现代有轨电车工程仿真模拟软件平台设计

现代有轨电车工程仿真模拟软件平台设
计
摘要
本文通过对现代有轨电车工程仿真模拟软件平台的技术要点、功能整合进行详细的设计分析，形成现代有轨电车工程仿真模拟软件设计开发指南，为此类软件的研发工作作出明确指引，引领现代有轨电车电子沙盘的建设方向。

关键词：有轨电车；仿真模拟
1.总述
现代有轨电车作为一种城市轨道交通轻型运载形式，是当前我国城市轨道交通的建设热点，目前已在近20个城市开展工程建设或者线网规划。

其中大部分城市采用示范线工程建设形式，通过投入大量资金来试验探索一种满足当地城市发展的现代交通模式。

投入巨大，无论如何都是一种损失。

现代有轨电车工程仿真模拟软件平台，是在网络游戏引擎的基础上，结合虚拟现实、三维场景互动等先进仿真技术，依据现代有轨电车工程特征和控制系统功能需求，制作与实际工程相似的仿真互动平台。

通过建设该平台，我国各城市建设管理和交通规划单位可获得拟新建现代有轨电车线路的第一手图文及模拟运行统计资料，为新建现代有轨电车线路提供仿真评价，节约国家财政投入，有效推进工程可行性的分析研究；同时为新建现代有轨电车线路系统设计、行车组织及运营方案比选提供依据。

1.现代有轨电车工程仿真模拟软件平台设计
现代有轨电车工程仿真模拟软件平台，通过对有轨电车运行的典型场景建立
三维仿真模型，建立有轨电车人工驾驶及自动驾驶的物理运动模型，并通过增设
行人、非机动车等交通干扰角色，实现现代有轨电车的互动式仿真模拟，并对模
拟情况进行统计分析，从而达到对线路设计、运行模式、行车计划等内容的仿真
推演，以及对驾驶员的模拟培训效果。

平台提供有轨电车运行的模拟环境。

为了更全面模拟有轨电车的运行情况，
在场景设计中包含了多种运行情况。

对于路口的转弯，包含由路侧转弯后到路中、由路中转弯后到路侧、由路中转弯后到路中、由路侧转弯后到路侧等情况。

对于
轨道，包括有护栏保护措施的区段也包括无护栏保护措施的路段。

对于路口包括
有可能与社会车辆发生碰撞的危险区域以及不会发生碰撞的安全区域等。

核心物体采用真实物理模型，如列车、行人、社会车辆都提供了碰撞检测机制，由于我们关心的是模拟列车在运行当中的行车事故，因此为这些可能发生碰
撞的核心物体提供了检测机制。

当由于驾驶员采用错误的驾驶动作后可能会导致
列车与人或社会车辆发生碰撞，这种情况系统会给出严重警告，甚至会导致结束
当前模拟。

碰撞检测机制保障了模拟系统的核心作用，防止司机在现实驾驶过程
中出现同样的错误操作。

对于列车的驾驶，系统引入了加速度控制算法以实现真实效果模拟。

对于列
车的加速减速效果，如果用户持续加速或者持续减速，列车的加速度将会持续增
加或持续减慢。

对于驾驶体验来说，这样的设计将会更加逼真，与真实的列车驾
驶十分相似，能更好的模拟司机驾驶列车这一过程。

系统采用多个摄像头全方位观测本仿真系统沙盘，包括驾驶舱主视角，列车
后视视角，站台视角，鸟瞰视角等。

这些视角可以自由切换，并且这些视角会根
据列车进行移动，达到身临其境的仿真效果。

平台通过一系列算法为有轨电车以及社会车辆设计行驶路线，列车可以通过
自动驾驶功能在轨道上遵守规则开启自动驾驶模式，社会车辆在机动车道进行自
动驾驶。

社会车辆会在几个特点的道路尽头刷新生成，并在预设的行驶路线尽头
进行销毁。

这样可以有效的仿真出真实道路的一个交通状况。

自动驾驶在系统中占有很重要的位置，它使整个系统展现出一个动态的环境，只有在动态环境中这个仿真模拟才有其价值。

同时，系统也通过自动驾驶记录很
多有价值的数据，包括车速、行车距离、运行时间等，通过这些数据可以分析出
更合理的行车计划以及更多有价值的信息。

1.现代有轨电车工程仿真模拟软件平台功能设计
平台主要提供了5大功能模块：基础功能模块、配置功能模块、驾驶功能模块、报表功能模块以及辅助功能模块。

5大模块相对独立且彼此间协作构建本软
件平台。

基础功能模块提供以仿真环境建模为主的基础功能，作为软件平台运行必不
可少的根基。

软件平台提供了一套仿真有轨电车运行的虚拟环境，其中所有物体
都是按照真实环境中的比例进行建模，尽可能做到逼真的效果。

环境本身的建模
就具有比较重要意义，逼真的物体能够让用户熟悉仿真环境，有更强的代入感。

虚拟环境的逼真程度直接影响到整个平台的实用价值，是比较重要的基础功能。

配置功能模块可以对系统本身以及各种运行模式进行配置。

其中驾驶模式选
择包括：1）人工计划驾驶，主要由驾驶员自己根据行驶路线上的各种突发情况，按照事先做好的计划安排进行仿真模拟驾驶操作，并目视仿真环境中的各类突发
情况进行处理；2）安全辅助驾驶，在人工计划驾驶模式的基础上，提供一些安
全信息的提示给驾驶员，包括先后车距离提示、危险驾驶提示等信息，辅助驾驶
员操控仿真车辆，保障其驾驶的安全性，有效减少驾驶员的违规操作；3）计划
辅助驾驶，提供最全面的信息提示，即在安全辅助驾驶提供的安全驾驶辅助信息
之外，还向驾驶员提供列车运行计划提示功能，从而使驾驶员能够决定在路段间
的运行策略。

系统场景配置包括全封闭场景和共享路权场景。

全封闭场景是指在有轨电车
行驶全线上安装防护栏，将轨道进行保护。

场景中的常规行驶路线上不会与行人
或社会车辆交汇，驾驶难度相对较低，驾驶安全性较高。

共享路权场景即有轨电
车全线没有防护栏，场景中的非机动车辆以及行人会随机占用有轨电车轨道，驾
驶难度较高，突发情况较多。

驾驶仿真功能模块提供列车的启动及加减速功能，通过采集键盘输入指令，
将逐步加快/减慢有轨电车的运行速度。

有轨电车的加速度是随连续输入时间同
步增长的，即连续键盘输入时间越长，加速度越高，加速效果/减速效果越明显，直到列车速度增加至最高时速或减少到0。

平台同时提供列车的刹车功能，通过
接收键盘输入指令，将有轨电车的速度急速下降直至停止。

平台提供列车的倒车
功能，使有轨电车的运行方向掉转。

平台提供列车自动驾驶功能，在开启自动驾
驶后，列车将按照行车规则自动驾驶。

当驾驶完成后，根据驾驶员的表现会总结出具一份详细的驾驶表现记录，将
驾驶员的各种行为包括符合规范或不符合规范的全部记录下来，并根据此表现进
行评分。

辅助功能模块中提供了仪表盘功能、时间显示功能、行车计划功能、鸟瞰视
角功能、后视镜头功能、视角切换功能、辅助信息提示功能等，这些功能可以很
好的辅助仿真系统的运行，拥有良好的人机操作界面，为用户提供更合理的支持，从而更好的达到仿真模拟的目的。

在仪表盘中显示列车当前的速度、加减速、倒
车等运行状态；在时间显示框中显示当前的真实时间；在行车计划框中，显示详
细的预定到离站时间，指导驾驶员调整行车策略；通过切换不同的视角，可以将
视角固定在站台、车头后视、鸟瞰等位置，从多种角度全面查看当前车辆和线路
的运行情况；辅助信息提示框中，将显示前车距离、限速提醒、闯红灯警示、到
离站倒计时等辅助行车安全和行车计划的提示信息。

通过辅助功能模块，从而提
升驾驶员的仿真驾驶体验。

1.总结
通过设计研发现代有轨电车工程仿真模拟软件平台，为现代有轨电车电子沙
盘的建设打下坚实的技术基础，其积淀的技术细节将能极大提高电子沙盘的建设
水平和建设速度，并为类似软件系统的建设指引了明确方向。

参考文献
[1]秦悦.基于三维虚拟的机械结构模拟仿真软件设计[J].现代电子技
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[2]尹全军，冯磊，胡记文，张卫，查亚兵.基于游戏引擎的人类行为建模与仿真[J].系统仿真学报，2009。