高速接觸網(wǎng)作業(yè)車仿真駕駛系統(tǒng)研發(fā)

高速接觸網(wǎng)作業(yè)車仿真駕駛系統(tǒng)研發(fā)二零一二年三月一、工程概況本工程研發(fā)是基于京滬、京津等高鐵線路中具有自動調(diào)平功能的作業(yè)車為原型，采用計算機仿真模擬軟件與實際車輛操作臺相結(jié)合的仿真駕駛系統(tǒng)，由高鐵作業(yè)車操作臺、仿真軟件子系統(tǒng)、全三維的數(shù)字立體線路場景、學(xué)教培訓(xùn)子系統(tǒng)及其它硬件設(shè)備等組成。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛性能試驗、一次標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和非正常情況的處理方法三大局部，能夠全面、真實地模擬作業(yè)車在各種運行環(huán)境與工況下的運行狀況、操縱特性、牽引/制動特性以及其它特性，并能夠從視覺、聽覺、觸覺等方面逼真地再現(xiàn)作業(yè)車操作界面、操作顯示、控制以及線路場景。以課程為根底進行培訓(xùn)與考核，能夠更加經(jīng)濟、高效地培養(yǎng)司機。二、工程建設(shè)必要性分析高鐵接觸網(wǎng)作業(yè)車是高鐵接觸網(wǎng)施工、維修、搶修的專用車輛，車輛的平穩(wěn)、快速、平安運行是供電系統(tǒng)設(shè)備檢修的前提。高鐵線路往往存在外軌嚴(yán)重超高、區(qū)間距離大、檢修標(biāo)準(zhǔn)高等特點，司機的駕駛熟練與否往往決定檢修和搶修時間，然而高鐵作業(yè)車司機的培訓(xùn)除了實際上車培訓(xùn)之外沒有適用的培訓(xùn)設(shè)備和手段，司乘人員難以獲得足夠的時間來了解和掌握新型列車的特點，實際操縱訓(xùn)練過程只能結(jié)合車輛實際作業(yè)過程或段內(nèi)試車線行駛來進行。這種傳統(tǒng)實作培訓(xùn)方式存在著培訓(xùn)效率低、范圍窄、容易出事故等不平安隱患。要培訓(xùn)一名合格的作業(yè)車司機周期往往需要五年甚至更久。1、操縱難度大，對司機素質(zhì)要求高2、傳統(tǒng)培訓(xùn)模式效率低下 傳統(tǒng)培訓(xùn)模式下，乘務(wù)員學(xué)習(xí)完根底知識走出校門后，在現(xiàn)場一般都是采取師傅帶徒弟的1對1培訓(xùn)方式。這種培訓(xùn)方式中，師傅勞動強度大，既要完成既定的運輸任務(wù)，還要悉心指導(dǎo)學(xué)員成長。在新裝備大量上馬的新形勢下，面對同樣的新鮮事物，面對軌道車，老師傅也變成了小徒弟。學(xué)員作為副司機，往往還需要幾年時間熟悉線路與平穩(wěn)操縱根本技能，才有可能獲得駕駛資格。因此傳統(tǒng)培訓(xùn)模式效率低下，人才培養(yǎng)周期過長，導(dǎo)致培訓(xùn)本錢高，人才缺口大。3、傳統(tǒng)培訓(xùn)模式局限性大傳統(tǒng)采用真實設(shè)備培訓(xùn)的方式容易造成設(shè)備損耗，影響經(jīng)濟效益，而且也無法全面培養(yǎng)司乘人員小概率突發(fā)事件應(yīng)急處理能力，導(dǎo)致老資格司機的復(fù)訓(xùn)工作也幾乎是一片空白。另外，大局部司機對平穩(wěn)操縱尚停留在感性認(rèn)識階段，完全憑經(jīng)驗憑感覺，缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)比照以加深理性認(rèn)識。三、工程建設(shè)條件1、該網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字仿真系統(tǒng)的主要功能模塊簡述：

該系統(tǒng)按功能模塊劃分主要有如下功能： A、模擬駕駛仿真功能模塊，可分別采用實物硬件操縱和微機鼠標(biāo)操縱機車實現(xiàn)模擬駕駛〔訓(xùn)練局部〕。 B、機車的多媒體教學(xué)系統(tǒng)〔教學(xué)局部〕； C、機車的各種應(yīng)急故障設(shè)置與模擬處理〔訓(xùn)練局部〕； D、機車的各種非正常行車作業(yè)和模擬處理〔訓(xùn)練局部〕； E、機車乘務(wù)員各項操縱及試驗技能考核〔技能考核局部〕；2該網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡述：A、實物硬件模擬機車操縱臺一臺〔含指令及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工控微機及通訊軟件系統(tǒng)以及連接控制臺的客戶端微機一臺〕該司機控制臺可與網(wǎng)絡(luò)中任一微機通過網(wǎng)絡(luò)接口LAN聯(lián)接。方便實現(xiàn)學(xué)員以真實機車操縱手感來駕駛機車，實現(xiàn)牽引與制動等。B、大型網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)主控軟件一套，該軟件系統(tǒng)主主要包括：a、網(wǎng)絡(luò)效勞器主機管理軟件子系統(tǒng)；b、客戶端仿真軟件子系統(tǒng)；c、教師設(shè)置機軟件子系統(tǒng)模塊；d、連接操縱臺通訊軟件子系統(tǒng)四大模塊。C、教師設(shè)置機筆記本電腦一臺〔含教師設(shè)置各種機車狀態(tài)及線路不同故障情況及非正常行車狀況以及管理、監(jiān)測學(xué)員機訓(xùn)練狀況及編制、發(fā)送考核任務(wù)到學(xué)員機等的軟件系統(tǒng)〕。D、系統(tǒng)內(nèi)置10KM的三維數(shù)字化機務(wù)地理場景〔機車交路〕。3.2采用的標(biāo)準(zhǔn)與適用標(biāo)準(zhǔn)3.3本工程的創(chuàng)新內(nèi)容

1、分布式網(wǎng)絡(luò)一個基于以太網(wǎng)的分布式實時仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各計算機分別完成數(shù)據(jù)采樣與輸出控制、作業(yè)車車運行仿真、視景仿真、聲音仿真、故障模擬、數(shù)字錄像、教員管理與監(jiān)控、學(xué)員主動觀摩等功能。計算機間通過TCP/IP協(xié)議交換數(shù)據(jù)，完成控制命令及各類參數(shù)的實時傳遞。3、數(shù)據(jù)處理功能 模擬操縱結(jié)束后，教員可通過數(shù)據(jù)處理軟件將模擬操縱過程中所記錄的數(shù)據(jù)調(diào)出，軟件能對操縱過程進行分析評分。列車操縱運行曲線及成績評定內(nèi)容可在屏幕上顯示和打印輸出。4、列車運行仿真 軌道車駕駛仿真器的仿真內(nèi)容分為兩局部：列車性能仿真與環(huán)境仿真。列車性能仿真〔或稱列車運行仿真〕是指對列車牽引計算、動力學(xué)特性、控制邏輯等列車內(nèi)在特性進行仿真。列車運行環(huán)境的仿真是指對從視覺、聽覺、觸覺等方面對列車駕駛環(huán)境進行仿真。系統(tǒng)即能夠真實地模擬軌道車在各種運行環(huán)境與工況下的運行狀況、操縱特性、牽引/制動特性、控制邏輯特性，又能夠從視覺、聽覺、操縱真實感等方面逼真地再現(xiàn)列車在不同情況下〔包括正常與非正常狀態(tài)〕的運行環(huán)境。 5、功能完善的子系統(tǒng)作業(yè)車駕駛仿真器能夠全面模擬作業(yè)車上的各個子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)主要包括： 牽引與制動設(shè)備 列車運行狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備； 車載信號設(shè)備 牽引與制動設(shè)備子系統(tǒng)全面模擬內(nèi)燃機控制電路、制動控制系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備的控制邏輯與功能。駕駛仿真器在仿真運行時，全面正確地模擬其的特性、制動控制和制動反響時間。 。 6、各種突發(fā)事故和事件的模擬在作業(yè)車駕駛仿真系統(tǒng)中，提供離線的故障/突發(fā)事件管理功能。故障/突發(fā)事件信息的內(nèi)容包括：故障/突發(fā)事件名稱、編號；故障/突發(fā)事件類型；故障/突發(fā)事件發(fā)生條件或起動標(biāo)準(zhǔn)；故障/突發(fā)事件引起的現(xiàn)象；故障/突發(fā)事件的處理時限等。 故障和突發(fā)事件分為如下幾類：列車內(nèi)部故障或突發(fā)事件,如：列車控制系統(tǒng)故障、列車牽引系統(tǒng)故障、列車制動系統(tǒng)故障等；運行環(huán)境故障，如：供電系統(tǒng)故障、線路異常等；操作失誤引起的異常，如：冒進、溜逸、列車沖突等；突發(fā)事件；7、數(shù)據(jù)采集及輸出 數(shù)據(jù)采集及輸出系統(tǒng)采用工業(yè)級控制計算機作為主機，配備高速的數(shù)據(jù)采集與輸出控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對司機操縱臺、電器設(shè)備柜上的司機控制器、各類按鈕、各類開關(guān)的動作進行實時采集，對速度表、氣壓表、并對各類指示燈、空氣開關(guān)進行實時的輸出控制。數(shù)據(jù)采集及輸出主機還負(fù)責(zé)實現(xiàn)MMI等各種監(jiān)控屏的模擬。8、視景系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用的視景系統(tǒng)中可全面地模擬作業(yè)車所能夠到達的區(qū)域范圍相關(guān)的場景。視景系統(tǒng)中包含軌道車雙向運行于上述區(qū)域時司機視域范圍的所有靜態(tài)以及動態(tài)景物。這些景物主要包括： 軌道：鐵軌、交叉口、道岔、路基、道床； 架空線路：支柱、根底、墜砣、腕臂、拉桿、絕緣子、定位器、定位桿、支撐桿、接觸網(wǎng)導(dǎo)線、承力索、吊弦； 線路旁設(shè)備：有信號編號牌的固定信號、進路顯示、邊界顯示、支路限制顯示、車廠和運行軌道停車顯示、卸洪閘顯示、限速顯示、列車移近顯示、反方向標(biāo)識、信號設(shè)備盒等； 隧道：卸洪閘、隧道纜線、避讓洞； 站臺：車站建筑及附屬設(shè)備； 沿線景物：外部風(fēng)景、橋梁、立交橋、建筑物、行人及車輛等； 其它列車：救援列車、待救援列車、其它故障/非故障列車。 視景系統(tǒng)能夠模擬軌道車各種運行速度。所有的顯示內(nèi)容與模擬運行的位置、速度同步，并且以原尺寸顯示。10、通訊模擬 本系統(tǒng)具有與真實軌作業(yè)車機室中的無線通訊設(shè)備外觀相同的通訊設(shè)備。司機通訊設(shè)備與教員臺的通訊設(shè)備相聯(lián)。通過教員的參與，可模擬與真實系統(tǒng)相同的功能。教員可在教員系統(tǒng)軟件中對通訊方式、功能進行切換。所有的通訊采用有線通訊的方式實現(xiàn)。11、教員控制臺 教員控制臺配備教員計算機、CCTV監(jiān)控設(shè)備、多個LCD顯示器〔用于顯示視景、運行仿真、故障處理等畫面〕、通訊模擬設(shè)備、打印設(shè)備等。4.3工程系統(tǒng)效果圖五、系統(tǒng)模塊構(gòu)成5.1投影觀摩系統(tǒng)采用高流明投影儀、可升降電動投影幕，用大屏幕方式、實時并實時響應(yīng)駕駛臺的操作。具備觀摩功能，可實現(xiàn)教員教學(xué)輔導(dǎo)、操作演示及學(xué)員的觀摩學(xué)習(xí)。觀摩系統(tǒng)與交互式學(xué)員演練系統(tǒng)切換進行觀摩學(xué)習(xí)。能夠進行根底知識的集中講授、學(xué)員自主學(xué)習(xí)輔導(dǎo)。5.2模擬駕駛實訓(xùn)演練系統(tǒng)通過對柴油機、空氣制動閥、換擋手柄、手制動的操縱完成下述演練功能：非正常情況下行車演練應(yīng)急故障處理演練制動機的性能試驗5.3施工作業(yè)實訓(xùn)演練系統(tǒng)采用作業(yè)操縱臺、前向線路視景相結(jié)合的方式，進行施工作業(yè)實訓(xùn)演練。操縱臺上布置的按鈕、開關(guān)、指示燈、操作手柄、壓力儀表等與實際的大小、外觀、布局相一致。5.4網(wǎng)絡(luò)化復(fù)合型交互演練系統(tǒng)主屏顯示虛擬列車操作的實時畫面，另一個屏顯示電路根據(jù)操作而產(chǎn)生的實時動態(tài)變化情況，方便學(xué)員更直觀的理解。三維視景實時顯示電氣原理圖實時顯示5.5教員監(jiān)控與管理系統(tǒng)編制考核任務(wù)通知學(xué)員考試成績評判、成績管理實時監(jiān)控實時設(shè)置任務(wù)設(shè)置用戶管理系統(tǒng)主要功能：5.6運行環(huán)境仿真〔CGI視景〕5.7實訓(xùn)環(huán)境實現(xiàn)全三維化模擬系統(tǒng)列車控制仿真與真實情況一致

在駕駛的過程中，司機可以通過鼠標(biāo)的左右、上下移動自然的做出環(huán)顧四周、抬頭低頭等的動作；列車停車的情況下，司機可以在列車內(nèi)漫游、操作設(shè)備；在允許的情況下，可以進入到CGI視景，進行非正常情況處理等操作。六、實現(xiàn)培訓(xùn)功能1、以全三維的演練環(huán)境為根底，在操作層上接近學(xué)員的作業(yè)環(huán)境。2、實現(xiàn)學(xué)習(xí)、演練、考核環(huán)境的統(tǒng)一。3、在教員端設(shè)置，即可進行教學(xué)及考核組織，學(xué)員按照系統(tǒng)提示逐步完成。4、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、自測、考核等過程和結(jié)果都被系統(tǒng)記錄，并上傳到效勞器保存。6.1制動機的性能試驗仿真演練按照標(biāo)準(zhǔn)步驟進行操作，可使學(xué)員深刻理解制動機原理并快速掌握試驗步驟及操作方法。行車氣象條件的隨時任意設(shè)置軟件包〔大霧、大雪、大雨、陰天、晴天等〕。支持乘務(wù)員運行途中的車機聯(lián)控、無線電調(diào)語音通、錄話功能。前方線路上行車信號、道岔的不同情況設(shè)置模塊。6.2非正常情況下行車培養(yǎng)學(xué)員在遇到作業(yè)車電氣故障、氣路及液壓回路故障等問題時的解決排除故障的能力。內(nèi)置的作業(yè)車數(shù)字電路、數(shù)字氣路采用完全仿真的解決方案，允許教師端用鼠標(biāo)點擊設(shè)置任意電氣及氣路真實故障。6.3應(yīng)急故障處理6.4情景化實訓(xùn)模式七、建設(shè)周期1