基于三维视景的列车运行仿真平台的研究与实现

摘要

随着铁路技术的快速发展与计算机图形技术的进一步增强，视景仿真技术已经被广泛应用到轨道交通领域的列车驾驶员培训系统或三维教学演示系统中。通过视景仿真技术构建列车运行视景仿真系统可以模拟出各种轨道交通的列车运营客观场景，为培训人员提供一种真实、生动、新颖的轨道交通仿真模式。但是，目前的列车运行视景仿真系统主要局限于对列车基本驾驶功能的模拟，而在列车运行控制系统中的应用还相对较少，本课题在驾驶功能模拟这个基础功能之上将三维视景仿真系统与列车运行控制系统相结合，构建基于三维视景的CBTC列车运行仿真平台。该平台利用三维视景仿真系统模拟室外列车运行的客观环境，通过与列控系统的实时信息交互模拟在列控系统的控制逻辑下列车的运行情况以及列控系统各个子系统的工作情况。
　　本文结合轨道交通领域的实际情况，选取了微软的MSTS作为线路三维环境的建立平台，以3ds Max等计算机图形学软件为技术手段，详细介绍了在MSTS平台上三维模型的建模方法、导入方法以及控制方法，并以郑州地铁1号线的真实运营场景为依据，采用调用数据库模型、“批量式”布景、贴图变换、调节模型动画关键帧、OpenAL等关键技术完成了线路三维环境的建立。以此为基础，再设计ATS、ATO、ATP等列控子系统及相关系统接口与已建立的三维视景仿真系统相结合。文章分析了三维视景仿真系统与列控系统各自的结构与功能，并详细阐述了三维视景仿真系统与各个列控子系统相结合的原理方法及其实现过程，同时针对两系统结合后功能实现中可能存在的问题提出了相应解决办法。最后，通过搭建基于三维视景的CBTC列车运行仿真平台，模拟了在列控系统的监督与控制下列车的走行过程。本文所建立的三维视景仿真系统具有逼真性、可扩展性、可控性、安全性、可重复性等特点。将视景仿真技术应用到列车运行控制系统，可以在逼真地模拟轨道交通运营场景的同时实现列车运行三维环境与列控系统的实时信息交互，进一步提高了仿真平台的真实度与仿真范围，同时，也为今后列控系统的研究与测试提供了一种思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 国外发展状况

1．2．2 国内发展状况

1．3 研究目的

1．4 研究内容与结构安排

第2章 基于三维视景的列车运行仿真平台概述

2．1 基于三维视景的列车运行仿真平台的设计需求

2．1．1 三维视景系统的技术与功能需求

2．1．2 列控系统与相关通信接口的技术与功能需求

2．2 视景系统开发工具及实现原理

2．2．1 MSTS简介

2．2．2 视景系统的实现原理

第3章 列车运行视景仿真系统的三维建模

3．1 三维模型的建模与控制

3．1．1 静态模型的建模

3．1．2 静态模型的导入

3．1．3 动态模型的建模

3．1．4 动态模型的控制

3．2 地形区域的创建

3．2．1 既有线路的地形创建方法

3．2．2 新建线路或拟建线路的地形创建方法

3．3 线路三维环境的场景布景

3．3．1 轨道的铺设

3．3．2 信号机模型的布置与显示原理

3．3．3 车站布景

3．3．4 其它场景的实现

3．4 视景系统列车人工模拟驾驶的实现

第4章 三维视景仿真系统与列车运行控制系统的结合

4．1 视景系统的内部结构

4．2 视景系统数据中转服务器与列控系统接口服务器

4．3 视景系统与ATS系统的结合

4．3．1 ATS列车监视与追踪功能在视景系统中的实现

4．3．2 ATS对视景系统视角定位功能的实现

4．3．3 ATS信号控制功能在视景系统中的实现

4．3．4 ATS对视景系统列车运行调整功能的实现

4．4 视景系统与其它列控子系统的结合

4．4．1 视景系统与ATO系统的结合

4．4．2 视景系统与车载ATP的结合

第5章 基于三维视景的列车运行仿真平台的实现

5．1 仿真平台的搭建

5．2 列车运行仿真平台仿真过程的实现

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果