交通仿真技術精選(九篇)

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第1篇：交通仿真技術范文

關鍵詞 三維顯示；空中交通；管制；應用

中圖分類號：tp391 文獻標識碼：a 文章編號：1671—7597（2013）051-094-02

“空中交通日趨繁忙 ，日益增長的飛行總量與相對有限的空中交通管制能力之間的矛盾，已成為各國航空界急需解決的問題”。它迫切需要我們引進新技術來解決空中交通管制因航班流量增加，起降飛機數量日益增長帶來的新問題。

“目前通常的二維平面顯示在某些方面已不能滿足人類的需求，人們希望顯示器能真實地還原顯示出空間的三維信息。”三維顯示仿真技術具有廣泛的應用性，它逐步向分布式聯網仿真發展，具有很強的人機交互能力。將三維顯示仿真技術應用到空中交通管制中，可以創造出三維視景和空間立體環境，給空中交通管制員強烈的沉浸感。

1 三維顯示概念及運用意義闡述

1.1 三維顯示

“所謂真實空間三維顯示就是人們無需借助任何器具，能夠像平時觀看周邊景物一樣，圍繞著客觀景物觀看到該景物各個側面的三維信息。”它借助現代計算機技術將立體圖像以平面投影圖或透視圖的形式在平面上表現出來。

1.2 三維顯示仿真技術在空中交通管制中應用意義

三維顯示仿真技術用于空中交通管制系統，它更關注于表示航空器相對于地面障礙的高度，以及相對于其他航空器的位置。計算機和電子技術模擬器的運用，可以實時的顯示三維運動實體，顯示效果很好，很逼真。能夠有效幫助空中交通管制員充分認識交通情況，有效的把握空中沖突，減少人為因素造成的空中交通飛行事故，增加空中運行的安全系數。

2 三維顯示仿真技術應用實踐

2.1 管制階段

1）機場和進近管制的顯示。

該顯示主要考慮這一管制區域的仿真實現。讓管制員了解各飛機之間、飛機與障礙物間的位置關系。通過地空數據鏈，將位置信息發送給飛機員，讓他了解具體情況，有效提升管制員指令的準確性。

2）區域管制的顯示。

飛機圖標對象：屏幕飛機圖標表示當前空中某架飛機，它用簡單的幾何圖形代表飛機被雷達探測的狀態。

背景地圖對象：背景地圖類似于某用戶查看飛機圖標的參考坐標系，顯示系統提供給航路、走廊、扇區、vor點、ndb點、基本測距圓環、機場、扇區報告點等地圖信息。

2.2 三維環境的生成

三維模型環境的建立：

系統軟件中，因三維仿真的需要，需要建立較多的三維模型。不同三維景物復雜程度與仿真需求各不相同，實現方法也各不相同。我們主要借助3dmax 與maya等軟件的強大功能，完成建模任務。

1）計算機系統三維地形圖構建。

三維地形是為了增加三維環境逼真度。其中地形是最復雜的景物，其三維真實感圖形能極大程度的反映外部客觀世界，它可視程度高，動態感強烈，存儲和查詢方便。

三維真實感地形圖構建，有這樣一些關鍵環節：格式即地形圖生成中的dtm數據中的dem，它是用系列等間隔的地形高程值來表示；坐標轉換：三維地形圖的生成需要進行空間三維坐標的變換；地形模型的簡化：dtm數據龐雜，使用計算機來處理，會降低計算機的運行速度，我們要對地形模型進行簡化與分層處理，要考慮顯示效果與顯示速度的平衡；地物模型建立：虛擬地形環境中的地物模型通常用實物模型表示，我們可以用3d max構建地物模型，然后進行轉換；地物疊加：三維真實地形圖dem數據中既要有地形表面的高程數據，也要有疊加在其表面的人工與自然地物。

2）仿真環境。

仿真環境的建立取決于對現實系統的全面分析。仿真環境要求計算機生成的飛機具有動作、感知、認知、行為等屬性，是一個“智能”實體。建模時面向對象進行分析，從低到高。仿真環境由環境、實體、管制設備等部分組成。空中交通管制員憑借管制設備參與仿真活動。自然環境、人與系統相互交互，構建成客觀世界模型。仿真環境借助以太網將仿真飛機的變化信息、位置數據、仿真自然環境變化信息等聯系起來，根據空中交通管制的要求來減增

仿真內容。

2.3 顯示終端系統

1）實時生成。

各雷達具體地理位置各不相同，旋轉周期也不同，造成系統獲得的目標報告的動態參數與時間先后不一致，分析與確定合理的周期非常關鍵。依據民航現有的雷達旋轉頻率我們把系統的處理周期t與計算機數據刷新率設為4.1秒經驗值。目標的出現先進行坐標系的轉換，從極坐標系到直角坐標系，然后將得到的航跡進行處理。再將得到的處理后的坐標的對應變量傳輸到中央主機。由中央主機進行處理，再通過網絡傳輸到顯示終端區。由其判斷與飛機位置相應的空間環境或者地形環境，數據加載的過程就完成了，最后通過計算機顯示出來。

2）顯示終端的體系結構。

顯示終端軟件邏輯組成與相互關系，如圖1所示。

空中交通管制自動化系統最主要的組成部分是三維顯示，管制員憑借雷達數據顯示終端傳輸的動態與靜態的航圖數據，可以準確的對空中管制區域內的飛機提供管制服務。

3）數據庫生成。

仿真過程構建包括建筑、地形、機場等幾何模型，它的構建可以為空中交通管制人員提供逼真的三維環境。在進行異構仿真設備聯網時，我們可采用不同設備生成圖像，前提是數據庫必須一致。要達到這一要求，必須要先獲得仿真所需的所有源數據，包括滑行道、跑道、障礙物、停機坪位置等數據，包括物體的色彩、尺寸、外形、紋理、亮度等；然后依據原數據構建物體幾何模型；最后手工實現和調整無法自動完成的程序。

虛擬環境中常遇到模型一致性問題。即在虛擬環境中，各種模型必須要互相協調，要具有一致性，也即符合物理規律。那么在時間與空間上的不一致我們要通過各種方式表現出來。比如空中交通管制人員的二維圖形平面顯示器與三維視景之間。要使周圍場景與實體運動相一致，需要我們客觀的進行場景描述，提供地形、建筑物等實體數據，構建與視景相匹配的數據庫。

它主要由圖形繪制庫、窗口管理庫、菜單管理庫、地圖數據庫、消息隊列庫、網絡通信庫、動態數據庫、配置函數庫、通用函數庫等函數庫組成。下面對各庫的具體功能與組成模塊進行簡述：

圖形繪制庫包括高級圖形繪制模塊、基本圖形繪制模塊、空域繪制模塊、航線繪制模塊、機場數據模塊、無方向性導航臺模塊、報告點繪制模塊、山峰繪制模塊、空中走廊模塊等多個模塊，主要在各窗口繪制各種圖形元素；地圖數據庫主要是保存各類航圖數據；窗口管理庫主要由子窗口模塊、主窗口模塊、著陸窗口模塊、系統狀態窗口模塊等組成，用于窗口的操作與顯示；菜單管理庫由單個模塊組成，主要提供系統菜單動態顯示；動態數據庫可以通過獨特的數據結構實現飛行計劃數據、動態數據、系統內部數據的存儲與管理；消息隊列庫的功能主要是對消息隊列進行創建與維護等，為其他模塊創建、接收、發送與關閉消息隊列提供數據；網絡通信庫的功能是對操作系統網絡功能進行封裝，為其他模塊直接使用該庫函數進行網絡通信創造條件；配置函數庫主要是讀取和保存配置數據；通用函數庫主要提供一部分通用函數，像屏幕投影函數、球極平面投影函數、坐標系旋轉函數與坐標系平移函數等。

3 結論

現代計算機技術的快速發展，有力的促進了社會的發展，有效的解決了空中交通管制等多種問題。只要我們不斷的進行探索，相信計算機技術會給航空業帶來極大的便利，在社會主義現代化進程中提供更好的服務。

參考文獻

[1]楊振鵬，于寶峰，王行仁.空中交通管制仿真環境研究[j].北京航空航天大學學報，2002（04）.

第2篇：交通仿真技術范文

關鍵詞：虛擬現實；交通環境；仿真

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)11-2694-02

Simulate 3D Traffic Environment Based on Virtual Reality

HE Bi

(Department of Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, China)

Abstract: On the basis of the requirement of 3D traffic environment simulation, the structure elements of 3D traffic environment was analysis, the steps and method of environment simulation was discussed, the application of virtual reality in 3D traffic environment simulation was researched, at the end, one sample of simulating 3D traffic environment based on virtual reality was provide and the key program code was supplied.

Key words: virtual reality; traffic environment; simulate

隨著城市人口數與機動車保有量的不斷攀升，交通出行的需求與交通設施服務供給之間的矛盾不斷升級，交通擁堵的發生頻率和嚴重程度也不斷上升。解決交通問題有兩個思路，一是改建和擴建現有交通設施體系，二是提高交通管理水平，其中提高交通管理水平是充分挖掘現有交通設施體系潛能，緩解交通壓力的有力手段，交通信息化管理是提高交通管理水平的一個重要措施，交通信息化管理的基礎是交通設施系統的數字化，利用虛擬現實技術對三維交通環境進行仿真是交通設施系統數字化的重要方式。在虛擬現實技術的支持下，三維交通環境在計算機平臺上進行仿真，車流、人流等交通要素能夠在仿真環境中進行模擬運行，從而為不同的交通管理方案提供了低成本的試驗條件。

1 仿真系統總體設計

三維交通環境仿真系統包含路面、標志標線、指示牌、路燈照明系統、隔離帶、綠化帶等所有交通要素的仿真，交通要素通過統一坐標系集合在一個空間參考系中進行管理。仿真系統的總體結構如圖1所示。

其中，環境設置單元和空間坐標單元是系統的基本設定，通過這兩個單元，可以確定系統的背景顏色、坐標原點等控制性的要素，從而為每個交通要素所處的位置起到一個參考坐標系的作用。基本造型單元和外部元素引入單元的作用是構造各種交通要素，通過系統內在的基本造型（如立方體、圓柱等常用圖形）以及外部提供的實景照片等來完成各種交通要素的構建。人機交互單元是實現仿真系統能動性的關鍵，通過人機交互單元，人們可以從多角度來以各種方式控制仿真場景的變換。

2 虛擬現實技術下的仿真系統開發

仿真系統利用虛擬現實建模語言VRML開發，編輯器采用VrmlPad工具，而編譯器采用CortVRML，系統的最終瀏覽通過IE瀏覽器進行瀏覽。VrmlPad是一個體積小巧、使用方便、功能強大、可即時預覽分部造型單元并提供元素結構樹型目錄圖的虛擬現實建模語言編輯器，通過它所編寫的虛擬現實代碼經過CortVRNL編譯器的編譯即可供最終用戶瀏覽虛擬現實環境。下面以三維交通環境模擬中的幾個典型功能的代碼進行示例：

2.1 環境特征的設置

環境特征的設置是指在系統中設定交通環境的背景特征等基本要素。

Background {

skyColor[0.2,0.9,0.2] } // 以RGB值來定義背景顏色，三個參數代表R/G/B的份量，從而確定仿真系統背景的色彩。

2.2 地物創建

地物創建是指利用系統中可調用的不同外形的立體圖形來創建不同的地物對像。

Transform {

translation 2 2 4 // 定義地物造型出現的位置

children

Shape

appearance Appearance

material Material

diffuseColor 1 0 0 // 定義地物造型的表面顏色

geometry Cylinder } //定義地物造型的形狀

2.3 外部地物要素的引入

外部地物要素的引入是指在系統中可調用的形狀對像不能滿足需要時，從系統外部引入相應的形狀來表達不同的地物，例如可以引入實地拍攝的樹木的圖片進行貼圖從而表現樹木。

Transform

{translation 0 1 1//確立要放置圖片的位置

scale 0.3 0.3 0.3 //確定放置圖片的容器的大小

children

Shape

appearance Appearance

texture ImageTexture

url "tree.jpg" //引入外部圖片的語句，這里用的是絕對路徑，也就是說圖片應該放在虛擬現實

主程序所在的路徑下。

geometry Box {} }// 建立圖片貼圖的窗口，這里以一個立方體為容器。

2.4 人機交互的設定

人機交互的設定是指實現用戶與系統之間的交互操作，例如利用不同的視點變化時，用戶能看到不同的場景角度來實現交互式操作。

DEF view1 Viewpoint

{ position 0 0 20

description "view"} //定義第一個視點

DEF view2 Viewpoint

{ position 5 0 20

description "view2" } //定義第二個視點

Transform {

translation 0 0 0

scale 1 1 3

children

Shape

appearance Appearance

material Material

diffuseColor 0 0 1

geometry Box {}

DEF touchbox TouchSensor {}}//定義一個觸發器

ROUTE touchbox.isActive TO view2.set_bind//例如觸發器被激活時觸發相應的事件來實現人機交互

以上代碼在Windows XP SP2+VrmlPad2.1+CortVRML+IE7.0的開發與瀏覽環境中調試通過。

3 結束語

隨著交通需求的日常增加，交通管理難度也隨之加大，利用先進的信息技術來解決交通行業中的各種問題是一條必由的道路，而虛擬現實技術支持下的交通環境仿真能夠以極大的真實性、精確性來模擬現實交通環境，從而為各種交通解決方案提供一個良好的數字化實驗平臺，為管理部門的各種解決方案的低成本仿真、預測、檢驗等提供保障，同時也是交通建設成果的良好展示平臺。

參考文獻：

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[6] 王春香,朱軍,孟令奎.基于VRML的交互式虛擬教室建模[J].地理空間信息,2009(1):114-116.

第3篇：交通仿真技術范文

關鍵詞:深圳11號線 重大技術方案研究

中圖分類號:U441 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(a)-0046-02

1 項目背景

深圳地鐵11號線為線網規劃中近期建設項目,計劃2011年開工,2016年建成。2007年深圳市政府為了盡快穩定福田、前海灣、深圳機場(T3航站樓)三大樞紐方案,通過競標方式委托中鐵二院工程集團有限責任公司與原規劃研究單位深圳市交通規劃設計研究中心有限公司組成聯合體對11號線進行前期方案研究,確定系統制式選擇和主要技術標準,盡快提出三大樞紐土建預留條件。

1.1 深圳軌道交通線網簡介

深圳市規土委組織編制了《深圳市軌道交通線網規劃》,同時與發改局共同組織編制了《深圳市城市軌道交通建設規劃(2011～2016)》。深圳軌道交通遠期共有16條線路,總長585公里,設站355座。其中組團快線4條、干線6條、局域線6條。另外規劃有4條城際線。

軌道一期工程已于2004年12月28日建成通車,二期工程線路(1號線北延、2、3號線、4號線北延及5號線)已于2011年世界大運會前全部建成通車。

近期規劃重點是在一、二期工程基礎上,提出軌道近期(2011年至2020年)建設方案,共8條軌道線路,總長約245.4公里。

近期線網中地鐵11號線屬于快線系列,11號線起于福田中心區福田樞紐,沿深南大道、濱海大道、桂廟街、創業路、機場(新建T3)航站樓、寶安大道至松崗。線路全長約52km,設17座站,平均站間距3.2km,地下線占76%,高架線占24%。福田至機場約30km,站間距約3.9km。最小曲線半徑一般不小于800m,局部地段為600m,全線線路平面及縱斷面線形條件良好,適應選擇較高標準的速度目標值。

1.2 深圳軌道交通11號線規劃功能分析

根據最初規劃,深圳地鐵11號線賦予了以下五種功能:(1)城際線功能:快速聯系深圳、東莞至廣州沿線中心城市及主要城鎮的城際客運功能;要求快速、舒適度較高。(2)深圳西部快線功能:承擔市中心區與西部濱海地區的快速聯系功能;要求覆蓋面大、高頻率和適當舒適度。(3)深圳機場快線功能:承擔深圳、東莞至機場的軌道快線功能;要求可靠、快速和高舒適度。(4)港深機場聯絡線功能:香港機場和深圳機場軌道連接功能;要求可靠、快速和高舒適度(兩線在深圳共軌)。(5)港深西部過境軌道功能:提供深圳和香港西部軌道過境功能。要求高頻率和適當舒適度(兩線在深圳共軌)。

由于與穗莞深城際線、港深機場聯絡線存在建設管理主體、投資主體、建設標準、客流性質及需求、票制票價、建設時序都有較大不同,同時港深機場聯絡線還存在口岸等諸多管理問題,因此三條線在深圳境內共線實現五種功能的規劃過于理想,很難操作,經過長達兩年多時間的國內外考察調研、反復研究,最終提出三線分建的方案,并得到政府、業主和專家認可。以下將詳細論述。

1.3 軌道交通11號線客流預測量

根據深圳市軌道交通近期建設規劃,客流預測相關資料如下。

初近遠期全日客流量分別為:45.8、74.4、110.9萬人次/日,高峰小時斷面客流量分別為:1.86、3.07、4.21萬人次/小時,客流強度分別為:0.91、1.47、2.20萬人次/公里·日。

各種功能高峰小時斷面客流量從大到小排序如下。

城市組團客流為1.8～2.2;港深過境客流為1.2～1.7;城際客流為0.6～1;深港機場客流為0.2～0.3;機場快線客流為0.15～0.2(單位均為萬人次/小時)。

2 重大技術方案研究思路

由于本線需滿足五種功能,在目前,經查證國內外前所未有,難度無法想象。通過對每種功能的客流特征進行分析,并根據城市軌道交通線路目前系統所能滿足的最大能力分析,暫按30對進行計算,每種功能平均分配僅分配6對,這樣就不能很好滿足每種功能之需求。同時多種功能的列車在一條線上運營,管理難度非常大,對可靠性、安全性、舒適度、發車頻率、經濟性等都不能很好滿足,因此,需要認真研究五種功能的線路是否有必要共線。

另外,由于本線要實現多種功能,則線路需跨行政區域延伸(香港、東莞、廣州),本線的制式選擇和標準如何選擇,才能滿足本線眾多功能。以及建設管理、運營管理、籌資方案、頭等艙問題、票制問題、口岸及行李托運問題等均需研究,尋求較適當的方式解決以上難題。

3 重大技術方案研究

3.1 共線或分線研究

從上述各種線路功能和客流分析,可看出,要在一條線路上把不同客流需求、不同舒適度、不同發車頻率以及不同管轄區域的線路全部共線異常難。經過共線方案的認真研究,發現存在以下主要問題。

第4篇：交通仿真技術范文

關鍵詞：軌道交通虛擬仿真

Simulation Development and Application of Urban Rail Traffic Engineering Based on the VR Technology

Liu Zhongbo1、2）

(1. Jilin UniversityChangchun Jilin130000；2. JiLin Communications PolytechnicChangchun Jilin130012)

Abstract: Considered with professional practical teaching of urban rail traffic engineering technology， the virtual reality technology and urban rail traffic engineering are combined. 3 D model of commonstructure components in rail traffic engineering field and Interactive 3 D virtual reality （VR）of construction technology on ground rail traffic engineering are designed. Based on the VR technique， virtual method of urban rail traffic engineering on ground are provided.

Key words:rail transit; virtual reality；simulation;

1 引言

實訓是高等職業教育教學活動中最重要的教學環節，對于培養學生的實際操作能力和解決實際問題的能力至關重要，當前，由于學生數量和實訓任務量的不斷增大，很多院校的實訓投入遠遠不能滿足要求。虛擬實訓技術可以很好解決這個問題，它具有如下特點：（1）虛擬構建實訓環境方便、易用，降低了教育成本；（2）教學效果明顯；（3）可構建在校園內無法建設的實訓室；（4）可實現情境式教學、互動式教學、發現式教學和協同工作式教學；（5）虛擬實訓讓學生學習與就業市場結合更為緊密。

利用虛擬現實技術進行城市地面軌道結構施工技術的虛擬實訓開發研究，由于其“設備”與“部件”是虛擬的，可以根據需要生成新的設備，最大程度降低購置昂貴的軌道交通實訓設備、設施。教學內容也可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發展。同時，虛擬現實的交互性，使學生沉浸在“真實的”虛擬環境中，與虛擬環境進行各種交互作用，從定性和定量綜合集成的環境中得到感性和理性認識，從而可以深化概念，萌發新意，產生認識上飛躍。這有利于學生的技能訓練，學生可以反復練習、認知軌道結構地面施工工藝，直至掌握地面軌道結構施工專業知識和施工工序為止。可以大大節省實訓的資金與培訓教師人員的投入，解決實訓投入大、場地有限等不利因素。

2 虛擬開發流程

2.1虛擬開發工具

2.1.1 Cinema 4D

Cinema 4D 包含建模、動畫、渲染、角色、粒子等模塊，可以說它提供了一個完整的3D創作平臺，是一款功能強大的三維圖像設計工具。Cinema 4D 所擁有強大的3D 建模功能，軟件運行穩定，具有良好兼容性，無論是初學者還是高手都適合使用。Cinema 4D 還包含一個完整的修補時間線、增強造型功能，另外其光線系統提供50多種光線和照明模式、收音機按鈕式的陰影、音量噪音，增強的預覽能力。Cinema 4D支持多重處理、整批成像和可輸出Alpha通道，還支持超過十多種輸出檔案格式種外部格式如 DXF、VRML、Lightwave 和 3D Studio 的格式。

2.1.2 Unity 3D

Unity是一個游戲引擎，可以作為輕松創作的多平臺的動畫開發工具，主要特點就是，相對開發簡單，易上手；開發周期相對較短、生成效果好。Unity3D的特性包括整合的編輯器、跨平臺、地形編輯、著色器，腳本，網絡，物理，版本控制等特性。Unity 3支持在一個統一的編輯器中創建項目，可以方便完成類似游戲場景的特效，本虛擬開發研究利用Unity 3D軟件實現3D模型的導入，編輯場景動畫，模擬機械設備、操作員等。

2.1.3 Java 3D

Java 3D是Java語言在三維圖形領域的擴展，是一組應用編程接口（API），它在OpenGL基礎上發展而來的。利用Java 3D提供的API，可以編寫出基于網頁的三維動畫、各種計算機輔助教學軟件和三維游戲等等。Java3D對場景有很強的動態控制能力，易于同模型數據庫集成，便于在網絡上傳輸和屏幕上瀏覽。利用Java 3D編寫的程序，只需要編程人員調用這些API進行編程，而客戶端只需要使用標準的Java虛擬機就可以瀏覽，因此具有不需要安裝插件的優點。在本虛擬開發過程中需要的3D模型（軌道結構構件、地面軌道施工工藝等）首先用Cinema 4D來構建，然后將它們導出為F不行文件，將所有的3D模型通過導入器導入后，通過Java3D技術對其進行可視化的操作。

2.2虛擬開發流程

在城市地面軌道結構施工技術的虛擬實訓開發研究中，采用三維建模軟件Cinema 4D，將軌道結構構件建立虛擬模型，按FBX格式保存，通過uvw貼圖手段對模型進行渲染；經過修飾渲染的模型通過導入Unity3D，進行場景的虛擬。利用Java 3D軟件編制對虛擬設備、操作員的控制，編譯生成可執行性文件。虛擬開發模塊如圖1所示：

圖1：軌道交通工程仿真虛擬開發模塊

3程序實現功能

虛擬實訓項目開發的優劣主要體現在對真實實訓場景的再現和對真實實訓的加強和補充。學生參與實驗的目不僅僅是對實驗設備操作的熟悉掌握，同時也可以加強結構或構件的各類性能的感知。這就要求虛擬實不僅要滿足虛擬現實的特征要求，同時也要反映現實工藝的工序和技術要求。

在軌道結構模塊中，虛擬現實程序功能主要是實現建立虛擬構件模型，響應用戶的操作，對軌道結構(鋼軌、軌枕、道床、道岔等)進行實時的三維顯示，同時對結構主要參數或技術要點配以文字介紹。

對城市軌道各構件的虛擬開發主要包括鋼軌、軌枕、扣件、道岔、道床的三維可交互式虛擬，以及可以人機互動的地面軌道結構施工技術的虛擬開發，如圖2、3所示。

圖2：軌道構件－鋼軌虛擬效果圖 圖3：地面軌道施工技術的虛擬效果圖

4 結論

VR技術是三維技術領域的重要發展方向，隨著技術的發展，VR技術優越的實時性、強大的交互性、超強的沉浸感都可以逼真反應現實事物。城市軌道交通專業可以通過虛擬技術將學生實訓帶入課題，即滿足高校教學需求，同時節省經費、可重復使用，甚至根據需要繼續開發、擴展功能等，VR技術是解決高校實訓難題的很好解決方案。基于VR技術的工程實訓項目開發具有很好經濟性，必將在更廣泛領域得到應用。

參考文獻：

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第5篇：交通仿真技術范文

關鍵詞： 數控教學 模擬仿真系統 教學案例

1.教學背景

高職教育所要培養的是有理論、有技能的高素質復合型人才，這就要求在有限的條件下把理論知識與實際聯系起來，為此在教學中應用各種模擬仿真系統輔助教學已經是普遍現象。在強大的就業壓力下，為了讓學生順利就業，就必須培養他們的實踐能力。在堅實的理論基礎上，利用數控模擬仿真系統進行實踐操作，可以有效提升學生的實際操作能力，使學生達到用人單位的現實要求，因此，利用仿真系統進行數控模擬操作就成為本門課程的一項重點內容。

2.教學內容分析

本節課的教學內容為外圓車刀對刀模擬操作，該部分內容是依據學校的課程標準，結合該課程的教學大綱，為最終完成中等復雜零件的外輪廓車削加工而選擇的內容。結合加工實際，只有完美地完成對刀操作，才有可能完成車削任務，所以該內容是車削部分的重中之重，而其本身的教學難點就在于對刀操作正確步驟的掌握和對刀細節的處理（包括進退刀路線，數值的輸入計算等）。

3.教學目標設計

數控課程是一門專業基礎課，其最終課程目標是培養數控專業人才，而本次教學內容恰恰是教授滿足數控崗位群的專業知識和技能，要求學生在老師課堂的詳細講解和演示操作引領下，結合教師的啟發式提問，不斷深入思考，掌握知識點內涵，通過依靠數控模擬系統建立起來的虛擬工作環境實際動手操作，完成最終的對刀訓練，從而真正掌握這一技能。在學習過程中，不斷激發學生的學習興趣和積極性，通過讓學生自己解決問題來樹立他們的自信心，并利用小組討論模式，培養學生協同工作的能力。為將來投身數控行業，成為技術型人才打下堅實基礎。

4.學生情況分析

高職教育所面對的學生群體有其一定的特殊性。首先該學生群體入校成績普遍較低，難免有自卑心理，對學習沒有信心。其次，多數人自我意識強烈，不愿意與他人交流，缺乏協同合作的精神。最后，該群體學生離不開網絡，能夠從網上獲得大量的信息，卻不愿意深入學習和借鑒，學習能力相對薄弱，也缺少對知識點的有效認知，理解能力亟待提高。本此課的內容相對較簡單，沒有過多的知識點需要深入理解，更多是需要記憶和對細節內容的有效把握，對大部分同學來講是沒有多大難度的，同時有模擬仿真系統的虛擬環境輔助，一定能激發起學生的學習興趣，只是在協同互動上會有些問題，需要教師適時引導。

5.案例呈現

5.1情景設計

教師：到目前為止，我們已經初步學習了數控車床外輪廓的編程，可如何利用程序加工出正確的零件呢？

觀看視頻：車削軸類零件過程演示。（學生很有興趣地觀看）

視頻結束后，引入本次課的學習任務。鼓勵同學們完成模擬對刀，掌握技巧，并能用所學習的指令編制程序檢驗結果是否正確。

5.2任務演示

教師：下面就由我來演示外圓車刀對刀方法。希望同學們認真觀察。

5.2.1對刀前準備：選擇一個毛坯件（Φ50mm*200mm），選擇外圓車刀（前角95度刀片）。機床啟動后，一定要回原點。

5.2.2Z向對刀：

5.2.3X向對刀：

5.3學生在老師指導下嘗試實踐

同學們以三人為一組，先個人實踐，有問題討論解決，學生之間相互交流，相互學習，互幫互助，團結合作，有處理不了的問題就報告老師，由老師加以指導，若是普遍存在的問題，再統一加以強調和解決。

5.4對刀結果判定

采用分析提點法來引導學生編寫程序，驗證對刀結果是否正確。

經過最終的程序驗證，得出了正確結果：

5.5學習評估，總結提高

在訓練中，同學們敢于發言，相互啟發，互相討論，學習，在集體的思維中得到發展，每一位同學都在學習的過程中分享到了成功的喜悅，更能使同學們養成注重細節的好習慣，有利于同學們的成長。

6.學習效果評價設計

本次課的評價采用以過程性評價為主，結論性評價為次，以學生互評為輔的三級評價機制，三者比例為6∶3∶1。首先在整個課堂教學過程中就開始觀察每個學生的具體表現，對于課堂表現好，能自己解決實際問題的同學給予較高評價；其次要突出實操結果的重要性，對掌握較慢，問題較多，但能完成最終結果的學生也給予較高評價；最后一部分就要突出學生間的相互評價，由學生通過自己的觀察來給隊友打分，對隊中表現優異者適當提高評價等級。通過這種評價方式，可以較好地提高學生們的學習積極性，有利于幫帶后進生，增強他們的學習自信心，同時，也有助于培養學生的觀察能力，培養他們的合作精神，為今后的工作打下一定的基礎。

7.教學反思

本節課主要采用演示講解法，以數控模擬仿真對刀這一任務為核心，結合數控實際加工，來訓練學生的實操能力，從提出時實踐任務――演示操作講解要點――學生自我練習――學生提出問題，指導講解，既滿足了教學要求，又充分體現了學生的自主性，使整個的教學過程一氣呵成。

在教學的過程中盡量模擬實際的操作面板，提供真實的操作環境。并把自身的角色轉變成為學生學習的促進者、領航員和協調者，并充分考慮學生的實際情況，設置兩級任務，激發了學生的創造性和進取心。在本次課中，學生的表現十分優秀，在聽講時細致認真，記錄要點及關鍵點；在自我練習時，團隊合作密切，討論積極，互相幫助，通過主動解決問題來完成任務，進而達到自身對知識的意義建構。

本次課的不足之處包括：首先，在于學生自我實踐這一環節，在這一環節上教師的指導能力稍顯不足，由于學生的問題較多，沒有足夠的能力對每一小組進行過程性評價，也就沒有辦法充分調動每一個學生的求知積極性。其次，在教學過程的安排上有些急躁，部分學生感覺一次講解的內容較多，沒有辦法完全吸收消化，以后要注意這些問題，以期達到更好的教學效果。最后，在教學過程中，未能充分發揮小組的作用，對課堂秩序的控制稍顯不足，給人以“亂”象，在今后的教學過程中要針對這些問題，不斷探索解決方案，完善教學設計，提高教學水平，成為更加優秀的專業課教師。

參考文獻：

[1]劉才志.數控仿真軟件在教學中的應用之思考[J].湖南工業職業技術學院學報，2008（2）.

第6篇：交通仿真技術范文

關鍵詞：3D數字仿真技術；城市服務；應用

1 概述

3D數字仿真技術主要是通過計算機技術，為用戶創造一個逼真的虛擬環境，既可以是對現實環境的虛擬，也可以是對一些想象的物體的虛擬。目前在城市建設以及工業產品等領域中的發展比較廣泛。本文主要通過分析3D數字仿真技術的發展情況，探討其在當前的城市服務中的應用情況。

2 3D數字仿真技術概述

2.1 3D數字仿真技術概念及特點

3D（三維）數字仿真，一般也稱虛擬仿真，主要是通過計算機技術生成一個無限逼近現實的虛擬環境，該環境中存在視、聽、觸、味等多種感知，用戶則通過各種傳感器設備接收自身自然反應的行為、活動，從而實現與虛擬世界中的個體產生聯系的一種技術。

3D數字仿真技術一般具備三個特點：（1）沉浸感。由于3D數字仿真技術創造出了一個虛擬的現實世界，單從視覺效果上來看，用戶很容易產生一種置身于這種虛擬環境的感受。（2）多感知性。雖然目前的3D數字仿真技術能夠實現的感知只有視覺、聽覺發展的比較成熟。但是理想狀態下，3D數字仿真技術還應該具備味覺、嗅覺以及觸覺等在現實生活中存在的多種人類感知行為，為人類營造一個真正逼近現實的虛擬環境。（3）交互性。所謂交互性是指用戶可與虛擬環境中的實體進行交流、操作等行為，而且通過這些行為可以得到實時的反饋。

2.2 3D數字仿真技術發展

進入21世紀以來，隨著計算機技術的大量普及，3D數字仿真技術也隨之進入了快速的發展時期。而美國作為該技術的發源地，目前在該技術領域依然處于世界領先地位，于2007年率先提出六方沉浸體驗虛擬現實系統，并期望達到1億像素的顯示效果。然而目前最大的虛擬現實系統中能夠提供的像素僅為4300萬，且只有五方沉浸體驗效果。因此，這項技術被美國業界認為是下一世紀重要競爭技術，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有對應的大型研發中心。我國雖然起步較晚，但是許多高校、企業也都在積極研制3D數字仿真技術，目前也都取得了十分顯著的進步。

3 3D數字仿真技術提供的城市服務探究

3.1 城市建設領域

隨著房地產行業的競爭越來越激烈，房地產廠商主要宣傳的要點包括：地理位置、社區規劃、戶型設計等。然而目前對于戶型的空間設計等方面發展已經很難再有革命性的突破，一些廠商的宣傳手段還僅限于條幅、實物模型等。但是隨著社會的發展，人們希望能夠更加直觀、快捷、方便地看到整個樓盤的詳細信息。傳統的手段是無法滿足這些需求的，而3D數字仿真技術，這一專注于營造仿真環境的技術就得到了廣泛的應用。房地產廠商通過制作一些建筑動畫，直觀地展現小區虛擬場景、樓盤樣式、以及三維虛擬樣板房等。通過使用這些3D動畫作為宣傳手段，能夠讓居民非常直觀的體驗、感受到住房的樣子，因此取得了非常好的宣傳效果。

3.2 工業領域

現如今，隨著經濟的快速發展，人們的生活也因為各種工業產品的快速發展而變得非常方便。像汽車、醫療器械等一些與人們生活息息相關的工業產品，一般在最終上市之前都會進行嚴格的檢驗。之前由于技術水平有限，只有等到產品研發出來之后才能進行相關的檢驗，一旦產品出現問題勢必造成大量資源的浪費。

隨著3D數字仿真技術的產生，技術人員可將設計出來的產品進行虛擬實驗，既可以將設計出來的產品整體、空間構造都非常詳細地展現出來，而且還可以通過虛擬現實技術，在虛擬的環境中對，對這些產品進行安全、事故模擬實驗。像汽車行業，一般會利用3D數字仿真技術進行車輛撞擊事故模擬；在煤礦產業，一般利用3D數字仿真技術進行安全生產實驗，確定最終的安全挖掘方案等。

3.3 事故模擬

傳統的事故分析都是通過事故現場照片或者是現場遺留下來痕跡等來進行相P的判斷，但是這種缺乏動態模擬過程的分析方式缺乏直觀性。而事故一旦發生，通常會伴隨著賠償、處罰等后續事件，如果能夠完全還原當時的情景，有助于相關負責人十分方便、快捷、準確的處理相關事故。目前已經開展的研究內容包括：橋梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤礦事故分析等。其中交通事故分析發展相對的較為成熟，而且現在已經有很多交通管理部門引進這些技術，對交通事故進行模擬還原，從而對發生當事人進行相關責任判斷。

3.4 施工演示

目前國家各項基礎設施建設正在如火如荼的進行中，面對這些大型的工程項目，以前只能通過工程圖紙或簡單的模型等形式進行展示。對于缺乏足夠的空間想象能力或者項目新手來說，很難去想象到整個工程中每個實物的具體樣式，而3D數字仿真技術大到整體效果，小到部件的構造等，可以非常逼真的展示工程項目實景。不僅方便進行施工演示，而且在進行工程匯報時，也可以非常具體的展示當前的具體施工狀況，以及與完整項目之間的差距等。

4 結束語

3D數字仿真技術，隨著計算機技術的快速發展，正處在高速發展的階段，而且正在以其獨特的方式改善人們的生活、學習和工作方式。除上述提到的一些應用領域之外，3D數字仿真技術還有許多其它的應用領域，而且隨著5D時代的到來，還會產生更多的現在還無法想象的應用領域。但同時還應該意識到，由于一些技術難點，比如說在虛擬空間中實現嗅覺、味覺等技術，目前還沒有攻克，3D數字仿真技術未來的發展道路還有很長。

參考文獻

[1]張晶.淺談三維動畫的應用領域[J].山東工業技術，2013（11）：151.

[2]周飛，孫超.論三維動畫在產品設計中的運用和價值[J].藝術科技，2013（05）：179.

第7篇：交通仿真技術范文

關鍵詞：自動控制理論 模擬仿真技術 電氣工程 實時監控

中圖分類號：TP13-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-00-01

社會的進步科技的發展帶動了自動化技術逐漸取代手工技術，當前工業社會生產活動中自動化技術已經大規模普及推廣開來，而且自動化程度不斷加深。隨之自動控制理論隨著數學、計算機等多學科的發展也取得很大的進步，并逐漸由傳統的經典控制理論向現代控制理論發展，現代控制理論在精準度和過程控制方面的優勢也使得電氣自動化技術其過程更加復雜化，在自動化產品設計進入實際工程前要進行一系列的模擬仿真，以確保能夠世紀工程需要。

1 電氣自動化和仿真技術

1.1 電氣自動化的發展和特點

電氣自動化作為電氣信息方向的一門新學科，因為和人們生產生活密切相關而迅速發展。經過長時期的發展，如今電氣自動化已經作為高新技術產業的重要部分而發展較為成熟。電氣自動化從一個電氣開關開始到整個電氣系統的控制部分都有其分布組成。它包括了對開關信號進行控制，對工程目的進行分析，對系統中各設備進行信息交流，對系統中反饋的信息做匯總并按人們預期設定的程序步驟進行智能化的邏輯分析并準確快速做出動作反映，已達到脫離人工而能自動運行的目的。如今，電氣自動化技術廣泛的應用于工業、農業、軍事和交通運輸中。在電氣自動化中，控制理論是其重要的基礎內容。自20世紀四五十年代開始，控制理論一直在不斷的發展。經典控制理論的出現標志著控制理論的形成，自動化技術開始得以普及推廣。之后隨著各種自然學科和計算機技術的迅猛發展，在20世紀五六十年代依托于數列和計算機技術的狀態空間法的出現標志著現代控制理論的形成。經典控制理論計算簡單便于分析，能夠很好的解決單變量定常系統的設計應用。而隨著工業進程的發展，人們對自動化程度提出了更高的要求，工業中有關多變量系統的分析設計已經不能再用經典控制理論，現代控制理論的出現解決了這個問題，使得電氣自動化技術向著系統更加復雜，控制更加精準的方向發展。

1.2 自動化中的仿真技術

隨著工業進程的加快，工業工廠、交通管理、軍事國防在進行自動化程度加深的同時也要求對控制過程進行實時監控或著遠程監控。仿真技術是自動化控制過程中不可分割的一部分。它通過力控軟件將可編程邏輯控制器（PLC）中采集的現場實時數據反映到人際交換界面上來，并用仿真模擬圖像對生產過程進行監控。模擬仿真技術也可以在自動化設備投入運行前進行預先模擬運行，以便檢查自動控制程序是否穩定，是否滿足實際生產需要。

2 仿真技術在電氣自動化中的應用

2.1 仿真技術在自動化鋼鐵廠中的應用

在大型鋼鐵廠中，從鐵礦向高爐送料開始一直到鋼鐵成型，其過程大多是脫離人工的自動完成，這主要有現場的各種傳感器（溫度傳感器、壓力傳感器、紅外傳感器、噪聲傳感器等），控制室的大型工控機（可編程邏輯器PLC），各種配套的邏輯開關，相關的變頻器，變壓器等電氣設備組成。PLC作為整個自動化的核心部分，對整個自動化過程進行邏輯分析和控制，邏輯開關通過通斷作為相應PLC控制動作的執行者，現場的各種傳感器和行程開關作為信息來源，將現場的各種實時數據信息傳輸給PLC，相關電氣設備作為運行的支持。在中央控制室中，通過人機交換界面可以將PLC中匯總的各種實時數據反饋到顯示屏上，通過這些配套的力控軟件可以以圖像的形式對鋼鐵廠的各個生產車間和每個生產過程進程數據進行仿真，并可以在顯示屏幕上直接對各個生產過程進行手動控制操作。也可將其上傳至網絡進行遠程協助操作和監控。

2.2 仿真技術在大型汽車組裝廠的應用

在大型汽車生產廠，各種零部件的組裝是汽車生產廠商所進行的主要活動，一輛車往往需要上萬個零部件，而不同的車型需要不同的零部件，即便是同一輛車型的不同配置也需要不同的零部件，如何在最短的時間內組裝出最多的車而且正確無誤一直生產廠商所關注的問題。電氣自動化技術的出現很好的解決了這項問題，并大大提高了汽車的組裝速度。在汽車總裝車間，各種細小繁多的零件需要按不同的車型組裝到一起，由于汽車廠商往往是根據客戶的訂單需求，同一批次的車型中往往是不同的配置同時進行，這就使現場的操作工單靠腦力無法按時保質保量的完成任務。通過自動控制技術和仿真技術可以有效的解決這個問題。在將汽車組裝進行幾個部分的分割之后，在各個部分上安裝可編程控制器（PLC）作為自動控制器，并安裝顯示屏作為仿真顯示器，將各部分的PLC通過工業以太網連接在CCR（中央控制室）的服務器上，通過IPMS系統通過前端的仿真控制端將各種車型數據導入服務器中，服務器再降不同的配置信息分配到相應的現場PLC中，PLC可以根據不同車型的配置信息將所需的零部件現實到屏幕上，或者制作零部件架并在加上安裝撥碼燈，使PLC直接控制對應零件撥碼燈的亮滅，這樣可以是操作工很快捷準確的選取各種零部件，減少了工作強度，增加工作效率。

3 結語

電氣工程及其自動化的發展使得我國各行業的自動化進程不斷加快，仿真技術作為自動化控制系統中的組成部分，能夠很形象的反映出設備實時運行的情況，方便監控與管理。目前可編程控制器（PLC）作為行業經常采用的生產控制設備，與之相應的力控軟件能夠很好的模擬仿真系統的運行狀況，他們已經被越來越廣泛運用到社會的各行各業。

參考文獻

[1] 肖金鳳，朱榮輝，盛義發.電氣工程及其自動化專業電機學教學改革研究[J].電力系統及其自動化學報，2003（6）.

[2] 王云嶺，高建樹.仿真技術在課堂教學中的應用[J].電力系統及其自動化學報，2004（2）.

[3] 楊敏南.中國自動化學會“系統仿真”79年學術交流會在煙臺召開[J].冶金自動化，1980（2）.

第8篇：交通仿真技術范文

    【論文摘要將虛擬仿真技術引進教學領域后對傳統教學手段產生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學中如何應用虛擬仿真技術給出了應用方法和心得。

    1.引言

    自 20世紀 9O年代以來,以計算機仿真技術 、多媒體技術和虛擬現實技術為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現,并逐步滲透到教學領域。作為一種新型的實驗教學手段,虛擬仿真教學對傳統的教學手段產生了強烈沖擊,并引發了教學領域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學將是今后實驗教學改革的一個重要發展方向。本文結合多年來在航空電子裝備教學中應用虛擬仿真技術的經驗,探索在航空電子裝備教學軟件中應用虛擬仿真技術的方法和心得。

    2.虛擬仿真技術簡介

    虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱。

    2.1虛擬現實技術

    虛擬現實技術就是利用三維建模技術,構建一個和現實世界的物體和環境相同或相似的虛擬三維場景,并能響應用戶的輸進,根據用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現實的關鍵技術主要有動態環境建模技術、實時三維圖形 天生技術、立體顯示和傳感器技術等。虛擬現實技術主要側重于對真實物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產品設計和展示、貿易廣告、游戲設計等。

    在航空電子裝備教學中,大量用 到對裝備的外觀 、結構 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ,傳統教學大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新換代,因受經 費、場地及使用壽命等因素的限制 ,傳統教學方法 已遠遠不能滿足要求 ,而采 用虛擬現實技術的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應用。

    目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發,主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現實數據庫 OPENFLIGHT已經成為 了產業標準 ,在軍事 、航空航天等領域應用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發的技術平臺 ,解決物理模型的創建、場景顯示等新題目。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 .同時采用嵌進 OPENGL技術來解決物理模型 的交互新題目。

    2.2系統仿真技術

    系統仿真技術是伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一門新興學科 .它通過建立實際系統 的數學模 型 ,利用計算機運算來達到對被仿真系統的分析、探究、設計等目的。系統仿真技術主要側重于對真實系統的內在機理、運動方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統仿真技術最初主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統試驗難以實現等少數領域,后來逐步發展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要產業部分,并進一步擴大到社會系統、經濟系統、交通運輸系統、生態系統等一些非工程系統領域。 在航空電子裝備教學中,對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統教學方法主要通過教員的講述,配合一些靜態的圖形幫助學員理解 .教學效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統仿 真技術應用到航空電子裝備教學中,根據被仿真裝備的工作原理,建立系統的數學模型,并根據裝備的不同工作狀態,對模型進行動態運行.結合虛擬現實技術實現的逼真場景.較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術開發、研制的教學軟件不但可供教員教學使用.也可供學員自學,并達到了較好的教學效果。

    目前,有很多成熟的系統仿真開發平臺軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價格較為昂貴,且大多未提供對外的仿真數據接口.仿真系統應用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發適用 的仿真開發平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發中我們采用的是自行開發的系統仿真平臺軟件。

    3.虛擬仿真技術在航空電子裝備教學中的應用方法和步驟

    3.1建立仿真模型

    這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結構的三維物理模型 ,也包括揭示其內在工作機理及行為的數 學模 型。對三維物理模型的建立,主要依據裝備本身的物理狀態,其原則就是在盡量減小面數的同時進步逼真度。對系統數學模型的建立,則需要視系統的復雜程度進行取舍和優化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運算量。建立數學模型時 ,還應考慮到系統運行時的參數調整。

    3.2創建仿真裝備的虛擬場景并驅動

    對于虛擬場景的驅動,根據使用方式的不同采用了不同的方式假如進行的僅是裝備外觀、結構的展示,可使用EON進行動作的編輯和驅動;假如需要對裝備進行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅動以實現更復雜的交互操縱。

    3.3系統集成

    系統集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機的整合在一起,使之成為_個完整的 、規范的教學軟件。系統集成可以使用目前常用的軟件開發平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現實驅動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發平臺的運行插件,因此,系統集成變得十分方便。編寫程序時,只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。

    系統集成時,還需要將系統行為仿真的結果通過視景仿真表現出來,即用行為仿真的數據來驅動三維物理模型的動作。由于系統行為仿真采用了專門的運行平臺,和視景仿真處于不同的系統進程中.因此這種驅動是通過兩進程間的實時通訊來完成的。這里還需要考慮進程間的同步新題目。

第9篇：交通仿真技術范文

【關鍵詞】 仿真技術 高技術 產業化 知識經濟

引言

盡管仿真技術已經很快發展,但在若干問題上仍然存在不同的見解。

比如,有人說仿真技術是要花費很多錢,所以它的成果只是榮譽性的。這種看法與當今把每臺核電站仿真機以1000多萬美金,飛機仿真機以1500~2000萬美金的價格從美國、加拿大引進到中國的現實相矛盾,也具體說明了仿真技術的成果仍然形成了一個高價位的高科技產品和產業。

又如,有人說在市場經濟的環境里,仿真技術的產值搞不大,相關的市場在萎縮;也有人認為仿真技術是21世紀戰略性技術,仿真技術肯定會大發展。

當前,一場以高技術為中心的新的科技革命正在蓬勃發展,對整個社會經濟發展將產生重大影響。世界的經濟向知識(智力)經濟過渡,信息技術迅猛發展與知識經濟來臨之際,對仿真技術將有什么作用,仿真技術將會有什么地位,如何迎接機遇,都應盡快考慮,這是業界的大事。

鑒于上述,作者經過幾年的反復觀察、研究、分析和思考寫下本文。

1. 從仿真技術定義變化中考查

自從仿真概念出現以來,仿真的定義隨著技術和應用的發展不斷深化。

比如,牛津英文字典中初期的仿真定義是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后來變為:"The technique of imitating the

behavior of some situation or system (economic, mechanical, etc.) by means of an analogous model,

situation, or apparatus, either to gain information more conveniently or to train personnel"。

1993年7月,國內在《火炬計劃基本概念及相關名詞術語解釋》中,對仿真技術作了很詳細的定義,見參考文獻[7]。關于仿真技術的定義,到目前為止,就很難用簡單的語言描述。國內外學者從不同角度作了描述,可歸納如下幾點:

仿真技術是出自對系統的研究,是通過用系統模型對真實系統或設計中的系統進行試驗,以達到分析、研究和設計該系統的目的;

仿真技術是以計算機為基礎,計算機能力提高了,仿真技術水平也提高,使之有能力去描述更復雜的系統;

仿真技術隨需求發展,提出了大量共同性的理論、方法和技術問題,致使仿真逐步形成了一門獨立的學科;

仿真技術已成為計算機應用的一個重要的領域;

仿真技術應用范圍十分廣泛,無孔不入的一門綜合性學科,已廣泛應用于航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物 、醫學、社會經濟系統等自然科學與社會科學的各個領域,其重要性已廣為人知;

仿真技術用于揭示已知對象和未知對象的內在特性、分系統之間的關系和運作規律,以研究已知和預測未知;

仿真技術是高技術領域中的關鍵技術之一。

2. 仿真技術主要研究的內容和成果分析

2.1 仿真技術主要研究的內容

仿真技術雖是計算機應用的一個重要的領域,但也有其自身作為一門專有技術的研究內容,有問題和難點,也有發展方向和規律,形成了仿真技術的主體技術。這些技術又在廣泛而豐富的需求中深化和發展。仿真技術的研究內容最少應包括總體技術、仿真支撐軟件技術與工具、建模技術和應用技術,表1歸納了這些仿真技術的研究內容:

表1:仿真技術的研究內容 總體技術 ①學科的理論研究;②仿真技術的發展與開拓;③仿真技術與支撐技術的關系;④系統的分析與劃分;⑤仿真技術在信息技術和產業中的地位研究;⑥大型仿真系統研究

仿真支撐軟件技術與工具 ①支撐軟件理論與方法;②仿真支撐軟件技術;③面向對象支撐技術;④面向各項領域的共性工具軟件;⑤專用的工具軟件;⑥軟件系統結構;⑦實時數據庫

建模技術 ①仿真對象與系統分析;②建模理論與方法;③仿真算法與語言;④驗證方法與標準

應用技術 ①應用領域開拓研究;②應用軟件系統;③應用的相關技術;④應用系統實現方法

2.2 從仿真技術的成果分析

近幾年來,國內外仿真技術領域取得了豐碩的成果,體現出重大的社會效益和經濟效益。主要的成果例舉如下:

2.2.1 仿真支撐系統的發展

70年代末,國際上一些國家在實現仿真技術產業化過程中,強化了仿真支持系統的概念。因此,仿真支撐系統已經不僅是仿真領域關鍵的技術之一,而且是"解放"仿真系統開發者和使用者的最重要手段。它不僅賦予仿真系統以生命力,同時也是實現仿真技術產業化的基礎。在應用過程中,它是實現仿真目標和解決問題的概括和總結,它支撐了仿真系統的整個生命周期,包括對仿真對象分析、仿真模型的表達、仿真模型的生成和運行、仿真過程的調試和修改、實時運行、仿真數據的存儲、恢復及跨平臺的聯合運行。因此,近幾年來,國內外已經十分重視對仿真支撐系統的研究,也出現了不少成果。從科技進步角度來分析,主要表現為:

(1)開放性和構件概念,包括:構件命名服務(Component Name Services)、構 件對象服務(Component Object Services)等為構件客戶服務。

(2)提供通用數據表示方法,讓集成工具之間共享信息。

(3)支撐范圍擴大,表示在支撐仿真應用在網絡上的實現。

(4)支撐多媒體技術的應用,使仿真系統的人機界面得以改善。

2.2.2 面向對象的仿真技術

近十幾年來,面向對象仿真(Object Oriented Simulation,簡稱OOS)研究、開 發和應用有很大的進展,在廣泛的領域里,各種各樣的模型是由OOS語言(或稱編程工具)和開發環境中出現。由于OOS為系統建模提供了靈活的方法,它的基本

特性使之不同于傳統的仿真方法,而且適用于大型的更為復雜更分散的仿真系統,以及基于網絡的仿真系統。而且,支撐OOS的工具已不少實現商品化了。例如:

(1)由于國際間多國合作的出現,對共享仿真環境的需求擴大,網絡仿真技術被用在基于共享的仿真環境,如虛擬工廠教學系統,它允許學生單獨工作或組成虛擬的隊、建造工廠、預測產品需求、計劃生產、制定日程進度等

(2)面向對象仿真在處理復雜系統模型時,是一個極好的工具。將這類模型分成幾個子模型,做到仿真程序結構與真實系統結構相似。如解決互相聯系的異步電動機組的仿真控制問題等。

3. 仿真技術應用領域的快速擴大

近幾年世界上應用仿真技術去解決科技、生產、社會各方面問題的事例層出不窮,使仿真技術的應用能力拓展,滲透性增加,無處不在,無孔不入。例舉幾項:

(1)仿真技術在工業系統的多種應用取得了巨大的社會和經濟效益;

(2)利用仿真技術來模擬人們不斷增加對海港、船舶的到達方式,海港運作方式的變化需求,用于實現海港現代化管理或新建海港選擇和投資考察;

(3)應用質量工程及仿真提高巨型計算機系統的性能。性能評估在計算機的設計、開發、配置、調節中是一個重要環節,應用質量工程和仿真技術來提高巨型計算機系統性能;

(4)應用仿真技術,開展語言系統研究,取得重要成果;

(5)仿真技術在制造業中應用和發展近幾年來在國內也取得很好的成果,仿真技術在制造業的應用是從產品設計到制造,以至測試維護的整個生命周期中,計算機仿真技術貫穿始終;

(6)虛擬現實技術的應用范圍擴大。它在醫療領域中開始應用,虛擬教學、虛擬會議系統等取得一定效果,虛擬現實技術與娛樂的結合更有廣泛市場。

4. 從軟科學技術發展展望仿真技術的作為

軟科學技術是為管理和決策服務的科學技術,或者可以定義為幫助人更直接、有效、全面和系統地使用迅速發展的各類科學技術知識,并進行科學管理和科學決策的科學。從軟科學技術的應用性表現來說,如果說科學的研究是基礎研究的話,軟科學技術則是應用研究,產生的專家系統則是技術開發。

醫學和工程領域管理決策的專家系統的研究成果幾年后將被投入使用。例如美國許多大公司都開始用人軟件,幫助做許多種經營工作。這意味著類似"仿真腦"的系列產品將要出現,仿真技術在管理和決策方面的應用將推向各個領域。在仿真各種管理與決策系統的過程中,仿真技術將快速發展,產業化的步伐將加快。

軟科學技術是有前途的。在人類知識每5年翻一番的情況下,任何人如果不*電腦處理事務,也就是說不*"看不見的頭",是無法妥善、有效處理的。如果說軟科學技術會成為21世紀的先導和骨干高科技,推動軟科學技術發展的仿真技術也是分析復雜問題,提示相互關系,仿真人腦管理和決策的骨干高科技之一。5. 仿真技術發展的特點和趨勢

近幾年,以計算機技術、通訊技術與傳感技術為主導的信息技術的飛快發展,為仿真技術的發展進入一個嶄新的環境打下了良好基礎。仿真技術的發展將出現新概念、新應用和新的地位。由目前發展情況分析,有如下值得注意的特點:

(1)仿真技術是一門獨立的學科,但它離不開計算機技術。只要計算機技術在飛快地發展,仿真技術就一定隨之快速發展;

(2)仿真技術作為信息技術族內的成員,它不僅自身發展快,而且與信息技術各項發展結合也快,它們永遠面對新問題、組織新技術、形成新的系統工程。因此,仿真技術是不斷研究新現象、分析新規律、揭示相關系統、找出解決方法的強有力工具;

(3)在知識經濟來臨、知識管理的形成和發展中,仿真技術是最好的工具。它將被更多人了解和掌握。美國很多大公司開始用"人軟件"代替人類做多種經營工作。預計類同"仿真腦"系列的產品將會被成批生產,用以代替人們進行管理和決策;

(4)仿真技術的應用領域越來越廣,在信息技術發展中,將出現獨特的地位;

(5)目前,在全世界軟件產業快速進展的環境中,仿真支撐軟件,各種工具軟件(包括專用仿真語言),乃至于通用的應用軟件、商品化的周期縮短;

(6)面向對象的技術和應用發展較快,一方面推動仿真概念變化,另一方面適應復雜、非線性應用的能力增大;

(7)由于網絡技術的發展,為異地、異國應用提供了可能,將對仿真技術提出新的挑戰,也推動了發展。預計仿真技術和網絡技術的結合,將出現新的概念,并擴大應用范圍;

(8)仿真技術在培訓領域中已有了豐碩的成果,比如:核電站、飛機的仿真機等都是培訓所必需的仿真系統產品。

6. 知識經濟的特征和仿真技術的地位

人類在經歷了漫長的農業經濟、工業經濟時代后,正迎接著知識經濟時代的來臨。1997年,人們第一次提出知識經濟的概念,大家認為它是建筑在知識和信息基礎上的經濟;以知識和信息的生產、分配和使用為直接依據的經濟;知識是提高生產率和實現經濟增長的驅動器。國內外學者對此也有各種說法。如:知識經濟是以智力資源的占有、配置,以科學技術為主的知識生產、分配和使用為最重要因素的經濟。又如:知識經濟所要表述的是一種新的復雜的經濟狀態,它是指以現代科學技術為核心,建立在知識和信息的生產、存儲、使用和消費之上的經濟。它有豐富的內涵和明顯的特征。只有通過對其內涵和特征的分析并與仿真技術及其應用、產業化社會效益、經濟效益比較,才能充分看到仿真技術在知識經濟環境中的地位。

(1) 知識經濟特征與仿真技術特點的切合。

(2) 仿真技術是推動知識經濟發展的關鍵技術。

(3) 仿真技術及其應用,形成知識產品和服務,以及產業化的效益推動知識經濟的增長。

7. 結論

通過考察和分析,我們看到知識經濟時代的來臨給仿真業界帶來了新的挑戰和機遇,仿真技術將因自身的特點而在知識經濟環境中快速發展,反之也推動知識經濟的發展。仿真技術與軟科學及其它相關技術的結合將加快高附加值產品的產業化進程,給整個社會帶來新的經濟增長點,仿真技術大有可為。

參考文獻

[1] 游景玉,實時仿真技術及其應用,珠海出版社,1997年

[2] 游景玉,論文"論仿真技術及其產業化", 珠海出版社,1999年

[3] 游景玉 吳芳輝,論文"仿真支撐系統技術的研究與發展",珠海出版社,1999年

[4] 游景玉 吳芳輝,論文"新世紀仿真技術展望", 珠海出版社,1999年

[5] 游景玉,論文"論仿真技術在高技術發展中的地位", 珠海出版社,1999年