CN111241681A - 信号机的显示范围仿真模拟方法及设备 - Google Patents

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肖彦科
王波丽
杨森
魏超
麻卓
马伟超
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Abstract

本发明提出了一种信号机的显示范围仿真模拟方法及设备，属于信号模拟技术领域，其具体包括信号机参数处理模块；显示范围参数计算模块；显示范围绘制模块；显示范围创建模块；遮挡物数据处理模块；遮挡物空心绘制模块；遮挡物剪切模块；包含遮挡物范围创建模块。本发明通过计算信号机的属性信息，可以按照实际情况准确的生成信号机的显示范围，并根据位置及角度准确放置在信号机上，确保了仿真模拟的有效性及可视性，满足用户需求。

Description

信号机的显示范围仿真模拟方法及设备
技术领域
本发明属于信号模拟技术领域，特别涉及一种信号机的显示范围仿真模拟方法及设备。
背景技术
在现代交通运输中，铁路扮演着重要角色，铁路运输是一种陆上运输方式，以机车牵引列车车辆在钢轨上运行，由于钢轨能平均分散列车的重量，铁路运输比公路运输相比具有运载量大，成本低等特点，近年来随着铁路运输技术的发展，铁路列车的运行速度越来越快，铁路运输的效率得到飞速发展。但是铁路机车车辆的快速运行离不开铁路运输相关系统的相辅相成，如果没有合适的系统，铁路列车无法顺利运行，以信号系统为例，铁路既有线以地面信号为主体信号，利用地面信号机不同颜色和数量的灯光显示指挥行车，保证列车安全运行。
铁路信号是一种控制列车运行间隔从而控制列车交错运行的手段，其作用是为了保证列车运行安全，其优点在于提高铁路运行效率、降低运行成本，其作为一种自动控制手段，能够较好地改善列车员的工作环境。铁路信号工程越来越引起国家的重视，尤其是当今社会对铁路运输的要求和范围越加扩大，铁路信号工程技术也进入了一个重要的转型期。
目前，铁路客运站随着业务的不断提升，信号系统应用中存在迫切需要解决的问题。例如，由于信号机安装数量不合理，导致区域信号信息无法有效传递；信号机安装位置不合理，导致列车无法正确识别信号。
因此通过对高铁客运站的信号机仿真优化，使得信号系统信息化、可视化，从而可以有效地解决信号系统中存在的问题。
发明内容
为了解决现有的信号机仿真技术所存在的不足，本发明提供了一种信号机的显示范围仿真模拟方法，大大提高了信号系统的信息化与可视化。
同时，本发明提供了实现上述信号机的显示范围仿真模拟方法的模拟设备和系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种信号机的显示范围仿真模拟方法，其包括以下步骤：
(1)用Revit软件创建项目文档，并在项目文档的三维场景中，确定信号机的相对位置、获取信号灯的最远照射距离D、信号灯相对于轨道的位置、计算信号机安装位置O与信号灯位置A的方向向量
Figure BDA0002365290790000021
(2)新建构件文档，以构件文档的坐标原点作为信号灯的位置点，设定司机的可视范围为W，司机的眼睛高度为H，以信号灯位置为中心点，创建边长为1cm的正方形，坐标依次为T1、T2、T3、T4，根据信号机的最远可视距离D，计算在司机的可视范围W内信号灯的区域范围，以向量
Figure BDA0002365290790000031
作为方向向量，通过Revit软件构建变换矩阵计算得出显示范围的各坐标点依次为B1、B2、B3、B4；
(3)在构件文档中，以坐标点T1、T2、T3、T4围成的平面为顶面F1，以B1、B2、B3、B4围成的平面为底面F2，在构件文档内创建显示范围融合体；
(4)将步骤(3)得到的构件文档载入当前的项目文档，以项目文档中的信号灯的坐标为基准点，在项目文档中完成显示范围的创建；
(5)获取项目文档中的三维场景与步骤(3)得到的构件文档中显示范围融合体相交的所有元素，并获取相交的所有元素对应的外包围盒；
(6)计算步骤(5)的外包围盒所对应各平面及其各顶点坐标，将各顶点坐标由项目文档坐标转换为构件文档坐标；
(7)取任意一个相交的元素所对应的外包围盒，记其中一个平面的顶点坐标依次为P1、P2、P3、P4，在步骤(3)得到的构件文档中，信号机安装位置为坐标原点O，以OP1、OP2、OP3、OP4为向量向外延伸D个距离得出坐标点P＇1、P′2、P′3、P′4，以P1、P2、P3、P4围成的平面为顶面，以P＇1、P′2、P′3、P′4围成的平面为底面创建该平面所对应的空心融合体，重复，依次绘制出该元素所对应的外包围盒的各个平面分别所对应的空心融合体；
(8)重复步骤(7)，得到相交的所有元素对应的空心融合体；使用步骤(7)绘制的所有元素对应的空心融合体剪切步骤(3)中绘制的显示范围融合体，得到剪切处理后的构件文档；
(9)将步骤(8)中得到的剪切处理后的构件文档重新载入到步骤(1)的项目文档中，完成显示范围的创建及遮挡物的切割，得到模拟的信号机显示范围。
进一步限定，所述步骤(2)中通过Revit软件构建变换矩阵的具体方法为：计算
Figure BDA0002365290790000041
的单位向量，以XY平面为基准计算
Figure BDA0002365290790000042
在XY平面的投影
Figure BDA0002365290790000043
与X轴的夹角记为α，使用Revit软件矩阵方法创建以Z轴为方向，α为旋转角度的矩阵TF1，如果向量
Figure BDA0002365290790000044
在XY平面上，则TF1就为所求矩阵；如果向量
Figure BDA0002365290790000045
不在XY平面上，则计算向量
Figure BDA0002365290790000046
与向量
Figure BDA0002365290790000047
的垂直向量记为
Figure BDA0002365290790000048
到
Figure BDA0002365290790000049
的旋转角度记为β，使用Revit矩阵方法创建以向量
Figure BDA00023652907900000410
为方向，β为旋转角度的矩阵TF2，矩阵TF2与矩阵TF1相乘，则得出所求矩阵。
进一步限定，所述步骤(6)中将各顶点坐标由项目文档坐标转换为构件文档坐标的具体方法为：使用Revit软件获取元素自身的矩阵，通过此矩阵中坐标点转换方法，将坐标点由项目文档坐标转换为构件文档坐标。
进一步限定，所述步骤(8)中剪切的具体操作为：获取构件文档中显示范围实心融合体及所有遮挡物的空心融合体，使用Revit软件的元素剪切方法，在显示范围实心融合体中依次将所有的遮挡物空心融合体裁剪掉。
进一步限定，所述司机的可视范围W为0～200m。
进一步限定，所述信号机为铁路信号机。
一种信号机的显示范围仿真模拟设备，其包括：
信号机参数处理模块：用于在项目文档已创建的三维场景中，确定信号机的相对位置、获取信号灯的最远照射距离D、信号灯相对于轨道的位置、计算信号机安装位置O与信号灯位置A的方向向量
Figure BDA0002365290790000051
显示范围参数计算模块：用于创建构件文档，并根据信号机参数处理模块所确定的信号机的最远可视距离D，计算在司机的可视范围W内信号灯的区域范围，再以向量
Figure BDA0002365290790000052
作为方向向量，通过Revit软件构建变换矩阵计算出显示范围的各坐标点；
显示范围绘制模块：用于以显示范围参数计算模块确定的坐标点T1、T2、T3、T4围成的平面为顶面F1，以B1、B2、B3、B4围成的平面为底面F2，在构件文档内创建显示范围融合体；
显示范围创建模块：用于将显示范围绘制模块所得到的构件文档载入当前的项目文档，以项目文档中的信号灯的坐标为基准点，在项目文档中完成显示范围的创建；
遮挡物数据处理模块：用于获取项目文档与构件文档中显示范围融合体相交的所有元素，并获取相交元素的外包围盒，计算外包围盒各平面及其顶点坐标并转换为构件文档坐标；
遮挡物空心绘制模块：用于绘制遮挡物数据处理模块所获取的相交元素包围盒的各个平面对应的空心融合体；
遮挡物剪切模块：用于在构件文档中，使用遮挡物空心绘制模块中绘制的所有相交元素的空心融合体剪切显示范围绘制模块中绘制的显示范围融合体；
包含遮挡物范围创建模块：用于将遮挡物剪切模块中的得到的剪切后的显示范围构件文档重新载入到项目文档中，完成包含遮挡物的范围创建。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明通过计算信号机的属性信息，可以按照实际情况准确的生成信号机的显示范围，并根据位置及角度准确放置在信号机上，确保了仿真模拟的有效性及可视性，满足用户需求。
2、本发明大大提高了信号系统的信息化与可视化，在模拟显示范围过程中可以自动剪切遮挡物以达到真实还原现场三维场景的效果。
3、本发明所提供的信号机显示范围仿真模拟方法中的信号机属性信息管理，用于用户输入信号机属性信息，用户可以根据实际情况更改相关属性，以达到更准确的显示范围。
4、本发明通过创建三维场景，真实的还原了现实的信号系统，由此可以解决信号机传递信息不清晰等一系列问题，使得信号系统更加信息可视化。
附图说明
图1为信号机的显示范围仿真模拟方法流程框图。
图2为信号机显示范围示意图。
图3为信号机显示范围模型创建示意图。
图4为信号机显示范围构件文档示意图。
图5为无遮挡显示范围仿真模拟示意图。
图6位遮挡物剪切示意图。
图7为有遮挡显示范围仿真模拟示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
现以模拟铁路信号机的显示范围为例进行说明。
本实施例的信号机的显示范围仿真模拟方法，参见图1，可由以下步骤实现：
(1)用Revit软件创建项目文档，并在项目文档的三维场景中，确定信号机的相对位置，由于本方法是为了模拟在信号机旁轨道上行驶的火车司机能否看得到信号灯，所以设置信号灯的最远照射距离D即为信号机到轨道中心的距离、信号灯相对于轨道的位置A，计算信号机安装位置O与信号灯位置A的方向向量
Figure BDA0002365290790000071
参见图2。
(2)新建构件文档，以构件文档的坐标原点作为信号灯的位置点，设定司机的可视范围为W，一般情况下为200米，可设定为50～200m，司机的眼睛高度即地面到司机眼睛的高度为H＝1.2～1.5m，以信号灯位置为中心点，创建边长为1厘米的正方形，坐标依次为T1、T2、T3、T4，根据信号机的最远可视距离D计算在W范围内信号灯的区域范围，以向量
Figure BDA0002365290790000081
作为方向向量，通过Revit软件构建变换矩阵计算得出显示范围的各坐标点依次为B1、B2、B3、B4，参见图3；
通过Revit软件构建变换矩阵的具体方法为：计算
Figure BDA0002365290790000082
的单位向量，以XY平面为基准计算
Figure BDA0002365290790000083
在XY平面的投影
Figure BDA0002365290790000084
与X轴的夹角记为α，使用Revit软件矩阵方法创建以Z轴为方向，α为旋转角度的矩阵TF1，如果向量
Figure BDA0002365290790000085
在XY平面上，则TF1就为所求矩阵；如果向量
Figure BDA0002365290790000086
不在XY平面上，则计算向量
Figure BDA0002365290790000087
与向量
Figure BDA0002365290790000088
的垂直向量记为
Figure BDA0002365290790000089
到
Figure BDA00023652907900000810
的旋转角度记为β，使用Revit矩阵方法创建以向量
Figure BDA00023652907900000811
为方向，β为旋转角度的矩阵TF2，矩阵TF2与矩阵TF1相乘，则得出所求矩阵。
(3)在构件文档中，以坐标点T1、T2、T3、T4围成的平面为顶面F1，以B1、B2、B3、B4围成的平面为底面F2，在构件文档内创建显示范围融合体，参见图4；
(4)将步骤(3)得到的构件文档载入当前项目文档，以项目文档中的信号灯的坐标为基准点，在项目文档中完成显示范围的创建；
(5)获取项目文档中的三维场景与步骤(3)得到的构件文档中显示范围融合体相交的所有元素，并获取相交的所有元素对应的外包围盒；
(6)计算步骤(5)的外包围盒所对应各平面及其各顶点坐标，根据Revit的矩阵转换方法，使用Revit软件获取元素自身的矩阵，通过此矩阵中坐标点转换方法，将各顶点坐标由项目文档坐标转换为构件文档坐标。
(7)取任意一个相交的元素所对应的外包围盒，记其中一个平面的顶点坐标依次为P1、P2、P3、P4，在步骤(3)得到的构件文档中，信号机原点坐标记为O点，以OP1、OP2、OP3、OP4为向量向外延伸D个距离得出坐标点P＇1、P′2、P＇3、P′4，以P1、P2、P3、P4围成的平面为顶面，以P＇1、P′2、P′3、P′4围成的平面为底面创建该平面所对应的空心融合体，重复，依次绘制出该元素所对应的外包围盒的各个平面分别所对应的空心融合体，参见图5；
(8)重复步骤(7)，得到相交的所有元素对应的空心融合体；使用步骤(7)绘制的所有元素对应的空心融合体剪切步骤(3)中绘制的显示范围融合体，剪切的具体操作为：获取构件文档中显示范围实心融合体及所有遮挡物的空心融合体，使用Revit软件的元素剪切方法，在显示范围实心融合体中依次将所有的遮挡物空心融合体裁剪掉，最后得到剪切处理后的构件文档，如图6所示；
(9)将步骤(8)中得到的剪切处理后的构件文档重新载入到步骤(1)的项目文档中，完成显示范围的创建及遮挡物的切割，如图7，得到模拟的信号机显示范围。
本实施例还提供一种信号机的显示范围仿真模拟设备，其用于实现上述信号机的显示范围仿真模拟方法，具体包括：
信号机参数处理模块：用于在项目文档已创建的三维场景中，确定信号机的相对位置、获取信号灯的最远照射距离D、信号灯相对于轨道的位置、计算信号机安装位置O与信号灯位置A的方向向量
Figure BDA0002365290790000102
显示范围参数计算模块：用于创建构件文档，并根据信号机参数处理模块所确定的信号机的最远可视距离D，计算在司机的可视范围W内信号灯的区域范围，再以向量
Figure BDA0002365290790000101
作为方向向量，通过Revit软件构建变换矩阵计算出显示范围的各坐标点；
显示范围绘制模块：用于以显示范围参数计算模块确定的坐标点T1、T2、T3、T4围成的平面为顶面F1，以B1、B2、B3、B4围成的平面为底面F2，在构件文档内创建显示范围融合体；
显示范围创建模块：用于将显示范围绘制模块所得到的构件文档载入当前的项目文档，以项目文档中的信号灯的坐标为基准点，在项目文档中完成显示范围的创建；
遮挡物数据处理模块：用于获取项目文档与构件文档中显示范围融合体相交的所有元素，并获取相交元素的外包围盒，计算外包围盒各平面及其顶点坐标并转换为构件文档坐标；
遮挡物空心绘制模块：用于绘制遮挡物数据处理模块所获取的相交元素包围盒的各个平面对应的空心融合体；
遮挡物剪切模块：用于在构件文档中，使用遮挡物空心绘制模块中绘制的所有相交元素的空心融合体剪切显示范围绘制模块中绘制的显示范围融合体；
包含遮挡物范围创建模块：用于将遮挡物剪切模块中的得到的剪切后的显示范围构件文档重新载入到项目文档中，完成包含遮挡物的范围创建。
本实施例的信号机主要是针对铁路、高铁或者动车运行的信号机，通过计算信号机的属性信息，可以按照实际情况准确的生成信号机的显示范围，并根据位置及角度准确放置在信号机上，确保了仿真模拟的有效性及可视性。

Claims (7)

1.一种信号机的显示范围仿真模拟方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)用Revit软件创建项目文档，并在项目文档的三维场景中，确定信号机的相对位置、获取信号灯的最远照射距离D、信号灯相对于轨道的位置、计算信号机安装位置O与信号灯位置A的方向向量
Figure FDA0002365290780000011
(2)新建构件文档，以构件文档的坐标原点作为信号灯的位置点，设定司机的可视范围为W，司机的眼睛高度为H，以信号灯位置为中心点，创建边长为1cm的正方形，坐标依次为T1、T2、T3、T4，根据信号机的最远可视距离D，计算在司机的可视范围W内信号灯的区域范围，以向量
Figure FDA0002365290780000012
作为方向向量，通过Revit软件构建变换矩阵计算得出显示范围的各坐标点依次为B1、B2、B3、B4；
(3)在构件文档中，以坐标点T1、T2、T3、T4围成的平面为顶面F1，以B1、B2、B3、B4围成的平面为底面F2，在构件文档内创建显示范围融合体；
(4)将步骤(3)得到的构件文档载入当前的项目文档，以项目文档中的信号灯的坐标为基准点，在项目文档中完成显示范围的创建；
(5)获取项目文档中的三维场景与步骤(3)得到的构件文档中显示范围融合体相交的所有元素，并获取相交的所有元素对应的外包围盒；
(6)计算步骤(5)的外包围盒所对应各平面及其各顶点坐标，将各顶点坐标由项目文档坐标转换为构件文档坐标；
(7)取任意一个相交的元素所对应的外包围盒，记其中一个平面的顶点坐标依次为P1、P2、P3、P4，在步骤(3)得到的构件文档中，信号机安装位置为坐标原点O，以OP1、OP2、OP3、OP4为向量向外延伸D个距离得出坐标点P′1、P′2、P′3、P′4，以P1、P2、P3、P4围成的平面为顶面，以P＇1、P′2、P′3、P′4围成的平面为底面创建该平面所对应的空心融合体，重复，依次绘制出该元素所对应的外包围盒的各个平面分别所对应的空心融合体；
(8)重复步骤(7)，得到相交的所有元素对应的空心融合体；使用步骤(7)绘制的所有元素对应的空心融合体剪切步骤(3)中绘制的显示范围融合体，得到剪切处理后的构件文档；
(9)将步骤(8)中得到的剪切处理后的构件文档重新载入到步骤(1)的项目文档中，完成显示范围的创建及遮挡物的切割，得到模拟的信号机显示范围。
2.根据权利要求1所述的信号机的显示范围仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过Revit软件构建变换矩阵的具体方法为：计算
Figure FDA0002365290780000021
的单位向量，以XY平面为基准计算
Figure FDA0002365290780000022
在XY平面的投影
Figure FDA0002365290780000023
与X轴的夹角记为α，使用Revit软件矩阵方法创建以Z轴为方向，α为旋转角度的矩阵TF1，如果向量
Figure FDA0002365290780000031
在XY平面上，则TF1就为所求矩阵；如果向量
Figure FDA0002365290780000032
不在XY平面上，则计算向量
Figure FDA0002365290780000033
与向量
Figure FDA0002365290780000034
的垂直向量记为
Figure FDA0002365290780000035
到
Figure FDA0002365290780000036
的旋转角度记为β，使用Revit矩阵方法创建以向量
Figure FDA0002365290780000037
为方向，β为旋转角度的矩阵TF2，矩阵TF2与矩阵TF1相乘，则得出所求矩阵。
3.根据权利要求1所述的信号机的显示范围仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(6)中将各顶点坐标由项目文档坐标转换为构件文档坐标的具体方法为：使用Revit软件获取元素自身的矩阵，通过此矩阵中坐标点转换方法，将坐标点由项目文档坐标转换为构件文档坐标。
4.根据权利要求1所述的信号机的显示范围仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(8)中剪切的具体操作为：获取构件文档中显示范围实心融合体及所有遮挡物的空心融合体，使用Revit软件的元素剪切方法，在显示范围实心融合体中依次将所有的遮挡物空心融合体裁剪掉。
5.根据权利要求1～4任一项所述的信号机的显示范围仿真模拟方法，其特征在于，所述司机的可视范围W为50～200m。
6.根据权利要求5所述的信号机的显示范围仿真模拟方法，所述信号机为铁路信号机。
7.一种信号机的显示范围仿真模拟设备，其特征在于，包括：
信号机参数处理模块：用于在项目文档已创建的三维场景中，确定信号机的相对位置、获取信号灯的最远照射距离D、信号灯相对于轨道的位置、计算信号机安装位置O与信号灯位置A的方向向量
Figure FDA0002365290780000041
显示范围参数计算模块：用于创建构件文档，并根据信号机参数处理模块所确定的信号机的最远可视距离D，计算在司机的可视范围W内信号灯的区域范围，再以向量
Figure FDA0002365290780000042
作为方向向量，通过Revit软件构建变换矩阵计算出显示范围的各坐标点；
显示范围绘制模块：用于以显示范围参数计算模块确定的坐标点T1、T2、T3、T4围成的平面为顶面F1，以B1、B2、B3、B4围成的平面为底面F2，在构件文档内创建显示范围融合体；
显示范围创建模块：用于将显示范围绘制模块所得到的构件文档载入当前的项目文档，以项目文档中的信号灯的坐标为基准点，在项目文档中完成显示范围的创建；
遮挡物数据处理模块：用于获取项目文档与构件文档中显示范围融合体相交的所有元素，并获取相交元素的外包围盒，计算外包围盒各平面及其顶点坐标并转换为构件文档坐标；
遮挡物空心绘制模块：用于绘制遮挡物数据处理模块所获取的相交元素包围盒的各个平面对应的空心融合体；
遮挡物剪切模块：用于在构件文档中，使用遮挡物空心绘制模块中绘制的所有相交元素的空心融合体剪切显示范围绘制模块中绘制的显示范围融合体；
包含遮挡物范围创建模块：用于将遮挡物剪切模块中的得到的剪切后的显示范围构件文档重新载入到项目文档中，完成包含遮挡物的范围创建。
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