國內(nèi)交通仿真技術(shù)的探索

杜明杰

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

國內(nèi)交通仿真技術(shù)的探索

杜明杰1，2

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

仿真技術(shù)是以多種學科和理論為基礎(chǔ)，以計算機及相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬實驗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)用于科學技術(shù)領(lǐng)域。基于我國目前城市軌道交通發(fā)展的需求分析及列車超速防護 ATP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，提出ATP 仿真系統(tǒng)的開發(fā)目標與指導原則，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

隨著計算機科學技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)和計算機技術(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)實技術(shù)進行系統(tǒng)仿真的教學。仿真技術(shù)是利用計算機并通過建立模型進行科學實驗的技術(shù)。它具有經(jīng)濟、可靠、實用、安全、可多次重用的優(yōu)點，是利用模型對系統(tǒng)進行研究的一門多學科綜合性技術(shù)。現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計算機技術(shù)的發(fā)展密切相聯(lián)。控制工程和系統(tǒng)工程的發(fā)展促進了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而計算機技術(shù)則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

1 仿真學科的理論體系

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，是仿真科學的基本理論。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)計及其公共關(guān)鍵技術(shù)，仿真系統(tǒng)的研制和運用仿真系統(tǒng)的規(guī)范、標準等。

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ā⒅悄芊抡娣椒ǖ取?/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行仿真實驗的技術(shù)。建模活動是在忽略次要因素及不可測量變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學的方法對實際系統(tǒng)進行描述，從而獲得實際系統(tǒng)的簡化或近似反映。

2.2 面向?qū)ο蟮姆抡?/h3>

面向?qū)ο蠓抡媸钱斍胺抡嫜芯款I(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)用到計算機仿真領(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為核心、人類思維行為作背景的智能技術(shù)引入整個建模與仿真過程，構(gòu)造智能仿真平臺。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；仿真模型中知識的表達。

2.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是現(xiàn)代仿真技術(shù)的一個重要研究領(lǐng)域，是在綜合仿真技術(shù)、計算機圖形技術(shù)、傳感技術(shù)等多種學科技術(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，對人、物、環(huán)境及其相互關(guān)系進行本質(zhì)的描述，并在計算機上實現(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，開發(fā)及實現(xiàn)系統(tǒng)不同層次和粒度的對象模型，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

仿真過程的三個主要活動是“系統(tǒng)建模”、“仿真建模”、“仿真實驗”，而聯(lián)系這些活動的要素是“系統(tǒng)”、“模型”、“計算機”。其中，系統(tǒng)是研究的對象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型進行實驗來達到研究的目的。要對一個系統(tǒng)或?qū)ο髮嵤┯嬎銠C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)，進行科學的抽象，分析各參量間的相互關(guān)系，選擇恰當?shù)臄?shù)學工具，然后在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的數(shù)學模型。仿真建模的過程是在已有的一些先驗知識的基礎(chǔ)上，試探地寫出研究對象所滿足的或近似滿足的數(shù)學規(guī)律，再結(jié)合實際的研究目的，對猜測性的數(shù)學關(guān)系進行反復修改和優(yōu)化，從而得到既符合客觀實際，又易于在計算機上實現(xiàn)的數(shù)學模型。

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)域中的訓練仿真；商業(yè)領(lǐng)域中的商業(yè)活動預測、決策、規(guī)劃、評估；工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評估及模擬訓練；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評估、災(zāi)情預報、環(huán)境保護；醫(yī)學領(lǐng)域中的臨床診斷及醫(yī)用圖像識別等，特別是在交通領(lǐng)域中的駕駛模擬訓練和交通管理中的應(yīng)用更加重要。

近年來，隨著北京地鐵擴建、上海和廣州地鐵的相繼建成投運以及北京輕軌線路的即將開工，我國城市軌道交通的發(fā)展規(guī)模越來越大，然而我國的列車自動控制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)備尚需從國外引進，跟蹤國外 ATC系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，研制國產(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：國防國業(yè)出版社，2006

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

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

4 趙會兵.高速鐵路軌道電路數(shù)字仿真系統(tǒng)的研究［J］.北方交通大學學報，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

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1000－8136（2010）36－0121－02

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