vtd交通视景仿真—轨道方面仿真应用
概述
随着公路和轨道交通的发展，视景仿真技术和交通领域的结合也越来越紧密。越来越多的部门已开始研究视景在仿真中的应用。包括驾驶模拟训练器，以及道路路况对驾驶的影响、汽车的主动安全仿真、轨道列车控制系统和动力系统的运行仿真等方面。
在传统的仿真验证往往存在以下问题：
• 显示结果不直观
传统的模型解算和分析结果往往是由一系列复杂的数据或图表，不能直观的表现出视景效果的影响。三维视景仿真可以直观展示仿真实验的可视化效果。
• 单纯视景仿真无法真实表现运动状态
单纯的视景可以较好的展现三维场景，但是仿真缺少有效的真实数据驱动，而且视景的精确度较低，无法通过视景完成精度要求高的安全辅助、舒适性体验、道路状况模拟等功能。动力学等方面的仿真数据也无法体现在视景展示中。所以单纯视景仿真的应用十分有限。
• 视景开发工作量大，运行不够流畅
为了保证精确度和便于仿真研究，道路/轨道的建立要遵循一定的标准。当列车或火车在路上高速行驶时，对视景的渲染效率要求很高，过于复杂的模型需要集群提供计算和数据渲染，造价高昂且意义不大。
凯发娱乐登录的解决方案：基于vtd的交通三维视景仿真应用
凯发娱乐登录的解决方案以vtd软件提供专业的公路/铁路交通三维视景，以concurrent或higale作为实时仿真平台。可实现驾驶模拟器视景的专业开发，也可以应用在sil、vil、dil、hil等测试中。
vtd——复杂交通环境视景建模、仿真软件。由德国的vires公司开发，主要是针对复杂的实时交通视景系统的应用而开发。除了传统的公路交通视景仿真，vires现有的产品还能很好的应用在轨道交通三维视景仿真中，目前vires已经在欧洲完成了大量公路、轨道方面的视景仿真项项目。本文主要介绍vtd在轨道交通三维视景仿真中的应用。
三维视景构建一般工作流程
一般工作流程如下图所示：
轨道交通应用
vtd提供的视景数据库和三维视景可以用于搭建轨道列车的驾驶模拟器，还可以进行hil测试。如为tcms系统、bcu、tcu等系统呈现有实时数据驱动的三维视景。轨道路线数据可根据客户需求进行现场数据采集，制作特定的轨道场景，这样相关人员可以在精确的特定路线上进行仿真或驾驶模拟训练。也可以根据一般性数据建立具有通用特性的轨道场景，相关人员可以通用特性的路线上进行一般性的仿真或驾驶模拟训练。
目前vtd已实现了在不同国家超过1000公里的特定铁路模拟应用，包括德国、意大利、印度、中国、中东等。
案例一：地铁/铁路驾驶模拟器
为训练列车驾驶员，使用vtd软件构建地铁/铁路驾驶模拟器的视景部分，如图所示。地铁驾驶模拟器对视景的逼真效果要求较高，尤其是动态工况的模拟，以便训练地铁驾驶员对不同应急状况的反应与操作。该驾驶模拟器中，将客户已有的信号灯控制系统与vtd视景中信号灯的状态有效地结合在一起，根据需要的运行工况对驾驶员进行操作训练。
下图为柏林驾驶模拟器的视景效果。
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下图为据意大利实际高铁地理状况进行的视景模拟，视景数据库包含了大于1000km的轨道路况，所有路况根据实际场景建立，其道路和道路周边所有实体的大小及位置均具有较高的精确度。
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案例二：列车tcms的视景交互仿真
为使列车的控制系统能够有更直观且准确的展示，使用vtd创建了地铁的视景库，并使用半实物仿真平台（higale）得出的数据来实时驱动三维视景中列车运动。动力学模型、tcms与列车三维视景之间的关系如下图所示。
tcms根据视景中的车辆状态（包括位置及行驶工况等信息）输出对应的交通信号指示，使得驾驶员或驾驶员模型发出加速/制动指令且要求列车速度减小/增大，驾驶员或模型将相应的响应输入动力学模型，动力学模型计算出驾驶员动作后的车速等信息，同事将更新后的车速与车位置等信息传递到视景与管理控制系统中，视景的中信息也得到更新，tcms根据新的信息进行下一个循环的控制。
轨道交通车辆的控制包括人工控制和自动控制，相关信号由tcms进行收集和转发给各个子系统，各个子系统都有自己的控制器(包括bcu、tcu等)进行自控制，然后通过各自的执行机构对车辆动力学模型进行控制。动力学模型将车辆的状态信息通过信号系统反馈给tcms，这样tcms和动力学模型形成一个闭环。
动力学模型的仿真数据通过udp传到vtd的dynamicsmanager中，dynamicsmanager和taskcontrol之间也是通过udp传递车辆状态变化情况。
总结
vtd是一款专业的交通视景仿真软件，能够方便的建立满足行业标准的道路数据库，并能够以实时数据为驱动进行在线或离线的视景仿真。它可以快速创建视景数据库、运行效果清晰流畅、还以做有数据头驱动的闭环仿真。这些特性使vtd在驾驶模拟器和hil等测试中有广泛的应用。