安全高效 地鐵模擬駕駛教學(xué)解決方案
一、地鐵模擬駕駛教學(xué)解決方案
地鐵模擬駕駛是一種利用現(xiàn)代高新技術(shù)，提供的安全高效的培訓(xùn)解決方案。它通過對列車性能和駕駛作流程的仿真，構(gòu)建一個接近真實的駕駛環(huán)境，為受訓(xùn)司機提供培訓(xùn)的環(huán)境與設(shè)備支持。
司機用模擬駕駛軟件系統(tǒng)縱列車，能夠在實驗環(huán)境中對機車駕駛的安全作規(guī)程和應(yīng)急處理。采用駕駛仿真器培訓(xùn)司機具有安全、經(jīng)濟、高效，培訓(xùn)過程 可控、可重復(fù)，便于進行突發(fā)事件及故障狀態(tài)的模擬等優(yōu)點。據(jù)計算，用駕駛模擬設(shè)備培訓(xùn)司機，一般可節(jié)省30%的經(jīng)費，而輕軌、地鐵系統(tǒng)可節(jié)省50%以上的培訓(xùn)費用。
模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)在20世紀80年代時，已經(jīng)在美國，英國，法國，澳大利亞等國家得到應(yīng)用，而且也得到較好的反饋與價值肯定。其優(yōu)點在于：縮短了培訓(xùn)時間，減少了培訓(xùn)費用，而且培訓(xùn)過程絕對安全，不會影響正常的行車。
二、地鐵模擬駕駛教學(xué)方案功能特點
地鐵模擬駕駛教學(xué)方案主要有三大功能特點，逼真的駕駛環(huán)境、精確的駕駛縱功能、緊急情況和故障算是評估功能。
逼真的列車駕駛仿真環(huán)境。列車模擬駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)能提供逼真列車駕駛視景、聲音和運動等部分。逼真的駕駛作環(huán)境：司機駕駛室、縱臺及相關(guān)縱設(shè)備的 外形及尺寸與真實機車完全相同。駕駛仿真器能根據(jù)列車運行情況，產(chǎn)生相應(yīng)的模擬音響(如電動機運轉(zhuǎn)、壓縮機啟 動、鳴笛、制動停車、輪軌沖擊等音響)。
精確的列車縱功能仿真。列車縱功能仿真包括正常運行條件下和故障條件下列車縱功能仿真。精確的列車動力學(xué)計算功能：駕駛仿真器具有精確的牽引加速度性能和制動減速度性能，列車惰行速度變化以及上下坡和過彎道的效果同真車運行一致。模擬縱功能：駕駛仿真器可以模擬列車啟動、加速、惰性運行、制動 停車等各種工況下的全部縱功能；模擬列車在車輛段全部靜態(tài)試驗；模擬列車縱車上所有開關(guān)、按鈕和控制器的動作，全部信號燈和指示燈的顯示，全部電表和 風(fēng)表的指示；模擬ATP信號、有線和無線廣播。
故障處理和緊急情況處置模擬及評估。根據(jù)地鐵駕駛模擬訓(xùn)練的需求，內(nèi)置了多種故障處理流程評估仿真科目，以及多種緊急情況處置訓(xùn)練科目，讓學(xué)員在仿真 環(huán)境中強化鞏固書本上所學(xué)的各種作規(guī)程、故障處理方法以及緊急情況處置流程，并建立量化評估模塊，方便教員和學(xué)員對駕駛過程進行案例分析。
三、地鐵駕駛模擬系統(tǒng)的組成
地鐵駕駛模擬系統(tǒng)主要有硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，其中硬件裝置主要有縱裝置、大屏幕視景顯示系統(tǒng)以及駕駛記錄裝置；軟件系統(tǒng)有駕駛控制與提示系統(tǒng)以及視景系統(tǒng)支持。
縱裝置，配置和真實列車相一致的主控制臺，包含完整的儀表、按鈕、開關(guān)、指示燈等裝置，能指示列車各種信號，且所有的邏輯關(guān)系與真車一致；包含列車關(guān)系系統(tǒng)顯示裝 置和ATC顯示器，列車管理器顯示裝置在顯示內(nèi)容、作方式和內(nèi)部邏輯及裝置與真車一致；縱裝置配輸出為模擬或數(shù)字量的傳感器，其作能控制視景變化， 并有相應(yīng)的聲音輸出，滯后延遲控制在100毫秒之內(nèi)；座椅采用原車座椅，保持縱環(huán)境的一致性。
視景仿真系統(tǒng)：列車駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng)視景仿真系統(tǒng)采用計算機實時CG的形式展現(xiàn)駕駛訓(xùn)練虛擬場景。能展現(xiàn)包括列車運行線路中的全部正線、折返線、停車線、檢修線、實驗 線、出入庫線、洗車線、車輛段等；列車雙向運行于上述區(qū)域司機視域范圍的所有靜態(tài)以及動態(tài)景物；以及軌道、架空線路、軌旁設(shè)備、隧道、站臺（包括車站建筑 及附屬設(shè)備、站臺屏蔽門、廣告牌、站內(nèi)乘客、站臺閉路電視監(jiān)視器、倒數(shù)計時器、到站顯示器）、沿線景物（包括外部風(fēng)景、橋梁、立交橋、建筑物、行人及車 輛、其它地鐵車輛等）、車廠/車輛段（包括所有建筑及附屬設(shè)施、洗車臺、檢修臺、其它地鐵車輛）等。
需要能模擬列車以各種速度在運行線路上、折返線路以及在試驗路段的運行過程；能模擬在洗車模式下列車的各種狀態(tài)，以及進出站過程中列車和站臺的動態(tài)視景等；需要能模擬列車在不同天氣和氣候條件下的運行場景，包括雨、雷電、霧等情形。
軟件支持系統(tǒng)：主要能模擬異常的地面信號、以及站區(qū)中包括跌落、著火、電力中斷等故障。模擬至少200宗車輛故障、線路故障及運營事故，故障設(shè)置后相關(guān)的硬件及場景會有想應(yīng) 的變化，學(xué)員處理故障時的邏輯關(guān)系應(yīng)與真車保持一致。故障及緊急情況模擬實現(xiàn)對多種車輛事故、線路故障以及運營事故等多種類型的事故進行模擬，借以提供訓(xùn) 練場景，培養(yǎng)學(xué)員緊急情況處置能力和故障排除能力。
四、初級駕駛模擬訓(xùn)練器技術(shù)方案
初級列車駕駛模擬訓(xùn)練器主要包括下面分別從司機作臺、駕駛模擬訓(xùn)練仿真軟件以及模擬訓(xùn)練視景數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
縱臺是列車駕駛模擬器的重要人機交互界面，較為真實的駕駛模擬訓(xùn)練縱環(huán)境，能增強列車駕駛模擬的逼真度，強化培訓(xùn)和訓(xùn)練效果。根據(jù)要求，作選用配置 和真實列車相一致的主控制臺，包含完整的儀表、按鈕、開關(guān)、指示燈等裝置，能指示列車各種信號，且所有的邏輯關(guān)系與真車一致；包含列車管理系統(tǒng)顯示裝置和 ATC顯示器，列車管理器顯示裝置在顯示內(nèi)容、作方式和內(nèi)部邏輯及裝置與真車一致；縱裝置配輸出為模擬或數(shù)字量的傳感器，其作能控制視景變化，并有 相應(yīng)的聲音輸出，滯后延遲控制在100毫秒之內(nèi)；座椅采用原車座椅，保持縱環(huán)境的一致性。
駕駛模擬系統(tǒng)中所使用的場景采用實景建模方式準確構(gòu)建，建模技術(shù)采用專業(yè)建模軟件前期處理，之后應(yīng)用場景優(yōu)化技術(shù)，處理隧道、站臺、指示牌等多種場景模 型，構(gòu)建完整的視景數(shù)據(jù)庫。并通過后期烘焙處理、LOD、著色處理等優(yōu)化處理，獲得和真實場景高度近似一致的仿真畫面。
場景內(nèi)容包括：地鐵列車運行線路中的全部正線、折返線、停車線、檢修線、實驗線、出入庫線、洗車線、車輛段等；地鐵列車雙向運行于上述區(qū)域司機視域范圍的 所有靜態(tài)以及動態(tài)景物；以及軌道、架空線路、軌旁設(shè)備、隧道、站臺（包括車站建筑及附屬設(shè)備、站臺屏蔽門、廣告牌、站內(nèi)乘客、站臺閉路電視監(jiān)視器、倒數(shù)計 時器、到站顯示器）、沿線景物（包括外部風(fēng)景、橋梁、立交橋、建筑物、行人及車輛、其它地鐵車輛等）、車廠/車輛段（包括所有建筑及附屬設(shè)施、洗車臺、檢 修臺、其它地鐵車輛），以及動態(tài)模擬的工作人員等。
教員控制軟件系統(tǒng)主要在訓(xùn)練開始后根據(jù)司機室控制面板和信號顯示裝置的型號，在控制軟件中設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，包括車型參數(shù)（A型、B型、C型）、牽引參 數(shù)、制動參數(shù)、各功能按鈕的邏輯關(guān)系、儀表及顯示屏的顯示內(nèi)容等；并在完成駕駛模式的設(shè)定；手動設(shè)置列車車廂編組、列車自重、載重等列車相關(guān)參數(shù)；編輯設(shè) 定圖形用戶界面和軌道線路；在學(xué)員練習(xí)過程中錄制、回放一定時間內(nèi)學(xué)員的作情況及列車情況；結(jié)合仿真軟件的評估功能，根據(jù)科目、駕駛員縱情況、對于故 障及事故的判斷及處理等因素進行評估，教員可以在教員控制系統(tǒng)中更新評價參數(shù)。
五、教員控制解決方案
教員控制功能主要為教員提供學(xué)員的駕駛技術(shù)熟練程度，以及存在的問題，方便教員為每位員制定更為合理的教學(xué)方案。
教員控制軟件的主要功能包括：
（1）根據(jù)司機室控制面板和信號顯示裝置的型號，在控制軟件中設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，包括車型參數(shù)、牽引參數(shù)、制動參數(shù)、各功能按鈕的邏輯關(guān)系、儀表及顯示屏的顯示內(nèi)容等；
?。?）設(shè)定駕駛模式；手動設(shè)置列車車廂編組、列車自重、載重等列車相關(guān)參數(shù)；
（3）設(shè)定圖形用戶界面和軌道線路；
（4）在學(xué)員練習(xí)過程中錄制、回放一定時間內(nèi)學(xué)員的作情況及列車情況；
（5）結(jié)合仿真軟件的評估功能，根據(jù)科目、駕駛員縱情況、對于故障及事故的判斷及處理等因素進行評估，教員可以在教員控制系統(tǒng)中更新評價參數(shù)。
教員控制系統(tǒng)通過C/S模式與視景仿真軟件系統(tǒng)進行通訊，所有的配置文件保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。軟件通過B/S模式與后臺數(shù)據(jù)庫進行交互，進行相關(guān)的設(shè)定。 B/S模塊選用Ajax和Flex框架實現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫選用MySql;C/S軟件模塊基于VC、OSG編寫，保證在培訓(xùn)過程中的實時交互，以及仿真過程錄 制、回放過程的連續(xù)及順暢。
六、學(xué)員觀摩區(qū)解決方案
學(xué)員觀摩區(qū)主要提供學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中觀察同學(xué)駕駛過程，以及接受教員講解及分析的場所。在硬件上需提供實時畫面，觀察在司機室中學(xué)員的各種作，并能在一個交互環(huán)境中感受和學(xué)習(xí)各種規(guī)范的作流程。
學(xué)員觀摩區(qū)技術(shù)要求：
（1）設(shè)有教員監(jiān)控臺可以監(jiān)控學(xué)員模擬駕駛室友表現(xiàn)，可實現(xiàn)設(shè)置各種故障和事故，并能與司機室學(xué)員保持聯(lián)系。
（2）要設(shè)立獨立的教師控制臺和滿足40學(xué)員的坐席，形成一個教學(xué)研討區(qū)域，并配有投影、控制設(shè)備，以備教學(xué)觀摩、研討之用；能夠?qū)崟r講評駕駛員的作， 達到現(xiàn)場教學(xué)的目的；能夠配合記錄回放功能，實現(xiàn)典型科目的教學(xué)任務(wù)；能夠配合評估系統(tǒng)功能，實現(xiàn)現(xiàn)場 講評駕駛員作。
學(xué)員觀摩區(qū)技術(shù)方案：
（1）按照場地情況，安排一定的區(qū)域，并配置大屏多通道顯示裝置，將學(xué)員在司機室中的作畫面，以及司機室的前向視景同步顯示；
（2）配置練習(xí)軟件，在各自的位置上，針對教員的講解情況，在單機上進行練習(xí)，鞏固所學(xué)。
以上為四維灝景提供的列車駕駛模擬仿真系統(tǒng)，經(jīng)應(yīng)用驗證是一種結(jié)構(gòu)合理、功能完備的列車駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可用于高級縱技 能的培訓(xùn)，對可能出現(xiàn)的故障、突發(fā)事件進行仿真，以培訓(xùn)司機在特殊條件下的駕駛技能及應(yīng)變能力。