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铁路信号系统三维可视化运维平台设计与实现肖锦绣（中国铁路设计集团有限公司电化电信工程设计研究院，天津300308）摘要：分析铁路信号系统运维现状及存在问题，提出建筑信息模型（BIM）技术在信号系统运维阶段的应用思路。
基于BIM技术，搭建信号系统三维可视化运维平台，阐述平台的设计原则、功能架构、数据流向和实现方式。
平台功能包括远期预留中心平台功能、中心平台功能和终端平台功能，具体包含数据融合展示、设备质量评价、设备趋势分析、知识案例库、设备查询、电缆信息、电路应急、临修报警、资产管理和运维扩展等功能模块。
重点论述中心平台数据流、终端平台数据流分析，以及终端平台主界面、电缆信息模块功能实现等。
该平台是BIM 技术在信号系统深度应用的典范，对BIM技术在信号系统全生命周期应用具有借鉴意义。
关键词：铁路信号；运维平台；BIM；三维；可视化中图分类号：U284；TP39 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2024）02-0049-07 DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2024.01.05.0020 引言目前铁路信号系统运维方式一般是在车站设置工区或车间等，运维人员长期在工区和车间驻守，对信号系统室内外设备进行周期性的巡检及维护，包括日常养护、集中检修等，运维工作量巨大，对现场运维人员数量、质量要求较高。
现场运维人员通过检查现场信号设备状态、查阅现场纸质资料等方式实现巡检及维护，运维手段较落后，运维效率不高。
尤其在设备发生故障等紧急情况下，仍然需要通过查阅纸质蓝图、设备说明书等方式排查故障，排查时间长，应对紧急情况的手段明显不足［1-5］。
为摆脱上述困境，提出一种新的维修维护理念，即运维集成化、数字化、智能化。
一旦信号设备发生故障，能够以最少时间调阅故障设备相关资料，协助分析、判断，充分利用计算机技术优势，实现快速定位故障、快速分析故障、快速决断处理方案［6-11］，因此研发铁路信号系统三维可视化运维平台。
铁路车辆运行视景仿真系统
周晓莉;苏虎;杨吉忠
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2005(000)011
【摘要】通过对铁路车辆运行状态的仿真,可以对现代高速、重载列车在线路和桥梁上运行时的动力学性能进行模拟仿真研究,从而用于评价新造(或改造)机车车辆行车安全性.文章探讨了以铁路车辆运行为仿真对象,运用Multigen Creator和Vega 开发视景仿真系统的思路,对场景模型建立和视景驱动技术进行了研究.
【总页数】2页(P52-53)
【作者】周晓莉;苏虎;杨吉忠
【作者单位】西南交通大学,智能控制与仿真工程研究中心;西南交通大学,智能控制与仿真工程研究中心;西南交通大学,列车与线路研究所,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】TP3;U2
【相关文献】
1.铁路救援起重机模拟器视景仿真系统的研究 [J], 乔辉;张玉平;林静
2.轨道车辆运行的增强现实仿真系统研究 [J], 王伟明;何亚轩;任彬;张勇
3.轨道车辆运行的增强现实仿真系统研究 [J], 王伟明;何亚轩;任彬;张勇;;;;
4.船舶机舱多通道视景虚拟仿真系统 [J], 李婷云;黄建伟;郭家建
5.基于Genesis的飞行模拟视景仿真系统开发 [J], 元凯;于澜;姚嘉陵;于萍
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视景仿真技术在郑州地铁1号线列车自动监控系统中的应用王怀松;陈荣武;易立富;王坚强;杨城【摘要】通过列车运行视景仿真系统,可将视景仿真技术应用到城市轨道交通列车自动监控系统中.以郑州地铁1号线为例,介绍了列车运行视景仿真系统的建立过程.通过系统接口通信,ATS(列车自动监控)系统实现了对列车运行视景仿真系统的列车自动追踪功能、信号控制功能,以及信号设备状态监控功能.经过仿真测试验证,视景系统图像输出流畅,可真实描述地铁列车的运行场景;视景系统与ATS系统结合能模拟ATS系统对在线列车的主要监控功能,具有良好的实时控制性与稳定性.%Through adopting visual simulation system in train operation,the visual simulation technology can be applied to rail transport ATS system.Based on Zhengzhou metro Line 1,the use of novel technology of visual simulation is introduced.By connecting system interfaces,ATS has realized thefunctions of train running status monitoring,signalcontrol,signal device condition monitoring and so on.The simulation results show that the image output is fluent,which can describe the real train running scene,simulate the main control functions of running trains when combined with ATS system with good performance and stability.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2017(020)012【总页数】4页(P130-133)【关键词】地铁;视景仿真技术;列车自动监控系统【作者】王怀松;陈荣武;易立富;王坚强;杨城【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,610031,成都;西南交通大学信息科学与技术学院,610031,成都;中铁二院工程集团有限责任公司,611756,成都;中铁二院工程集团有限责任公司,611756,成都;西南交通大学信息科学与技术学院,610031,成都【正文语种】中文【中图分类】U284.48列车运行视景仿真技术将三维视景仿真技术与轨道交通控制系统结合，广泛应用于列车驾驶员培训系统和列车运营三维演示系统中。
-142-面的固定。
固定后，打开金属框架两端的螺纹开合装置，将担架分为两部分，作为帐篷的底部，供人们居住。
图6 帐篷(4)撑起帐篷布体：布体底部的连接采用拉链拉合的方式，布体上端的限位与固连采用金属杆件搭接的方式。
金属杆件插入四个角框架上的圆孔中实现固定，变为帐篷(如图6所示)。
3.2 基本参数本设计对杆件及各个机构进行了设计校核，保证在承重方面达到设计要求，各状态下参数如表1所示。
4.结束语本产品将与救援、避难有关的背包、担架、帐篷三件设备结合了起来，独立的解决了救灾过程中的一系列问题，再加之四折叠可分离框架结构、侧连接机构、开合装置的创新设计，使得其在不同的状态下体现出不同的功能，实现了一包多用，具有可观的目标市场。
参考文献[1]梁海燕,朱璇.国内外背包旅游安全研究述评和启示[J].北京第二外国语学院学报,2012(01):25-31.[2]范立冬.基于Pro/E与ADAMS结合的车载担架床虚拟样机建模与动力学分析和优化设计[D].第三军医大学,2007.[3]王莹.基于民生设计中的救援担架设计研究[D].湖北工业大学,2009.[4]张民华.固定担架杆式担架的尺寸要求和试验(联邦德国工业标准)[J].军队卫生装备,1987(02):28-32.[5]吉田征政.灾害时的逃生背包[J].上海包装,2000 (01):8-9.基金项目：大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201210702067）。
作者简介：李月月（1991—），男，陕西绥德人，大学本科，现就读于西安工业大学机电工程学院，研究方向：机械设计制造及其自动化。
高速列控系统三维视景子系统设计与实现大连工人大学计算机系 曹 坤海军航空兵学院飞行理论系 刘述田大连软件职业学院软件工程系 杜广霞【摘要】针对高速列车视景仿真的特点，采用了对视景模型精度、逼真度要求高的解决方案，用3DS MAX进行建模，开源3D引擎OGRE进行视景驱动，利用多线程、视点预测、LOD以及BSP技术高效的解决了大地景的加载与显示、小物体的快速渲染等关键问题。
文章编号：1005-8451（2017）10-0001-04第26卷第10期Vol.26 No.10研究与开发Research and Development 收稿日期 ：2017-04-17作者简介：郑杰良，在读硕士研究生；陈荣武，高级工程师。
基于MSTS 的ATO 系统功能模块仿真研究郑杰良，陈荣武，郭彦宏（西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 611756） 摘 要：基于MSTS 微软火车模拟器开发的开源软件OR 的研究基础，结合ATC 系统结构框架，对列车运行三维视景系统仿真平台进行了研究，设计出基于MSTS 的ATO 系统功能模块仿真。
运用.Net 平台中的Socket 网络通信技术建立的ATO 系统功能模块仿真，实现了远程控制OR 列车客户端运行的功能，整合后的控制模式为ATO 系统的扩展性功能提供了通信接口和自动运行的控制基础，提高了列车运行三维仿真系统整体的真实性。
对后期完善整个系统仿真平台具有重要的意义，达到了预期的设计目标和效果。
关键词：MSTS ；OR ；ATO 系统中图分类号：U284.482∶TP39 文献标识码：A ATO system of functional module simulation based on MSTSZHENG Jieliang, CHEN Rongwu, GUO Yanhong( School of Information Science & Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China )Abstract: Based on Microsoft Train Simulation (MSTS), the open-source game software Open Rails (OR) was developed. This article combined with the structure of the Automatic Train Control (ATC) system, designed the MSTS based Automatic Train Operation (ATO) system functional modules simulation, used socket network communicational technology in .Net platform to establish the function module simulation of ATO system, implemented the function of remote control OR train client. The integrated control mode provided the communication interface and the automatic operation control basis for the extensional function of the ATO system, improved the overall authenticity of the train simulation system. It had important significance to improve the whole system simulation platform, achieved the objectives and expected results.Keywords: Microsoft Train Simulation (MSTS); Open Rails (OR); Automatic Train Operation (ATO) system列车运行视景仿真技术是三维视景仿真技术与轨道交通控制系统的结合，被广泛应用到列车驾驶员培训系统和列车运营三维演示系统中。
基于模式的视景仿真系统的构建与实现随着计算机软、硬件技术的发展与成熟,仿真模拟技术在各大领域均得到了广泛的应用和发展,视景仿真便是其中的一种。
某军用电台虚拟仿真系统正是基于这一背景而提出的,包括视景仿真系统、电路仿真系统和故障库三部分。
其中,视景仿真系统是整个系统最重要的部分,它通过对电路仿真结果和故障库的功能调用来实现电台整机和板卡器件及其电路波形的展示。
本文以某新型军用电台为研究对象,围绕“无缝视景展示”和软件板卡级扩展的核心功能及要求,在借鉴软件设计模式的基础上,结合数据库技术、视景渲染引擎技术、MFC面向对象设计方法设计了虚拟电台视景仿真系统的总体结构并对其实现方法进行了描述。
首先,本文阐述了软件设计模式和软件体系结构的相关概念,并重点分析比较了两种常用的交互式系统体系结构模式--MVC模式和PAC模式。
通过对比研究,本文选择了MVC体系结构模式作为本视景仿真系统体系结构设计的依据。
其次,总结了交互式视景仿真软件和传统的交互式软件的异同点。
根据前者独有的特点,对传统的MVC模式进行改造,并裁剪掉OGRE图形渲染引擎在本仿真系统中不必要的功能,之后将其封装成为OGRE视景渲染中间件。
据此提出并设计了基于MVC设计模式和视景渲染中间件的视景仿真系统软件体系结构。
第三,根据该军用电台视景仿真系统的功能需求,完成了对本视景仿真系统的组件划分(模型组件、视图组件、控制器组件和视景渲染中间件),给出了各个组件的功能、职责及各组件之间的协作关系。
之后,结合设计模式的理念,设计并实现了各功能组件。
最后,给出了虚拟电台视景仿真系统的仿真流程,完成了视景仿真系统的设计实现,并展示了虚拟电台视景仿真系统的运行实例。
此后,依据软件开发流程对本电台视景仿真系统进行了系统功能测试。
测试结果表明该系统各项功能指标满足软件需求中所要求的功能项。
如今,在该体系结构下完成的虚拟电台视景仿真系统已应用于合作方的日常教学和训练中。
基于MSTS的列车运行视景仿真系统三维建模王怀松;陈荣武;杨城【期刊名称】《系统仿真技术》【年(卷),期】2016(12)4【摘要】With the rapid development of computer science and technology,software platform provides stronger processes as well as hardware. Multi-variant methods of train simulation evolve rapidly. This paper provides a way to emulate train operation based on MSTS and the basic process and content of the 3D modeling are introduced by building the model of Chengdu-Suining route. This paper analyzes the possible problems in the process of modeling and puts forward the corresponding solutions. Finally,the objective environment of the train operation is simulated according to the real railway of Chengdu -Suining. Practices have demonstrated that the method is efficient,flexible and extensible.%近年来，随着计算机技术的飞跃式发展，无论是硬件设备功能还是软件工具平台都已具备了强大的处理功能，列车运行仿真方法日趋多元化。
基于网络协作的铁路行车组织仿真实验系统
铁路运输是我国交通运输体系中重要的组成部分，铁路行车组织对于铁路运输的安全、效益和服务水平有着重要的影响。
为了更好地理解铁路行车组织的原理和实践，提高相关
人员的培训和教学效果，设计开发了基于网络协作的铁路行车组织仿真实验系统。
本系统主要包括三部分：仿真绘图模块、仿真模型模块和评价分析模块。
仿真绘图模
块主要负责将运行过程中的数据可视化展示出来，仿真模型模块主要负责描述铁路列车运
行过程中的各种因素，评价分析模块主要负责统计、分析和评价铁路列车运行过程中的各
种数据指标。
在仿真模型模块中，设计了列车模型、信号系统模型、道岔模型和信号机模型等。
列
车模型中包括列车的类型、起始站点、终点站点、行驶速度、停靠时间等等。
信号系统模
型包括信号机的类型、编号、位置等等。
道岔模型则包括道岔设备的类型、编号、位置以
及状态等等。
信号机模型则包括信号机的类型、编号、位置以及状态等等。
在系统运行过程中，根据列车模型、信号系统模型、道岔模型和信号机模型等各种因
素参数，系统将模拟行车组织过程中所涉及的运行状态。
系统支持实时控制各种设备状态，并能够显示设备运行状态信息。
同时，系统还可以对仿真数据进行统计、分析和评价，帮
助用户更好地理解仿真过程中各个数据指标的含义。
用户可以通过评价分析模块，获取系
统所提供的仿真分析结果，分析结果能够辅助用户进行更加深入的学习和理解。
Science &Technology Vision 科技视界作者简介:武则辉(1962—),男,本科,主要研究方向为内燃、电力机车。
1系统开发背景目前国内对接发列车作业人员的培训方法进行了许多的研究和改进,利用实物的铁路沙盘、6502实物设备等模拟演练,但是培训模式都存在着共同问题:造价高、故障率高、维护周期短、维护复杂、占地空间大等。
例如实物沙盘需要进行台体的搭建,轨道的铺设,道岔、信号机的安装及各种沿线装饰物的组件布置施工,为保证系统的耐久运行,材料要经过防腐阻燃等多重处理,关键设备如轨道、模型小车还需进口,控制电路相对复杂,使用过程中,需要进行设备如信号灯灯泡、转辙机等易损设备的更换,还要定期进行防尘维护,沙盘越大构建越复杂维护成本就越高,其次沙盘教学由于沙盘的空间限制,受训人员只能看到局部,却无法纵观总体或查看细节,人员的演练也相对分散等诸多不便。
2基于三维仿真的接发列车实训系统优势2.1从理论层面阐述采用三维仿真技术达到的效果基于三维仿真的接发列车实训系统以“职业引导、能力递进”为基本思路进行设计,以“教、学、做”为主线,基于工作过程构建实训课程体系,满足学生实训的环境就是将来工作的环境的现实需要。
随着电气化铁路的快速发展,新线大量增加,铁路信号设备种类越来越多,需要认知和了解的设备越来越多,原理越来越复杂,开展教学、培训时,使用中的设备不能动,现场实验设备数量少,单一的理论教学不仅枯燥难懂,而且培训效率低下,系统全面地掌握类似技能其周期就更长。
2.2相较于现有培训方式及现有培训软件的优势在轨道交通三维交互沙盘的应用中,可直观演示轨道交通运输作业过程,并与铁路综合调度与列车运行控制仿真教学系统联动,同步仿真演示,实现调度系统的模拟实训功能;可模拟各种铁路站场设备,在仿真联锁系统及控制电路的控制下,能仿真道岔的转换、轨道电路、信号显示等;可根据信号及列控系统要求控制列车运行,列车可前进、后退、鸣笛等,并能够按要求速度运行;沙盘车站的接发车进路可根据教学仿真系统下达计划自动储存、排序、执行、回馈;可进行库内调车模拟、信号故障演示等操作。
地铁列车运行视景系统与ATO仿真模块的接口实现郭彦宏;郑杰良【摘要】This article proposed a kind of metro train operation visual system based on MSTS(Microsoft train simulation) platform, introduced the workflow of the visual system, and implemented the interface between visual system and ATO(Automatic Train Operation) simulation module. The interface was used to achieve the tracking control for ATO simulation module to visual system in metro train running client. It provided the possibility for the relevant test and research for the future in the visual system of ATO, but also provided a new idea for the related research of urban rail transit.%提出一种基于微软模拟列车(MSTS)平台的地铁列车运行视景系统,介绍了视景系统的工作流程,实现了视景系统和列车自动驾驶子系统(ATO)仿真模块的接口,利用接口实现了ATO仿真模块对视景系统地铁列车客户端运行的跟踪控制,为今后在视景系统中对ATO进行的相关测试和研究提供了可能 ,同时也为城市轨道交通的相关研究提供了新思路.【期刊名称】《铁路计算机应用》【年(卷),期】2018(027)001【总页数】4页(P64-67)【关键词】视景系统;微软模拟列车;列车自动驾驶子系统;仿真【作者】郭彦宏;郑杰良【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,成都 611756;西南交通大学信息科学与技术学院,成都 611756【正文语种】中文【中图分类】U231.6;TP39近年来，得益于城市轨道交通的大容量运输、快捷安全和节能高效等优点，城市轨道交通是当今及今后一段时间内我国大城市客运交通发展重点[1]。
基于分布式仿真的列车运行三维视景驱动
崔凯
【期刊名称】《变频器世界》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】搭建高速列车牵引计算多质点均质棒模型,实现列车的自动连续计算。
为了将高速列车牵引计算与三维视景结合,基于高层体系架构平台和用户数据包协议,开发了三维视景驱动程序;针对HLA平台、视景驱动程序、三维视景三者之间列车位置信息的传输问题,设计了一种对列车位置信息进行转换的算法,有效解决了视景前推问题,以及列车运行距离和区段偏移的显示问题;分析RTI的时间推进方式,采取增加视景驱动程序仿真时间的方法,实现三维视景实时推进功能。
测试结果表明,视景能正确接收到列车速度、位置信息,实现了高速列车牵引运行的可视化仿真。
【总页数】6页(P100-105)
【作者】崔凯
【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环工处
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.列车运行三维动态视景仿真 [J], 李碧波;杨岳;易兵
2.基于HLA的分布式三维视景列车运行模拟器的设计与实现 [J], 宋晨亮;张勇
3.基于MSTS的列车运行视景仿真系统三维建模 [J], 王怀松;陈荣武;杨城
4.基于MSTS的列车运行视景仿真系统三维建模 [J], 王怀松;陈荣武;杨城
5.基于三维视景的列车运行仿真平台的研究与实现 [J], 王怀松;陈荣武
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
ATS系统与三维视景仿真系统的结合技术研究张代胜;蒋鹏;陈荣武;王坚强【摘要】以郑州地铁一号线为背景,提出了基于MSTS平台的三维视景仿真系统与地铁ATS系统的结合技术方案.介绍了三维视景的建模过程,设计了用于控制对象的数据协议,利用MFC开发了用于系统间数据处理及传送的接口服务器.测试结果表明,提出的结合技术方案具有良好的可行性,满足基于三维视景的仿真系统的各项性能指标.为后续各项列控仿真子系统的研究,提供了新思想和技术方案参考.%Based on the background of Zhengzhou Metro Line 1,the technology plan of combination of 3D visual simulation system and Metro ATS simulation system based on MSTS platform is proposed.The modeling process of the 3D scene system is introduced,and the data protocol for controlling object is designed.The interface server is developed for data processing and transfer between systems by MFC.The test results show that the proposed scheme has a good feasibility and meets the performances of the simulation system based on 3D visual simulation system.The new ideas and technical scheme reference is provided for the follow-up study of the train control simulation subsystem.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】6页(P106-111)【关键词】ATS;视景仿真;MSTS;接口【作者】张代胜;蒋鹏;陈荣武;王坚强【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都611756;西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都611756;西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都611756;中国中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都610031【正文语种】中文三维视景仿真技术是计算机技术的重要分支，是计算机技术、图形图像处理技术、多媒体技术、信息合成技术以及显示技术等诸多高新技术的综合运用[1].我国在上个世纪80年代末90年代初将三维视景仿真技术应用于城轨仿真中，主要是为司机培训提供一种模拟驾驶平台.在该平台的三维视景通过地铁列车运行时从司机室实景拍摄得到，叠加关键技术生成的系统.比较有代表性的系统有：上海同济大学开发的北京地铁二号线司机培训系统[2].黄友能[3]着重从场景模型的生成、动态场景的控制、视点变换、人物仿真等几个方面研究了虚拟仿真技术与地铁运行仿真系统的结合.ATS(Automatic Train Supervision)系统作为列车控制系统的重要子系统，主要负责列车运行状态的监测和运行图的调整.李廷朵[4]设计了ATS仿真系统，模拟了CBTC 列车运行.张太花[5]仿真实现了ATS系统中列车识别、车次号追踪、车次号操作等列车追踪功能.车爽[6]利用Creator/Vega工具仅仅从列车运行的角度将三维视景仿真系统和ATS系统结合到一起.目前关于地铁三维视景仿真技术和ATS系统的文章比较多，但真正从调度和列车运行的角度将三维视景仿真系统和ATS系统结合的文章相对较少.随着工业4.0的提出，虚拟现实结合技术倍受关注，通过虚拟-实体系统，构建智能工厂，实现智能制造的目的[7]，可见将虚拟技术应用到其它系统中的结合技术着实具有重要的研究意义.本文以郑州地铁一号线为背景，提出了一种基于微软MSTS(Microsoft Train Simulator)平台的三维视景系统与ATS系统的结合技术，从而搭建管控一体化的综合化仿真平台(以下简称“综合仿真平台”).利用此仿真平台，列车司机可在完全安全且逼真的虚拟环境中进行培训；地铁线路设计人员可得到各种参考数据；地铁调度培训人员可以看到现场设备动作过程及状态.同时，也可为有需求的客户提供系统性展示本文以郑州地铁一号线的线路数据为基础，利用微软公司开发的MSTS平台对列车三维视景场景建立模型.同时依托于微软提供的MSTS引擎，在VS2013平台上利用C#语言对模型进行驱动，实现用程序去操纵视景中的对象.由于MSTS平台具有强大的图像处理能力和批量布景功能，因此基于MSTS的建模方法相对于传统的CAD、Creator/Vega技术以及拍摄实景的建模方法，有效地提高了建模的效率和质量.其中三维视景场景主要包括：列车、隧道、信号机、轨道及其它建筑等[6].该部分是项目小组其他成员的主要任务，因此不作过多陈述.在综合仿真平台中，ATS系统采用西南交通大学轨道交通信息及控制实验室现有的郑州地铁一号线的ATS系统.开发接口服务器作为ATS系统与三维视景仿真系统之间的数据处理和数据通信的枢纽.整个系统由四大功能组成：调度指挥功能、列控接口功能、控制对象响应功能和大屏显示功能.TOD系统与三维视景列车非直接连接，而是将TOD系统连接到接口服务器中的车载控制器模块(TOD显示功能不在本文重点研究范畴，不予过多陈述).各部分作用如下：(1)调度指挥系统：下达调度命令，同时监控列车运行及设备工作状态;(2)列控接口：处理ATS下达的调度命令，并向TOD和三维仿真系统发送相关信息;(3)控制对象：模拟列车驾驶与TOD显示功能;(4)大屏显示：显示ATS站场图和三维视景列车运行场景(包括ATS调度工作站的视景定位).3.1 数据传输过程三维视景仿真系统和ATS系统结合的各子功能具体包括：加车、单独操纵道岔、进路办理、取消进路、视景定位等.现以设置进路为例说明数据的传输过程：(1)ATS调度工作站下达进路办理命令通过ATS服务器至接口服务器；(2)接口服务器处理命令并向三维仿真系统发送命令；(3)三维系统控制进路上的视景道岔动作到相应位置，同时信号机显示与进路相对应的信号显示.3.2 数据协议设计如图1所示.设定了数据收发双方的数据协议，收发双方必须按照协议指定格式发送命令或者数据消息.现以单独操纵道岔P0106到定位为例说明数据协议的具体含义及解析过程.ATS调度工作站通过菜单操纵下达进路操纵命令：SWIP01060，接口服务器接收到命令数据后，通过查表处理将道岔名称解析为三维仿真系统中的道岔序号，并形成新的命令数据(SWI0530)发送给三维视景仿真系统.三维仿真系统的MSTS系统接收到数据后，根据SWI标识确定是对道岔进行单独操纵，根据编号053找到对应的道岔，最后根据数据命令末位0，判断道岔定反位状态并使道岔动作到定位.接口服务器作为三维视景仿真系统和ATS系统的信息传输纽带，是综合仿真平台实现功能至关重要的一部分.本系统是在VC++6.0平台上，利用C++语言，采用MFC框架进行软件开发的.基于TCP/IP通信协议，利用套接字编程实现网络通信.软件层次图如图2所示.其中ATS服务器接口模块程序添加在原ATS系统中.三维视景仿真系统基于MSTS平台建模后，借助MSTS引擎在VS2013平台上利用CJHJ完成模型对象驱动功能.4.1 加车功能ATS系统的重要功能之一就是监测对列车的位置、运行速度及各类基础设备的状态[5].本系统的加车功能包括了列车的自动追踪功能.通过三维视景仿真列车实时发送列车的位置和速度数据至接口服务器，接口服务器转发给ATS系统，然后ATS 系统按照数据协议对数据进行处理，转换为列车的位置、速度以及车次号数据，显示在调度工作界面上.列车追踪功能如图3所示.4.2 单独操纵道岔功能道岔有两种操纵方式：一种是对道岔进行进路方式操纵，另一种是对道岔进行单独操纵[9].通过调度工作站下达道岔单独操纵命令，ATS服务器将命令写入消息队列，ATS发送数据模块将数据发送给接口服务器，接口服务器对数据处理并判断，然后发送给三维视景仿真系统.三维仿真系统根据接收到的命令(SWI+编号+定反位状态)，将对应道岔动作到相应位置.道岔转换前的位置状态分别如图4、5所示.4.3 办理进路功能/取消进路为了保证行车安全，车站内信号、道岔、轨道电路等基本信号设备必须遵循一定的条件，按照一定的程序严格执行，这些条件和程序称为联锁.在进路排列之前，联锁系统会根据进路的操纵命令，对联锁关系进行判断，在无进路冲突的情况下才能排通进路，并向现场设备下达进路命令[9].本系统中，当在ATS调度工作站上进行办理进路(S0108至S0102)操作时，在满足联锁关系的前提下，通过接口服务器处理发送给三维视景仿真系统，系统接收到命令后，使进路上相关的道岔P0106动作到相应位置，并使信号机S0108和S0102显示正确的颜色.办理进路前后道岔和信号机状态分别如图6、7所示.取消进路功能与进路办理类似，只需要进路上给出正确的信号显示即可，这里不再赘述.4.4 视景定位功能通过调度工作站上的视景定位菜单，下达视景定位命令.三维系统接收到定位命令后，把对应的设备显示至大屏上.这就可以很好的将现场设备和ATS调度工作站上平面布置图的信号设备有机结合到了一起.验证一个基于三维视景的仿真系统性能的常用技术指标为实时性、可扩展性、显示速度、精确度以及操纵效率等[2,6].而本系统主要从两方面来评价其性能的优劣：一方面是ATS下达各调度命令，三维视景仿真系统能否快速执行命令，将相关设备动作到相应状态；另一方面是ATS调度工作站能及时更新列车的位置和速度等数据.5.1 加车功能根据列车运行计划，ATS系统通过菜单发送加车命令REQ_ADD，三维仿真系统接收到加车命令后驾驶员将列车从车辆段驶入CBTC区域，当ATS调度工作站接收到三维视景仿真系统发送的第一个点时，完成加车功能，并对列车进行自动追踪.5.2 进路办理和进路取消在ATS调度工作站上，通过菜单分别选择进路办理和进路取消命令，三维视景仿真系统能将道岔和信号机动作到相应的状态.5.3 单独操纵道岔在ATS调度工作站上，通过菜单分别下达单独操纵道岔到定位和反位的命令，三维视景仿真系统能完成道岔的定位和反位的动作过程.5.4 视景定位在ATS调度工作站上，通过菜单分别下达列车的驾驶室视角、对向视角、顺向视角和远景视角命令，三维仿真系统能完成列车相应视角位置的切换；在ATS调度工作站上，通过菜单下达某个信号机和某个道岔的视景定位命令，三维视景仿真系统将所选择的设备显示到大屏中央位置.通过测试，本系统设计优点在于接口服务器能正确收发并处理相关数据，能满足ATS系统与三维仿真系统能实时传输数据，数据采集周期小于0.1 s，满足实时性的要求且系统性能相对稳定.由于本系统开发了接口服务器作为系统结合的纽带，可方便的再接入其它子系统，可扩展性好.同时，三维视景画面显示清晰，模型逼真，画面切换较为流畅.满足设计的功能需求，使两系统实现了成功的结合.但本系统的视景定位功能设计存在着不足之处：若先后两次定位的设备相隔太远(如前后视景定位的两个信号机分别位于一号车站和二十号车站)，由于三维视景仿真系统中设备的切换过程中需要切换的数据量太大，导致视景定位功能切换存在2 s的时间延迟.本文下一步工作，针对视景定位功能，探索更好的实现方案.本文以郑州地铁一号线为背景，在MSTS平台实现了三维视景列车运行仿真系统的建模，结合功能需求，设计并实现接口服务器，将三维视景仿真系统和ATS系统有机结合到了一起.将三维视景仿真技术成功运用到了ATS系统中，形成了管控一体化的综合仿真平台.经过系统测试表明，本文的系统结合技术方案可行性好，可扩展性强.并能为相关培训人员提供操作平台及教学系统化展示平台.同时，也能为后续有关将三维视景仿真技术应用在其它列车控制系统中的研究提供技术参考.【相关文献】[1]宋晓伟,唐涛.视景仿真技术在地铁列控系统中的应用[J].北京交通大学学报,2007(2):67- 71.[2]杜霄,唐涛.地铁列车运行仿真系统中三维视景建模和简化[J].系统仿真学报,2006(6):1724- 1728.[3]黄友能,唐涛,宋晓伟.虚拟仿真技术在地铁列车运行仿真系统中的研究[J].系统仿真学报,2008,12:3208- 3211.[4]李廷朵,孔祥琦,宋欣,等.ATS系统模拟CBTC列车运行的设计[J].铁道通信信号,2013(S1):69- 70,74.[5]张太花.ATS列车追踪的设计与实现[D].成都：西南交通大学,2013.[6]车爽.基于列车运行控制的城市轨道交通视景仿真[D].成都：西南交通大学,2015.[7]丁纯,李君扬.德国“工业4.0”:内容、动因与前景及其启示[J].德国研究,2014(4):49- 66+126.[8]陈荣武.CBTC系统列车运行仿真与优化策略[D].成都：西南交通大学,2011.[9]杨扬.车站信号控制系统[M].成都：西南交通大学出版社，2012.[10]IEEE Std 1474.3- 2008.IEEE Recommended Practice for Communications-Based Train Control (CBTC) System Design and Functional Allocations[S].IEEE vehicular Technology Society.The Institute of Electronics Engineers,Inc.，2008.[11]杨林.地铁列车运行仿真系统三维建模的研究与实现[D].成都：西南交通大学,2015.[12]陈尔超.城市轨道交通调度与控制一体化方法的研究[D].北京：北京交通大学,2015.[13]李铮.基于CBTC的ATS系统与外系统接口模块的设计与实现[D].北京：中国铁道科学研究院,2014.[14]MULTIGEN-PARADIGM. Vega LynX User’s Guide[M].San Jose,CA:MultiGen-Paradigm,2001.[15]BADLER N.Virtual humans for animation,ergonomics,and simulation[J].IEEE Workshop on Non-Rigid and Articulated Motion,Puerto Rico,1997(6):28- 36.。
基于MSTS与DEM数据的线路地形仿真与实现
杨城;陈荣武;王怀松
【期刊名称】《系统仿真技术》
【年(卷),期】2015(011)004
【摘要】三维场景仿真技术已被广泛应用于航空、城市规划、轨道交通等众多领域.该文章基于微软所开发的MSTS(Microsoft train simulation)列车运行仿真平台,以真实线路为原型,结合Google Earth地标功能,对如何快速准确复原地形进行了研究,提出利用DEM(Digital Elevation Model)数据导入,实现对仿真线路所在区域地形地貌环境的高度复原.该方法完善了仿真展示效果,提高了仿真结果的真实性与准确性.相比于传统人工修改地理参数的方式,该方法在保证一定仿真精度的前提下,通过导入DEM数据,能够大量减少复原线路地理环境的工作量.
【总页数】5页(P323-326,330)
【作者】杨城;陈荣武;王怀松
【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,成都611756;西南交通大学信息科学与技术学院,成都611756;西南交通大学信息科学与技术学院,成都611756【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.利用VB实现微地形探测仪的DEM数据采集 [J], 任凤跃;卜英勇
2.基于MSTS与DEM数据的线路地形仿真与实现 [J], 杨城;陈荣武;王怀松
3.基于大规模DEM数据的地形仿真算法 [J], 海占广;吴保国
4.基于DEM数据的地形分析研究与实现 [J], 全晓萍; 宋志勇
5.基于MSTS的三维仿真演示系统外部接口的研究与实现 [J], 杨城;陈荣武;王怀松
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基于MSTS的列车运行视景仿真系统三维建模王怀松;陈荣武;杨城【摘要】近年来,随着计算机技术的飞跃式发展,无论是硬件设备功能还是软件工具平台都已具备了强大的处理功能,列车运行仿真方法日趋多元化.提出了一种基于MSTS(Microsoft Train Simulator)平台的列车运行仿真方法,并通过建立成遂线的线路模型介绍了利用该方法建模的基本过程和内容,分析了建模过程中可能存在的问题并提出了相应解决办法.最后依据成遂线真实运营场景逼真模拟了列车运行客观环境.实践证明,该方法具有高效性、灵活性与可扩展性.【期刊名称】《系统仿真技术》【年(卷),期】2015(011)004【总页数】6页(P298-303)【关键词】列车运行仿真;线路模型;MSTS;场景【作者】王怀松;陈荣武;杨城【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院,成都611756;西南交通大学信息科学与技术学院,成都611756;西南交通大学信息科学与技术学院,成都611756【正文语种】中文【中图分类】TP391.9自上个世纪八十年代末九十年代初，我国开始将三维仿真技术应用于城市轨道交通领域，起初的目的主要是为培训列车司机提供一种模拟驾驶平台［1］。
近年来，随着我国铁路现代化建设快速推进以及计算机软硬件技术的飞速发展，列车运行仿真技术也在不断进步，其应用领域更加广泛。
作为现代化的培训平台，列车运行仿真系统可以使列车驾驶员或乘务员更好更快地熟悉和掌握机车的编组和运行工况。
作为模拟演示平台，我们可以在虚拟却高度真实的场景里模拟各种有可能在现实世界里发生的突发情况［2－3］，为相关人员处理突发事故积累经验。
作为研究测试平台，不论是新线的试运营还是旧线的改造，都可以通过该仿真系统观察预期效果，了解是否满足运营和安全需求。
本文所提出的建模工具MSTS（MicrosoftTrain Simulator）是美国微软公司推出的基于模拟火车驾驶的软件开发平台，MSTS是一个比较开放性的软件平台，用户可以根据它提供的工具来进行二次开发，按照自己的需求进行线路编辑以及创建各种模型，然后进行实时交互性的模拟驾驶，现被广泛用于各种火车模拟游戏的开发中。
这种基于微软MSTS开发平台的建模方法，相对于传统的CAD、3dsmax、Multigen Creator等建模方法而言，该方法凭借强大的图像处理能力、强大的模型数据库以及批量式布景功能，大大提高了建模的质量与效率。
MSTS开发平台不仅可以对地铁、高铁、有轨电车等任何轨道交通进行直观真实的模拟，而且还能够将已经完成的线路运用到其他的线路，具有较强的可扩展性［4］。
列车运行环境需要构建的三维模型主要包括：轨道、信号机、站台以及桥梁、隧道等。
同时，为使仿真系统更加具有真实感，还需增加诸如树木、山川、湖泊、公路等建筑景观以及设定天气、季节等环境特性。
本文中列车运行环境的建模原型是成渝线的成都至遂宁段，该线路是成渝线的一部分，全长146公里，线路环境比较丰富，包含了平原、山川、湖泊以及隧道和桥路，是比较理想的仿真研究对象。
列车运行环境的三维模型建立流程如图1所示。
3.1 地形区域创建铁路线路模型所在地形区域的创建是在MSTS的地形生成器中完成的。
以创建成遂线路模型为例，首先进入MSTS的地形生成器新建一条线路，然后在地球仪上找到需要创建线路的大致位置并连续放大该区域，此时可以看到地图上以红色线条标注的就是既有铁路（2001年前修建），如图2（a）所示。
如果是新的线路可能无法找到，就要用Google Earth或者其他的工具先确定要建立线路的大致经纬度，这些经纬度信息可以从谷歌地球中的地标工具获得，然后通过地标转换工具软件将地标文件编码为MSTS可以识别的MKR文件，那么在随后制作线路的过程中，就可以沿着这些标记往前铺轨，而不会偏离实际走向。
定位至成遂线所占据的地图区域上，通过用鼠标拖出矩形框来选择线路，并在矩形的内部添加所选择的全部区块，然后重复这个步骤，直到添加若干块区域以覆盖整条线路。
此时，在所选矩形中会出现很多黑色的方格，最小的方格代表大约1.5公里见方的地形方块。
然后对所要建设线路周围的小方格对线路进行标记，标记后相应小方格会变成蓝色，最终要确保线路经过的小方格全部被标记，如图2（b）所示。
在线路上选择一点作为线路编辑器的开始区块，这里的开始区块就是在打开线路编辑器后摄像机视角的初始位置。
最后下载该线路所涉及的经纬度DEM数据包，用地块软件DEMEX将该区域的数据包导入线路。
由于使用的DEM地形地貌数据包是通过卫星拍摄处理之后得到的数据包，可以从中看到起伏的地形地貌，所以整个地形地貌较为真实的还原了实际环境。
导入成功后，在MSTS线路编辑器查看所创建的地形，如图2（c）所示。
3.2 线路三维模型的建立轨道交通包含多个运行场景，本文根据成遂线的真实运行场景进行建模。
以实现对列车运行客观环境的模拟，让人能有一种身临其境的真实感，从而达到视景仿真的效果。
通过对成遂线的线路建模分析，总结出了列车运行视景仿真系统中主要的场景模型，如图3所示。
3.2.1 轨道的铺设MSTS线路编辑器提供了大量的模型库，包括常见的轨道模型、信号机模型以及隧道、桥梁等建筑模型。
创建好地形区域之后就像有了画布一样，我们就可以借助MSTS平台提供的线路编辑器这支“画笔”在这块“画布”上尽情发挥来设计自己的线路三维模型。
在铺设轨道时，为防止偏离线路实际走向，可以利用前面提到的包含线路经纬度信息的MKR文件，沿着Google Earth中建立的坐标进行铺轨。
在新建铁路线路时如果选择新建“电气化”铁路线路，则在铺轨时就可以自动生成接触网和电杆。
如果遇到双线线路在区间分离之后需要重新并轨，首先需要知道轨道的弯曲情况，比如弯曲轨道的朝向、半径、弧度等，然后根据这些数据信息将其逆向还原即可。
轨道的铺设如图4所示。
3.2.2 信号机模型的布置与显示原理信号机是铁路或者地铁线路的基础轨旁设备，用灯光的颜色指挥列车的运行，防护信号机所保护的区段。
信号机模型可以从线路编辑器模型数据库中选择，也可以从外部添加。
在“成遂线”三维模型中使用三显示信号机，采用速差制信号显示。
如图5所示，信号机A与信号机B之间的距离以及信号机C与信号机D之间的距离小于安全制动距离时，如果信号机D处于危险侧，那么信号机C和B必须显示黄灯以限制后续列车速度；同理，如果C处于危险侧，则信号机B和A同样也应该显示黄灯以保证行车安全。
如图6所示，以确定信号机A的显示状态为例，假设B为A后方第一架信号机，C为A后方第n架信号机。
在实际MSTS控制过程中，只需要先检查信号机B的显示状态，当信号机B显示红灯时，信号机A显示黄灯；当B为黄灯时，通过检查C的显示状态即可确定A 的显示状态，控制程序如下。
if（next_sig_lr（SIGFN_NORMAL）＝＝SIGASP_APPROACH_1）｛if（next_nsig_lr（SIGFN_NORMAL，2）＝＝SIGASP_STOP）｛state＝＝SIGASP_APPOROACH_1；｝else｛state＝SIGASP_CLEAR_1；｝｝其中，SIGASP_STOP表示信号机显示红灯，SIGASP_APPROACH_1表示信号机显示黄灯，SIGASP_CLEAR_1表示信号机显示绿灯。
3.3 隧道模型的构建隧道是建立于地层内的一种利用地下空间的建筑物，一般都包含隧道整体框架、轨道、线缆以及照明设备等部件［5－6］。
在铺设线路的时候，先在已有的隧道模型库中选择合适的隧道模型，将其添加到线路中，然后通过反复地平移或旋转调整隧道位置，直到隧道口处于合适的开口位置，最后再使用隧道洞口修饰模型对隧道洞口进行修饰，如覆盖掉隧道与山体间的白色空洞等。
3.4 制作和导入模型库中没有的模型在制作线路时可能会遇到的一个问题是，在线路编辑器的模型库里找不到想要的模型，这时候就需要借助平面设计软件和三维建模软件的支持，先设计出模型再将其导入到线路中。
模型的制作过程如图7所示。
创建好模型的ACE、s、sd文件后，接着就可以向线路里导入我们自己设计的模型。
以向成遂线导入“站台”模型为例，主要分为两步进行：（1）把s，sd文件放到成遂线的SHAPES文件夹里，把ACE文件放到TEXTURES里。
（2）用记事本打开线路文件夹中的REF文件，选择成遂线，在REF文件末尾添加以下代码：Static（FileName（HN_GaoZhanTai_30m.s）Class（＂站台＂）Align（None）Description（HN_GaoZhanTai_30m））其中，FileName为s文件名，Class表示分类，Description是对模型的描述。
然后打开线路编辑器，在其模型数据库中就可以找到我们自己所设计的站台模型了。
在其模型数据库中就可以找到我们自己所设计的站台模型了。
模型制作完成后一般需要将模型分为动态模型和静态模型两组［7］。
贴图格式为BMP或者TGA，转换后是ACE格式。
模型转换为s文件后无法逆向转换，但是贴图可以逆向转换。
模型制作时应该遵循的原则：尽量删除不需要的面，面数数量尽量少；贴图空间充分利用，尽量使用大规格贴图，这样可以使显示更加清楚，而且一个贴图可以为很多模型所共用。
不同场景效果包括：季节的变化、天气的变化及白夜、黑昼的变化。
这些场景的变化通过贴图的切换来实现。
其中，贴图的切换由sd文件中相应代码控制。
控制贴图显示效果的代码为：ESD_Alternative_Texture（n）其中，n默认有以下4个取值：0，1，252，256。
n＝0，表示模型只有一套贴图，在任何时间段里都只显示这一套贴图的效果。
n＝1，表示模型就有两套贴图，则多出来的一套贴图需要放在SNOW文件夹里，作为雪景贴图。
n＝252，表示模型的贴图套数更多，可以使四季均有对应的贴图，而且每个季节都可以细分为有雪和无雪两种场景。
n＝256，表示模型只有两套贴图，其中一套贴图需要放在NIGHT文件夹里，作为夜景贴图。
图8为雨雪场景对比图。
线路模型建立好后，就完成了成都至遂宁段列车运行平台的搭建。
接下来在MSTS 任务编辑器中编组好车辆，规划好列车运行路径就可以对所建立的线路三维模型进行仿真测试了。
测试的主要目的是验证线路模型中信号机、道岔、轨道之间的联锁关系是否正确，同时还要验证列车运行过程中的线路状况、环境特性以及线路中各种三维模型是否能正常显示或工作。
在本次成遂线的线路模型测试中均满足以上要求，达到仿真目的。
成遂线路模型测试如图9和图10所示。
本论文以建立成遂线三维模型为例，介绍了基于MSTS的列车运行视景仿真建模的基本方法和过程，并且在建立模型的过程中分析了可能存在的问题并提出相应解决办法。
