基础进行培训与考核，能够更加经济、高效地培养司机。,二、项目建设必要性分析,高铁接触网作业车是高铁接触网施工、维修、抢修的专用车辆，车辆的平稳、快速、安全运行是供电系统设备检修的前提。高铁线路往往存在外轨严重超高、区间距离大、检修标准高等特点，司机的驾驶熟练与否往往决定检修和抢修时间，然而高铁作业车司机的培训除了实际上车培训之外没有适用的培训设备和手段，司乘人员难以获得足够的时间来了解和掌握新型列车的特点，实际操纵训练过程只能结合车辆实际作业过程或段内试车线行驶来进行。这种传统实作培训方式存在着培训效率低、范围窄、容易出事故等不安全隐患。要培训一名合格的作业车司机周期
3、往往需要五年甚至更久。,1、操纵难度大，对司机素质要求高,接触网作业车的运用存在着无规律性、线路状况比较复杂、作业点分散、配合接口多，还经常存在远距离作业,对作业辖区线路比较陌生等情况。这些特殊运营情况要求所有司乘人员都必须具备过硬的业务能力和良好的心理素质。在传统培训模式下，优秀司乘人员的成长需要经历漫长的经验积累历程。尤为遗憾的是一些不成文的优化操纵经验未能得到及时总结、形成相应技术规范，无法再现，不能与广大司乘人员共享，减缓了人才成长步伐。而且，在当前铁路系统跨越式过程中，新型装备更新换代进程加快，科技含量越来越高，却又不得不面临司乘人员文化起点普遍较低的尴尬局面。,2、传统培训模式效率
4、低下,传统培训模式下，乘务员学习完基础知识走出校门后，在现场一般都是采取师傅带徒弟的1对1培训方式。这种培训方式中，师傅劳动强度大，既要完成既定的运输任务，还要悉心指导学员成长。在新装备大量上马的新形势下，面对同样的新鲜事物，面对轨道车，老师傅也变成了小徒弟。学员作为副司机，往往还需要几年时间熟悉线路与平稳操纵基本技能，才有可能获得驾驶资格。因此传统培训模式效率低下，人才培养周期过长，导致培训成本高，人才缺口大。,3、传统培训模式局限性大,传统采用真实设备培训的方式容易造成设备损耗，影响经济效益，而且也无法全面培养司乘人员小概率突发事件应急处理能力，导致老资格司机的复训工作也几乎是一片空白。另
5、外，大部分司机对平稳操纵尚停留在感性认识阶段，完全凭经验凭感觉，缺乏科学数据对比以加深理性认识。,三、项目建设条件,3.1 项目的由来与开发力量 北京供电段根据多年作业车管理的实际经验和高铁作业车运用和管理的相关实践，2011年与郑州捷安高科股份有限公司共同进行长达6个月的现场调研和资料收集工作，决定共同开发一款适合作业车，特别是高铁作业车的仿真驾驶系统。 郑州捷安高科股份有限公司是一家从事虚拟现实技术、系统仿真技术、三维动画技术在各高端行业应用的民营高科技企业，是专业的系统虚拟仿真培训整体解决方案提供商。利用计算机信息技术领域中最具发展潜力的网络技术，三维实时仿真技术、微机测控技术、多媒体技
6、术等多项高新技术，在计算机网络环境下构建一个可以使机车乘务员完成学习、实训、演练、技能考核等功能的综合数字平台，公司现有员工150人，相关软件证书达20多项。企业资质证书.docx,1、总体技术方案,1、该网络化数字仿真系统的主要功能模块简述： 该系统按功能模块划分主要有如下功能： A、模拟驾驶仿真功能模块，可分别采用实物硬件操纵和微机鼠标操纵机车实现模拟驾驶（训练部分）。 B、机车的多媒体教学系统（教学部分）； C、机车的各种应急故障设置与模拟处理（训练部分）； D、机车的各种非正常行车作业和模拟处理（训练部分）； E、机车乘务员各项操纵及试验技能考核（技能考核部分）；,2该网络化数字仿真系
7、统组成结构简述： A、实物硬件模拟机车操纵台一台（含指令及数据采集系统工控微机及通讯软件系统以及连接控制台的客户端微机一台）该司机控制台可与网络中任一微机通过网络接口LAN联接。方便实现学员以真实机车操纵手感来驾驶机车，实现牵引与制动等。 B、大型网络仿真系统主控软件一套，该软件系统主主要包括：a、网络服务器主机管理软件子系统；b、客户端仿真软件子系统；c、教师设置机软件子系统模块；d、连接操纵台通讯软件子系统四大模块。 C、教师设置机笔记本电脑一台（含教师设置各种机车状态及线路不同故障情况及非正常行车状况以及管理、监测学员机训练状况及编制、发送考核任务到学员机等的软件系统）。 D、系统内置1
8、0KM的三维数字化机务地理场景（机车交路）。,IEC1131-3 软件编程标准 GB/T16680-1996软件文档管理指南 GB/T8567-1988 计算机软件产品开发文件编制指南 GB/T15853-1995软件支持环境 GB/T14079-1993软件维护指南 GB/T13423-1992工业控制用软件评定准则 GB/T9386-1988 计算机软件测试文件编制规范 GB/T12504-1990计算机软件质量保证计划规范 TB/T 1407-1998 列车牵引计算规程 GB/T9813-2000微型计算机通用规范 GB4943-1995信息技术设备（包括电气事务设备）的安全 GB120
9、56-1989数据处理过程计算机系统和技术过程之间接口 GB9254-1998信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 GB/T17618-1998信息技术设备的无线电抗扰度限值和测量方法,3.2 采用的规范与适用标准,3.3 本项目的创新内容,1、分布式网络 一个基于以太网的分布式实时仿真系统，系统中的各计算机分别完成数据采样与输出控制、作业车车运行仿真、视景仿真、声音仿真、故障模拟、数字录像、教员管理与监控、学员主动观摩等功能。计算机间通过TCP/IP协议交换数据，完成控制命令及各类参数的实时传递。,2、感官模拟 模拟操纵时牵引区段的线路实景速度与列车运行速度同步。线路实景采用高精度数字摄像
10、机拍摄后经计算机处理成的DVD格式。 音响模拟采用数字合成技术，根据轨道车运行状态产生相应的模拟声音。数字音响模拟系统可模拟出轨道车运行中的各种声音，如：燃油泵、滑油泵工作声音、柴油机空载、负载及转速变化等机械声音；轮轨冲击、风笛、风泵等机械声音；轨道车经过桥梁、隧道及会车声音等。,3、数据处理功能 模拟操纵结束后，教员可通过数据处理软件将模拟操纵过程中所记录的数据调出，软件能对操纵过程进行分析评分。列车操纵运行曲线及成绩评定内容可在屏幕上显示和打印输出。,4、列车运行仿真 轨道车驾驶仿真器的仿真内容分为两部分：列车性能仿真与环境仿真。列车性能仿真（或称列车运行仿真）是指对列车牵引计算、动力学
11、特性、控制逻辑等列车内在特性进行仿真。列车运行环境的仿真是指对从视觉、听觉、触觉等方面对列车驾驶环境进行仿真。系统即能够真实地模拟轨道车在各种运行环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性、控制逻辑特性，又能够从视觉、听觉、操纵真实感等方面逼真地再现列车在不同情况下（包括正常与非正常状态）的运行环境。,5、功能完善的子系统 作业车驾驶仿真器能够全面模拟作业车上的各个子系统，这些子系统主要包括： 牵引与制动设备 列车运行状态监控设备； 车载信号设备 牵引与制动设备子系统全面模拟内燃机控制电路、制动控制系统、空气制动系统等相关系统和设备的控制逻辑与功能。驾驶仿真器在仿真运行时，全面正确地模拟
12、其的特性、制动控制和制动反应时间。 。,6、各种突发事故和事件的模拟 在作业车驾驶仿真系统中，提供离线的故障/突发事件管理功能。故障/突发事件信息的内容包括：故障/突发事件名称、编号；故障/突发事件类型；故障/突发事件发生条件或起动标准；故障/突发事件引起的现象；故障/突发事件的处理时限等。 故障和突发事件分为如下几类： 列车内部故障或突发事件,如：列车控制系统故障、列车牵引系统故障、列车制动系统故障等； 运行环境故障，如：供电系统故障、线路异常等； 操作失误引起的异常，如：冒进、溜逸、列车冲突等； 突发事件；,7、数据采集及输出 数据采集及输出系统采用工业级控制计算机作为主机，配备高速的数据
13、采集与输出控制系统，负责对司机操纵台、电器设备柜上的司机控制器、各类按钮、各类开关的动作进行实时采集，对速度表、气压表、并对各类指示灯、空气开关进行实时的输出控制。数据采集及输出主机还负责实现MMI等各种监控屏的模拟。,8、视景系统 本系统采用的视景系统中可全面地模拟作业车所能够到达的区域范围相关的场景。视景系统中包含轨道车双向运行于上述区域时司机视域范围的所有静态以及动态景物。这些景物主要包括： 轨道：铁轨、交叉口、道岔、路基、道床； 架空线路：支柱、基础、坠砣、腕臂、拉杆、绝缘子、定位器、定位杆、支撑杆、接触网导线、承力索、吊弦； 线路旁设备：有信号编号牌的固定信号、进路显示、边界显示、支
14、路限制显示、车厂和运行轨道停车显示、卸洪闸显示、限速显示、列车移近显示、反方向标识、信号设备盒等； 隧道：卸洪闸、隧道缆线、避让洞； 站台：车站建筑及附属设备； 沿线景物：外部风景、桥梁、立交桥、建筑物、行人及车辆等； 其它列车：救援列车、待救援列车、其它故障/非故障列车。 视景系统能够模拟轨道车各种运行速度。所有的显示内容与模拟运行的位置、速度同步，并且以原尺寸显示。,9、声音模拟系统 本系统中采用数字音频技术实现轨道车驾驶环境的声音仿真。系统由声音仿真计算机（采用工控机）、5.1声道专业音频卡、5.1 声道高保真立体声音频功率放大器、高保真同轴共面扬声器组等设备构成。声音仿真软件可逼真地重
15、现轨道车驾驶环境的三维声场，并能够实现三维声音的定位、多普勒效应等特殊音效。,10、通讯模拟 本系统具有与真实轨作业车机室中的无线通讯设备外观相同的通讯设备。司机通讯设备与教员台的通讯设备相联。通过教员的参与，可模拟与真实系统相同的功能。教员可在教员系统软件中对通讯方式、功能进行切换。所有的通讯采用有线通讯的方式实现。,11、教员控制台 教员控制台配备教员计算机、CCTV监控设备、多个LCD显示器（用于显示视景、运行仿真、故障处理等画面）、通讯模拟设备、打印设备等。,研发内容： 整个系统基于局域网技术构建 作业车子系统的仿真 网络化复合型交互演练系统 实训环境实现全三维化模拟 采用情景化的实训
16、模式 满足教学、演练、考核的综合要求,4.2 主要研发内容和关键技术,关键技术： 运动图形压缩算法 图像的滤波变换和数字处理 三维动画系统的合成与仿真技术 计算机多媒体技术 专用嵌入式软件开发技术 软硬件联合调试应用和测试技术,4.3 项目系统效果图,五、系统模块构成,5.1 投影观摩系统,采用高流明投影仪、可升降电动投影幕，用大屏幕方式、实时并实时响应驾驶台的操作。 具备观摩功能，可实现教员教学辅导、操作演示及学员的观摩学习。 观摩系统与交互式学员演练系统切换进行观摩学习。 能够进行基础知识的集中讲授、学员自主学习辅导。,5.2 模拟驾驶实训演练系统,通过对柴油机、空气制动阀、换挡手柄、手制动的操纵完成下述演练功能：,非正常情况下行车演练 应急故障处理演练 制动机的性能试验,5.3 施工作业实训演练系统,采用作业操纵台、前向线路视景相结合的方式，进行施工作业实训演练。 操纵台上布置的按钮、开关、指示灯、操作手柄、压力仪表等与实际的大小、外观、布局相一致。,5.4 网络化复合型交互演练系统,主屏显
