基于虚拟现实的地铁列车模拟驾驶培训系统及其关键技术研究

摘要

近年来，随着国民经济的不断增长和人民生活水平的不断提高，我国的各项国家事业蓬勃发展，城镇基础设施建设不断完善。由于城市的快速发展让城市人口不断膨胀，地面交通承受着前所未有的压力。作为缓解城市公共交通压力的有效手段，地铁在我国大中城市中兴起，越来越多的技术人员投入到地铁事业当中。为了给地铁相关专业学生和实习列车驾驶员等营造一个良好的学习和实际操作培训的环境，同时避免传统实习培训成本高、周期长等弊端，急需一种能够真实再现实际地铁列车工作环境的仿真系统一地铁列车模拟驾驶培训系统。
　　基于以上需求，本论文利用虚拟现实技术设计并实现了地铁列车模拟驾驶系统，并研究了在此过程中的关键技术难点。论文首先根据地铁相关行业背景需求对系统进行总体分析和各模块的具体分析，并据此总结出了系统的业务流程;其次在对系统分析的基础上，提出了系统的总体设计目标、系统架构部署和系统的功能结构，并详细介绍了系统的各个功能模块的实现;最后探讨了在系统实现过程中遇到的两个关键技术难点，对其进行了详细的研究，并得出了解决方案。
　　本文设计的地铁列车模拟驾驶培训系统利用计算机技术，并结合硬件操作台，模拟仿真了列车运行控制算法、列车运行视景、列车一司机人机界面等。本文通过建立三维视景模型，模拟列车驾驶过程中的场景、音效及地铁列车驾驶的基本操作，实现在列车驾驶过程中的视觉、听觉、触觉等的模拟，让使用者有“沉浸感”，并对地铁列车驾驶过程熟练掌握，进而达到高效率、低成本的地铁列车驾驶培训目的。
　　本文所实现的系统模拟仿真效果逼真，运行稳定，功能较为丰富，达到了地铁相关专业学生和列车驾驶员培训的要求，目前已经交付使用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 选题意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究的主要内容

1．4 论文的组织结构

2 地铁列车模拟驾驶培训系统分析

2．1 系统概述

2．1．1 系统总体概述

2．1．2 教员机模块概述

2．1．3 视景模块概述

2．1．4 人机界面模块概述

2．1．5 网络通信模块

2．2 业务流程分析

2．2．1 业务功能概述

2．2．2 业务流程模型

2．3 本章小结

3 地铁列车模拟驾驶培训系统设计与实现

3．1 系统总体设计

3．1．1 系统总体设计目标

3．1．2 系统架构

3．1．3 系统功能结构

3．2 系统功能设计与实现

3．2．1 教员机控制模块

3．2．2 视景仿真模块

3．2．3 人机界面模块

3．2．4 网络通信模块

3．3 本章小结

4 地铁列车模拟驾驶培训系统关键技术

4．1 列车运行控制基本算法

4．1．1 列车牵引力

4．1．2 列车制动力

4．1．3 列车阻力

4．1．4 列车控制基本算法

4．2 列车模型的固定路径漫游

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果