道岔转辙机虚拟仿真及评估系统研究与开发

摘要

转辙机作为道岔控制系统的执行机构，用于转换道岔、锁闭道岔和反映道岔位置和状态，是轨道交通领域的核心部件，对其操作和维修有严格的规定。在当今轨道交通迅猛发展的背景下，对转辙机操作人才的需求逐渐增大，道岔转辙机相关的培训手段还相当落后。本文针对轨道交通中的核心部件转辙机的培训方式和考核进行相关的研究与开发，以解决当前转辙机培训和考核落后的现状，实现转辙机虚拟培训和在线考试。本文的主要研究工作如下：
　　（1）在分析转辙机虚拟仿真环境精细化建模的基础上，结合转辙机虚拟场景建模特征和技术指标，借助 SolidWorks、3ds Max构建三维虚拟场景，实现转辙机虚拟场景精细化建模，并对虚拟场景做优化处理；同时通过Unity3D虚拟现实引擎，构建近乎真实的虚拟仿真场景，通过交互设计，实现转辙机虚拟场景交互式漫游和对转辙机零部件的操作控制，在虚拟场景展示转辙机运转细节和实现转辙机虚拟拆装。
　　（2）对虚拟场景实时显示原理、场景中零部件操作以及鼠标拾取算法等关键技术的探讨。研究包围盒碰撞检测技术，在Unity3D环境下实现刚体碰撞、虚拟装配等功能，同时避免了虚拟场景零件之间相互渗透的现象。研究了三维仿真系统中逻辑的控制，事件响应机制，实现了三维交互装配过程中的碰撞检测反馈响应，实现了人机交互。
　　（3）针对转辙机故障模式提出故障树分析法，并且结合专家的知识和经验，将故障树与诊断专家系统联系起来，开发了转辙机故障诊断专家系统，实现转辙机故障诊断和维修的自动索引和维修决策支持。在转辙机在线考试系统开发中，重点研究了组卷算法的设计，通过对传统的粒子群算法进行改进，并将其应用于考试系统中的智能组卷，以实现自动从题库中抽取试题，抽取满足不同考试要求的试卷。
　　（4）利用VS开发平台实现了转辙机虚拟仿真系统的整体框架设计，包括界面设计，系统结构和功能可视化的实现，理论知识的学习模块的实现，通过整合系统相关功能模块，实现道岔转辙机培训及评估系统的开发。

目录

第一章 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 转辙机虚拟仿真及评估系统需求分析

2.1转辙机操作需求与实现过程

2.2网络化管理功能需求

2.3虚拟仿真交互平台需求分析

2.4辅助维修专家系统功能需求

2.5在线考试系统功能需求

2.6本章小节

第三章 转辙机虚拟仿真及评估系统总体设计

3.1 虚拟仿真系统总体架构设计

3.2虚拟仿真系统开发流程

3.3系统模块组成

3.4 总体设计策略与方法

3.5转辙机虚拟仿真及评估系统设计方案

3.6 本章小结

第四章 转辙机虚拟模型构建与场景生成

4.1转辙机建模特性与技术指标

4.2转辙机三维模型构建

4.3转辙机虚拟场景构建与实现

4.4转辙机虚拟场景引擎渲染

4.5本章小结

第五章 转辙机虚拟仿真交互设计

5.1.碰撞检测

5.2虚拟场景交互控制

5.3自动寻径漫游和自由交互漫游

5.4脚本优化

5.5动态加载场景

5.6 本章小结

第六章 辅助维修专家系统和智能组卷设计

6.1基于故障树的的辅助维修专家开发

6.2改进粒子群算法智能组卷

6.3本章小结

第七章 转辙机虚拟仿真及评估系统实现

7.1系统界面设计

7.2结构和功能可视化实现

7.3网页学习功能实现

7.4本章小结

总结与展望

1总结

2展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢