CN104537911A - 一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统，包括：基础层，用于提供基于虚拟现实的网络环境和硬件设备；数据层，用于提供铁路工务训练系统运行所需的数据；技术支撑层，用于向功能层提供基础技术支撑；功能层，用于在技术支撑层的辅助下，构建铁路工务训练系统的多个功能模块；以及应用层，用于基于虚拟现实技术和所述各功能模块进行虚拟训练。本发明所述的铁路工务训练系统的建立和投入使用，可切实保证铁路系统工务作业组织训练的常态化开展，有效提高铁路工务干部、职工的业务水平和应急处理能力，确保铁路运输生产安全运行。

Description

一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术及重载铁路综合训练领域，具体地，涉及一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。虚拟现实的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”、“遥在”、“虚拟环境”、“赛博空间(Cyberspace)”等等。

在我国，虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境、虚拟场景模型以及分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。

因此，根据虚拟现实技术的明显优势，本发明提出了一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统，以满足铁路公司日益艰巨的培训任务的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统，用于实现铁路系统各种工务作业的培训，具体的目的在于使学员掌握工务计划施工组织业务，熟悉相关业务部门间的联系与配合，实现工务故障的人工设置，训练应急抢修作业的组织与协作能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统，包括：基础层，用于提供基于虚拟现实的网络环境和硬件设备；数据层，用于提供铁路工务训练系统运行所需的数据；技术支撑层，用于向功能层提供基础技术支撑；功能层，用于在技术支撑层的辅助下，构建铁路工务训练系统的多个功能模块；以及应用层，用于基于虚拟现实技术和所述各功能模块进行虚拟训练。

优选地，所述基础层提供的网络环境包括局域网和/或广域网。

优选地，所述基础层提供的硬件设备包括数据服务器、业务服务器、三维视景仿真服务器、PC机和/或投影系统。

优选地，所述数据层包括预案库、铁路线路库、模型库、规则库和训练信息库。

优选地，所述技术支撑层向功能层提供基础技术支撑包括三维模型操控、仿真模型运算、Web服务和工作流引擎。

优选地，所述技术支撑层设置有三维仿真引擎服务器、三维模型服务器、工作流引擎服务器和WEB服务器。

优选地，所述铁路工务训练系统还设置有对外接口。

优选地，所述多个功能模块包括电子沙盘模块、基础知识学习模块、模拟仿真训练模块、在线考试模块和退出模块。

优选地，所述电子沙盘模块包括电子沙盘加载模块、建筑查询模块、全屏显示模块、快速查询模块、电子沙盘退出模块、特定路线浏览模块、行走模式模块、飞行模式模块、背景音乐控制模块、浏览速度控制模块、立体显示模块和天气系统模块。

优选地，所述基础知识学习模块包括安全教育学习模块、台账管理学习模块和/或线路维修学习模块。

优选地，所述模拟仿真训练模块包括以下中的一者或多者：无缝线路设备学习模块、探伤设备学习模块、无缝线路钢轨折断训练模块和综合训练模块；所述综合训练模块是基于多工种联合训练的模块，且该综合训练模块包括以下中的一者或多者：计算机联锁红光带训练模块、计算机联锁停电模块、道岔故障训练模块、信号不开放训练模块、鱼尾板折断训练模块、线路水灾训练模块、线路塌方训练模块、列车分离训练模块、列车脱线训练模块和接触网断线训练模块。

本发明的有益效果是：本发明的铁路工务训练系统主要用于铁路系统各种工务作业的培训，本系统针对工务系统车间主任、工班长、机关干部、职工等不同用户，通过三维视景仿真的方式，为用户提供高沉浸感、高真实度的训练环境，使其在虚拟环境内操练工务计划施工的各种技术管理和组织业务，可熟悉相关业务部门间的联系与配合，可进行各种线路维修的生产管理，以及各类突发故障的应急处理。该系统的建立和投入使用，可切实保证铁路系统工务作业组织训练的常态化开展，有效提高铁路工务干部、职工的业务水平和应急处理能力，确保铁路运输生产安全运行。同时，该系统的广泛使用，还可有效降低铁路系统工务作业组织训练的人力、物力、财力投入，大大节约相关培训成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所述的基于虚拟现实的铁路工务训练系统的结构示意图。

图2是本发明所述铁路工务训练系统的接口设计示意图。

图3是是本发明所述的基于虚拟现实的铁路工务训练系统的功能构成示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本实施方式提供了一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统，如图1所示，包括：基础层，用于提供基于虚拟现实的网络环境和硬件设备；数据层，用于提供铁路工务训练系统运行所需的数据；技术支撑层，用于向功能层提供基础技术支撑；功能层，用于在技术支撑层的辅助下，构建铁路工务训练系统的多个功能模块；以及应用层，用于基于虚拟现实技术和所述各功能模块进行虚拟训练。

本实施方式中，所述基础层提供的网络环境包括局域网和/或广域网，即以局域网、广域网为网络通信支撑；所述基础层提供的硬件设备包括数据服务器、业务服务器、三维视景仿真服务器、PC机和/或投影系统，基础层提供的硬件设备可根据实际需要部署至铁路工务训练系统的不同层次结构上，以构建系统基础架构及相关功能架构。

本实施方式中，所述数据层包括预案库、铁路线路库、模型库、规则库和训练信息库等数据库，每个数据库对应一个数据库服务器，为所述铁路工务训练系统的运行提供数据支撑。

所述技术支撑层设置有三维仿真引擎服务器、三维模型服务器、工作流引擎服务器和WEB服务器提供等，对应为功能层提供三维模型操控、仿真模型运算、Web服务和工作流引擎等基础技术支撑。技术支撑层还提供虚拟现实技术支撑，以实现构建基于虚拟现实的铁路工务训练系统。

另外，为实现铁路综合训练，本实施方式的铁路工务训练系统设置有与外部系统进行通信的接口，如图2所示，与该铁路工务训练系统间有通信接口的外部系统包括有车站训练系统、电务信号训练系统、供电触网训练系统、调度指挥训练系统和电子沙盘系统等。

所述多个功能模块包括多个领域的功能模块，如训练场景搭建、铁路施工技术管理训练、线路维修生产管理训练、突发故障应急处理训练、训练分析评估等，可集中显示在前台界面，如图3所示，前台界面的功能模块主要包括电子沙盘模块、基础知识学习模块、模拟仿真训练模块、在线考试模块和退出模块。这里利用了本领域常用的人机交互界面实现功能层的模块功能。

下面重点介绍在前台界面显示的五个功能模块。

一、电子沙盘模块

所述电子沙盘模块包括电子沙盘加载模块、建筑查询模块、全屏显示模块、快速查询模块、电子沙盘退出模块、特定路线浏览模块、行走模式模块、飞行模式模块、背景音乐控制模块、浏览速度控制模块、立体显示模块和天气系统模块。

电子沙盘模块结合虚拟现实技术，特别是立体显示技术，可以使各种模拟器的仿真更加逼真，并结合相应软硬件系统在平面显示器上显示立体视景。

二、基础知识学习模块

该模块具有针对学员学习车务理论基础知识学习的功能，主要有上传进度、载入进度、帮助、返回、快速查及学习内容的功能模块。

1、上传进度：该功能主要是实现学员学完一个阶段后保存学习进度的功能。

2、载入进度：该功能主要是实现学员载入上次学习进度的功能。

3、帮助：该功能主要实现对学员操作软件的帮助功能。

4、返回：该功能主要实现学员返回欢迎界面的功能。

5、快速查询：该功能主要实现学员对学习内容快速查询的目的。

6、学习内容：此模块主要是安全教育为主为加强和规范铁路技术规章制度的管理工作，增强学员按章办事的意识，促进学员对各种规章制度的学习和理解。

结合学习内容，还设置有安全教育学习模块、台账管理学习模块和线路维修学习模块，其中线路维修学习模块主要是涉及铁路的桥、隧、涵，线路维修生产从调查、计划、作业、验收四大环节的流程。

三、模拟仿真训练模块

该模块具有针对学员学习及练习的功能，主要有上传进度、载入进度、过程回放、帮助、退出、仿真训练、仿真训练又含无缝线路设备学习模块、探伤设备学习模块、无缝线路钢轨折断训练模块、综合训练模块中的一者或多者，这里仅介绍无缝线路钢轨折断训练模块和综合训练模块。

1、上传进度：该功能模块支持对训练中的各种数据进行保存并记录，用于学员训练没有结束时，下次可以再接着训练。

2、载入进度：该功能模块用于学员载入上次学习进度的目的。

3、过程回放模块：该功能模块支持对训练中的各种数据进行回放，用于训练事后分析和讲评，包括车站(含区间)列车运行各个时刻的状态、学员处置措施、处置结果等数据。

4、帮助：该功能主要实现对学员操作软件的帮助功能。

5、退出：该功能主要实现学员返回欢迎界面的功能。

仿真训练内容：该功能通过虚拟软件平台进行仿真还原学员常使用的设备及工作流程来训练学员对常用设备的构成及使用情况。

6、无缝线路钢轨折断仿真训练。

举例说明：模拟线×××km处钢轨折断。

时间：某年某月某日23：35时。××工区接到车站通知，××-××区间出现红光带，需派人员去现场检查。工长带2名职工去现场，同时派车站防护联络人员驻站联络。

当巡至朔黄线115KM+223米处发现左股长钢轨折断，钢轨拉开轨缝20MM，工长立即在故障地点两端设置停车信号，并通知车站该处出现钢轨折断故障，需停止接发列车。车站值班员接到工务通知后，立即通知相邻两车站和调度所驻台值班员并封锁了故障区间。工务工长在通知车站值班员后，通知工区派人去现场抢修，后通知工务车间主任及工务段调度断轨情况。同时通知电务工区派人员配合钢轨抢复工作，工务工区班长带领工区值班人员10人赶赴现场抢修。同时车间主任赶赴现场抢修。

抢修人员带抢修机具15分钟赶到现场，并用急救器加固线路进行紧急处理，后通知车站开通线路，同时撤除停车信号。放行列车第一列15KM/H，第二列25KM/H。后准备一根8米长(不能短于6米)钢轨进行临时处理做准备，经车站要点同意给点20分钟进行临时处理更换钢轨工作，故障现场工务进行锯轨打眼后，插入钢轨，安装鱼尾板并上紧螺栓，复紧短轨前后50米线路扣件。电务安装接续线。通知车站开通线路，正常放行列车。

7、综合训练模块。

所述综合训练模块是基于多工种联合训练的模块，其功能通过十个常见的跟不常见的模拟场景来培训学员，在各个场景中学员通过角色扮演处理各种意外情况的发生，从而掌握各种情况下的正确处理方法。

主要包括以下训练模块中的一者或多者：

1)计算机联锁红光带；

2)计算机联锁停电；

3)道岔故障；

4)信号机不能开放；

5)鱼尾板折断；

6)线路水灾；

7)线路塌方；

8)列车分离；

9)列车脱线；

10)接触网断线。

可知，该综合训练模块基于多工种联合训练，可以在模拟发生事故之后，多个部门多个工种一起协同处理事故的模拟训练。

内容和车务一样。

四、在线考试模块

在线考试模块对应的学员考核子界面是在学员选择考核后，所看到的界面。界面包含“考试”、“查分”、“返回”三个模块。

1、在线考试模块

该功能通过系统内置的在线考试模块，为学员提供一套完整的考核机制。学员在规定的时间内完成考核内容后提交答卷。

2、查分模块：

该功能通过系统内置的查询模块，为学员快速查询考试结果提供方便。

3、返回模块

返回按钮用于返回到上一级菜单，点击即可。

五、退出模块

该功能模块是方便学员学习或训练完退出系统而设定的，点击退出模块后系统将会退出。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的铁路工务训练系统，其特征在于，包括：

基础层，用于提供基于虚拟现实的网络环境和硬件设备；

数据层，用于提供铁路工务训练系统运行所需的数据；

技术支撑层，用于向功能层提供基础技术支撑；

功能层，用于在技术支撑层的辅助下，构建铁路工务训练系统的多个功能模块；以及

应用层，用于基于虚拟现实技术和所述各功能模块进行虚拟训练。

2.根据权利要求1所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述基础层提供的网络环境包括局域网和/或广域网。

3.根据权利要求1所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述基础层提供的硬件设备包括数据服务器、业务服务器、三维视景仿真服务器、PC机和/或投影系统。

4.根据权利要求1所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述数据层包括预案库、铁路线路库、模型库、规则库和训练信息库。

5.根据权利1所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述技术支撑层设置有三维仿真引擎服务器、三维模型服务器、工作流引擎服务器和WEB服务器。

6.根据权利要求1所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述铁路工务训练系统还设置有对外接口。

7.根据权利要求1至6中任一所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述多个功能模块包括电子沙盘模块、基础知识学习模块、模拟仿真训练模块、在线考试模块和退出模块。

8.根据权利要求7所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述电子沙盘模块包括电子沙盘加载模块、建筑查询模块、全屏显示模块、快速查询模块、电子沙盘退出模块、特定路线浏览模块、行走模式模块、飞行模式模块、背景音乐控制模块、浏览速度控制模块、立体显示模块和天气系统模块。

9.根据权利要求7所述的铁路工务训练系统，其特征在于，所述基础知识学习模块包括安全教育学习模块、台账管理学习模块和/或线路维修学习模块。

10.根据权利要求7所述的铁路工务训练系统，其特征在于，

所述模拟仿真训练模块包括以下中的一者或多者：无缝线路设备学习模块、探伤设备学习模块、无缝线路钢轨折断训练模块和综合训练模块，

所述综合训练模块是基于多工种联合训练的模块，且该综合训练模块包括以下中的一者或多者：计算机联锁红光带训练模块、计算机联锁停电模块、道岔故障训练模块、信号不开放训练模块、鱼尾板折断训练模块、线路水灾训练模块、线路塌方训练模块、列车分离训练模块、列车脱线训练模块和接触网断线训练模块。