國(guó)內(nèi)交通仿真技術(shù)的探索

杜明杰

（1. 山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2. 淄博市技師學(xué)院，山東 淄博 255000）

國(guó)內(nèi)交通仿真技術(shù)的探索

杜明杰1，2

（1. 山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2. 淄博市技師學(xué)院，山東 淄博 255000）

仿真技術(shù)是以多種學(xué)科和理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬實(shí)驗(yàn)的方法來分析和解決問題的一門綜合性技術(shù)。目前，仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。基于我國(guó)目前城市軌道交通發(fā)展的需求分析及列車超速防護(hù) ATP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，提出ATP 仿真系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)與指導(dǎo)原則，以及ATP 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。

交通；仿真技術(shù)；城市軌道交通

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真的教學(xué)。仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)并通過建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。它具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、可多次重用的優(yōu)點(diǎn)，是利用模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究的一門多學(xué)科綜合性技術(shù)?，F(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相聯(lián)?？刂乒こ毯拖到y(tǒng)工程的發(fā)展促進(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而計(jì)算機(jī)技術(shù)則為仿真提供了強(qiáng)有力的手段和工具。因此，計(jì)算機(jī)仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

1 仿真學(xué)科的理論體系

1.1 相似理論

相似理論是研究事物之間相似規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，是仿真科學(xué)的基本理論。其基本內(nèi)容包括相似定義、相似定理、相似類型和相似方法。

1.2 模型論

模型論是以各應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立符合仿真應(yīng)用要求的、通用的、各領(lǐng)域?qū)Ｓ玫母鞣N模型的理論和方法。

1.3 仿真系統(tǒng)理論

研究和論述構(gòu)建符合應(yīng)用需求的仿真系統(tǒng)理論和技術(shù)。包括仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其公共關(guān)鍵技術(shù)，仿真系統(tǒng)的研制和運(yùn)用仿真系統(tǒng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。

1.4 仿真方法論

結(jié)合各應(yīng)用領(lǐng)域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理論、面向?qū)ο蠓抡娣椒?、智能仿真方法等?/p>

2 幾種主要的仿真技術(shù)

2.1 仿真建模

仿真建模是一門建立仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。建?；顒?dòng)是在忽略次要因素及不可測(cè)量變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化或近似反映。

2.2 面向?qū)ο蟮姆抡?/h3>

面向?qū)ο蠓抡媸钱?dāng)前仿真研究領(lǐng)域中最引人關(guān)注的研究方向之一，面向?qū)ο蠓抡婢褪菍⒚嫦驅(qū)ο蟮姆椒☉?yīng)用到計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域中，以產(chǎn)生面向?qū)ο蟮姆抡嫦到y(tǒng)。

2.3 智能仿真

智能仿真是把以知識(shí)為核心、人類思維行為作背景的智能技術(shù)引入整個(gè)建模與仿真過程，構(gòu)造智能仿真平臺(tái)。智能仿真技術(shù)的開發(fā)途徑是人工智能與仿真技術(shù)的集成化。仿真技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，即所謂的智能化仿真；仿真模型中知識(shí)的表達(dá)。

2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)代仿真技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，是在綜合仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、傳感技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，其核心是建模與仿真，通過建立模型，對(duì)人、物、環(huán)境及其相互關(guān)系進(jìn)行本質(zhì)的描述，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

2.5 分布仿真技術(shù)

分布仿真技術(shù)作為仿真技術(shù)的最新發(fā)展成果，它在高層體系結(jié)構(gòu)上（HLA，high level architecture）建立了一個(gè)在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)分布在不同地域上的各種仿真系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互操作和重用的框架及規(guī)范。HLA的基本思想就是使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)，開發(fā)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同層次和粒度的對(duì)象模型，來獲得仿真部件和仿真系統(tǒng)高層次上的互操作性與可重用性。

3 仿真的一般步驟

仿真過程的三個(gè)主要活動(dòng)是“系統(tǒng)建?！薄ⅰ胺抡娼！?、“仿真實(shí)驗(yàn)”，而聯(lián)系這些活動(dòng)的要素是“系統(tǒng)”、“模型”、“計(jì)算機(jī)”。其中，系統(tǒng)是研究的對(duì)象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來達(dá)到研究的目的。要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或?qū)ο髮?shí)施計(jì)算機(jī)仿真，首先必須把握系統(tǒng)的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的參量，提出合理的假設(shè)，進(jìn)行科學(xué)的抽象，分析各參量間的相互關(guān)系，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，然后在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。仿真建模的過程是在已有的一些先驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，試探地寫出研究對(duì)象所滿足的或近似滿足的數(shù)學(xué)規(guī)律，再結(jié)合實(shí)際的研究目的，對(duì)猜測(cè)性的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化，從而得到既符合客觀實(shí)際，又易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型。

4 仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用及發(fā)展

仿真技術(shù)來自于軍事領(lǐng)域，但它不僅用于軍事領(lǐng)域，在許多非軍事領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。例如：在軍事領(lǐng)域中的訓(xùn)練仿真；商業(yè)領(lǐng)域中的商業(yè)活動(dòng)預(yù)測(cè)、決策、規(guī)劃、評(píng)估；工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估及模擬訓(xùn)練；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估、災(zāi)情預(yù)報(bào)、環(huán)境保護(hù)；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的臨床診斷及醫(yī)用圖像識(shí)別等，特別是在交通領(lǐng)域中的駕駛模擬訓(xùn)練和交通管理中的應(yīng)用更加重要。

近年來，隨著北京地鐵擴(kuò)建、上海和廣州地鐵的相繼建成投運(yùn)以及北京輕軌線路的即將開工，我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展規(guī)模越來越大，然而我國(guó)的列車自動(dòng)控制ATC（Automatic Train Control）水平還處于起步階段，車地一體的成套系統(tǒng)設(shè)備尚需從國(guó)外引進(jìn)，跟蹤國(guó)外 ATC系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，研制國(guó)產(chǎn)化 ATC系統(tǒng)的任務(wù)已迫在眉睫。

1 賈連興.仿真技術(shù)與軟件［M］.北京：國(guó)防國(guó)業(yè)出版社，2006

2 康鳳舉.現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防國(guó)業(yè)出版社，2006

3 周 明.計(jì)算機(jī)仿真原理及其應(yīng)用［M］.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2005

4 趙會(huì)兵.高速鐵路軌道電路數(shù)字仿真系統(tǒng)的研究［J］.北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999

Exploration of domestic traffic simulation

Du Mingjie

Simulation technology is based on a variety of disciplines and theory, computer and corresponding software tools, through a virtual experimental methods to analyze and solve problems a comprehensive technology. At present, simulation technology has been widely used in most of the science and technology. Based on the current needs of the development of urban rail transport train protection ATP analysis and system architecture analysis, ATP Simulation System goals and guiding principles, and the ATP simulation system structure and function.

Transportation; simulation technology; urban rail transit.

TP391.9

A

1000－8136（2010）36－0121－02

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