技术领域
[0001] 本
发明涉及的是一种虚拟仿真技术领域的系统，具体是一种高速列车驾驶考评的多通道音视景模拟仿真系统。
背景技术
[0002] 轨道交通驾驶仿真器是一种先进的、安全的、高效的培训工具，它通过对列车性能和驾驶环境的仿真构建一个高度真实感的
虚拟环境，为受训司机提供培训的环境与手段。司机在仿真器里操纵，犹如在真实的环境下驾驶车辆一样。 采用驾驶仿真器培训司机具有安全、经济、高效，培训过程可控、可重复，便于进行突发事件及故障状态的模拟等优点。 据国外资料介绍，在驾驶仿真器上培训司机，一般可节省30％的经费，而轻轨、高速列车系统可节省50％以上的培训
费用。
[0003] 自20世纪80年代以来，美国，英国，法国，澳大利亚等国家开发出了列车仿真系统，并在世界各国
铁路部
门得到了广泛的应用，普遍认为这是一种培训司机的先进工具，缩短了培训时间，减少了培训费用，而且培训过程绝对安全，不会影响正常的行车。 一方面可以用来培训重载列车司机，另一方面用作工程分析。 我国自80年代后期成功研制了列车仿真系统，目前超过2/3的机务段，司机学校配置了列车仿真系统，为我国铁路
机车司机培训起了很好的作用。
[0004] 高速列车模拟驾驶培训装置是计算机仿真技术、列车牵引
制动和控制理论相结合的产物。 高速列车模拟驾驶系统能够实现高速列车的性能模拟、运行环境模拟以及
信号系统的模拟；能够真实地模拟高速列车在各种运行工况下的运行状况、操纵特性、牵引、制动特性以及其它特性。
[0005] 其中，高速列车驾驶考评的多通道音视景模拟仿真系统是高速列车模拟驾驶整体系统的重要组成部分。 模拟驾驶系统的前视场景使用高逼真三维景象，采用
高性能计算机平滑调速回放和高
亮度高清晰的投影机，并利用数字音响技术，营造逼真的司机操纵环境。 环型显示系统能够提供受训者高度的
沉浸感和真实般身临其境的感受。 同时，要实现最好的显示效果，要求安全可靠、性能指标高、信号显示效果好、
控制器功能强、维修更换方便、操作简单易用、系统扩展灵活等。
[0006]
现有技术的模拟驾驶系统中，司机，观摩学员和教员的环境未能相互独立，不利于司机的现场沉浸感，影响了教学效果。 此外，现有技术的音频配置为立体声，其缺点在于，对声音的仿真效果不足，不仅体现在司机室的声音仿真，对观摩方同样存在这样的问题。 尤其是在观摩学员通过公用大屏幕和音响装置的情形下。
[0007] 经对现有文献的检索发现，中国
专利申请号为：200620033308.7，名称为：高速列车
模拟器视景显示系统，该技术提供了一种列车模拟
驾驶室显示虚拟场景的显示系统，其中前向视景显示装置与两台侧向视景装置相配合能逼真地显示出虚拟场景画面，可以为司机营造出具有高度真实感的虚拟环境。 但是该方案忽略了高速列车在高速运行状态下，机动噪声以及运行过程中复杂环境下声音的模拟。
[0008] 又经检索发现，中国专利申请号为：CN200620033303.4，名称为：一种地铁列车模拟器，该专利提供了视景显示画面不受场地场景、灯光等干扰的技术，可以为司机营造出具有高度真实感的虚拟环境，但是该方案缺乏良好的声音效果与运动平台模拟的动感效果，因此司机在模拟驾驶过程中无法感受到高度的沉浸感。
发明内容
[0009] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种高速列车驾驶考评的多通道音视景模拟仿真系统，运用3dsmax、maya、Creator三维
软件联合建模运动平台，在音频系统方面采用OpenAL多媒体库，逼真模拟各种动态声音。
[0010] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：音视景信号发生模
块、学员观摩区模块和模拟
驾驶舱模块，其中：音视景信号发生模块分别与模拟驾驶舱模块和学员观摩区模块相连并传输音视频
数字信号。
[0011] 所述的音视景信号发生模块实现高速列车运行场景及工况、环境噪声的前端数字信号产生，该音视景信号发生模块包括：网络交换机模块、主控装置模块、声音仿真计算机模块、图形工作站模块、第一
接口转换器模块、第二接口转换器模块、第一视频分配
放大器模块和音频分支器模块，其中：网络交换机模块根据声音仿真计算机模块的
音频信号、图形工作站模块的
视频信号，传输相应控制指令到主控装置模块，第一接口转换器模块以及第二接口转换器模块与图形工作站相连传输列车运行视频信号，第一视频分配放大器模块与学员观摩区模块相连传输列车运行的计算机RGB信号，音频分支器模块与声音仿真计算机模块相连传输音频分支信号。
[0012] 所述的学员观摩区模块包括：立体声功放模块、高保真
耳机模块、视频切换矩阵模块、投影仪模块和观摩信息屏幕模块，其中：立体声功放模块与音频分支器模块相连传输整合去噪后的音频信号，高保真耳机模块与立体声功放模块相连用以在学员观摩区模块还原列车运行的声场信号，视频切换矩阵模块与音视景信号发生模块相连传输列车运行的计算机RGB信号，投影仪模块与视频切换矩阵模块相连传输拼接视频信号，观摩信息屏幕模块与投影仪模块相连将拼接后的视频信号全
角度还原。
[0013] 所述的模拟驾驶舱模块包括：司机室音频播放装置模块、车载仿真装置模块、数据输出装置模块、模拟通讯模块、三通道视景投影屏幕模块和故障处理装置模块，其中：司机室音频播放装置模块与音频分支器模块相连传输分支后的音频信号，车载仿真装置模块与第一视频分配放大器模块相连传输另一路预放大并降噪后的视频信号，模拟通讯模块与车载仿真装置模块相连输出融合视频信号，数据输出装置模块与三通道视景投影屏幕模块相连传输视频信号。 故障处理装置模块与数据输出装置模块相连传输故障信号。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用分布式体系结构，具有结构灵活、扩展方便、支持
人机交互、
置信度高等特点。
附图说明
[0016] 其中：1-音视景
模拟信号发生模块；2-学员观摩区模块；3-模拟驾驶舱模块；4-网络交换机；5-主控装置；6-声音仿真计算机；7-图形工作站；8-第一接口转换器；9-第二接口转换器；10-第一视频分配放大器；11-音频分支器；12-立体声功放；13-耳机；14-视频切换矩阵；15-投影仪；16-观摩信息屏幕；17-司机室音频播放装置；18-车载仿真装置；19-模拟通讯；20-数据输出装置；21-三通道视景投影屏幕；22-故障处理装置。
具体实施方式
[0017] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0018] 如图1所示，本实施例包括：音视景信号发生模块1、学员观摩区模块2和模拟驾驶舱模块3。 其中音视景信号发生模块1与模拟驾驶舱模块3、学员观摩区模块2分别依次相连传输音视频数字信号。
[0019] 所述的音视景信号发生模块1实现高速列车运行场景及工况、环境噪声的前端数字信号产生。 包括：网络交换机模块4、主控装置模块5、声音仿真计算机模块6、图形工作站模块7、第一接口转换器模块8、第二接口转换器模块9、；第一视频分配放大器模块10、音频分支器模块11，其中网络交换机模块4根据声音仿真计算机模块6的音频信号、图形工作站模块7的视频信号，传输相应控制指令到主控装置模块5，第一接口转换器模块8以及第二接口转换器模块9与图形工作站相连传输列车运行视频信号。 第一视频分配放大器10与模块8、9的输出端相连传输经预放大并降噪后的视频信号。 音频分支器模块11与声音仿真计算机模块6相连传输音频分支信号。
[0020] 所述的学员观摩区模块2包括：立体声功放模块12、高保真耳机模块13、视频切换矩阵模块14、投影仪模块15和观摩信息屏幕模块16，其中立体声功放模块12与音频分支器模块11相连传输整合去噪后的音频信号，高保真耳机模块13与立体声功放模块12相连用以在学员观摩区模块2还原列车运行的声场信号，视频切换矩阵模块14与第一视频分配放大器模块10相连传输列车运行的计算机RGB信号，投影仪模块15与视频切换矩阵模块14相连传输拼接视频信号，观摩信息屏幕模块16与投影仪模块15相连将拼接后的视频信号全角度还原。
[0021] 所述的模拟驾驶舱模块3包括：司机室音频播放装置模块17、车载仿真装置模块18、数据输出装置模块19、模拟通讯模块20、三通道视景投影屏幕模块21、故障处理装置模块22，其中：司机室音频播放装置模块17与音频分支器模块11相连传输分支后的音频信号，车载仿真装置模块18与第一视频分配放大器模块10相连传输另一路预放大并降噪后的视频信号，模拟通讯模块19与车载仿真装置模块18相连输出融合视频信号，数据输出装置模块21与三通道视景投影屏幕模块22相连传输视频信号。 故障处理装置模块22与数据输出装置模块20相连传输故障信号。
[0022] 所述的网络交换机4采用的是高配置工业电脑，配置山特UPS。
[0023] 所述的主控装置5采用电动直流
电机伺服驱动的动感模拟装置，最大荷载1200KG，最大行程30cm，响应
加速度0.7g，输入220V。
[0024] 所述的图形工作站7采用的是
计算机生成图像(CGL)的方式实现视景系统，
帧速率不低于60fps，视景
数据库的总三角形数量不应低于100万个。
[0025] 所述的耳机13采用的是Siemens blue tooth高性能立体声耳机SX1，列车运行工况以及环境噪音洪亮清晰。
[0026] 所述的投影仪15采用的是3台Christie DS+750专业工程投影机。 亮度≥5000ANSI2流明，
对比度不低于1200∶1，屏幕均匀度不低于90％。
[0027] 所述的观摩信息屏幕16采用的是长10米，高2.7米，180度的投影环幕，融合带为30厘米，屏幕均匀度不低于90％。
[0028] 所述的司机室音频播放装置17采用的是YAMAHA专业5.1音响。
[0029] 所述的数据输出装置20采用ATOM工业平台，并使用TCP/IP实时传输协议。
[0030] 所述的三通道视景投影屏幕21采用的是硬
支撑、地面固结方式，屏幕长宽比例为4∶3，前向视景大于等于
水平180°、垂直45°的视域范围。
[0031] 本实施例通过以下方式进行工作：
[0032] 第一步：采用3dsmax、maya、Creator三维软件作为主要的建模软件在图形工作站7中对各个三维模型建模。 包括
基础数据诸如车辆、车站、铁路线、
桥梁、隧道、植被、交通规则等；信号灯数据包括信号灯数量、类型、分布
位置、信号配时等；交通标示数据包括：标示类型、几何信息、位置分布等。 其中虚拟驾驶需要展现的元素进行精细建模，并为铁路沿线整体场景提供模型基础。
[0033] 第二步：声音仿真计算机6中运用OpenAL多媒体库，并根据列车运行工况以及环境噪声存储相应的数据库，产生声场信号，并与音频分支器11连接，音频分支11输出分支后的音频信号到司机室音频播放装置17，音频分支器还输出音频信号到立体声功放12，立体声功放输出音频信号到观摩台音频装置13。
[0034] 第三步：在第一步以及第二步产生的音视频信号基础上，网络交换机4产生模拟驾驶舱相应的空间位置控制指令，并协调待考核驾驶员座椅的推
力控制指令，产生驾驶员的运动体感。
[0035] 第四步：车载仿真装置18获得图形工作站的视频信号后，动态的场景画面通过模拟通讯装置19输出融合视频信号，并经数据输出装置20的录制、调制、合成作用输出至三通道视景投影屏幕21。
[0036] 实施例方法简单、易于实现，是一种结构合理、功能完备的高速列车驾驶训练器，可用于高级操纵技能的培训。 本实施例可对所有可能出现的故障、突发事件进行仿真，以培训司机在特殊条件下的驾驶技能及应变能力。 同时这种分布式的体系结构具有可靠性、易用性高、维护方便和便于拓展等优点，其中任意一个装置出现故障后不影响其他装置的正常功能。 它能够较为真实地从视觉、听觉、操纵真实感等方面模拟列车在各种环境与工况下的真实运行状况。
