粒子系统论文：列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟
【中文摘要】随着我国轨道交通的高速发展,对列车驾驶人员安全行车提出了更高要求。而雨雪天气直接影响列车驾驶安全,培训列车驾驶人员雨雪天气下的安全行车凸显重要。雨雪天气下,车窗玻璃上的雨滴或雪花影响列车驾驶人员的视觉。在列车模拟驾驶器视景中加入模拟雨雪天气下车窗的效果,可提高列车驾驶仿真环境的逼真度。本论文选择粒子系统为数学模型,模拟列车视景仿真中的雨雪现象。选用三维建模软件MultiGen Creator建立雨刮器模型。选用C++、实时三维渲染软件开发包OpenGL Performer、三维图形接口OpenGL 和着色语言GLSL模拟车窗雨滴和雪花,以及雨刮器功能。本论文首先介绍粒子系统的基本模型,并结合列车运行的特点,给出列车视景仿
真场景粒子和车窗粒子的模拟方法。论文将车窗粒子分为静态粒子和动态粒子,静态粒子用来实现雨雪附着在车窗的效果；动态粒子用来实现雨滴在车窗滑落动的动态效果。再次,本论文中将车窗平面分成网格,以格子为基本单元给出了雨滴滑动的模拟方法；运用OpenGL平台实现了雨滴在车窗上滑动后留下的轨迹。并在OpenGL Performer 平台上实现了雨刮器在车窗上摆动的效果,结合车窗粒子系统实现了雨刮器的功能。最后,在现有列车视景仿真的基础上,本论文采用GPU 可编程技术,通过改变GPU固定流水结构的程序,以OpenGL建模的方法实现车窗雨滴物理效果的模拟。本论文最终实现了列车车窗粒子效果的仿真,提高了雨雪天气下视景仿真的真实感,满足视景仿真实时
性的要求,达到了列车驾驶仿真器视景仿真的需求。
【英文摘要】With the rapid development of rail transportation, the train divers on the training of safety regulations put forward higher requirements. Moreover, the rain and snow directly affect the safety of train drivers, train driver training under the rain and snow highlights the magnitude of safe driving. Under rain or snow weather, raindrop or snow on the train window impact the train driver’s vision. The rain and snow simulation is added to train driving simulator visual can raise train driving environment simulation fidelity.In this thesis, the mathematical model selected particle system to simulate rain and snow phenomenon of train visual simulation. MultiGen Creator of establish
three-dimensional modeling software used to model wiper. Use C++, real-time three-dimensional rendering software development kit OpenGL Performer, OpenGL three-dimensional graphical interface and shading language GLSL simulate particles and wiper on train window, and the function of wiper.This paper introduces the basic model of particle systems, combining the characteristics of train operation, give a method of simulating particles which are in scene and train window. Papers will be divided into static particles and dynamic
particles on train window. Static particles used to simulate particle of attached to train window. Dynamic particles use to simulate particle of moving on train window. Again, plane of train window will be divided into several lattices. To lattice as the basic unit, papers give a measure that raindrop move on train window. Using OpenGL platform draw the track left by raindrop sliding. And using OpenGL Performer draw the wiper on train window. The wiper function has been achieved. Finally, using programmable GPU technology change the fixed program on GPU. Using the OpenGL platform render the physical effect of raindrop based on the train scene simulation.In this thesis, an ultimate simulation of particle on train window has been achieved. The result of simulate particle on train window improved rain and snow weather realistic visual simulation, and fulfill the requirements of real-time visual simulation. The effect of rendering meets the requirements of scene simulation of train simulator.
【关键词】粒子系统图形处理器雨雪雨刮器雨滴滑动
【英文关键词】particle system GPU rain and snow wiper raindrops sliding
【目录】列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟摘要
6-7Abstract7第1章绪论10-16 1.1 研究的
背景和意义10-11 1.1.1 课题的研究背景10-11 1.1.2 课题的研究意义11 1.2 国内外研究现状11-15 1.2.1 国外研究现状11-12 1.2.2 国内研究现状12-15 1.3 本文研究的工作15 1.4 论文的组织15-16第2章粒子系统16-24 2.1 粒子系统基本原理16-17 2.2 粒子系统的基本模型17-22 2.2.1 粒子的属性17-18 2.2.2 粒子的生命过程18-21 2.2.3 粒子的数量21-22 2.3 粒子的绘制22-23 2.4 粒子系统的实现23-24第3章图形渲染过程24-36 3.1 3D图形处理流水线
24-28 3.1.1 顶点处理24-28 3.1.2 光栅化
28 3.1.3 片段处理28 3.2 图形处理器的发展
28-31 3.3 OpenGL介绍31-36 3.3.1 OpenGL渲染流水线31-33 3.3.2 GPU编程33-36第4章雨雪仿真的建模36-52 4.1 场景雨雪粒子36-37 4.2 车窗雨雪粒子37-46 4.2.1 静态雨雪粒子38-39 4.2.2 动态雨滴粒子39-46 4.3 雨刮器功能实现46-49 4.4 车窗物理效果实现49-52第5章雨雪模拟的实现52-70 5.1 系统构成52-53 5.2 雨刮器的模拟53-57 5.3 雨雪的模拟57-65 5.3.1 场景中雨雪的模拟57-59 5.3.2 车窗雨雪的模拟59-60 5.3.3 车窗雨滴滑动的模拟
60-63 5.3.4 基于GPU车窗雨滴的模拟63-65 5.4 绘制结果65-68 5.5 绘制结果分析68-70结论
70-72致谢72-73参考文献73-76攻读学位期间发表的论文76
实习总结 时光飞逝、一下子俩周的时间就过去了、这俩周我们在南院的模拟驾驶室中渡过、我们的指导老师是邓爱喜老师，感谢老师对我们这些调皮学生的容让和关心，以下是我的模拟驾驶的学习心得：地铁列车模拟驾驶器是计算机多媒体仿真技术、列车动力学和列车控制理论等相结合的产物。其基本原理是: 根据机车电路及气路控制关系、线路纵断面情况、司机操纵情况及列车运行动力学等建立数学模型，用计算机进行仿真运算和控制，复现真实列车的控制和运行规律。以往的列车驾驶模拟器功能简单、性能较低，主要侧重于司机在列车运行中的实际操纵训练和动力学分析，对训练环境的逼真程度要求不是很高，解决列车相关故障的培训也是在模拟驾驶器实物上完成，只能实现部分故障处理操作训练。地铁列车模拟驾驶器应用、CGI成像技术来完善其环境逼真程度，应用计算机多媒体仿真技术模拟列车故障处理系统，通过软件仿真完成无法在硬件上进行的故障排除操作。同时，列车模拟驾驶器应用虚拟仿真技术设计虚拟列车设备，对难以用硬件完成的列车部件进行全数字化仿真，实现了从硬件到软件完全覆盖列车运行中所遇到的各类故障的处理操作。列车模拟驾驶器不仅用于培养司机的操纵技术，更重要的是能培训司机的故障分析、判断及实时查找和排除能力。 一丶地铁列车模拟驾驶器故障处理功能的模拟方法 多媒体故障处理系统是地铁列车模拟驾驶器得以广泛应用的主 要因素之一，其逼真程度是衡量列车模拟驾驶器性能的主要指标。在
列车模拟驾驶器中，故障处理功能的模拟主要有配置实物模拟和计算机软件模拟等两种方法。 ( 1) 实物电器柜模拟: 通过人为的方法将实物电器柜和控制柜 的故障直接设置在相应的实物上，故障的判断和处理也是在实物上进行，训练方法几乎与实际一样。其优点在于具有极强的实用价值，不足在于占用的场地空间较大，无法进行破坏性故障的设置和突发故障的设置，系统的工作量大、可靠性较差，一旦实物电器柜自身故障或故障无法排除，列车驾驶模拟器的正常培训将难以继续。 ( 2) 计算机软件模拟: 借助于计算机多媒体软件技术，将实物电器柜以2 维或3 维模型方式展现给受训司机，将列车控制逻辑与模型相结合，允许司机在电器柜模型中通过交互方式查找、判断和排除故障。其优点在于设置故障的工作量小，可随意撤销或者设置故障，且可以作为理论教学辅助工具，不足在于软件设计需要机车制造商提供全面、详实的相关资料，开发周期相对较长，难度较大。 列车模拟驾驶器的多媒体故障处理可同时采用软件仿真与实物 配置模拟。即对司机室及其控制设备、电器柜、地铁列车塞拉门、屏蔽门等采用实物模拟，对逻辑控制较为简单的电路系统以及无法用硬件实做的车底设备、车顶设备、客室设备等采用计算机软件模拟。另外，多媒体故障处理可采用预置方式设置突发事件，采用即时产生方式设置电器电路故障，以最大限度地满足教与学的需要。 二丶多媒体故障处理系统的主要功能及其实现
《汽车驾驶智能模拟培训系统》 教学课程 第一阶段汽车驾驶预备与机件的正确操作 第一课汽车驾驶预习 1-1 上汽车的动作要领 1-2 下汽车的动作要领 1-3 座位的调整 1-4 调整视镜 1-5 保持良好的驾驶姿势 1-6 驾驶操作装置 1-7 辅助操纵装置 1-8 工作状况监控装置 1-9 发动机的起动与停熄 第二课车体的感觉（停止时） 2-1 车体整体感觉 2-2 视线盲区 第三课汽车的起步与停车 3-1 平路起步 3-2 起步安全状况的确认 3-4 半联动的操纵技法 第四课汽车的变速与操作 4-1 汽车动力与汽车速度 4-2 汽车的加速过程
4-3 汽车加速操作技法 4-4 逐级加档 4-5 加档时机的确认与操作技法 4-6 汽车的减速过程 4-7 选择减档 4-8 减档时机的确认与档位的选择 第五课行驶速度的调节 5-1 油门踏板调节车速的运作技法 5-2 制动踏板调节车速的运作技法 5-3 离合器踏板调节车速的运作技法 第六课车体的感觉训练 (行驶中) 6-1 内轮差与外轮差的轨迹感觉 6-2 车在路面上的位置感觉 6-3 立体障碍物的左侧方通过 6-4 速度的感觉 6-5 运行中的视觉特性 第七课方向的控制与操作方法 7-1 直线行驶方向的控制与操作 7-2 曲线行驶时车轮迹的合理选择 第八课制动控制的操作技法 8-1 预见性制动的操作技法 8-2 定点制动的操作技法 第九课综合驾驶练习 9-1 第一套驾驶技法练习操（单独动作操作练习）
9-2 第二套驾驶技法练习操（协调动作操作练习） 9-3 汽车驾驶技法练习操（连贯练习） 第二阶段履行法规驾驶与汽车的准确调控第一课道路通行的区分 1-1 分道行驶原则 1-2 交通标志的确认 第二课行进路线的变更 第三课交叉点的通过技法 2-1 交通标志的确认 2-2 直行的通过技法 2-3 右转弯的通过技法 2-4 左转弯的通过技法 2-5 交通路口的优先通过 第四课狭窄路的通过技法 3-1 N字形的通过技法 3-2 S形通过技法 第五课坡道的通过技法 第六课铁路道口的通过技法 第七课驻停车的基本技法 7-1 驻车条件的选择 7-2 纵列驻车的操作技法 7-3 入库驻车的操作技法
叉车仿真训练模拟器概述 一般来说，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理或决策的工作，例如汽车、飞机、船舶的驾驶，外科手术、消防、各类工业设备的操作等都需要进行专门的职业技能训练。过去的职业训练基本上都在实际系统中进行。而随着计算机技术、虚拟现实技术、多媒体技术、自动控制技术的飞速发展和广泛应用，以计算机系统为核心和操纵控制台为基础构成的各种模拟仿真训练器已成为当今重大生产设备或过程控制设备操作人员上岗工作、培训的必备手段，受到国内外工业界的高度重视，并在航天航空、火力及核能发电、石油化工、军事、航海等许多领域得到广泛使用。目前，模拟仿真训练器已逐步成为培训飞机、汽车、船舶等驾驶人员的重要设备之一。 叉车、堆高机、正面吊是冶金、制造、港口、水电、建筑、铁路货场、仓储中心等部门装卸货物的主要设备，也是容易出安全事故的设备。这些叉车驾驶的操作涉及到财产与生命安全，对操作人员的素质要求愈来愈高。由于它们可应用在不同行业领域，其种类繁多，操作技术多样，在生产过程中不仅要完成驾驶操作，更要与其他工种人员协调一致地完成吊装等装卸工艺动作，如操作不当而引起的破坏程度和危险性都会大大增加。这一切都为车辆司机的培养和训练工作带来极大的挑战。随着现代科学技术的迅速发展和企业生产管理水平的提高，人们迫切需要一种安全、快速、高效的培训方式，集虚拟现实技术?计算机仿真技术?多媒体技术、自动化技术等先进技术于一体的高科技产品——叉车驾驶操作仿真模拟器的研制和开发就应运而生。 叉车驾驶操作仿真模拟器相对于目前传统的操作培训方式，具有很多突出的优点： 1) 安全性好。使用仿真训练机可以模拟高速、重载以及其它非常危险的环境以实现有安全保障的训练，杜绝事故隐患，减少事故损失。 2) 经济性好。仿真训练机的成本远低于实际叉车设备。在训练过程中，还可以免除实机操作中的油耗、电耗及零部件的磨损。同时，仿真训练机使用周期
城市轨道交通列车自动控制系统简介 、前言 随着城市现代化的发展，城市规模的不断扩大，城市轨道交通的发展已成为解决现代城市交通拥挤的有效手段，其最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全正点。城市轨道交通列车自动控制系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。 二、列车自动控制系统的组成 列车自动控制（ATC系统由列车自动防护系统（ATP、列车自动驾驶系统（ATO和列车自动监控系统（ATS三个子系统组成。 一列车自动防护( ATP-Automatic Train Protection 系统 列车自动控制系统中的ATP的子系统通过列车检测、列车间 隔控制和联锁（联锁设备可以是独立的，有的生产厂商的系统也可以包含在ATP系统中）控制等实现对列车相撞、超速和其他危险行为的防护。 二列车自动驾驶系统 ( AT0?CAutomatic Train Operation 列车自动驾驶子系统（ATO与ATP系统相互配合，负责车 站之间的列车自动运行和自动停车，实现列车的自动牵引、制动 等功能。ATP轨旁设备负责列车间隔控制和报文生成；通过轨道
电路或者无线通信向列车传输速度控制信息。ATP与ATO车载系 统负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。 三）自动监控（ATS-Automatic Train Super -vision ）系统 列车自动监控子系统负责监督列车、自动调整列车运行以保证时刻表的准确，提供调整服务的数据以尽可能减小列车未正点运行造成的不便。自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥， 并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC 控制中心）内的设备实现。 三、列车自动控制系统原理 一）列车自动防护（ATP） ATP是整个ATC系统的基础。列车自动防护系统（ATP亦 称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定的运行速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。 ATP通过轨道电路或者无线GPS系统检测列车实际运行位 置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。防止列车超速和越过禁止信号机等功能。 按工作原理不同，ATP子系统可分为“车上实时计算允许速
城市轨道列车模拟驾驶及其故障诊断实验 实验项目名称：基于模拟驾驶装置的地铁列车门 控系统故障解析与排除实验报告学生团队成员： 101110127龚承锦 101110129黄彬 101110130高伟 101110131王耀 指导老师：邓远华 所在学院：城市轨道交通学院 完成日期： 2012-2013学年第二学期
摘要 城市轨道交通车辆门控系统是列车正常运营的前提，是乘客安全乘车的保障，由开关门电路、车门列车线、EDCU、车门监控回路、车门锁闭回路等组成。门控系统必须长期保持安全平稳的工作状态，因此对列车门控系统进行实时维护迅速排除故障是地铁公司的重要任务，其中故障定位、检测、诊断解析与排除是关键环节。 本文主要介绍地铁列车车门控制系统的组成、工作原理及流程，发生的故障现象及其定位检测诊断以及故障排除的整个过程。 具体工作如下： 1.分析城市轨道交通列车门控系统的组成，深入研究该系统的各个部件。 2.根据上海地铁三号线AC-03车辆的技术资料，对门控系统图纸进行系统分析，并进行实车故障模拟，故障定位检测诊断实验。 3.从上海地铁三号线实际运营与维修记录的各种故障案例中选取 门控故障方面的1个案例，对其进行故障解析与排除。 关键词：城市轨道交通车辆门控系统，故障模拟，故障定位，故障检测，故障诊断
基于模拟驾驶装置的地铁列车门控系统故障解析与排除 实验报告 101110127 龚承锦 101110129 黄彬 101110130 高伟 101110131 王耀 1 概述 地下铁道，轻轨交通，单轨交通等统称为城市轨道交通。它具有运量大、速度快、噪音小、污染轻、能耗低等优点。因此，从２０世纪以来，世界各国的许多大中城市都在纷纷发展以轨道交通方式为骨干的城市客运交通网络。 采用费米方法，自顶而下，逐层分解。实验开始时要从表象着手，了解整体的概念、框架。然后由浅入深。知道所要研究的列车门控系统的组成，基本功能，工作原理及流程。接着再深入到各个环节中，对其每一部分认真的剖析，掌握其中的原理。在此过程中要结合各方面的材料以及指导教师的辅导，有问题应及时查阅资料验证，及时得以解决，避免对之后的学习研究产生影响。最后查漏补缺。当关
城市轨道交通运营管理仿真实训系统 ★城市轨道交通运营沙盘 （一）、城市轨道交通运营沙盘的总体功能 1.以微缩城市轨道交通设备模拟线路运行情况，可以实现线路上列车行车调度信号、指挥系统和调度系 统的模拟训练。 2.能够模拟演示信号故障，演绎行车规则，训练行调和值班站长对事故处理的能力。 3.能够真实显示出操作列车运行图、列车闭塞、运行等；道岔能电控，库内调车。 4.列车运营沙盘的行车调度能反映城市轨道交通现场行车组织与相关设备之间的关联关系。通过编制调 度指挥计划和下达控制系统指令，实现列车在模拟线路上运行，直观体现出各项行车组织作业与车站、线路、车辆等运输设备之间的关联关系，完成仿真实训系统制定的行车任务。 5.实训系统载体是场站、行车、调度、信号等平台建设内容的集中体现，表现形式分为静态展示和动态 演示两部分。静态展示形象地表示地形地貌、场景绿化、城市建筑、高架桥梁、山形隧道和河流水系等基础设施；动态演示是指根据行车调度系统下达的计划，通过转化为控制系统指令，完成列车在实训系统载体上的调度运行控制，从而达到动态演示的目的。 6.车站控制设备训练系统是城市轨道交通工程训练体系的重要组成部分，能帮助学生更直观、更感性的 理解信号和行车调度的理论知识，加深调度和车辆之间协调的认识，同时利于学生在脑海中快速建立线路和车辆运行的立体图。 7.轨道交通综合调度控制仿真教学系统包括ATC实训系统、联锁仿真实训系统、城市轨道交通ATS系统、 轨道交通运营沙盘信息系统等，可作为轨道交通运营沙盘综合实验教学平台。 8.轨道交通运输线路仿真实训系统：集成了常见的轨道交通固定及移动设备，可仿真城轨系统的运行过 程，并可与轨道交通综合调度控制仿真教学系统集成，形成软硬件结合的一体化仿真实训平台。 9.系统提供教学组织管理功能，用于教师组织学生进行教学和实验。 10.系统性能满足连续工作时间不低于12小时，能够适应-10～50摄氏度及不高于85%相对湿度的环境。 11.具备为用户提供所有控制系统的通信及接口协议，所有控制及数据信号均能进入以太网的能力。 12.轨道交通列车运营沙盘在设计时统一布局，操作上能相互独立，也能相互关联。 13.地铁信号系统的车地通信采用无线通信技术，采用自由无线通信技术模拟实现。 14.实训系统台体模型及控制系统能为系统后续升级拓展提供接口和详细说明书。 系统采用分布式仿真计算架构，可以采用可伸缩的部署方案，对于软件模块的部署没有工作站的划分限制。
模拟驾驶总结 两周的模拟驾驶眨眼间就过去了，曾经总以为自己学习的理论知识是纸上弹兵，但在这次模拟驾驶的中我深深的发现没有掌握系统完善的理论知识，在实践的过程中将会艰难曲折。课堂上我们学习的有关驾驶的方法和驾驶时遇到的故障处理都以为自己掌握的比较清楚，可动起手来发现并不是那么容易“事非经过才知难”，在模拟驾驶的过程里我发现了自己原以为懂了的知识其实并不熟练；以为比较简单的手动操作突然变的复杂了起来；平时耳熟能详的故障处理起来并完全符合操作手册。这一切都告诉我需要认真对待这次来之不易的模拟驾驶！ 第一周，邓老师将我们带进微机室让我们熟悉了模拟驾驶的基本要求，在学校的微机室内，我们同过电脑“模拟驾驶小游戏”熟悉了地铁车辆运行的一些基本的知识，如何出乘、出厂、正线运行、站台作业、折返作业、列车退乘等，通过几天的反复训练同学们在电脑上的模拟驾驶基础操作都取得了比较令人满意的成绩，接下来老师又带我们进一步的熟练驾驶环节，培养了我们对速度控制的力度，要求我们对标停车。对标停车是一项非常需要技术和熟练度的基本操作，对速度快慢的控制近于苛刻。老师要求我们做到零标位到达车站，这使得我们的任务难上加难，但是这并不是影响我们完成任务的因素，相反这样大大提高了我们的积极性。对于有挑战的任务同学们总的争先恐后，同学们关于速度控制的问题多了起来，老师的工作变的忙碌起来了。在老师的指导下，我们经过了几天的反复训练取得了一定的效果！虽然不是每个同学都可以百分之百做到零标位到达车站，但是未达标而停止的现象少了，冲标过站的现象也少了。大部分的同学都可以到达车站打开车门，对此老师也比较欣慰。一周的时间弹指即过，但留给我们的映像却是深刻的！从一开始的基础到有挑战的任务，都让我们难忘，使我明白了许多道理。生疏的事物熟能生巧，做任何事情都要精益求精。
文章编号:100021506(2002)0320036204 地铁列车自动驾驶系统分析与设计 黄良骥,唐 涛 (北方交通大学电子信息工程学院,北京100044) 摘 要:对地铁列车自动驾驶系统进行分析,并对列车自动驾驶系统的车载设备进行设计. 关键词:列车自动控制系统;列车自动驾驶系统;自动控制 中图分类号:U284.48 文献标识码:B System Analysis and Design of Autom atic T rain Operation on Metro HUA N G L iang-ji ,TA N G Tao (College of Electronics and Information Engineering ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044,China ) Abstract :In this paper ,the existing metro Automatic Train Operation (A TO )systems have been analyzed in China and the design of an onboard A TO system is proposed. K ey w ords :Automatic Train Control (A TC );Automatic Train Operation (A TO );Automatic Con 2 trol 对于城市轨道交通系统高效率高密度的要求来说,列车自动控制系统(A TC )是必不可少的.A TC 系统包括:列车超速防护子系统(A TP :Automatic Train Protection )、列车自动驾驶子系统(A TO :Automatic Train Operation )、列车自动监控子系统(A TS :Automatic Train Supervision ). A TS 子系统可以实现对列车运行的监督和控制,辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理.A TP 子系统则根据地面传递的信息计算出列车运行的允许安全速度,保证列车间隔,实现超速防护.A TO 子系统根据A TS 提供的信息,在A TP 正常工作的基础上,实现最优驾驶,提高舒适度、降低能耗、减少磨损. 国外已研制了适用于高密度城市轨道交通的列车自动驾驶系统,并在城市轨道交通系统中广泛应用.我国在此项技术上研究较少,20世纪80年代以来,北京地铁、上海地铁、广州地铁均以巨额代价引进了国外的设备,近年来,为缓解市内交通紧张、减少空气污染发挥巨大作用.地铁的发展建设受到国家及各大中城市的普遍重视,许多城市的地铁正在设计建设,为降低地铁投资,迫切需要国内研究具有自主产权的适于城市轨道交通的列车自动驾驶设备. 1 ATO 系统分析 1.1 AT O 工作原理[1,2] A TO 子系统能保证运行时间与定点停车,还能提高运行效率,提高舒适度,减少能耗.但作为A TC 的一个子系统,它的功能是要依靠A TC 各子系统协调工作共同完成的,缺少A TP 与A TS 子系统,A TO 将无法正常工作. 从运行中所起作用来说,A TO 主要实现驾驶列车的功能,能进行车速的正常调整,给旅客传送信息,进行车门的开关作业,但这只是执行操作命令,不能确保安全,这就需要A TP 来进行防护.A TP 起监督功 收稿日期:2001209218作者简介:黄良骥(1978— ),男,广东普宁人,硕士生.em ail :hliangji @https://www.doczj.com/doc/7c2575092.html, 第26卷第3期2002年6月 北 方 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.26No.3J un.2002
基于CBTC控制的列车全自动驾驶系统（FAO）的发展及应用 【摘要】主要介绍全自动驾驶（FAO）系统的发展和应用情况、系统的组成和特点。介绍了车-地通信方案，对国内外车-地通信方式进行了比较，对GSM-R 网络进行了详细的分析，并指出作为无线传输的GSM-R网络具有适应我国铁路运输特点的功能优势。 【关键词】全自动驾驶;基于通信的列车运行控制系统全自动驾驶系统;双向传输;车-地通信;GSM-R 1.引言 全自动无人驾驶系统是一种将列车驾驶员执行的工作，完全由自动化的、高度集中的控制系统所替代的列车运行模式。 目前，国内许多城市都在建设城市轨道交通网络，那些人口在千万以上的特大城市，其发展往往是跨越式的，要求建设的城市轨道交通在互联互通、安全、快捷、舒适性方面具有很高的水平。许多大城市如上海、北京和广州均有计划采用先进的、高可靠的、高安全的基于CBTC（Communication Based Train Contro，基于通信的列车控制系统）控制的全自动驾驶系统（Fully Automatic Operation，FAO）来达到以上要求。 2.FAO的系统结构 FAO系统实现列车的自动启动及自动运行、车站定点停车、全自动驾驶自动折返、自动出入车辆段等功能，同时对列车上乘客状况、车厢状态、设备状态进行监视和检测，对列车各系统进行自动诊断，将列车设备状况及故障报警信息传送到控制中心，对各种故障和意外情况分门别类，做出处置预案。 2.1 信号系统主要包括以下部分 （1）控制中心设备：中央自动列车监督系统（Automatic Train Supervision，ATS）、电力SCADA系统和综合监控系统。（2）轨旁设备：轨旁列车自动防护/列车自动驾驶系统（Automatic Train Protection and Automatic TrainOperation，ATP/ATO）、车站ATS系统、联锁CI系统、定位系统和综合维护系统。（3）车载设备：车载地车无线接收/发送单元、车载ATP/ATO设备、牵引和制动、列车定位系统。（4）地车信息传输系统：一般采用基于通信的多服务的冗余数据传输系统（Data Tansm issionSystem，DCS），实现地车的双向信息传输。目前主要的CBTC系统实现地车信息传输的方式有：交叉环线、泻漏波导/漏缆、无线传输等。（5）列车定位系统：车载速度传感器和雷达传感器对于FAO系统，实现列车安全控制和间隔控制与传统列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC）的基本组成、功能和安全性要求是一样的，特殊的是对这些相关系统的可靠性、可用性及应急预案处理的要求将大大提高
驾驶员理论考试网上模拟系统 摘要：在当今的电子化时代，科技越来越重要，已经深入的应用到人们的生活中。其中驾校在线模拟考试系统以方便、快捷等优点得到了广泛应用。驾驶员理论考试就是在线考试的一个实际应用，对用户来说，不仅可以减少人力、物力和财力资源的浪费，更重要的是有助于提高学员考试的通过率。这和以往单机版的驾驶员理论考试系统相比，系统不需要安装，节约了本地计算机资源，方便了用户的接入，只要能上网就能随时模拟练习。该系统经过试运行及测试，能符合当今此类系统的先进性、实用性、可靠性等特点，将引领驾驶员理论考试网上模拟系统的新模式。 关键词：驾驶员；模拟考试系统； ASP ；NET 一、驾驶员理论网上模拟系统的发展起源和前景 在当今社会，科学技术飞速的发展，19世纪发明的计算机也越来越日益显露出举足轻重的地位。如今社会处于信息社会，知识经济即将或已经成为新世纪的主导产业。随着计算机的逐步推广和应用，它已在科研、生产、商业、服务等许多方面创造了提高效率的途径。Internet是目前世界上最大的计算机互联网络，它遍布全球，将世界各地各种规模的网络连接成一个整体。据估计，目前Internet上已有上百万个Web站点，其内容范围跨越了教育科研、文化事业、金融、商业、新闻出版、娱乐、体育等各个领域，其用户群十分庞大，因此，建设一个好的Web站点对于一个机构的发展十分重要。近年来，随着网络用户要求的不断提高及计算机科学的迅速发展，特别是数据库技术在Internet中的广泛应用，Web站点向用户提供的服务将越来越丰富，越来越人性化。 驾驶员模拟考试系统则是以计算机为操作工具，按照驾驶理论考试的流程，把驾驶的理论试题保存于数据库中，通过计算机可以很方便地查询使用所需要的数据，而且这些操作全部由系统内部的编程代码完成。考生和系统管理员通过系统的特定界面，输入相应的数据便可完成操作。该系统采用B/S模式进行设计，有网络的地方就可以进行在线模拟考试。 基于Web的驾驶员理论考试网上模拟系统，采用了当今流行的B/S结构，适应了驾驶员培训教育发展的新需要，对用户来说，不仅可以减少人力、物力和财力资源的浪费，更重要的是有助于提高学员考试的通过率。这和以往单机版的驾驶员理论考试系统相比，系统不需要安装，节约了本地计算机资源，方便了用户的接入，只要能上网就能随时模拟练习，也满足了当今驾校学员爆炸式增长的需求。与现行的一些基于B/S的驾驶员理论考试网上模拟系统相比，该系统提供了更为逼真的模拟考
第6章 列车自动驾驶系统ATO 目录 第1节 列车自动驾驶系统概述 (2) 第2节 ATO系统的组成 (3) 一、ATO系统车载设备 (3) 二、列车自动驾驶系统地面设备 (6) 第3节 ATO驾驶模式与模式转换 (7) 一、列车驾驶模式 (7) 二、列车驾驶模式转换 (9) 第4节 ATO系统的功能及其工作原理 (9) 一、 ATO系统基本控制功能 (10) 2. ATO系统服务功能 (12)
第1节 列车自动驾驶系统概述 人工驾驶列车运行时，列车驾驶员操纵列车驾驶手柄，控制列车运行，实现列车加速、减速和停车。 列车自动驾驶系统，即ATO系统，主要实现“地对车控制”，实现正常情况下高质量的自动驾驶，提高列车运行效率，提高列车运行舒适度，节省能源。 列车自动驾驶系统实现列车自动驾驶，它需要列车自动防护系统ATP和列车自动监控系统ATS提供支持。 ?列车自动防护系统向列车自动驾驶系统提供列车的运行速度、线路允许速度、限速和目标速度，以及列车所处位置等基本信息； ?列车自动监控系统向列车自动驾驶系统提供列车运行作业和计划。 列车自动驾驶系统取代驾驶员人工驾驶，实现列车自动驾驶，有效地提高了列车的运营效率，降低了驾驶员的劳动强度，是城市轨道交通运营作业自动化的重要体现。
列车自动驾驶系统对列车进行控制，使得列车驾驶处于最佳的运行状态，列车运行更加平稳，可以有效提高运营效率，降低列车运行能耗。 第2节 ATO系统的组成 列车自动驾驶系统是非故障-安全系统，由车载设备和地面设备组成。 一、ATO系统车载设备 车载设备包括：车载ATO模块、ATO车载天线、人机界面。 (1)车载ATO模块
城市轨道交通车辆专业地铁模拟驾驶课程开发摘要：地铁模拟驾驶装置能真实地模拟地铁列车在各种运行环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引和制动特性。本文针对广州地铁二号线列车司机操作台，开发出针对性强的课程内容，能够让学生掌握二号线的列车牵引、惰行、制动等各种工况下全部操纵功能。 course development for subway simulated driving of urban rail traffic qiu xiao-huan (guangzhou institute of railway technology, guangzhou 510430, china) the subway driving simulator can real simulation in various kinds of metro train operation environment and condition of the status of the handling characteristics, traction, and braking characteristics. this paper based on the guangzhou metro line 2, developed curriculum content, can let the students know n traction, combustible, brake and various working conditions of line 2 in guangzhou. 关键词：模拟驾驶地铁课程开发 1地铁模模拟驾驶课程内容 地铁交通目前快速发展，大量的新线开通，对司机驾驶仿真模
基于模拟驾驶系统的动力学仿真模型分析与构建 汽车动力学模型在模拟驾驶系统中的作用很大，它可以给学员提供有如真实驾车的感觉，要达到逼真的视景仿真和操纵仿真结果，就需要建立仿真模型并对模型进行仿真实验。分析介绍了在设计基于虚拟现实技术的汽车模拟驾驶系统中 进行动力学分析和仿真所需建立的相关动力学模型。 标签：虚拟现实；汽车模拟驾驶；汽车动力学；模型；仿真 1 引言 开发汽车模拟驾驶系统具有重大的社会效益和经济效益。它可取代驾驶培训中学员实车训练中的部分科目和内容以及研究道路行驶的安全状况，有利于驾驶培训正规化、科学化和规范化，减少交通事故的发生率，并具有节能、安全、经济、高效等优点。在汽车模拟驾驶系统的开发中，为了尽量达到实车的驾驶效果，则利用计算机技术、控制技术和声像技术来模拟汽车驾驶及其行驶环境，所以需要建立逼真的仿真模型。模拟驾驶系统中要求仿真的内容很多,而建立并实现汽车模拟驾驶的汽车动力学模型是研制汽车模拟驾驶系统的前提。要做好汽车动力学仿真,建立正确的动力学模型是关键。笔者在汽车模拟驾驶系统研究过程中,基于汽车动力学知识和计算机控制技术,采用动力学和运动学分析方法对汽车所受的力进行研究，将得出的动力学数学模型通过实验建模用于汽车模拟驾驶系统的仿真，开发了适合我国交通国情和道路状况的汽车模拟驾驶系统。此系统主要通过模拟驾驶舱和计算机生成汽车行驶过程中虚拟的视景、音响等驾驶环境，将仿真的实验数据发送给视景计算机，驱动视景变化，视景计算机对车辆运动进行碰撞检测，将碰撞结果反馈给主机进行所受外力的计算，将计算结果以脉冲信号的形式发送给下位机，下位机通过电机控制模拟驾驶座椅摇动及振动来达到模拟驾 驶的效果。下面仅就动力学仿真方面内容进行论述。 2 汽车运行状态的受力分析 汽车在行驶过程中,不仅受发动机驱动力影响,还要克服各种阻力等，而汽车的动力性又是汽车各种性能中最基本、最重要的一种性能，要建立汽车模拟驾驶系统的动力学模型需应用计算机对汽车的动力学性能进行模拟仿真，最关键的问题就在于计算是否与实际情况相符合。通过数学公式所以建立适当的、符合实际的模型，对于精确描述汽车动力系统的运动状态，提高仿真模拟精度是非常重要 的。以下是对汽车在不同情况下的受力分析。
全自动驾驶系统中的通信技术 胡雪瑞 2008080304334 20080803041A 摘要：FAO系统是引导城市轨道交通发展趋势的先进客运交通系统，在世界很多城市得到了应用。本文对城市轨道的全自动驾驶系统进行了分析，并提出了其中的通信方案。 1引言 目前，国内许多城市都在建设城市轨道交通网络，那些人口在千万以上的特大城市，其发展往往是跨越式的，要求建设的城市轨道交通在互联互通、安全、快捷、舒适性方面具有很高的水平。FAO系统是引导城市轨道交通发展趋势的先进客运交通系统，在世界很多城市得到了应用。FAO系统与传统系统相比，具有安全可靠性高、增大线路通过能力、提高旅行速度、减少车辆需求量、减少定员、提高服务、降低系统生命周期成本、易于工程实施和城市路网互联互通等优势。 本文第二部分介绍了FAO系统的特点和它的系统组成，并在第三部分着重介绍了FAO 系统中的通信控制部分。第四部分介绍了FAO系统通信方案的选择，并在第五部分介绍了无线传输GSM-R的原理。 2 FAO系统 无人驾驶系统是指列车驾驶员执行的工作完全自动化的、高度集中控制的列车运行系统。无人驾驶系统具备列车自动唤醒启动和休眠、自动出入停车场、自动清洗、自动行驶、自动停车、自动开关车门、故障自动恢复等功能，并具有常规运行、降级运行、运行中断等多种运行模式。实现全自动运营可以节省能源，优化系统能耗和速度的合理匹配。 全自动驾驶系统(简称FAO，Fully Automatic Operation)要求建设的城市轨道交通在互联互通、安全、快捷、舒适性方面具有很高的水平．20世纪90年代，随着通信、控制和网络技术的发展，可以在地车之间实现大容量、双向的信息传输，为高密度、大运量的地铁系统成为真正意义上的FAO系统提供了可能． FAO系统的主要功能是地车的双向信息传输和运营组织的综合与应急处理．车一地信息传输通道是列车运行自动控制系统的重要组成部分．自动控制系统的车载设备完全靠从地面控制中心接受的行车控制命令进行行车，实时监督列车的实际速度和地面允许的速度指令，当列车速度超过地面行车限速，车载设备将实施制动，保证列车的运行安全。 FAO系统实现列车的自动启动及自动运行、车站定点停车、全自动驾驶自动折返、自动出入车辆段等功能，同时对列车上乘客状况、车厢状态、设备状态进行监视和检测，对列车各系统进行自动诊断，将列车设备状况及故障报警信息传送到控制中心，对各种故障和意外情况分门别类，做出处置预案。目前基于CBTC控制的FAO系统的典型组成下图。
毕业设计 题目虚拟驾驶系统 ---特殊效果 学院机械工程学院 专业机械工程及其自动化 班级机自0701 学生徐晓卿 学号20070403222 指导教师王玉增 二〇一一年五月三十日
1前言 1.1虚拟驾驶系统的背景 随着我国经济的不断发展，越来越多的汽车作为代步工具进入大众化家庭，汽车的普及催生了大批的非职业化驾驶员，汽车驾驶训练的工作量有了很大程度的提高。驾校需要购置更多的车辆提供驾驶训练，并且加大教师的配备，来满足市场的需求，这与资金的投入产生了矛盾；采用实车进行汽车驾驶训练存在着污染、高成本、危险性高、场地不足等限制，市场的供应和需求的矛盾促使人们寻求新的驾驶训练方式。 计算机性能的提高和虚拟现实技术的发展，为在计算机上模拟汽车驾驶环境，进行驾驶训练提供了可能。计算机仿真技术、实时图形图像处理技术的飞速发展，为汽车仿真的研究提供了有力的工具和帮助。利用仿真技术可以进行不同虚拟环境的开发和多种车辆模型的设计，为汽车驾驶训练开辟了新方向。利用虚拟驾驶系统进行训练，不受时间、场地和气候的限制，在达到培训质量的前提下，具有经济、环保的优点，因此，利用计算机来开发汽车虚拟驾驶系统是一种有效的手段。 虚拟现实技术的提出和发展，为汽车虚拟驾驶系统的研究和开发提供了新手段。虚拟现实技术又称灵境技术，是一种先进的计算机界面技术，通过给用户提供视觉、听觉、触觉的交互手段，使用户产生强烈的沉浸感，带有实时交互功能的操作，能减轻用户的负担，提高系统的工作效率[1-3]。美国科学家自1989年首次提出虚拟现实技术以来[4]，这项技术发展十分迅速，并广泛应用于军事、航空航天、自动控制、医疗、娱乐、教育等领域。将虚拟现实技术应用于汽车训练，即利用计算机构建用于汽车驾驶训练的虚拟环境和用于训练的车辆，产生“人-车-环境”闭环系统，在这一闭环系统中驾驶汽车，可根据车辆的行驶不断变换相应的虚拟视景、场景音效和车辆的运动仿真，使驾驶员沉浸到这一环境中，并根据虚拟环境中产生的触觉，听觉和视觉，变换相应的驾驶动作，使得虚拟驾驶车辆的位置在行驶环境中不断变化，以此产生驾驶员和虚拟环境的交互，达到训练驾驶员动作的目的。这种能够正确模拟汽车驾驶动作，获得实车驾驶感觉的仿真系统就是汽车虚拟驾驶系统，它是既能进行汽车驾驶训练，提高驾驶员水平，又能降低各种费用的汽车训练装置。运用这种装置进行汽车驾驶训
计算机应用机车车辆工艺第1期2019年2月 文章编号.1007-6034（2019）01-0044-03DOI：10.14032/j.issn.1007-6034.2019.01.017列车自动驾驶技术研克和糸统设计 汤立新 （中国铁路上海局集团有限公司，上海200071） 摘要：伴随着计算机技术的进步和控制理论的发展，列车自动驾驶技术逐渐成为轨道交通领域 研究的重点，文章通过对既有普通列车自动驾驶技术实现方法的研究得出，列车的自动驾驶不仅 能减轻乘务员的劳动强度，而且还能有效提高客运列车的准点率及货运列车的达速率，是未来轨 道交通技术发展的方向。 关键词：轨道交通；列车；自动驾驶；准点；达速 中图分类号:U284.48文献标识码：B 列车自动控制的实现一般情况下是在列车超速防护设备的基础上，研制列车自动运行控制装置，两套设备共同运行，保证列车的行车安全。本论文所要实现的列车自动驾驶技术便是在列车超速防护设备的基础上，设计自动运行控制装置，从而实现列车的自动驾驶功能。 列车自动驾驶技术是基于各类静态数据（如线路数据、列车运行时刻表等），结合动态信息（如当前轨道电路信息、列车位置、列车速度等），根据既定的优化操纵策略、车辆牵引制动模型实时计算满足安全、平稳、节能、正点要求的“位置-速度”曲线，即优化操纵曲线。然后依据优化操纵曲线，采用较成熟且应用较广的自动化控制算法，控制列车自动运行的系统。此系统通过人工操作进入自动驾驶，自动驾驶时能根据线路情况自动控制列车加速、匀速、惰行、减速、过电分相等运行。 1关键技术 对于实现列车的自动驾驶功能，要对线路数据、机车特性、平稳操纵方法等内容进行研究。本节从运行线路数据、机车特性、平稳操纵、优化操控、PID 算法5方面出发，对实现整个自动驾驶功能的关键技术进行分析说明⑴。 11数据的存储与定位 数据是自动控车功能实现的基础，各种数据相互配合使用，完成自动控车功能所需要的基础信息。收稿日期：2018-07-11 作者简介：汤立新（1966-）,男，高级工程师，本科。 自动控车所需要的基础数据有线路数据、机车数据、行车数据、牵引计算知识库等。这些数据存储于自动驾驶系统内.通过与LKJ运行信息的配合使用，完成了运行线路数据的定位、读取及数据格式的统一规格化处理，其处理流程如图1所示。 I LKJ!-i-i ；朦； !|处： !-------；；___ 机车数蝎 牵弓时偉知 |分析舫瞬条可； 机车撫纵翩］! 初始化计算条件 优化计算I 图1运行线路数据处理图 1.2机车特性研究 不同型号的机车特性不同，本文以HX d3型231轴重机车为例，对机车的牵引和制动特性进行研究。 HX d3型23t轴重机车，牵引力限制及牵引特性控制函数关系见式（1）。 80n①） 640n_64q② 520(”WlOkm/h)｝取最小值(1) 544.8-2.48^(10<”W62km/h).③ .23040/v(v>62km/h)- 44
地铁列车驾驶模拟器中XAudio2技术的应用分析 一般情况下，为了能够让受训学员在地铁列车驾驶模拟器上获得真实的听觉效果，需要对列车驾驶中听到的各种声音进行模拟仿真。 标签：地铁列车；驾驶模拟器；XAudio2技术；应用价值 地铁列车驾驶模拟器（Subway train driving simulator）仿真系统要求尽可能还原真实的仿真系统，不仅仅需要有真实的音响效果，还需要在整个驾驶过程中给受训学员提供更为真实的视觉感。动听且逼真的音响效果可以让更多的工作人员对驾驶模拟器中的各种声音模拟有更为真实的感觉。从上述角度来看，对地铁列车驾驶模拟器中的声音进行仿真研究非常有必要。 1 简要分析地铁列车驾驶模拟声音仿真系统 地铁列车驾驶模拟器主要由以下几个部分组成： （1）驾驶室操纵台——wheelhouse console； （2）视景仿真系统——visual simulation system； （3）控制仿真系统——Control simulation system； （4）声音仿真系统——Sound simulation system。 地鐵列车实际运行过程中会产生各种各样的声音，主要包括以下几种噪声等： （1）轮轨噪声——wheel-rail noise； （2）桥隧噪声——Tunnel noise； （3）鸣笛声——whew； （4）电器动作噪声——Electrical noise； （5）变频器噪声——frequency-changer crystal； （6）空气制动声——Air brake； （7）调车和会车连挂引起的噪声——Shunting and meeting the noise caused by coupling。
本技术涉及一种基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，包括S1、登录系统并选择模拟场地，加载模拟场地数据包，进而生成训练场景；S2、检测训练场景中的模拟车辆是否已行进至特征标记点，进而依据检测结果执行相应操作；S3、检测模拟车辆位于当前特征标记点时的驾驶操作是否符合科目二考试标准，进而依据检测结果执行相应操作；S4、记录过程数据并上传至服务器。一种基于VR的科目二驾驶考试模拟练习系统，包括初始模块、标记检测模块、操作检测模块以及分析模块。本技术可以通过VR技术实现了在虚拟场景在对科目二进行模拟驾培的技术效果，避免了传统驾培技术中因学员学习能力、教练教学能力差异化导致的培训效果不佳，有效提升了培训效率。 技术要求 1.一种基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、登录系统并选择模拟场地，加载相应的模拟场地数据包，进而生成训练场景； S2、检测所述训练场景中的模拟车辆是否已行进至特征标记点，进而依据检测结果执行 相应操作；
S3、检测所述模拟车辆位于当前特征标记点时的驾驶操作是否符合科目二考试标准，进而依据检测结果执行相应操作； S4、记录过程数据，进而生成分析报告并上传至服务器。 2.根据权利要求1所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述模拟场地包括考试模拟场地、练习模拟场地。 3.根据权利要求1所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述模拟场地数据包包括场景数据、指示数据。 4.根据权利要求3所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述指示数据包括特征标记点、行进指示线、语音教程。 5.根据权利要求4所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述特征标记点包括起始点、倒车入库、侧方停车、坡道定点、直角转弯、曲线行驶、结束点。 6.根据权利要求4所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述语音教程包括点火起步、停车、挂挡、转动方向盘、开关转向灯、拉起及放下手刹。 7.根据权利要求1所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：检测所述训练场景中的所述模拟车辆是否已行进至所述特征标记点，若检测结果为是，则基于当前特征标记点触发相应的教学事件，并进行下一步；若检测结果为否，则保持对所述模拟车辆的检测状态直至行进至所述特征标记点或退出教学系统。 8.根据权利要求1所述的基于VR的科目二驾驶考试模拟练习方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：基于当前特征标记点调用相应的科目二语音教程；检测所述模拟车辆位于当前特征标记点时的驾驶操作是否符合科目二考试标准，若检测结果为是，则提醒操作正确，当前教学项目结束；若检测结果为否，则提醒操作错误，并播放相应的科目二语 音教程。 9.一种基于VR的科目二驾驶考试模拟练习系统，其特征在于，包括以下模块： 初始模块，用于登录系统并选择模拟场地，加载相应的模拟场地数据包，进而生成训练场景；