论文轨道交通综合仿真平台建设规划，本文是交通综合类有关自考毕业论文范文跟轨道交通和平台建设和规划方面论文范文例文.
一、前言在全球工业4.0 的逐渐普及以及中国工业5.0 发展的同时,我国轨道交通进入快速发展阶段.在此阶段,列车控制、调度指挥等多种轨道交运营模式也在发生翻天覆地变化,国内轨道交通运营里程大幅增加, 运营速度飞速提高, 对轨道交运营质量、效率和设备运行的安全性及可靠性的要求不断提升.而不论工业4.0 或工业5.0,都提到一个核心概念即将实体信息化与数据化,实现虚实交互的工业控制.
本文提出建立一套辅助轨道交通运营设计、建设、调度、维护、培训的综合仿真平台,该平台具备将轨道交通车站、线路、设备等要素以高拟真3D 显示化反馈至使用者的图形功能,并且实现各类设备在虚拟空间内的数据化、信息化,能够真实反映现实与虚拟空间内的交互.综合仿真平台将尽可能模拟现实世界中轨道交通的运行情况,包括轨道交通各类弱电、强电、机电设备的运行状况、各类信息数据甚至包括各系统数据流的模拟,除设备系统外还将模拟乘客、运营人员的AI 行为以供灾害状况演练以及各类仿真测试、模拟列车的运营状况.
二、意义轨道交通工程目前对三维模型、VR、AR 和MR 技术的工程设计开发、实施、运营维护等阶段的还处于摸索阶段,尚无实现使用户能够在仿真环境“全身心”投入的工程实际应用.对于系统仿真也仅是针对单一环境例如行车、火灾、节能等进行计算模拟,不具备3D 图形化的可视化能力,无法给用户更多的直观感受.
综合仿真平台将提供给运营人员更直观、准确的3D 化图形显示界面,使运营人员能够快速准确的掌握现场情况与设备状况,更能进行对例如火灾、地震灾害情况下人员疏散、设备救灾方案的演练,使轨道交通运营更加安全、可靠.国内目前各调度系统尚无3D 化的显示功能,仅部分列车模拟驾驶系统具备3D 化的操控功能,综合仿真平台如能够在维护与培训得到投入使用,甚至在后期辅助调度运营,将属国内甚至国际轨道交通领域首创对轨道交通运营环境的调度与模拟,深度契合了中国工业5.0 的发展计划.
三、规划目标3.1 实现轨道交通各建筑单体的漫游、总览显示综合仿真平台通过对车站、车辆段、控制中心的3D 化建模,将轨道交通线路建设在虚拟世界中.虚拟世界不仅能够提供操作员以第一人称在各建筑物进行漫游,亦能提供操作员对轨道交通全线路设备状况、人流状况、行车状况进行总览.由于对各类设备与管道均进行数字化建模,在操作员与虚拟世界交互时,可通过筛选或亮选的方式重点显示操作员想要查阅的内容.
3.2 各类设备实现3D 化与数字化综合仿真平台对各类设备进行3D 化与数字化建模,使调度员能够更直观的了解设备运转后的运行效果、使维修人员能够更直观的发现设备故障点、使培训人员能够更直观的学习设备的操作维修操作.
设备数字化不光仅仅包括以往的设备编号、设备运行状态等信息,而是能够结合各类传感器与仪表多维度记录设备的当前状态.各类设备在虚拟世界中不仅仅只是3D 化显示模型,而是作为现实世界设备的对照映射,对设备操作的数据流进行仿真.例如在培训时对仿真平台界面内风机的开启,在虚拟世界中不是直接对风机进行开启命令,而是通过虚拟世界中PLC 控制器将控制命令下发到风机,此举虽然看似多此一举,但却能真正模拟在某处发生故障或断点时,自动判断数据流方向与故障点位置,对现实世界可能遭遇的问题提前预警.
3.3 功能模块化,通过挂载不同功能模块组成调度、维护、培训平台综合仿真平台核心是对现实世界进行虚拟化仿真与显示,故综合仿真平台计划将调度、维护、培训功能与界面以组件形式挂接于综合仿真平台,通过不同模块的替换为不同用户岗位提供各自需求的功能,甚至可考虑设计、建设、核算模块辅助轨道交通工程人员的项目建设工作.每个功能模块的核心在于模块界面、功能模板与仿真平台虚拟世界的交互方式.
3.4 对设备系统设计方案进行模拟推演,对设备系统可靠性进行薄弱点分析完整的轨道交通信息传递网络犹如一张错综复杂的蜘蛛网,而系统方案的可靠性分析不再仅仅依托于找出某一系统内的薄弱点,而是多专业间统筹分析才能得出,例如无线传输系统就需要综合考虑时钟系统对其时钟信号进行同步的可靠性,一级负荷的设备用电需要综合考虑其空调用电是否与其匹配.诸如此类的事情在以往的设计经验中,很难得到发现,而通过综合仿真平台的模拟推演,可在虚拟世界中完整表示数据流的流向,辅助设计人员发现各系统间的薄弱点,提高各设备系统在现实世界中运行的可靠性.
3.5 实现大数据可视化推演轨道交通大数据的运用决策支撑主要体现在可视化规律挖掘、预测、预警与控制等方面.主要的决策需求包括：线网规划中线路的规划、列车运行图编制、日常客流组织中客流预警、列车运行调整,限流方案等等.而轨道交通大数据的有效信息如何得到挖掘、规律如何得到发现、预测如何得到验证均是大数据目前面临的最大难点.通过对仿真平台内虚拟世界的虚拟演示与数据推演,使决策者在凭借简单的数据图表分析手段外得到更加直观的可视化显示途径,并且使分析与推论数据能够在虚拟世界中得到初步验证.例如在网上盛传新加坡地铁在大数据分析中,在多种尝试分析后叠加行车与车辆无线信号的时间数据,发现某辆列车由于其无线设备的老旧会引起对向驾驶列车的无线信号引发衰减及故障,由于故障引发源与故障发生源不在一处,且故障发生位置频频切换,使得当时分析一度陷入困境,而通过综合仿真平台的虚拟演示,可引入大数据对当时故障发生的时刻进行仿真回放,通过多次的数据回放即可使决策者简单发现其故障原因.
3.6 虚拟空间灾害仿真演练综合仿真平台对虚拟世界的人物行为与物理特性进行仿真,例如模拟不同年龄的乘客对灾害发生下的逃难行为、模拟火灾对周边事物的燃烧特性等等.通过对虚拟世界的仿真模拟与3D 化显示,甚至后期可采用VR 显示技术,使培训人员能够沉浸在灾害状况的环境中,从应急处理手段与心理素质都能得到显著提升.综合仿真平台另一特点能够实现多人协同在同一虚拟空间内的灾害演练,犹如现如今网游一般,不同岗位值班员与救灾员在一处虚拟空间、服务器中同时存在,各自的操作能够互相交互,使联合调度操作演练得以实现.
3.7 完善的设备信息数据库平台随着平台的建设,可通过实际工程逐步积累各类设备的数据参数,建立丰富的设备信息数据库,通过各种查询手段协助设计人员进行工程设计.3.8 为固定或移动终端发布不同重量级的平台架构综合仿真平台通过虚拟化引擎不用对编译器进行更改即可发布针对Windows、UNIX、LINUX、IPAD、Android、HTML5 等平台的操作软件.并且根据运行终端类型的不同,亦可实现对移动平台进行轻量型发布,针对移动终端的负荷能力进行优化.
3.9 降低人机交互界面与后台实时数据耦合性综合仿真平台通过标准协议接口能够大幅度降低各调度系统操作界面与后台实时平台的耦合性, 例如以下两种情况:1）对于某些延伸线路, 为了保证操作员界面的无缝衔接,只能对既有系统进行扩容才能实现在原有操作界面实现延伸线路的数据显示与监控,传统后台实时与前端软件耦合性过为紧密,这亦是C/S 架构的弊端之一,综合仿真平台期望将调度员人机交互部分功能通过标准接口与服务器端实现通讯,在这种情况下例如后期线路的产品选用产品,都能实现与前端的通讯,提高了工程的可实施性.2）对于目前各地广泛开展的云平台架构,本平台即可满足在IAAS 架构下,各系统后台实时数据平台部署在云系统的各个虚拟化镜像中,前端需要统一显示界面的需求,亦可满足SAAS 的架构模式,在前端根据用户需求灵活部署标准功能界面.
3.10 轨道交通标准功能界面通过对仿真平台的界面的功能与人机交互方式可以建立适应于轨道交通调度、维修功能的标准人机交互界面与功能体系,摆脱以往各厂家实现能力对设计新思维、新功能的束缚,进而霸占并垄断国内轨道交通标准功能制定体系.
四、展望目前大数据、数据可视化、云计算与云平台在中国甚至世界工业发展都是热门技术点,综合仿真平台跟随世界工业4.0 与中国工业5.0 的发展步伐,随未直接对这些热门技术点进行研究,但却与这些热门技术点相互辉映并行发展,犹如积木间的协作与承接,共同搭建未来高科技全自动化的轨道交通运行体系.
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参考文献：
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