高速接触网作业车仿真驾驶系统研发

高速接触网作业车仿真驾驶系统研发二零一二年三月一、工程概况本工程研发是基于京沪、京津等高铁线路中具有自动调平功能的作业车为原型，采用计算机仿真模拟软件与实际车辆操作台相结合的仿真驾驶系统，由高铁作业车操作台、仿真软件子系统、全三维的数字立体线路场景、学教培训子系统及其它硬件设备等组成。该系统能够实现车辆性能试验、一次标准化作业和非正常情况的处理方法三大局部，能够全面、真实地模拟作业车在各种运行环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性以及其它特性，并能够从视觉、听觉、触觉等方面逼真地再现作业车操作界面、操作显示、控制以及线路场景。以课程为根底进行培训与考核，能够更加经济、高效地培养司机。二、工程建设必要性分析高铁接触网作业车是高铁接触网施工、维修、抢修的专用车辆，车辆的平稳、快速、平安运行是供电系统设备检修的前提。高铁线路往往存在外轨严重超高、区间距离大、检修标准高等特点，司机的驾驶熟练与否往往决定检修和抢修时间，然而高铁作业车司机的培训除了实际上车培训之外没有适用的培训设备和手段，司乘人员难以获得足够的时间来了解和掌握新型列车的特点，实际操纵训练过程只能结合车辆实际作业过程或段内试车线行驶来进行。这种传统实作培训方式存在着培训效率低、范围窄、容易出事故等不平安隐患。要培训一名合格的作业车司机周期往往需要五年甚至更久。1、操纵难度大，对司机素质要求高2、传统培训模式效率低下 传统培训模式下，乘务员学习完根底知识走出校门后，在现场一般都是采取师傅带徒弟的1对1培训方式。这种培训方式中，师傅劳动强度大，既要完成既定的运输任务，还要悉心指导学员成长。在新装备大量上马的新形势下，面对同样的新鲜事物，面对轨道车，老师傅也变成了小徒弟。学员作为副司机，往往还需要几年时间熟悉线路与平稳操纵根本技能，才有可能获得驾驶资格。因此传统培训模式效率低下，人才培养周期过长，导致培训本钱高，人才缺口大。3、传统培训模式局限性大传统采用真实设备培训的方式容易造成设备损耗，影响经济效益，而且也无法全面培养司乘人员小概率突发事件应急处理能力，导致老资格司机的复训工作也几乎是一片空白。另外，大局部司机对平稳操纵尚停留在感性认识阶段，完全凭经验凭感觉，缺乏科学数据比照以加深理性认识。三、工程建设条件1、该网络化数字仿真系统的主要功能模块简述：

该系统按功能模块划分主要有如下功能： A、模拟驾驶仿真功能模块，可分别采用实物硬件操纵和微机鼠标操纵机车实现模拟驾驶〔训练局部〕。 B、机车的多媒体教学系统〔教学局部〕； C、机车的各种应急故障设置与模拟处理〔训练局部〕； D、机车的各种非正常行车作业和模拟处理〔训练局部〕； E、机车乘务员各项操纵及试验技能考核〔技能考核局部〕；2该网络化数字仿真系统组成结构简述：A、实物硬件模拟机车操纵台一台〔含指令及数据采集系统工控微机及通讯软件系统以及连接控制台的客户端微机一台〕该司机控制台可与网络中任一微机通过网络接口LAN联接。方便实现学员以真实机车操纵手感来驾驶机车，实现牵引与制动等。B、大型网络仿真系统主控软件一套，该软件系统主主要包括：a、网络效劳器主机管理软件子系统；b、客户端仿真软件子系统；c、教师设置机软件子系统模块；d、连接操纵台通讯软件子系统四大模块。C、教师设置机笔记本电脑一台〔含教师设置各种机车状态及线路不同故障情况及非正常行车状况以及管理、监测学员机训练状况及编制、发送考核任务到学员机等的软件系统〕。D、系统内置10KM的三维数字化机务地理场景〔机车交路〕。3.2采用的标准与适用标准3.3本工程的创新内容

1、分布式网络一个基于以太网的分布式实时仿真系统，系统中的各计算机分别完成数据采样与输出控制、作业车车运行仿真、视景仿真、声音仿真、故障模拟、数字录像、教员管理与监控、学员主动观摩等功能。计算机间通过TCP/IP协议交换数据，完成控制命令及各类参数的实时传递。3、数据处理功能 模拟操纵结束后，教员可通过数据处理软件将模拟操纵过程中所记录的数据调出，软件能对操纵过程进行分析评分。列车操纵运行曲线及成绩评定内容可在屏幕上显示和打印输出。4、列车运行仿真 轨道车驾驶仿真器的仿真内容分为两局部：列车性能仿真与环境仿真。列车性能仿真〔或称列车运行仿真〕是指对列车牵引计算、动力学特性、控制逻辑等列车内在特性进行仿真。列车运行环境的仿真是指对从视觉、听觉、触觉等方面对列车驾驶环境进行仿真。系统即能够真实地模拟轨道车在各种运行环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性、控制逻辑特性，又能够从视觉、听觉、操纵真实感等方面逼真地再现列车在不同情况下〔包括正常与非正常状态〕的运行环境。 5、功能完善的子系统作业车驾驶仿真器能够全面模拟作业车上的各个子系统，这些子系统主要包括： 牵引与制动设备 列车运行状态监控设备； 车载信号设备 牵引与制动设备子系统全面模拟内燃机控制电路、制动控制系统、空气制动系统等相关系统和设备的控制逻辑与功能。驾驶仿真器在仿真运行时，全面正确地模拟其的特性、制动控制和制动反响时间。 。 6、各种突发事故和事件的模拟在作业车驾驶仿真系统中，提供离线的故障/突发事件管理功能。故障/突发事件信息的内容包括：故障/突发事件名称、编号；故障/突发事件类型；故障/突发事件发生条件或起动标准；故障/突发事件引起的现象；故障/突发事件的处理时限等。 故障和突发事件分为如下几类：列车内部故障或突发事件,如：列车控制系统故障、列车牵引系统故障、列车制动系统故障等；运行环境故障，如：供电系统故障、线路异常等；操作失误引起的异常，如：冒进、溜逸、列车冲突等；突发事件；7、数据采集及输出 数据采集及输出系统采用工业级控制计算机作为主机，配备高速的数据采集与输出控制系统，负责对司机操纵台、电器设备柜上的司机控制器、各类按钮、各类开关的动作进行实时采集，对速度表、气压表、并对各类指示灯、空气开关进行实时的输出控制。数据采集及输出主机还负责实现MMI等各种监控屏的模拟。8、视景系统 本系统采用的视景系统中可全面地模拟作业车所能够到达的区域范围相关的场景。视景系统中包含轨道车双向运行于上述区域时司机视域范围的所有静态以及动态景物。这些景物主要包括： 轨道：铁轨、交叉口、道岔、路基、道床； 架空线路：支柱、根底、坠砣、腕臂、拉杆、绝缘子、定位器、定位杆、支撑杆、接触网导线、承力索、吊弦； 线路旁设备：有信号编号牌的固定信号、进路显示、边界显示、支路限制显示、车厂和运行轨道停车显示、卸洪闸显示、限速显示、列车移近显示、反方向标识、信号设备盒等； 隧道：卸洪闸、隧道缆线、避让洞； 站台：车站建筑及附属设备； 沿线景物：外部风景、桥梁、立交桥、建筑物、行人及车辆等； 其它列车：救援列车、待救援列车、其它故障/非故障列车。 视景系统能够模拟轨道车各种运行速度。所有的显示内容与模拟运行的位置、速度同步，并且以原尺寸显示。10、通讯模拟 本系统具有与真实轨作业车机室中的无线通讯设备外观相同的通讯设备。司机通讯设备与教员台的通讯设备相联。通过教员的参与，可模拟与真实系统相同的功能。教员可在教员系统软件中对通讯方式、功能进行切换。所有的通讯采用有线通讯的方式实现。11、教员控制台 教员控制台配备教员计算机、CCTV监控设备、多个LCD显示器〔用于显示视景、运行仿真、故障处理等画面〕、通讯模拟设备、打印设备等。4.3工程系统效果图五、系统模块构成5.1投影观摩系统采用高流明投影仪、可升降电动投影幕，用大屏幕方式、实时并实时响应驾驶台的操作。具备观摩功能，可实现教员教学辅导、操作演示及学员的观摩学习。观摩系统与交互式学员演练系统切换进行观摩学习。能够进行根底知识的集中讲授、学员自主学习辅导。5.2模拟驾驶实训演练系统通过对柴油机、空气制动阀、换挡手柄、手制动的操纵完成下述演练功能：非正常情况下行车演练应急故障处理演练制动机的性能试验5.3施工作业实训演练系统采用作业操纵台、前向线路视景相结合的方式，进行施工作业实训演练。操纵台上布置的按钮、开关、指示灯、操作手柄、压力仪表等与实际的大小、外观、布局相一致。5.4网络化复合型交互演练系统主屏显示虚拟列车操作的实时画面，另一个屏显示电路根据操作而产生的实时动态变化情况，方便学员更直观的理解。三维视景实时显示电气原理图实时显示5.5教员监控与管理系统编制考核任务通知学员考试成绩评判、成绩管理实时监控实时设置任务设置用户管理系统主要功能：5.6运行环境仿真〔CGI视景〕5.7实训环境实现全三维化模拟系统列车控制仿真与真实情况一致

在驾驶的过程中，司机可以通过鼠标的左右、上下移动自然的做出环顾四周、抬头低头等的动作；列车停车的情况下，司机可以在列车内漫游、操作设备；在允许的情况下，可以进入到CGI视景，进行非正常情况处理等操作。六、实现培训功能1、以全三维的演练环境为根底，在操作层上接近学员的作业环境。2、实现学习、演练、考核环境的统一。3、在教员端设置，即可进行教学及考核组织，学员按照系统提示逐步完成。4、学习、训练、自测、考核等过程和结果都被系统记录，并上传到效劳器保存。6.1制动机的性能试验仿真演练按照标准步骤进行操作，可使学员深刻理解制动机原理并快速掌握试验步骤及操作方法。行车气象条件的随时任意设置软件包〔大雾、大雪、大雨、阴天、晴天等〕。支持乘务员运行途中的车机联控、无线电调语音通、录话功能。前方线路上行车信号、道岔的不同情况设置模块。6.2非正常情况下行车培养学员在遇到作业车电气故障、气路及液压回路故障等问题时的解决排除故障的能力。内置的作业车数字电路、数字气路采用完全仿真的解决方案，允许教师端用鼠标点击设置任意电气及气路真实故障。6.3应急故障处理6.4情景化实训模式七、建设周期1