轨道车辆列车驾驶模拟器系统的应用分析

摘要：从城轨车辆列车驾驶模拟器系统的结构、设备组成和系统功能等方面，详细阐述了依托多媒体网络、三维模拟技术，以计算机系统为核心和媒介的用于培训和考核驾驶员的模拟器系统。

关键词：驾驶室 教导员 三维仿真 计算机

1 概述

列车驾驶模拟器是一个集教学、训练、考核为一体的实时仿真系统，满足城轨列车仿真培训的需求。系统以影像、图形图像、声音以及可沉浸其中的虚拟现实场景（三维）、模拟仿真设备为手段，逼真地实现列车操纵界面、操作显示设备、控制逻辑以及线路场景。系统的所有电气、电子、机械、气动系统的逻辑、关联关系与真实情况一致，可以全面、真实地模拟列车在各种运行环境下的运行状况、操纵特性、突发事件和列车事故。能够完成城市轨道驾驶员的演练、教学指导、教学管理和考核等功能。

2 系统设备构成

列车驾驶模拟器系统架构主要包含下列单元：

a 一套内部完全按照真实列车的布局、样式进行设计制造，配有功能完整的操作台的全尺寸驾驶室实体模型，即仿真驾驶室系统；

b 一个有计算机控制的视频系统，可显示前方的轨道，与驾驶员的控制连接，并有所有相关的音效轨道视效的视频仿真系统。

c 用于输入信息和监控驾驶员动作，并带有记录和打印设备的教导员控制台。

3 系统功能

3.1 仿真驾驶室系统

模拟驾驶室内部为车组驾驶室内部的全尺寸复制品，所模拟的驾驶室配备摄像机，通过摄像机可看到驾驶员控制动作配备驾驶仿真器司机室视频闭路监控系统，用于监视培训、考核过程。

3.2视频仿真系统

3.2.1 前向视频仿真系统

前向视频仿真系统由高清三通道环形幕布、图形工作站、三通道投影机及数字图形融合矫正机组成，提供用户所选线路的全程线路的显示。能为用户提供水平125°，垂直32°的视角画面（见图3）。

3.2.2 站台视频仿真系统

站台监视、停车标画面与仿真主计算机数据同步，制造商设计的站台视频仿真系统能够真实地实现人员的上下车仿真。

3.2.3 音效仿真系统

・具备5声道以上的声音系统

音效仿真系统采用5.1声道环绕声制式。通过音效仿真系统能够实时、准确的产生列车在运行过程中所具有的内部、外部的环境音效。可实现声音全向三维定位特性和三维实时跟踪特性。

・根据列车运行情况，能够模拟真实列车操纵与运行过程真实声音环境的模拟，产生相应的全部模拟音响。

a 列车外部声音：

列车行进时的轨道声；鸣笛声；过道岔的轨道声；制动声；在与障碍物的撞击声；站台噪声；雷声；暴雨声；台风声等；

b 列车内部声音；

列车机械、电气动作声源。如电器吸合、断开声音；设备的机械噪声；空压机启动、运行、关机的声音；空气制动系统产生的各种气动声音等。

3.3 教导员控制台系统

3.3.1 教员控制台是模拟驾驶系统教员的工作场所，教员通过教员控制成对模拟驾驶系统的日常维护与管理、课程或考核内容的编制与维护、对模拟驾驶训练/考核过程的监控、以及对观摩学员的讲解与指导等。

3.3.2 教员控制台配置控制和监视设备，这些设备包括：

a 教员控制计算机：运行教员软件，教员通过该软件实现对系统的控制；

b 驾驶室CCTV监视器：与模拟器司机室内的低照度摄像头相连，便于教员观察模拟器司机室内的情况以及受训司机在操作及故障处理过程中的表现；

c硬盘录像计算机：对驾驶室CCTV的监视内容加以记录；

d 列车车辆显示屏、车载信号显示屏、客室CCTV显示屏：便于教员了解当前列车模拟运行的状态；在培训/考核过程回放时，列车车辆显示屏、车载信号显示屏、客室CCTV显示屏可模拟受训过程中模拟器司机操纵台上对应的列车车辆显示屏、车载信号显示屏、客室CCTV显示屏的内容，便于教员分析或给观摩者讲解；

e 模拟器主控画面监视器：向教员提供了模拟器主控计算机的运行画面，其内容包括列车的运行曲线、列车运行状态等；

f 视景监视器：向教员提供模拟器的前向视景画面，该画面与模拟器司机室内的前向视景相同且同步；

g 故障处理模拟显示器：向教员提供模拟器的故障处理模拟屏画面，该画面与模拟器司机室内的故障模拟屏相同且同步；

h 通讯设备：提供教员对模拟器司机室的通讯以及对观摩台观摩学员的通讯。

i 打印机：打印内容包括：列车运行曲线、培训/考核和打分记录、故障信息等。

3.3.3 记录分析评判系统

模拟驾驶完成后，由系统自动完成并自动评分，它将记录在硬盘的过程数据进行分析，从这些数据中分析出操纵行为的特征，而操纵行为的好坏、对应的扣分值则提供一套评判接口给使用单位，由使用单位判断操纵行为的合理性。它分析的行为包括常规的列车驾驶操作规程与步骤、故障处理分析能力。在分析学员对故障的处理时，计算机算出故障处理所花时间、故障处理行为，而评分系统根据使用单位定义的规则给出分数。

4 总结

列车驾驶模拟器系统能够满足城市轨道驾驶员的演练、教学指导、教学管理和考核的功能，在实际中的应用趋于完善成熟，但考虑轨道交通地铁车辆“以人文本”的设计理念，本着舒适、高效、逼真的原则，列车驾驶模拟系统的设计还需要与时俱进、不断地提高。

参考文献：

[1]李瑞荣 关于列车模拟驾驶器设计方案的研究，南方职业教育学刊，2012