CN113094939B - 一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，包括数据层、交互层和可视化展示层，所述数据层用于存储仿真数据和用户数据；所述交互层用于数据层与可视化展示层之间的数据交互；所述可视化展示层用于仿真数据的可视化分析，并输出可视化结果；可视化展示层内设置有协同分析组件和若干可视化组件，所述协同分析组件用于仿真数据的空间信息和时间信息在不同可视化组件间关联，所述可视化组件用于仿真数据的可视化分析。本发明能够对列车的牵引供电仿真数据进行多维度、动态可视分析，将极大地帮助科研人员对仿真数据结果进行研判，方便地对可视化结果进行分析并对仿真过程进行修正或改进。

Description

一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统

技术领域

本发明属于可视化技术领域，特别涉及一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统。

背景技术

近年来，我国地铁建设与发展取得了巨大的成就。为了保障地铁供电的安全性、节能性，一般使用仿真算法先对地铁的牵引供电方案进行仿真与预研。有效地对仿真数据进行可视化,可以更加便捷地方便用户对仿真结果的进一步分析。一般地，在可视化过程中需要把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是仿真中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。以供人们进一步的分析处理。针对地铁牵引供电数据，目前已有一些可视化方法。但总体来讲，这些方法都是针对牵引供电系统中的某些数据进行可视化，尚缺少统一的、全面的、动态的可视化方法，这极大地限制了科研人员对牵引供电数据的可视分析能力。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，能够对列车的牵引供电仿真数据进行多维度、动态可视分析，将极大地帮助科研人员对仿真数据结果进行研判，方便地对可视化结果进行分析并对仿真过程进行修正或改进。

本发明采用的技术方案是：一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，包括数据层、交互层和可视化展示层，

所述数据层用于存储仿真数据和用户数据；

所述交互层用于数据层与可视化展示层之间的数据交互；

所述可视化展示层用于仿真数据的可视化分析，并输出可视化结果；可视化展示层内设置有协同分析组件和若干可视化组件，所述协同分析组件用于仿真数据的空间信息和时间信息在不同可视化组件间关联，所述可视化组件用于仿真数据的可视化分析。

作为优选，所述仿真数据包括线路基本数据、轨道线和地面线的数据、车站数据；所述用户数据包括可视化参数、工作状态参数。

作为优选，所述交互层的交互对象包括仿真数据、可视化参数和可视化结果。

作为优选，所述交互层同时导入一个或多个仿真数据。

作为优选，所述可视化参数包括横向比例尺、纵向比例尺和步进时间。

作为优选，所述可视化组件包括列车运行可视化组件、线路纵断面可视化组件、线路平面可视化组件、供电系统可视化组件、触网电压可视化组件、站点钢轨电位可视化组件、钢轨区间电位可视化组件、触网电压全景可视化组件和钢轨电位全景可视化组件。

作为优选，所述触网电压可视化组件内设置有车站电压可视化子组件和区间电压可视化子组件。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1. 本发明将信息可视化技术运用到供电仿真数据的分析和调试中，提供了对列车供电仿真系统关注的各个参数的动态分析，满足了不同用户对供电数据的获取、研究和探索的需要。

2．本发明使用列车运行可视化组件、线路纵断面可视化组件、线路平面可视化组件、供电系统可视化组件、触网电压可视化组件、车站电压可视化子组件、区间电压可视化子组件、站点钢轨电位可视化组件、钢轨区间电位可视化组件、触网电压全景可视化组件、钢轨电位全景可视化组件对仿真数据中不同的物理量进行动态分析，方便用户对仿真数据的可靠性、正确性做出研判。

3．本发明通过协同分析组件将各个可视化组件内部紧密连接在一起，使得对供电数据的分析不再是用单一的组件分析。通过协同分析可以大大提高用户对供电数据的感知与认知能力。本发明使用协同分析组件将信息可视化中的列车运行位置、线路纵断面、触网电压、车站电压、站点钢轨电位、钢轨区间电位等仿真物理量进行联合分析。根据用户在某一可视化组件中的操作，实时地动态地在相关联的可视化组件中给出不同的可视化结果，大大提高可视化分析效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图；

图2为本发明实施例的仿真数据的文件结构图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例提供了一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，如图1所示，其包括数据层、交互层和可视化展示层。

所述数据层用于存储仿真数据和用户数据；所述仿真数据为第三方仿真平台提供，包括线路基本数据、轨道线和地面线的数据、车站数据，仿真数据的文件结构如图2所示；所述用户数据由用户自行设置，包括可视化参数、工作状态参数。

所述交互层用于数据层与可视化展示层之间的数据交互；所述交互层的交互对象包括仿真数据、可视化参数和可视化结果。所述交互层同时导入一个或多个仿真数据。所述可视化参数包括横向比例尺、纵向比例尺和步进时间。

所述可视化展示层用于仿真数据的可视化分析，并输出可视化结果；可视化展示层内设置有协同分析组件和若干可视化组件，所述协同分析组件用于仿真数据的空间信息和时间信息在不同可视化组件间关联，所述可视化组件用于仿真数据的可视化分析。所述可视化组件包括列车运行可视化组件、线路纵断面可视化组件、线路平面可视化组件、供电系统可视化组件、触网电压可视化组件、站点钢轨电位可视化组件、钢轨区间电位可视化组件、触网电压全景可视化组件和钢轨电位全景可视化组件。所述触网电压可视化组件内设置有车站电压可视化子组件和区间电压可视化子组件。

各可视化组件的功能说明：

1.列车运行可视化组件：显示列车运行基本情况，包括时间节点、车站名称和车辆编号。车辆编号使用红色和蓝色两种颜色，分别表示列车的上行和下行方向，列车的行车轨迹用绿色线条表示，列车当前位置用带数字的圆点表示，其中的数字代表车辆编号。圆点的位置与时间和轨道里程对应，即列车位置与其它图表的列车位置在水平方向一一对应。对于其它可视化组件中的列车，按照其位置对应到运行图后，即可直接看到其列车编号。

2.线路纵断面可视化组件：用来显示线路的地面线、轨道线、车站位置以及车辆在线路纵断面上的运行状态。为更好区分，地面线可以以紫色表示，轨面线以灰色表示。地面线和轨面线的显示位置受到VMPP参数的控制。可视分析平台会自动计算当前VMPP设置所需要的窗口高度。当地面线、轨面线发生较大倾角时，平台会自动增加纵断面图的高度，以容纳所有图像。平台还会默认显示列车的位置和行车状态。行车状态也使用不同颜色表示。例如：红色表示列车处于牵引状态，黄色表示列车处于惰行状态，绿色表示列车处于再生制动状态。用户还可以点击列车图标，可以进一步显示列车当前的状态信息。这些信息包括：车辆编号、速度、加速、供电电流、电压、功率等。信息显示面板在车辆的两侧，方便用户进行查看。

3.线路平面可视化组件：显示列车在线路上位置。列车在该组件上的水平位置，与列车运行可视化组件和线路纵断面可视化组件一致（由协同分析组件控制实现）。为方便用户查看，该组件只显示列车在水平方向的位置，不反映纵向数据。线路平面图的两侧是折返线。车辆改变行驶方向时会进入折返线。与线路纵断面可视化组件一致，该组件中的车辆也可以被点击。点击后在车辆两侧显示行驶状态信息。

4.供电系统可视化组件：显示各个牵引所的供电状态信息。包括牵引所模型中的设备构成、各个馈线工作状态参数，包括电流、电压、功率等数据。本组件支持多种牵引所模型，包括：两馈线、四馈线、无整流机组、单整流机组、双整理机组、有回收装置、无回收装置，及其各种组合。当HMPP较大时，临近的牵引所会靠的比较近，为了防止牵引所之间的相互遮盖，平台会改用小模型显示牵引所模型和数据。小模型状态下，设备及馈线实时参数默认不再显示，在单击牵引所标题可以打开信息显示面板。本可视化组件可以在有限的显示空间中，最大化信息量，方便用户对仿真结果进行研判。

5.触网电压可视化组件：显示触网电压随里程变化的实时折线图以及电压数据的统计信息进行显示。具体来说，显示内容包括：①上、下行触网电压的最大、最小值；②上、下行触网电压的当前值；③上、下行触网电压的实时曲线。在①、②显示中，均以字母U表示上行，D表示下行；在③中，以红色曲线表示上行，以蓝色曲线表示下行。为方便用户对仿真数据进行调试，本组件还包含两个子组件：车站电压可视化子组件与区间电压可视化子组件。下面分别进行详细说明。

5.1 车站电压可视化子组件：显示特定车站的电压随时间变化折线图。在父组件（触网电压可视化组件）上，点击需要调试的车站站名，即可调出该子组件。该子组件中，用户也可以直接输入里程，查看该里程位置的电压随时间变化曲线。用户还可以选择列车运行方向。为方便用户调试，子组件支持用户输入参考电压值，平台会绘制对应的电压参考线。同时，平台还会在电压随时间变化曲线图中绘制各个极值点的参考线，其中最小值以绿色表示，最大值以紫色表示。

5.2 区间电压可视化子组件：显示特定区间（两个牵引所之间，含两牵引所）在所有时刻、所有里程中发生触网电压极值（最小值或最大值）的那一点的电压随时间变化曲线图。与上一子组件类似，在父组件中的某一牵引所上点击当前电压，即可调出该子组件。该子组件与前一子组件相比，除显示内容不同外，交互方式和辅助调试功能并无差别，不再赘述。

6.站点钢轨电位可视化组件：显示某一站点的钢轨电位的实时曲线，同时车站电位极值将被重点显示。具体显示内容有：①上、下行钢轨电位的最大、最小值；②上、下行钢轨电位的当前值；③上、下行钢轨电位的实时曲线。在①、②显示中，均以字母U表示上行，D表示下行；为与触网电压可视化组件区别，在③中以紫色曲线表示上行，以绿色曲线表示下行。在本组件上点击任何位置，可以调出该位置的钢轨电位随时间变化曲线图。如果用户在站点附近位置双击，则显示该站点的钢轨电位随时间变化曲线。站点的钢轨电位随时间变化曲线图上，用户可以选择车站，显示不同车站位置钢轨电位随时间变化曲线图。也可以直接输入里程，绘制该里程位置的钢轨电位随时间变化曲线图。通过这种显示方式，用户可以很清晰地了解到钢轨电位在各个位置、各个时间点上的变化情况。

7.钢轨区间电位可视化组件：显示某一区间（两个牵引所之间）的钢轨电位曲线图，区间电位极值将被重点显示。具体显示内容有：①上、下行钢轨电位在该区间的最大、最小值；②上、下行钢轨电位在该区间的当前平均值；③上、下行钢轨电位在该区间的平均值曲线。在①、②显示中，仍以字母U表示上行，D表示下行；与站点钢轨电位可视化组件相同，在③中以紫色曲线表示上行，以绿色曲线表示下行。在本组件中点击任何位置，可以弹出该位置所属区间（两个牵引所之间）的钢轨区间电位随时间变化曲线图。

8.触网电压全景可视化组件：显示某一时刻触网电压随里程变化曲线。在本组件中，可以输入时间节点的序号值，选择上下行方向，最终绘制曲线图。其中，时间节点编号值来源于仿真数据。

9.钢轨电位全景可视化组件：显示某一时刻钢轨电位随里程变化曲线。与前一组件功能类似，本组件的显示内容变了钢轨电位随里程的变化曲线。用户交互方式与触网电压全景可视化组件并无差别，不再赘述。

协同分析组件将信息可视化中的列车运行位置、线路纵断面、触网电压、车站电压、站点钢轨电位、钢轨区间电位等仿真物理量进行联合分析。根据用户在某一可视化组件中的操作，实时地动态地在相关联的可视化组件中给出不同的可视化结果。具体来说，它有以下功能：

(1) 用户可以根据需要选择需要显示的可视化组件并随意放置其位置；

(2) 用户在选择列车位置后，则组件将动态显示该站点的电压、电位等物理量随时间变化的结果；

(3) 用户在选择时间后，则所选组件将显示所有站点在该时间点的电压、电位等信息；

(4) 用户选择列车运行区间后，该区间内每个站点的电压、电位等信息随的变化将以动画形式展示。默认情况下显示所有区间；

(5) 用户可以将触网电压、车站电压、钢轨电位等信息作为变量，给出搜索条件，则列车运行位置组件会将符合条件的时间点及车站标红以突出显示。支持的搜索条件有大于、小于和等于；

(6) 用户可以设置报警阈值，当电压或电位等物理量超过阈值时，相应模块将突出显示对应位置。

本实施例的操作步骤如下：

步骤1：准备数据并导入。导入数据时，只需要将仿真系统生成的数据文件按照命名规范拷贝到本平台中即可。仿真数据文件的命名规则如下：

1）Line：线路基本数据；

2）Line_*.dat：轨道线和地面线的数据；

3）Station_*.dat：车站数据；

用户可以在本平台中导入单个仿真结果或多个仿真结果。当导入单个仿真结果时，本平台启动后会自动对该仿真结果进行可视化。若导入多个仿真结果，则用户可以选择并切换仿真结果，以方便用户进行分析对比。

步骤2：启动本平台。平台主体为各组件的可视化结果，用户可以交互式定义显示某些可视化组件。用户选择需要显示的可视化组件后，本平台会自动调整各个可视化组件的高度，以达到最佳的显示效果。每个可视化组件都有最小高度。当用户选择了较多的可视化组件时，本平台会提供滚动条，方便用户查看所有可视化组件。

步骤3：设置可视化参数。为了能够更好地呈现可视化结果，系统提供了几个主要的可视化参数。这些参数包括横向比例尺（HMPP）、纵向比例尺（VMPP）和步进时间（ST）。系统使用默认参数进行显示，用户可以对其进行自行设定，方便对比。

横向比例尺：即Horizontal Meter Per Pixel (HMPP)，用来控制横向的比例尺。其含义为屏幕的每个点代表实际中的距离（单位：米），即米/点。HMPP数值越大，图像在横向上越小。HMPP对所有的可视化组件都会生效。如果用户需要在一个屏幕范围内显示整个线路的情况，平台具有“自动计算显示全图”功能，使得整条线路都在主界面的一个屏幕宽度下显示。

纵向比例尺：即Vertical Meter Per Pixel (VMPP)，用来控制纵向的比例尺，含义同HMPP。VMPP只对线路纵断面图生效。

步进时间：即Stepping Time (ST)，用于控制动画速度，呈现仿真数据每个时间节点数据所用的时间，单位为毫秒。模拟速度数值越小，列车运行的速度越快。例如，用户设置模拟速度为300毫秒，即可视化程序用300毫秒走完一个仿真数据间隔。

步骤4：查看可视化结果。本实施例共设计了11种可视化方式（9个可视化组件和2个可视化子组件），供用户对仿真结果进行分析。在对仿真结果中的空间数据的可视化时，主要采用轨迹分析、平行坐标轴、折线图等可视分析技术；在对时间数据进行可视化时，我们使用交互式动态展示方法；通过设置步进时间，能够对仿真结果中不同的时间节点数据进行动画模拟。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，其特征在于：包括数据层、交互层和可视化展示层，

所述数据层用于存储仿真数据和用户数据；

所述交互层用于数据层与可视化展示层之间的数据交互；

所述可视化展示层用于仿真数据的可视化分析，并输出可视化结果；可视化展示层内设置有协同分析组件和若干可视化组件，

所述协同分析组件用于仿真数据的空间信息和时间信息在不同可视化组件间关联，

所述可视化组件用于仿真数据的可视化分析，所述可视化组件包括列车运行可视化组件、线路纵断面可视化组件、线路平面可视化组件、供电系统可视化组件、触网电压可视化组件、站点钢轨电位可视化组件、钢轨区间电位可视化组件、触网电压全景可视化组件和钢轨电位全景可视化组件。

2.如权利要求1所述的地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，其特征在于：所述仿真数据包括线路基本数据、轨道线和地面线的数据、车站数据；所述用户数据包括可视化参数、工作状态参数。

3.如权利要求2所述的地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，其特征在于：所述交互层的交互对象包括仿真数据、可视化参数和可视化结果。

4.如权利要求3所述的地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，其特征在于：所述交互层同时导入一个或多个仿真数据。

5.如权利要求2或3所述的地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，其特征在于：所述可视化参数包括横向比例尺、纵向比例尺和步进时间。

6.如权利要求1所述的地铁牵引供电仿真数据可视分析系统，其特征在于：所述触网电压可视化组件内设置有车站电压可视化子组件和区间电压可视化子组件。

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