2016/1/28 16:20:38 城轨车辆检修虚拟仿真实训系统的研究与应用案例

本文主要以益教教育汽车虚拟仿真系统中的城轨车辆检修具体介绍益教教育汽车虚拟仿真在改领域的显著成就,且本文具体从研究的方向和应用案例分析城轨车辆检修虚拟仿真实训系统。

城轨车辆检修虚拟仿真实训系统研究的背景:

城市轨道交通是缓解交通压力的有效交通设施,是一个新兴行业,具有起步时间短、专业性强、技术复杂等特点。与传统铁路交通相比,自动化网络化程度更高、技术更复杂,对安全运营提出的要求更高。但目前城市轨道交通车辆检修实训中面临着如下的问题:

(1)、城轨车辆价格贵,不适合大规模的购买用来实训。

(2)、城轨车辆体积大,技术复杂,不适合学习者多人同时多任务的实训。

虚拟仿真实训系统在解决以上两个短板方面有着无可替代的优势。

2、城轨车辆检修虚拟仿真实训系统功能特点

城轨车辆检修虚拟仿真实训系统以目前国内的主流城轨车辆为原型,运用基于OSG的三维虚拟现实技术,结合城市轨道交通教学特点,将日检、月检、定修等检修过程在三维场景中实现,控制中心还可以设置动态故障,以方便故障情况下的检修实训。系统功能特点如下:

(1)具备教学、网络考核二种使用模式。

(2)所有整车和子系统,均以三维形式,按照1:1比例,建立模型,在模型基础上实现各个部分“从整体到局部”的虚拟检修。

(3)能实现应急救援演练功能。

   3、城轨车辆虚拟仿真系统设计

整个虚拟仿真系统的设计包括三个关键的内容:仿真模型建立、虚拟引擎驱动、数据交换。三维模型以OU的格式保存;虚拟引擎我们采用OpensceneGraph(简称osG),OSG是一套基于C++平台的应用程序接口(API),它能够让开发人员快速、便捷地创建高性能、跨平台的交互式图形程序,编译工具上我们选择了vc++2008。数据交换:我们采用了soCI<ET与关系数据库结合的模式,建立起了一套双向通信模式,即当即时通信无法使用时,数据库也能实现数据的交换,保证了系统数据交换的流畅性。

整个虚拟仿真系统的实现过程为:

(1)先通过三维建模工具建立与实物等比例、材质、颜色的三维模型。我们在建立模型过程中对模型的面数约减和优化问题,主要是通过贴图来较少面的使用。

(2)通过模型转换工具,把模型转换为虚拟引擎能够使用的格式。

(3)在虚拟检修系统中,虚拟引擎提取三维模型数据,并通过虚拟引擎驱动。实现三维环境下的虚拟漫游、检修互动操作。

(4)当控制中心设置故障时,数据交换系统把数据传递给虚拟引擎,虚拟引擎通过对数据进行分析,给出当前现实的虚拟对象,提交给图形用户接口。从而实现故障的模拟。

  动态故障配置技术的应用

以往的系统,检修的实训模式都是视频,或者一些互动的操作,一直没有一个系统能够实现动态随机故障的模拟。在本系统开发过程中,本文创新性的提出了动态故障设置的方法。即检修过程中的所有故障可以通过控制中心系统进行动态的模拟和设置。

本系统利用OSG的节点管理特性,实现动态故障的设定和配置。我们在利用OSG系统的节点管理特性,在系统中与三维模型同步建立一个故障树图,

5、系统实现及应用案例

根据上述介绍的系统设计方案我们建立了一套城轨车辆检修虚拟仿真实训系统,系统界面如下图(1)所示,检修界面分为三个部分:左上方操作控制按钮用来显示和控制系统操作;中间部分为虚拟场景显示部分,显示虚拟车辆、虚拟设备及虚拟检修场景,用于用户的漫游和操作。

  汽车检修虚拟仿真实训系统

操作过程中伴有配音,可以模拟各种环境及车辆运行声音;每个故障检修的操作和互动在具体的场景和对应故障点上实现,如图(2)所示是司机室部分的检修实训.


汽车虚拟仿真司机驾驶模拟

城市轨道交通发展需要大量的城轨车辆检修人员。通过本系统在教学中的使用,我们发现,通过本系统可以使得学生培训时间缩短一倍,培训效率提高一倍,掌握故障处理的能力大幅度提高,对整个职业教育的发展具有重要意义。同时本系统设计思路合理,实现了以往系统中均没有的动态故障设置技术,在船舶、军事等其他大型装备仿真领域,具有借鉴意义。


 
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