CN107783646A - 一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统及方法 - Google Patents

一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统，包括影音系统、计算中心、控制面板和情景交互控制，所述影音系统包括作业视景显示设备和音效模拟系统，所述计算中心包括ALC模拟系统、作业控制计算系统、所述控制面板包括捣固车控制设备和仪表及指示系统，所述情景交互控制包括控制端，一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，所述三维视景计算系统基于三维捣固车模型模拟捣固作业测量过程中，利用三维场景线路中多点坐标之间的几何关系，通过计算机图形学和数值计算方法计算出虚拟场景中的线路参数，通过系统能有效组织相关操作人员进行突发事件的应急培训和演练，可大幅度提升应急处理效率，减少事故风险。

Description

一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及模拟和仿真技术领域，具体为一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统及方法。
背景技术
虚拟现实技术是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统，它有三个突出的特征，即交互性、沉浸感和构想性，虚拟现实技术也是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合，虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面，模拟环境是由计算机图形技术所生成的视觉感知，此外还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知，自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户实际体验，传感设备是指三维交互设备，捣固系列车属于大型养路机械设备，用于铁路干线养护和维修，捣固车集机、电、液、气于一体的大型机械设备，其控制结构复杂、设备造价昂贵且线路养护精度要求高，对操作人员的素养和技能要求高，目前对操作人员的培训采用实车跟车的方法进行培训，跟车培训成本高，实作培训时间不足，对铁路运营有一定的风险隐患，且不能实际体验捣固过程中遇到的特殊情况使用模拟/仿真技术可以对捣固车作业过程完整模拟，既可以解决实车培训问题，亦可对捣固过程进行技术研究，提升捣固作业精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统，包括影音系统、计算中心、控制面板和情景交互控制，所述影音系统包括作业视景显示设备和音效模拟系统，所述计算中心包括ALC模拟系统、作业控制计算系统、三维视景模拟计算系统和硬件信息采集与逻辑控制，所述控制面板包括捣固车控制设备和仪表及指示系统，所述情景交互控制包括控制端，所述三维视景模拟计算系统的输出端与捣固车信息指示模块的输入端、捣固仪表指示模块的输入端、捣固作业显示模块的输入端和音效模拟模块的输入端均为电性连接，所述三维视景模拟计算系统的输出端与退出模块的输入端为电性连接，所述退出模块的输出端与结束模块的输入端、捣固车控制设备模块的输入端和读取虚拟线路数据模块的输入端均为电性连接，所述捣固车控制设备模块的输入端和读取虚拟线路数据模块的输入端均与开始模块的输出端为电性连接，所述捣固车控制设备模块的输出端和读取虚拟线路数据模块的输出端均与作业控制计算系统的输入端为电性连接，所述作业控制计算系统的输出端与三维视景模拟计算系统的输入端为电性连接，所述三维视景模拟计算系统的输出端与控制端交互模块的输入端为电性连接。
一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，包括以下步骤：
S1：所述三维视景计算系统基于三维捣固车模型模拟捣固作业测量过程中，利用三维场景线路中多点坐标之间的几何关系，通过计算机图形学和数值计算方法计算出虚拟场景中的线路参数；
S2：所述ALC模拟系统对线路参数进行进一步的补偿计算；
S3：所述硬件信息采集与逻辑控制模块采集的人员操作信息和线路参数同时输入所述作业控制计算系统进行逻辑判断及数值运算，其结果输出到所述仪表及指示系统，并驱动三维捣固车的作业机构执行；
S4：所述三维视景计算系统根据捣固车作业机构动作作用效果实时处理场景线路数据；
S5：所述三维视景计算系统把实时视景输出到所述作业视景显示设备，把音效交由所述音效模拟系统进行模拟输出，把捣固作业状态及捣固车状态通过所述硬件信息采集与逻辑控制模块输出到所述仪表及指示系统，把捣固车的作业状态信息输出到所述控制端；
S6：所述控制端可实时监控当前作业状态并记录，操作人员可通过所述控制端对捣固作业进行调节和控制，还可以对捣固作业装置、捣固车、轨枕、道岔、线路设置突发性意外事件，分布在各个号位的操作人员可通过所述作业视景显示设备、所述仪表及指示系统及时看到故障提示或报警，并依据操作规则做出合理的处理。
优选的，所述三维视景计算系统构建有捣固作业运动模型仿真、捣固车及捣固作业性能参数仿真、多种线路情况下捣固作业的仿真、基于人工智能的捣固作业规则推导系统来进行作业过程的计算处理。
优选的，所述作业控制计算系统通过“三点法、四点法”线路偏差检测仿真程序对捣固作业过程进行控制。
优选的，所述仪表及指示系统采用虚拟仪技术。
优选的，所述三维视景计算系统内设置有多种突发事件仿真，所述控制端提供设置突发事件的操作接口。
优选的，所述三维视景模拟计算系统和控制端交互模块为双向连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统及方法，通过设有的捣固车作业过程模拟系统可实现培训标准化、操作技能规范化，从而减少生产过程中误操作带来的系列影响，提高实际捣固车使用寿命，提高铁路养护效率，并且通过捣固车作业过程模拟系统进行模拟实作培训，无需在实际捣固车上或者特定作业环境下进行实作培训，大大降低对操作人员的培训成本，减少对铁路安全运营风险的影响，捣固作业过程模拟系统不仅对捣固车性能和技术模拟，还实现了捣固作业流程标准化作业培训，对规范捣固车的操作有较大推动作用，捣固车作业过程模拟系统可实现各种线路情况下的作业模拟，通过对操作情况与模拟结果的数据分析，实现捣固车的技术改进和升级，捣固装置及作业现场突发事件模拟，设置常见突发事件，系统内设作业突发事件及处理方案，通过系统能有效组织相关操作人员进行突发事件的应急培训和演练，可大幅度提升应急处理效率，减少事故风险。
附图说明
图1为本发明的系统组成图；
图2为本发明的系统工作模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统，包括影音系统、计算中心、控制面板和情景交互控制，影音系统包括作业视景显示设备和音效模拟系统，计算中心包括ALC模拟系统、作业控制计算系统、三维视景模拟计算系统和硬件信息采集与逻辑控制，控制面板包括捣固车控制设备和仪表及指示系统，情景交互控制包括控制端，三维视景模拟计算系统的输出端与捣固车信息指示模块的输入端、捣固仪表指示模块的输入端、捣固作业显示模块的输入端和音效模拟模块的输入端均为电性连接，三维视景模拟计算系统的输出端与退出模块的输入端为电性连接，退出模块的输出端与结束模块的输入端、捣固车控制设备模块的输入端和读取虚拟线路数据模块的输入端均为电性连接，捣固车控制设备模块的输入端和读取虚拟线路数据模块的输入端均与开始模块的输出端为电性连接，捣固车控制设备模块的输出端和读取虚拟线路数据模块的输出端均与作业控制计算系统的输入端为电性连接，作业控制计算系统的输出端与三维视景模拟计算系统的输入端为电性连接，三维视景模拟计算系统的输出端与控制端交互模块的输入端为电性连接，三维视景模拟计算系统和控制端交互模块为双向连接，捣固车控制设备用于对模拟系统进行控制操作，仪表及指示系统用于显示捣固作业状态信息，硬件信息采集与逻辑控制模块用于信号的采集和逻辑控制，作业控制计算系统用于对操作信息和线路参数进行逻辑判断和数值计算，ALC模拟系统用于对线路参数进行补偿计算，作业视景显示设备用于系统所产生的实时实景的输出显示，三维视景计算系统根据捣固车作业机构动作作用效果实时处理场景线路数据，并输出实时实景，音效模拟系统用于对系统的仿真音效进行处理并输出，控制端用于对捣固模拟作业进行参数设定、考核及评估，控制端由一台计算机组成，与三维实景模拟计算模块相连通，捣固作业状态和捣固车的状态信息实时传达到该控制端的显示器上，操作人员可以通过该控制端输入交互信息对整个系统进行调节和控制，三维视景模拟计算系统是整个系统的一个核心系统，运行在系统所配置的一台计算机上，该模块包含场景、线路、捣固车等三维模型，同时还有逻辑推演、仿真输出等组成部分，接收ALC模拟系统所产生的线路几何参数、硬件信息采集及逻辑控制模块传来的硬件信号、控制端所输入的交互控制信息，经过实时仿真计算后，把视景输出到捣固作业显示设备，把声音输出到音效模拟系统，把交互控制后的状态输出到控制端，把工作状态输出到捣固车仪表指示模块和捣固车信息指示模块。
一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，包括以下步骤：
S1：三维视景计算系统基于三维捣固车模型模拟捣固作业测量过程中，利用三维场景线路中多点坐标之间的几何关系，通过计算机图形学和数值计算方法计算出虚拟场景中的线路参数，三维视景计算系统构建有捣固作业运动模型仿真、捣固车及捣固作业性能参数仿真、多种线路情况下捣固作业的仿真、基于人工智能的捣固作业规则推导系统来进行作业过程的计算处理；
S2：ALC模拟系统对线路参数进行进一步的补偿计算；
S3：硬件信息采集与逻辑控制模块采集的人员操作信息和线路参数同时输入作业控制计算系统进行逻辑判断及数值运算，其结果输出到仪表及指示系统，并驱动三维捣固车的作业机构执行，作业控制计算系统通过“三点法、四点法”线路偏差检测仿真程序对捣固作业过程进行控制；
S4：三维视景计算系统根据捣固车作业机构动作作用效果实时处理场景线路数据；
S5：三维视景计算系统把实时视景输出到作业视景显示设备，把音效交由音效模拟系统进行模拟输出，把捣固作业状态及捣固车状态通过硬件信息采集与逻辑控制模块输出到仪表及指示系统，把捣固车的作业状态信息输出到控制端，仪表及指示系统采用虚拟仪技术；
S6：控制端可实时监控当前作业状态并记录，操作人员可通过控制端对捣固作业进行调节和控制，还可以对捣固作业装置、捣固车、轨枕、道岔、线路设置突发性意外事件，分布在各个号位的操作人员可通过作业视景显示设备、仪表及指示系统及时看到故障提示或报警，并依据操作规则做出合理的处理，三维视景计算系统内设置有多种突发事件仿真，控制端提供设置突发事件的操作接口。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统，包括影音系统、计算中心、控制面板和情景交互控制，其特征在于：所述影音系统包括作业视景显示设备和音效模拟系统，所述计算中心包括ALC模拟系统、作业控制计算系统、三维视景模拟计算系统和硬件信息采集与逻辑控制，所述控制面板包括捣固车控制设备和仪表及指示系统，所述情景交互控制包括控制端，所述三维视景模拟计算系统的输出端与捣固车信息指示模块的输入端、捣固仪表指示模块的输入端、捣固作业显示模块的输入端和音效模拟模块的输入端均为电性连接，所述三维视景模拟计算系统的输出端与退出模块的输入端为电性连接，所述退出模块的输出端与结束模块的输入端、捣固车控制设备模块的输入端和读取虚拟线路数据模块的输入端均为电性连接，所述捣固车控制设备模块的输入端和读取虚拟线路数据模块的输入端均与开始模块的输出端为电性连接，所述捣固车控制设备模块的输出端和读取虚拟线路数据模块的输出端均与作业控制计算系统的输入端为电性连接，所述作业控制计算系统的输出端与三维视景模拟计算系统的输入端为电性连接，所述三维视景模拟计算系统的输出端与控制端交互模块的输入端为电性连接。
2.一种权利要求1所述的基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：所述三维视景计算系统基于三维捣固车模型模拟捣固作业测量过程中，利用三维场景线路中多点坐标之间的几何关系，通过计算机图形学和数值计算方法计算出虚拟场景中的线路参数；
S2：所述ALC模拟系统对线路参数进行进一步的补偿计算；
S3：所述硬件信息采集与逻辑控制模块采集的人员操作信息和线路参数同时输入所述作业控制计算系统进行逻辑判断及数值运算，其结果输出到所述仪表及指示系统，并驱动三维捣固车的作业机构执行；
S4：所述三维视景计算系统根据捣固车作业机构动作作用效果实时处理场景线路数据；
S5：所述三维视景计算系统把实时视景输出到所述作业视景显示设备，把音效交由所述音效模拟系统进行模拟输出，把捣固作业状态及捣固车状态通过所述硬件信息采集与逻辑控制模块输出到所述仪表及指示系统，把捣固车的作业状态信息输出到所述控制端；
S6：所述控制端可实时监控当前作业状态并记录，操作人员可通过所述控制端对捣固作业进行调节和控制，还可以对捣固作业装置、捣固车、轨枕、道岔、线路设置突发性意外事件，分布在各个号位的操作人员可通过所述作业视景显示设备、所述仪表及指示系统及时看到故障提示或报警，并依据操作规则做出合理的处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，其特征在于：所述三维视景计算系统构建有捣固作业运动模型仿真、捣固车及捣固作业性能参数仿真、多种线路情况下捣固作业的仿真、基于人工智能的捣固作业规则推导系统来进行作业过程的计算处理。
4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，其特征在于：所述作业控制计算系统通过“三点法、四点法”线路偏差检测仿真程序对捣固作业过程进行控制。
5.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，其特征在于：所述仪表及指示系统采用虚拟仪技术。
6.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟方法，其特征在于：所述三维视景计算系统内设置有多种突发事件仿真，所述控制端提供设置突发事件的操作接口。
7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的捣固车作业过程模拟系统，其特征在于：所述三维视景模拟计算系统和控制端交互模块为双向连接。
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