三维视景仿真技术在CTCS3级仿真系统中的应用
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摘要
为适应我国铁路高速、安全的需求,中国铁路迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。铁路部门提出了发展适于我国国情的CTCS(中国列车运行控制系统)的策略。由于CTCS的研究需要大量的试验工作,不仅耗费大量的人力、物力和时间,同时也会对既有线上其他列车的运行造成影响,因此迫切需要对CTCS开发仿真测试平台,这将有助于对其相关问题进行研究。
运用计算机仿真技术对CTCS建立系统模型进行研究,是一种非常有效的研究方法。它能对不同的控制算法进行分析比较,从而对系统性能得出正确的评价。使用三维视景仿真技术模拟司机角度的视景情况,能大大增强仿真系统的真实感和可信度,因此三维视景仿真系统是整个仿真平台不可缺少的模块。
论文紧密结合实验室的CTCS3级仿真测试平台的建设,开发了三维视景仿真系统,工作主要涵盖以下几个方面:
(1)三维地形以及线路、车站等模型的构建;
(2)三维实时视景仿真软件模块开发;
(3)与CTCS3级仿真平台的通信软件模块设计;
(4)三维视景实时显示优化技术的研究;
在这当中,三维地形的构建以及实时显示优化技术是论文的重点和难点。要在有限的计算机硬件条件下,从软件设计上采用优化技术,如何在程序的实时性与视觉的真实性之间寻求平衡,提高逼真度。
仿真过程证明:将三维视景技术应用于地铁列车运行控制系统仿真平台的建设上,仿真者可以获得与司机驾驶室相似的直观感受,且各部分模型由于基于三维建模技术架构,可根据需要灵活修改。由于采用分布式软件设计架构,此软件模块具有相对独立、易于维护、可扩展等特点。
In order to meet the requirement of being safer and faster, Chinese Railways urgently need to equip train control system which is advanced performance, safety and reliability. Ministry of Railway proposed a strategy of developing CTCS(Chinese Railway Control System). There are many experiments in the research of CTCS and they will influence other trains to operate on the existing lines. Many people should take part in them,also more money and time are consumed. Therefore it is urgent to develop simulation and test platform which will help to do research for related problems.
Building simulation platform to research CTCS is a very efficient method. We can compare diffident control arithmetic on this platform, and get creditable estimate about the system. Using 3D scene technology to simulate scene from driver can greatly strengthen the true feeling and confidence level of simulation system. Thus the 3D scene simulation system is an indispensable part in CTCS simulation and test platform.
The paper finished 3D scene simulation development of CTCS level 3 simulation and test platform. There are four research aspects in the paper:
(1)Terrain , railway and station 3D models building
(2)3D scene real-time simulation software developing
(3)Communication model between 3D model and other part of CTCS3 simulation and test platform design
(4)3D scene real-time display technologies research
In these four aspects, 3D model building of terrain and 3D scene real-time display technologies are the key and difficult question to be solved of the paper; it must conform to the real scene. In the condition of limited computer hardware, we must reach the balance between program real time and models true feeling by software technologies .
Analysis the simulation result, we can get the conclusion: the researches can get close feelings of train driver when they face 3D real-time model simulation the paper designed and they can also amend the model conveniently by their needs. Beside that, through the simulator platform using distribute software structure, this software model have independence, easy maintenance and easy expand characters.
运用计算机仿真技术对CTCS建立系统模型进行研究,是一种非常有效的研究方法。它能对不同的控制算法进行分析比较,从而对系统性能得出正确的评价。使用三维视景仿真技术模拟司机角度的视景情况,能大大增强仿真系统的真实感和可信度,因此三维视景仿真系统是整个仿真平台不可缺少的模块。
论文紧密结合实验室的CTCS3级仿真测试平台的建设,开发了三维视景仿真系统,工作主要涵盖以下几个方面:
(1)三维地形以及线路、车站等模型的构建;
(2)三维实时视景仿真软件模块开发;
(3)与CTCS3级仿真平台的通信软件模块设计;
(4)三维视景实时显示优化技术的研究;
在这当中,三维地形的构建以及实时显示优化技术是论文的重点和难点。要在有限的计算机硬件条件下,从软件设计上采用优化技术,如何在程序的实时性与视觉的真实性之间寻求平衡,提高逼真度。
仿真过程证明:将三维视景技术应用于地铁列车运行控制系统仿真平台的建设上,仿真者可以获得与司机驾驶室相似的直观感受,且各部分模型由于基于三维建模技术架构,可根据需要灵活修改。由于采用分布式软件设计架构,此软件模块具有相对独立、易于维护、可扩展等特点。
In order to meet the requirement of being safer and faster, Chinese Railways urgently need to equip train control system which is advanced performance, safety and reliability. Ministry of Railway proposed a strategy of developing CTCS(Chinese Railway Control System). There are many experiments in the research of CTCS and they will influence other trains to operate on the existing lines. Many people should take part in them,also more money and time are consumed. Therefore it is urgent to develop simulation and test platform which will help to do research for related problems.
Building simulation platform to research CTCS is a very efficient method. We can compare diffident control arithmetic on this platform, and get creditable estimate about the system. Using 3D scene technology to simulate scene from driver can greatly strengthen the true feeling and confidence level of simulation system. Thus the 3D scene simulation system is an indispensable part in CTCS simulation and test platform.
The paper finished 3D scene simulation development of CTCS level 3 simulation and test platform. There are four research aspects in the paper:
(1)Terrain , railway and station 3D models building
(2)3D scene real-time simulation software developing
(3)Communication model between 3D model and other part of CTCS3 simulation and test platform design
(4)3D scene real-time display technologies research
In these four aspects, 3D model building of terrain and 3D scene real-time display technologies are the key and difficult question to be solved of the paper; it must conform to the real scene. In the condition of limited computer hardware, we must reach the balance between program real time and models true feeling by software technologies .
Analysis the simulation result, we can get the conclusion: the researches can get close feelings of train driver when they face 3D real-time model simulation the paper designed and they can also amend the model conveniently by their needs. Beside that, through the simulator platform using distribute software structure, this software model have independence, easy maintenance and easy expand characters.
引文
[1]吕庆中.用 UML 设计开发、分布式、实时应用.北京:北京航空航天大学出版社,2004,6
[2]中国列车运行控制系统 CTCS 技术规范总则.2003,10.
[3]闫占霞.铁路区间自动闭塞系统测试评估平台的信号设备运行仿真及测试案例自动生成的研究.上海:同济大学.2005, 1.
[4]白小亮.重复使用运载视景仿真系统.西北工业大学.2005, 3.
[5]张刚,王东丽.三维视景建模软件在仿真中的应用.2003 全国仿真技术学术会议论文集.
[6]杜霄. 三维视景仿真技术在地铁列车运行控制系统仿真中的应用.北京:北京交通大学.2006,3.
[7]MultiGen Creator User’s Guide Version 2.5 For Window NT and Window, 2001.
[8] MultiGen Vega Lynx User’s Guide Version 3.7 for Windows 2000.
[9]王冬海.三维视景仿真技术在地铁列车运行控制系统仿真中的应用.北京:北京交通大学.2005,3.
[10]陈谊.分布式虚拟环境关键技术及其在复杂系统仿真中的应用研究.北京:北京理工大学.2002,6.
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[13]陈建,陈伟.Visual C++网络高级编程.北京:人民邮电出版社,2001,8.
[14]谢希仁.计算机网络.北京:电子工业出版社.1999, 4.
[15]杜红星,周安荔.三维可视化铁路选线辅助设计系统研究.北京:铁道工程学报,2004,1.
[16]贾凉.基于 CreatorVega 城市环境仿真系统研究. 2005,5.
[17]余进. 无人作战飞机任务控制站仿真研究.西北工业大学.2003,3.
[18]魏刚,宋裕农.基于 MultiGen 构件舰船三维模型的探讨.青岛大学学报.2002, 17(4).
[19]http://www.86vr.com.
[20]王乘,周均清,李利军.Creator 可视化仿真建模技术.华中科技大学出版社,2005,3.
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[22]杨崇源,张继贤,林宗监.虚拟地形场景绘制中的实时 LOD 算法.北京:测绘学报,2001,30(2).
[23]张立强,杨崇峻,刘冬林.三维地形数据的简化和空间分析的研究.北京:系统仿真学报,2004,16(3).
[24]谭兵,徐青,周杨.大区域地形可视化技术的研究.北京:中国图像图形学报,2003,8(5).
[25]张立强,童小华,杨崇峻,刘冬林.三维地形的动态生成及空间分析.上海:同济大学学报,2003,31(6).
[26]吴永兴,李霖,胡静妍,姜文亮.基于纹理映射技术的地形可视化.北京:北京测绘,2005,3.
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