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交通仿真技術范文1
關鍵詞:三維仿真;交通規劃;交通管理;地理信息系統
中圖分類號:U418.9
文獻標識碼:B
文章編號:1005-569X(2010)05-0111-03
1 引言
隨著社會經濟的快速發展,交通設施的建設速度不斷加快,這種形勢對城市的綜合交通規劃、建設、管理工作提出了更高的要求。于是,以三維仿真技術為核心,綜合應用地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)、遙感系統(RS)、無線通訊、互聯網等新技術建立的綜合交通管理平臺應運而生。該平臺集成各類交通相關信息,實現交通信息的精細化、可視化、遠程化、自動化管理,能夠極大的提高城市的綜合交通管理水平,為社會經濟發展奠定良好的基礎。
2 三維仿真交通管理系統建設的基礎
西方許多國家都十分重視以城市三維建模為基礎的三維仿真城市建設,我國許多城市的管理部門近年來也先后開展了三維仿真城市建設和數字仿真規劃工作。然而,目前國內外交通領域信息化管理平臺仍以平面化信息系統為主,三維仿真應用主要集中在局部施工設計、車輛行車模擬等,缺乏綜合性、實用性的應用,其主要瓶頸為數據建設,無法支撐三維化應用需求。
隨著社會經濟的快速發展,交通設施的建設速度不斷加快。以寧波市為例,“十一五”期間,規劃交通基礎設施建設投資將超過800億元,僅公路一項,“十一五”規劃新建公路2030km,改建公路1500km。交通相關規劃、建設、管理、協調工作數量多、周期長、復雜度高。另一方面,當前交通設施立體化的趨勢越來越明顯,同時隨著交通信息化水平的提高,各類監控、測速、信號控制等設施在線路上呈密集分布態勢,傳統二維和平面符號形式表達的圖紙,因為圖形簡單、不能給人以自然界的本原感受而遭遇誤解。寧波具有良好的三維仿真基礎,可以滿通管理的三維化應用需求。寧波市從2002年開始即著手開展城市三維建模及數字仿真規劃工作,已建立了全市的地形地貌數據庫、規劃區的建筑體塊模型庫和地面高程模型庫,完成了市區150km2主要建成區的三維精細模型庫建設工作。這就為寧波建設三維仿真交通管理系統提供數據和技術支撐。
總體來講,寧波市交通信息化基礎設施齊全,寧波市各類三維仿真空間數據庫數據種類多、覆蓋范圍廣、數據精度高,應用研究單位技術儲備雄厚,且有完善的制度性保障,具備良好的條件開展三維仿真交通管理系統建設工作。
3 系統建設
3.1 技術路線
三維仿真交通管理平臺基于B/S架構進行開發,系統設計與開發過程中盡可能將系統提供對外服務的應用程序功能封裝和為“Web服務”,整個系統的功能可以采用松耦合的方式實現集成,而且平臺提供功能服務具有可擴展性。
三維基礎地理空間數據與交通設施數據、交通規劃數據等交通專題數據采用統一的空間坐標系統,通過三維空間數據管理子系統實現各類數據的集成管理。
3.2 三維基礎框架數據
基于高精度數字航空影像的三維空間數據及路網數據,數據管理類似Google Earth方式,使市交通管理部門的交通規劃、建設、管理能基于全市、全省、全國乃至全球空間環境中進行,三維基礎框架管理子系統的建設,能為寧波市交通工作提供全面的三維地理空間服務。
三維基礎框架數據庫主要采用多分辨率分級模型對DEM和DOM進行組織,這種技術在不改變源數據精度和不影響視覺效果的條件下,通過層次細節顯示和簡化技術來逐次簡化地形的表面細節,以減少場景的幾何復雜性,從而提高計算機繪制三維地形地貌的效率。三維基礎框架數據庫包括1∶10000和1∶500兩級比例尺的高分辨率航空影像地理模型庫。
3.3 三維交通規劃數據
主要包括各類交通規劃資料,包括通道范圍、設計時速、立體互通及場站、指示標志、監控等配套設施規劃資料[1]。
三維交通管理系統系統對大量的交通設施進行了精確地點對點三維化管理,因為三維基礎空間數據精度達到厘米級,從大型的服務區,到小型的路燈,所有對象都有極高的精度,在系統中的位置,都與現實相一致,避免了今后各種信息的相互重疊和錯位,主要包括以下路網數據、通道內部信息、附屬設施等數據內容。
三維交通設施數據利用全數字攝影測量系統,在立體環境下采集建筑物幾何特征信息,各類設施的貼圖全部采用真實的紋理信息,其信息采集是利用高性能的數碼相機對設施進行全方位的拍攝,從而得到相關數碼像片圖片并經過正射幾何糾正處理。數據與三維基礎框架數據相集成,采用統一的空間坐標系統。
3.4 系統功能
三維綜合運輸規劃子系統能夠為交通綜合運輸規劃提供輔助決策手段,主要從在路網中的作用、實施的緊迫性等方面進行可視化分析,為決策部門提供參考意見;利用完善的三維基礎空間數據和強大的分析功能,從環境影響、工程造價、拆遷量、社會影響、工程難度等項目論證提供直觀依據[2,3]。
3.4.1 三維仿真場景瀏覽功能
實現宏觀、微觀場景的一體化,支持從全球、城市宏觀場景到精細三維場景的平滑瀏覽,提供了縮放、平移、盤旋、環繞飛行、步行、飛行、定速巡航等多種便于進行交流的漫游工具[4]。可以定義熱點,提供鷹眼導航圖以輔助漫游觀察,同時還提供了透視圖、頂視圖、斷面視圖等多種視圖類型。
3.4.2 輔助宏觀規劃決策功能
(1)挖填方分析。用于挖填方量的預算,直觀對比各類方案的填挖土方成本。具體如圖1所示。
圖1 挖填方分析結果
(2)空間量測。能夠輔助測量高速公路設計空間位置有關參數的量化分析:比如道路路面寬度、直線加速距離、車輛暫停位置的面積、高速公路與周邊建筑或其他地物的距離、橋梁隧道的長度、隧道高度、高速入口收費處與服務區之間的距離(是否合適)、應急電話與照明設施的間隔距離(是否適合)等。
(3)數據邏輯分層管理。系統將數據管理功能獨立成數據管理功能層,從邏輯上與系統其他各層進行分離,實現了空間數據存取的設備無關性和位置無關性。
(4)特殊設施影響域分析。影響域分析能夠根據特殊設施(如加油站等)周邊的地形特征,分析出周邊相對與中心位置的危險區域,可模擬演示高速公路設計方案殊設施對周邊地物的影響區域。(圖2)。
(5)路面特性分類定位統計。根據不同路段的不同特性,統計瀝青路、混凝土路、橋梁、隧道等,實時統計不同類型路段的位置、數量、建造成本等信息。
3.4.3 輔助精細設計管理功能
(1)定點視域分析。實現在任意選定點方位的視角進行觀察?？梢杂脕矸治龀鲆朁c位置是否有視線遮擋,幫助確定高速道路導識系統和道路監控系統的最佳平面安放位置和豎向高度;也可以模擬分析駕駛者在高速道路行駛過程中的視線情況。
(2)定線巡航。可以在三維場景任意定制巡航路線,設定的參數包括巡航的高度、速度、視角,分析從整體分析道路的路線設計,方便設計方案的演示。
(3)監控設施覆蓋面分析。用于分析某點控制設施的覆蓋面,了解對于一定角度和半徑的扇面內的通視情況。
(4)特殊路段管理。對需特殊處理的的橋涵、隧道、高擋墻、高邊坡以及等進行數據庫建設構造。
(5)剖面分析。能用于對任意形狀的地形切剖面,進行各個點的分析,實現精確化測算。
(6)設施搜索定位?？焖俨樵兿嚓P設施三維位置及屬性目標,具備定制搜索、分類搜索及模糊查詢功能,實現關鍵字搜索和劃定空間范圍的搜索方式;
(7)三維交通設施屬性管理。各類交通設施屬性數據采用數據庫存儲,以滿足屬性數據豐富多樣性、維護更新頻繁等管理特點需要。數據庫可以采用Oracle或SQL Server。屬性數據與空間數據通過關鍵詞進行關聯,以達到功能、管理的相對獨立性。
4 系統典型應用
4.1 選址分析
三維仿真交通管理系統以三維空間數據庫為基礎,能夠將城市形態、地形地貌直觀地體現出來,從整體上把握交通設施周邊的空間形態,能對地理空間的物理環境、視覺環境以及空間結構進行分析,可以快速查閱各種交通設施現狀與規劃數據,進而利用空間統計功能,實時統計各方案的拆遷量、挖填土方數量及路線長度,降低建設成本,使線路空間分布更加合理高效。
4.2 交通設計
利用實時巡航等功能,能模擬駕駛感受,提高線路的坡度、彎度設計的合理性,利用視域分析、控制設施影響域分析功能,調整監控、信號設備的分布點,使設施效能最大化。利用特殊設施影響域分析,綜合居民地等信息,沿線合理配備加油站等設施。
4.3 宣傳演示
二維建筑圖紙或效果圖等資料無法整體直觀反映現場情況,通過開展三維仿真工作,社會各界可以通過系統直觀、生動了解交通項目建設狀況和未來規劃前景,有利于項目工作的宣傳,提高項目建設的社會效益。
5 結語
社會經濟的快速發展,特別是交通事業的蓬勃發展,給城市綜合交通規劃、建設、管理工作提出了更高的要求。以三維仿真技術為核心,綜合應用3S等新技術,集成各類交通相關信息,實現交通信息的精細化、可視化、遠程化、自動化管理,能夠極大的提高城市的綜合交通管理水平,為社會經濟發展奠定良好的基礎。
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交通仿真技術范文2
【關鍵詞】 EDA 數字電路 電路仿真
數字電路主要有組合邏輯電路和時序邏輯電路兩部分組成，交通燈控制器的設計既可以涉及到這兩部分的基本原理的運用，又可以鍛煉學生對數電綜合電路的設計和分析能力，因此交通燈控制器的設計是數字電路一個很好的教學題材，在完成電路設計的同時配合電子設計自動化（EDA）教學，學生無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，EDA可以很好地、很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來。并且可以用虛擬儀器技術創造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學員的學習熱情和積極性。真正的做到了變被動學習為主動學習。目前在各高校教學中普遍使用EDA仿真軟件是Multisim10.1， 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。
下面介紹以Muitisim10.1 為平臺設計一個十字路通控制器系統的過程.
1 設計要求
設計一個十字路口的交通燈控制器，要求主干道和支干道交替運行，主干道每次通行時間都設為30秒；支干道每次通行時間都設為20秒；綠燈可以通行，紅燈禁止通行；每次綠燈變紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘（此時另干道的紅燈不變）；十字路口要有數字顯示，作為等候的時間提示。要求主干道和支干道通行時間及黃燈亮的時間均以秒為單位做減法計數。黃燈亮時，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。
2 交通控制器電路設計與仿真
2.1 狀態控制器的設計
根據設計要求，主干道和支干道紅、綠、黃燈正常工作時，只有四種可能：主干道車道綠燈亮，支干道車道紅燈亮，用S0表示，綠燈亮足規定的時間間隔30秒時，控制器發出狀態轉換信號，轉到下一工作狀態；主干道車道黃燈亮，支干道車道紅燈閃爍，用S1表示，黃燈亮規定的時間間隔5秒時，控制器發出狀態轉換信號，轉到下一工作狀態；主干道車道紅燈亮，支干道車道綠燈亮，用S2表示，綠燈亮足規定的時間間隔20秒時，控制器發出狀態轉換信號，轉到下一工作狀態；主干道車道紅燈閃爍，支干道車道黃燈亮，用S3表示，黃燈亮足規定的時間間隔5秒是，控制器發出狀態轉換信號，系統又轉換到最初種狀態?？梢杂靡粋€2位二進制計數器實現這四種狀態：S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，本設計用74ls190連接成二進制加法計數器，電路圖如圖1所示：
2.2 狀態譯碼器的設計
狀態控制器已經產生了四種狀態，用Q2，Q1兩位二進制數組合來表示S0到S3四種狀態，狀態譯碼器要求利用Q2，Q1分別控制主、支干道上紅、綠、黃信號燈的狀態，紅、綠、黃信號燈狀態與控制器的輸出Q2，Q1關心可用表1（1不是燈亮，0表示燈滅）來表示。由信號真值表可以設計出狀態譯碼器電路，如圖2所示：
74LS245為8個雙向3態緩沖電路。主要使用在數據的雙向緩沖，～G=0，DIR=0，B->A；～G=0， DIR=1， A->B；～G=1， DIR為0或者1，輸入和輸出均為高阻態；高阻態的含意就是相當于沒有這個芯片。在本電路中是實現紅燈的閃爍，無論是主干道還是支干道，Q1為1，可以利用Q1來控制～G，當Q1為1，～ Q1為0，～G為0，秒信號就可以輸入電路，實現紅燈的閃爍。
2.3 倒計時電路的設計
根據設計要求，該系統共有四種狀態（S0-S3），在每種狀態都要求能夠自動調入不同定時時間的定時器，完成30S、20S、5S的倒計時顯示。該定時器由兩片74LS190構成減法計算器實現，初始值可通過三片74LS245完成預置數，顯示電路用自帶譯碼功能的兩個數碼管實現兩位十進制數的顯示。設計的定時倒計時電路如圖3所示：
2.4 仿真結果
將上述各單元電路組合起來，可以得到交通控制燈的整體電路，點擊Multisim 10.1 軟件的“Simulate/ Run”按鈕，便可以進行交通燈控制器的仿真。電路的倒計時顯示首先為30 s，此時主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，進入狀態S0，倒計時為0后，主干道黃燈亮，支干道紅燈閃爍，閃爍的頻率為1HZ，進入狀態S1，倒計時從5開始計時，倒計時為0后，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，進入狀態S2，倒計時從20開始計時，倒計時為0后，主干道紅燈閃爍，閃爍的頻率為1HZ，支干道黃燈亮，進入狀態S3，倒計時從5開始計時，倒計時為0后，又回到S0狀態，如此循環下去。
3 結語
該設計通過把數字電路的分析與設計與EDA相互結合，完成交通燈控制器各個單元電路和整體電路的設計和仿真，很好的解決目前高校教育中理論教學與實際動手實驗相脫節，試驗室條件不足等問題。電路設計仿真成功后再構建實際電路，既可以降低成本，又大大提高了教學和專業設計的效率，對老師教學也是一個很好的提高和促進。
參考文獻
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交通仿真技術范文3
關鍵詞：車輛工程；控制系統；仿真技術；教學改革
中圖分類號：G642.4文獻標志碼：A文章編號：1002-2589（2015）23-0142-02
由于電子控制技術在車輛工程中的應用發展十分迅速[1]，車載控制系統已成為車輛工程學科里一個重要的研究方向?，F代汽車的電控系統數量一般為幾十個，而高檔汽車已高達上百個，電控系統控制器的開發對控制系統理論在具體工程中的應用提出了很高的要求。在車輛工程專業教學中，“控制系統與仿真技術”課程作為本科生的培養內容極為必要[2]。通過本課程的學習，使學生掌握控制系統設計的基本思路和方法，培養學生成為具有分析問題和解決問題能力的創新性人才。本文以安徽工程大學車輛工程專業“控制系統與仿真技術”課程改革為例，介紹教學改革實踐中的一些體會和有益經驗，與同行分享。
一、課程分析
1.課程現狀分析
“控制系統與仿真技術”作為車輛工程學科一門專業選修課，是學生走向科研院所或汽車企業應該掌握的一門課程，安排在第三學年的第二學期，總學時為32學時。本課程僅安排4個學時的實驗，其中控制系統的MATLAB建模和SIMULINK仿真分別為2個學時?！翱刂葡到y與仿真技術”原屬于自動化專業的一門專業基礎課，教學以理論講解為主，側重于數理公式的推導。這種教學無法培養學生的動手能力，不利于學生理解控制系統的理論本質，對于MATLAB軟件的一些函數和命令，學生只能依靠死記硬背，降低了學習的積極性，影響教學效果。
“理論力學”和“控制工程基礎”等作為前續課程，學生在學習“控制系統與仿真技術”時已掌握了一定的理論知識，但這些知識點對學生來說是相互孤立的，缺乏對知識體系結構的系統性認識，對具體的理論應用不知所措?！翱刂葡到y與仿真技術”教學中對理論過多的講解也會造成教授內容的重復，降低了講課效率，不能充分發揮學生學習的主動性。教學方法采用單一的任務驅動教學法，在任務訓練的后期，任務小組內部容易出現少數學生具有依賴思想，導致抄襲現象經常發生。具體任務主要為傳統控制理論的數字仿真分析，對汽車各種電控系統的工程背景基本沒有涉及，這不利于學生了解本領域的科技進展，任務訓練難以實現應用MATLAB解決實際工程問題。
2.課程定位目標
安徽工程大學車輛工程專業為安徽省首批“卓越工程師教育培養計劃”建設專業，“卓越工程師教育培養計劃”旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才[3]。在“卓越工程師教育培養計劃”引導下，車輛工程專業的培養目標定為：培養德智體全面發展、基礎扎實、誠信實干、綜合素質高、實踐能力強、具有創新精神，從事車輛及其零部件設計、制造、實驗研究以及車輛經營管理等領域的高級應用型專門人才。上述培養目標迫使我們必須改革傳統的教學方法，積極探索富有活力、促進學生全面發展的新型課堂教學方法，激發學生的內在潛能，培養學生的創新能力和工程能力。
在廣泛調研的基礎上，制定了車輛工程專業的培養方案，對專業課程進行了調整，新開設了“控制系統與仿真技術”課程。由于車輛工程專業學科交叉明顯，機械、電子、液壓、控制等課程均有涉及，“控制系統與仿真設計”課程在整個培養體系中的定位如圖1所示。由圖1可知，在培養體系中，汽車的各種電子控制系統，如電控燃油噴射系統、穩定性控制系統、電控轉向系統、車身控制系統、電控懸架系統、巡航控制系統、電控自動變速器和防抱死制動系統等為具體的工程應用。汽車系統動力學、汽車設計、汽車構造、汽車理論、汽車電子、傳感器技術和控制工程基礎等為基礎理論課程。“控制系統與仿真技術”課程作為基礎理論到工程應用的橋梁，在整個培養體系中具有重要意義。
二、課程教學改革措施
1.課程內容優化
根據“控制系統與仿真技術”課程的培養目標，對教學內容進行整合優化，將教學內容劃分為理論教學與實踐教學兩部分。理論教學部分主要完成基本知識點的講解，以汽車中涉及的動力學系統為分析對象，以汽車電子控制系統的設計方法為設計案例，突出課程特色。實踐教學是課程學習的重要內容，在內容設置上力求做到理論聯系實際，重視工程概念在實際問題中的應用，提高學生的工程意識和工程實踐能力。
“控制系統與仿真技術”教材目前主要側重于MATLAB介紹和控制理論的數字仿真等內容，系統地以車輛為研究對象講解如何設計控制系統的教學案例非常少，適合于車輛工程專業學生及工程技術人員閱讀的教材不多。在本次教學改革實踐中，增加了汽車中相關控制系統的設計與應用，以車輛工程專業教師的科研成果為基礎，編排了適合車輛工程專業學生閱讀的教材，其中以汽車電控轉向系統、電機調速控制以及自適應巡航控制系統為主要教學案例，在后續教學中繼續增加相應的內容。在教材內容修訂上，應盡量避免與其他相關課程知識點的重合。
設計工程項目時需遵循三個原則：融合相關教學內容涉及的知識點，并充分覆蓋教學內容；緊跟汽車技術的發展方向，應具有較強的時效性；實施過程中所遇到的問題難度適中，易于激發學生學習的積極性。工程項目分解成實際案例需要與實踐教學內容相結合，案例在功能上具有一定的完備性，且各案例之間保持一定的漸進性，逐步引導學生，避免產生抵觸情緒。實際案例的篩選應以較為成熟的控制系統或具有代表性的控制方法為案例。實際案例討論與分析完畢后，根據學生反饋的學習效果，指導學生將實際案例歸納綜合成相應的具體任務，將具體任務進一步分解，讓每個小組成員都承擔一定的具體任務。2.教學方法設計
案例教學法是一種以案例為基礎的教學方法，融合相關知識點于實際案例中。案例中設置的問題為一種兩難問題，沒有某一特定的解決方案[4]。教師在教學中作為設計者和激勵者的角色，積極引導學生解決問題，培養學生主動分析和解決問題的能力。項目教學法是以項目為主線、學生為主體、教學為主導的教學方法。學生在教師的指導下負責信息的收集、方案的設計、項目的實施。項目需要小組成員的通力合作完成，這有利于增強學生的團隊精神，提高學生的自主創新能力。而任務驅動教學法是以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學方法。學生結合自己的具體任務模塊，構建知識體系，有利于激發學生的學習興趣。
由上述三種教學方法的分析可知，三種方法在發揮學生主觀能動性和培養學生創新能力等方面各有所側重點[5]。在當前實踐教學中，上述三種教學方法取得了良好的教學效果，但基本上以一種教學方法為主，過分依賴教學方法中所設計的單一項目、案例或任務，影響了教學效果。為此，建立了一種基于項目案例任務驅動的“控制系統與仿真技術”課程實踐教學方法，其教學過程如圖2所示。由圖2可知，該教學方法結合“控制系統與仿真技術”課程，融合三種教學方法為一體，以工程項目為主導、實際案例為引導，用具體任務驅動學生構建車輛工程學科的知識體系結構。
三、課程教學改革實踐
1.課程教學實施
“控制系統與仿真技術”課程具有明顯的實踐性和綜合性的特點，特別注重應用能力的培養，因此課程安排理論教學20學時，實踐教學12學時。整個課程安排在第8周至第15周，授課在每周的星期二和星期四進行，每次連續兩個課時。實踐教學安排3個工程項目，分別安排在第10周、12周和14周。理論教學安排在第8周、9周、11周、13周和15周，授課期間加入實際案例討論，周四課后安排具體任務。
教師在工程項目的設計上，突出工程背景，結合自己的相關科研成果，加強實踐環節的創新性和綜合性。本課程的工程項目應用MATLAB軟件開展訓練，MATLAB是仿真軟件中易學、功能強大的一款，成為“控制系統與仿真技術”課程項目訓練的首選工具。為加深學生對控制系統、仿真技術的概念，本課程通過讓學生參觀相關的汽車電控系統，如電控轉向系統平臺、自適應巡航控制系統模擬器等。在教學手段上，合理使用多媒體課件講課，為了加強學生對理論知識的理解，還可以穿插些圖片、幻燈片等。在教學過程中，注重課外創新活動與課堂實踐教學的結合，鼓勵學生積極參加一些控制系統設計類的項目和競賽[6]，如大學生創新創業計劃項目和飛思卡爾智能汽車競賽等。
2.課程教學效果
采用文獻[7]中的教學效果綜合評價模型對教改的教學效果進行實證研究。評價指標為個人興趣K1、職業發展K2、能力培養K3、教學效率K4、學習方法K5、行業經驗K6和適應能力K7。個人興趣為教學方法對激發學生學習興趣、求知欲，調動學生積極性的評價。職業發展為教學方法對增進學生團隊合作與溝通，對學生職業發展的導向性及學生是否提出新觀點的評價。能力培養為教學方法對培養學生分析問題、解決問題，以及創造能力的評價。教學效率為學生掌握相關專業知識和考核指標的科學性與合理性的評價。學習方法為學生在課堂上對“控制系統與仿真技術”課程學習方法的掌握程度的評價。行業經驗為教學方法對學生獲得實務與行業經驗的評價。適應能力為教學方法培養學生滿足社會人才需求適合程度的評價。教學效果綜合評價模型中評價指標的權重表如表1所示。
傳統教學和實施教改后的教學效果評價指標如圖3所示。由圖3可知，7個評價指標在實施教改后均有不同程度的提高，其中行業經驗提高最快，增幅為21.7%。綜合評價值由2.4662提高為2.8994，這說明教改的實施提高了學生學習的自覺性，提高了發現問題、分析問題、解決問題的能力，激發了創新意識，調動了學生獲取知識的積極性和主動性，從而為學生撰寫畢業論文以及畢業后走上工作崗位運用仿真技術打下了堅實的基礎。
交通仿真技術范文4
關鍵詞：虛擬仿真 汽車維修 三維建模
中圖分類號：U472 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0160-02
Abstract：With the development of automotive technology， the demands of vehicle maintenance and repair education are higher and higher. This paper introduces the specification of virtual simulation and analyses the traditional education`s current situation and requirements. At last we design the education system based on virtual simulation and give the overall scheme and key technology. Through the education of virtual simulation， the education level and the student’s ability will be improved.
Key Words：Virtual simulation； Vehicle maintenance and repair； 3D modeling
當今世界，科學技術迅猛發展，新技術的不斷涌F迫使傳統行業需要不停地進行自我升級，虛擬仿真技術是當前快速發展和廣泛應用的新技術之一，其在工業、教育、娛樂等多個行業有著廣泛的應用。伴隨著汽車工業技術的飛速發展，其對汽車維修教育水平提出了更高的要求，采用新技術手段來滿足這個要求是我們需要深入思考的問題，而虛擬仿真技術與汽車維修教學的結合為提高傳統汽修教學的水平提供了很好的技術手段。
1 虛擬仿真技術簡介
虛擬仿真技術是當前科技發展的熱門話題，在諸多方面有著廣泛的應用，虛擬仿真技術是多種前沿技術交叉形成的新技術，主要包括仿真技術、計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的集合交叉。虛擬仿真技術的具體應用主要包括環境模擬、狀態感知、人機交互和傳感設備等方面。環境模擬是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。狀態感知是指理想的虛擬仿真技術應該具有具體應用所需要的感知能力，一般包括視覺感知、聽覺感知、觸覺感知、力覺感知、運動感知等。人機交互是指用戶根據計算機的模擬環境做出相應的動作，同時計算機對用戶的輸入做出實時響應，形成交互互動的過程。
2 汽車維修訓練系統的現狀及需求
虛擬仿真技術由于在人機交互及用戶體驗方面具有良好的應用優勢，使其對傳統的以汽車實物為對象進行維修教育的模式產生了很大的沖擊，其技術優勢和廣闊的應用前景對教育技術而言是一個革命性的技術變革。
傳統的汽車維修教育一般是以汽車實物為教學對象，根據不同的汽車類型和故障模式，通過傳統的教學手段和工具進行實體的維修教育，這種教育模式在汽車發明產生有史以來發揮著巨大的作用。但隨著汽車技術和教育技術的發展，傳統的汽車維修教育模式存在著諸多的弊端，主要表現在以下幾個方面。
（1）汽車技術發展的速度越來越快，以傳統發動機、變速箱為技術核心的技術體系正被以混合動力以及其他動力為核心的技術體系所沖擊，汽車維修教育不能快速地適應汽車技術的更新發展。
（2）傳統的使用實體汽車或汽車部件為教學對象的維修教育模式，不能很好地適應現代教育技術的發展，使得維修教育機構培養的汽車維修人才與社會實踐實際的維修人才需求相脫節。
（3）思想是行動的先導，由于教育者自身認知能力的不足以及思維定勢的影響，導致傳統的汽車維修教育機構對于新技術在教學中具體應用的積極程度不高，進而影響到新技術的推廣應用。
3 基于虛擬仿真技術的汽車維修教學系統的設計
3.1 需求分析
近十多年來，我國的汽車工業飛速發展，全國的各類汽車保有量大幅提升，對汽車維修的從業人員的需求量也越來越大，進而對汽車維修培訓機構的數量、教學質量等方方面面也提出了更高的要求?！肮び破涫卤叵壤淦鳌保虒W質量的提高離不開教學模式的改進，汽車新技術和教育新技術的不斷發展涌現，使得汽車維修的教學模式也要隨之改變。當前的汽車維修教學主要有以下幾個特點。
（1）由于汽車維修的專業性強，細分門類較多，從而要求從業人員必須具備良好的專業理論基礎和扎實的實踐操作技術功底，能夠熟練地掌握各種維修基本技能，主要包括汽車檢測、故障診斷、零配件拆裝、機電一體化儀器設備的熟練使用等。上述的種種要求需要對傳統的汽車維修的教學方式進行變革。
（2）當前，科學技術發展迅速，新技術在各行各業的廣泛應用深刻地改變著社會面貌，汽車維修的教學也不例外。計算機技術和虛擬仿真技術的發展及其在教育領域中的具體應用，使得受教者能身臨其境地學習到汽車維修的理論和實踐知識，與傳統的板書、圖片、教具及錄像等教學模式相比，其教學成效更加顯著，所以基于虛擬仿真技術的汽車輔助維修訓練系統的設計對于汽車維修教育具有極其重要的實際意義。
（3）通過虛擬仿真汽車維修教學系統的教學，受教者能夠迅速地熟練掌握汽車的總體構成框架、各分系統的結構原理、檢測設備的使用和汽車故障的診斷維修方法，為今后從事汽車維修行業打下良好的基礎。
3.2 總體設計
虛擬仿真技術在汽車維修教學的具體應用主要是通過基于虛擬仿真技術的汽車維修教學系統來完成，該教學系統的總體設計如圖1所示，主要由6個部分組成，分別是汽車總體構成、汽車工作原理、分系統檢測、零配件拆裝、故障診斷維修和維修儀表應用。
系統設計時首先進行汽車三維數字建模，然后對各子模塊分別設計并最終合成疊加，在進行子模塊設計時需要結合原有教學中開展的相關項目，同時增加考慮新能源汽車、混合動力汽車等新技術的汽車維修需求，進行子模塊的方案設計、調試及試運行，并最終形成仿真維修教學系統。
3.3 關鍵技術
汽車維修仿真訓練系統的設計開發核心在于三維數字建模，主要包括3方面的數字建模：一是汽車整車的數字建模；二是汽車零部件的數字建模；三是儀表工具等輔助維修手段的數字建模。這個3個方面的三維數字建模是各子系統開發的基礎，且數字建模的過程基本相似，可以分以下3個步驟進行。
第一步是汽車整車、零部件以及儀表工具等輔助維修手段相關數據的收集整理，并對相關的數據進行分析，主要包括物理尺寸、結構框架、電路布局及走向、各部件的相對位置等數據資料。
第二步是根據收集分析的數據，使用三維建模軟件（3D Max或者MAYA）進行三維建模和后期處理，三維建模所使用的數據和實際建模后的效果應相互一致并與實際情形相符，在建模完成以后的后期處理，要兼顧光影配合的渲染效果，突出明暗陰影的效果。
第三步是模型合成與優化，將三維建模軟件所建立的實體模型的格式轉換為Open Flight格式，并按照汽車模型數據庫的邏輯結構進行打包壓縮存儲。
在三維數字建模完成的基礎上，完成對圖1各個分系統的設計開發。
4 結語
新技術的發展和應用正深刻地改變著這個社會，虛擬仿真技術在汽車維修教學中的應用也將深刻地改變傳統的汽車維修教學理念，并大大提高教學成效，使得大批的受教者能更加迅速地掌握各型汽車的維修技能，更好地為服務社會做出貢獻。
參考文獻
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交通仿真技術范文5
[關鍵詞] 骨科手術;麻醉;血液稀釋
[中圖分類號] R614.4+2 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-4721(2010)07(a)-044-02
Treatment of different capacity on emergency orthopedic surgery under epidural anesthesia in patients comparison
NONG Jiazhen1,LUO Jianxing2,LU Mingyan2
(1.Panyu District,Guangzhou City,Anesthesiology Nut in Guangdong Province,Guangzhou 511480,China;2. Panyu District, Guangzhou City, Lam nuclear Hospital Surgery in Guangdong Province,Guangzhou 511480,China)
[Abstract] Objective:Comparison the effects on patients undergone bone surgery use epidural anesthesia and different capacity treatment.Methods:Collected 100 cases of emergency orthopedic surgery patients,randomly divided into two groups.Two groups of patients in general compare,the difference was not significant.All patients with epidural anesthesia.Hypervolemic hemodilution group of fast input of 6% hydroxyethyl starch,control group give conventional pared three groups of MAP,HR,CVP,Hct and Hb changes.Results:Ⅰ group of MAP,HR compared with the preoperative difference was not statistically significant;CVP increased slightly,but within the normal range.Ⅱ group patients compared with the preoperative MAP,CVP decreased,HR faster.Ⅰ group were compared with preoperative,Hb,Hct decreased slightly;Ⅱ group of patients Hb,Hct decreased significantly compared with the preoperative,the difference was statistically significant.Conclusion:Acute hypervolemic hemodilution in patients undergoing orthopedic surgery can improve the acute tolerance to blood loss,surgical patients on the body to maintain homeostasis are positive,simple,safe and effective.
[Key words] Orthopaedics;Anesthesia;Hemodilution
骨科手術創傷大,圍術期失血多,從而易引起術中低血壓,影響患者血流動力學的穩定,降低各重要臟器的供氧[1];過去臨床上常采取異體輸血的方法補充術中血容量的不足,但此方法易發生免疫反應,因此,臨床上盡量避免異體輸血。近年來,急性高容量血液稀釋(AHH)技術不斷運用于骨科手術,此方法可以減少患者異體輸血并能節約用血,可對骨科手術的失血進行補充[2]。本院近年來以不同容量治療方案應用于硬膜外麻醉下骨科手術患者,并觀察其對圍術期患者血流動力學的影響,現將結果報道如下:
1 資料與方法
1.1 一般資料
收集2008年3月～2009年9月在本院急診行骨科手術的患者100例,按照自愿原則隨機分為兩組,每組各50例,高容量血液稀釋組(Ⅰ組)中,男性36例,女性14例;年齡38～58歲,平均(45.30±3.65)歲;ASA Ⅰ～Ⅱ級,血管損傷12例,合并骨折16例,閉合性骨折8例,開放性骨折14例。對照組(Ⅱ組)中,男性35例,女性15例;年齡34～60歲,平均(45.80±3.23)歲;ASA Ⅰ～Ⅱ級,血管損傷11例,合并骨折12例,閉合性骨折12例,開放性骨折15例。兩組患者在性別、年齡、病情輕重程度及手術部位等一般情況比較,P>0.05,差異無統計學意義,具有可比性。
所有患者術前均無嚴重的心、腦、腎及呼吸系統疾病,無血液系統疾病,肝腎功能、凝血功能正常。
1.2 方法
所有患者手術前開放外周靜脈通路,麻醉前30 min常規肌注苯巴比妥鈉0.1 g、阿托品0.5 mg。采用連續硬膜外麻醉方法,選擇L2~3間隙行硬膜外穿刺,向頭端置管3.5 cm,注入2%利多卡因4 ml,觀察5 min,確定無脊麻現象,續以2%利多卡因或0.5%布比卡因10～15 ml分次注入,控制麻醉平面在T10以下。常規鼻導管吸氧2～3 L/min.
1.2.1 高容量血液稀釋組待硬膜外阻滯起效后,以30 ml/min速率快速輸入6%羥乙基淀粉,總量為20 ml/kg。
1.2.2 對照組常規輸入林格氏液。術中連續監測SP、DP,使其維持在正常范圍內;監測SpO2、心電圖。血壓、心率的波動范圍應控制在基礎值的20%內。術中監測Hct保持不低于25%,當Hct低于25%時應及時進行異體輸血。
1.3 觀察指標
術中應用多功能監測儀連續監測患者收縮壓(SP)、舒張壓(DP)、平均動脈壓(MAP)、心率(HR)、脈搏血氧飽和度(SpO2)、中心靜脈壓(CVP)、心電圖,并于術前、術后分別記錄MAP、HR、CVP的值。術前和術后第1天測定紅細胞比容(Hct)及血紅蛋白(Hb)。
1.4 統計學方法
應用SPSS 12.5統計軟件進行數據分析,計量資料以均數±標準差(x±s)表示,采用t檢驗,或χ2檢驗進行比較。以P
2 結果
兩組患者術前、術后MAP、HR、CVP的變化情況,術前和術后第1天測定紅細胞比容及血紅蛋白的變化情況比較,見表1、2。兩組患者出血量和輸液量比較,見表3。
兩組患者術前MAP、HR及CVP等方面比較,差異無統計學意義,具有可比性。稀釋后,Ⅰ組患者MAP、HR變化與術前比較,P>0.05,差異無統計學意義;CVP略有增高,但在正常范圍內。Ⅱ組患者術后與術前比較MAP、CVP降低,HR增快。
兩組患者術前Hb、Hct比較,差異無統計學意義,具有可比性。Ⅰ組術后與術前比較,Hb、Hct略有降低;Ⅱ組患者術后Hb、Hct明顯降低,與術前比較,P
兩組患者手術時間、出血量和輸液量比較,差異無統計學意義。Ⅰ組術中及術后24 h輸血量為(188±79) ml及輸血2例,Ⅱ組輸血量(346±82) ml及輸血7例,兩組間差異有統計學意義(P
3 討論
急診骨科手術往往具有創傷大、出血多的特點,嚴重影響了患者的血流動力學,給手術帶來不利影響。急診手術在短時間內找到配型完全符合的血液存在一定困難,而異體輸血存在一定的免疫反應。為避免上述不良反應的發生,現在臨床上多采用急性等容量血液稀釋及急性高容量血液稀釋的方法輔助手術治療[3]。
急性高容量血液稀釋可以減少異體輸血,可在一定程度上降低因血流速度減慢引發血栓的危險[4];可以擴張外周血管、降低微循環阻力,改善由于血壓降低引起的組織灌注減少,保證對重要臟器的組織灌注,避免重要臟器由于缺氧造成的損害[5]。在圍術期進行急性高容量血液稀釋(AHHD),具有血液保護、使麻醉期間血液動力學更加穩定的作用。AHHD不但可以有效地減少血液成分丟失,而且減少感染的概率,對患者的心血管系統影響小。AHHD不會增加術中出血,同時觀察到患者對失血的耐受性明顯提高,使術中及術后異體庫血輸用量明顯減少。本研究Ⅰ組術中及術后24 h輸血量為(188±79) ml及輸血2例,Ⅱ組輸血量(346±82) ml及輸血7例,可充分證明AHHD的安全性及優越性。該方法可維持血液動力學穩定,保證充分氧供,但應謹慎對待其對心臟收縮功能的潛在影響。本組實驗中無一例因循環負荷過重而出現心肺功能障礙,分析其原因可能與硬膜外阻滯交感神經節前纖維,使外周血管擴張,回心血量減少,心臟后負荷減輕,以及產生明顯的降血壓作用有關,從而避免了AHHD致血容量劇增對心肺功能的影響。
總之,急性高容量血液稀釋可提高急性骨科手術患者對失血的耐受性,減少出血時紅細胞的丟失量,從而減少異體血的輸注,節約了臨床用血并避免了異體輸血不良反應的發生。操作簡便、安全有效,對維持手術患者機體內環境穩態有積極意義,切實可行。但實施時要嚴密監測循環功能的變化,防止因快速擴容而導致循環系統并發癥的發生。
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交通仿真技術范文6
【摘要】隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢，從而研究它的價值和市場經濟效益，并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。
【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學
一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究
虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術在各領域內的作用
隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。
隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。
四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢
作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益
虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。
在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。
總結
虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期
