重載鐵路貨車在線監測虛擬現實教學系統研究

姜巖

摘 要 我國鐵路朝著高速和重載的方向發展，鐵路貨車運行過程中要注意安全問題，尤其是重載鐵路貨車的運行問題要格外重視，建立貨車在線監測系統至關重要。建立在線監測系統可以獲得鐵路貨車的實時運行狀態，進而掌握貨車車輛的運行狀況。重載鐵路貨車在線監測虛擬現實教學系統的建立對于檢測鐵路貨車運行具有至關重要的意義，鐵路貨車對于無線監測提出了更高的要求，通過建立智能化及數控反饋系統，收集貨車運行信息和數據，在具體教學中，運用虛擬仿真技術實現鐵路貨車運行的在線監測實驗，進而為鐵路貨車實際運行監測和保證貨車運輸安全提供科學的依據。本文首先對鐵路貨車運行監測虛擬現實系統結構和系統功能進行優化，對具體的技術進行了分析。

關鍵詞 重載鐵路貨車;在線監測;虛擬現實系統

1鐵路貨車監測系統

1.1 結構及部件

重載鐵路貨車監測系統是監測車輛運行狀態的系統，貨車配有移動遠程監測系統，系統中包含GSM模塊，GSM模塊可以對貨車運行狀態進行描述，可以以二進制編碼的形式發送車輛狀態信息。

在貨車監測系統中主要以傳感器補貨貨車運行信息，遠程監測系統中包含內置傳感器，傳感器主要負責監測貨車運行中的振動情況，可以監測貨車是否處于運行狀態。地面傳感器以無線形式與遠程監測器進行連接。貨車上很多部位都可以安裝Vicos CTsensor傳感器，如被車門、車頂和懸吊件，利用傳感器可以檢測出車門或車頂是否被打開或關閉。傳感器還可以測量貨車的載重量和運行距離，且測量數據十分精準，貨車運行位置確定主要利用GPS定位系統進行定位，可以接收遠程監測系統的數據和位置信息。信息可以通過GSM網絡實現傳遞，由Vicos CTcentral 服務器接收，可以存儲于終端數據庫中，數據和信息通過網絡可以向車輛管理中心開放，Vicos CTcentra監測系統可以存儲數據額和圖像，貨車掛歷和調管理和調度部門可以查詢相關的信息，實現對數據的科學篩選。

1.2 系統功能

（1）功能流程

鐵路貨車通過軌枕時，傳感器會接收一些數據和信息，應用剪力傳感器和壓力傳感器組成了軌道測試系統，傳感器將參數采集出來，傳感器連接接線箱與接線盒，通過信號電纜傳遞數據和信號，供電單元可以為傳感器供電，通過傳感器可以將信號放大，進行濾波處理，信號轉換成數字信號傳到采集儀。車輛調度與管理中心利用數據采集儀完成信號數據的采集，做好數據合成，保證數據通信。運用數據通信、判軸測速計輛、車輛動力學技術等，測量車輛運行情況，測量車輛超偏載情況，監測貨車車輪踏面擦傷，還可以讀取車號，進而將信息傳輸到服務器，進而綜合分析車輛運行狀態[1-2]。

（2）車輛運行狀態不良的監測

鐵路貨車運行監測系統主要檢測貨車運行的狀態是否正常，對車輛運行穩定性進行監控，發現異常及時報警，給予調度和處理中心足夠的時間進行處理，減少貨車脫軌的可能性，緩解車輛零部件損耗，減少對軌道的磨損。

（3）車輪踏面損傷識別

檢測系統還要對貨車車輪吧表面擦傷進行監測，貨車通過軌道測試平臺，作用在傳感器上力量有差異，根據力的變化可以判定車輪損傷情況和程度。

（4）車輛超偏載狀態監測

重載車輛運行中尤其要注意車輛超載和偏載的問題，傳感器通過對貨車著力點力量情況判斷貨車是否發生超載和偏載，進而連接報警系統，出現異常及時報警。

2鐵路貨車監測虛擬現實教學系統關鍵技術

2.1 三維建模技術

重載鐵路貨車車輛運行監測系統建設主要以三維建模技術為主要技術，運用二維圖紙結合現有轉向架結構，分析貨車零部件之間的關系，利用Solid Works2012三維建模軟件將車輛結構二維圖轉化為三維模型，對建模完成的零部件進行裝配，獲得車輛模型。

2.2 模型環境渲染

建模后車輛模型不可直接用作交互性功能，要導入3ds max三維動畫制作軟件，對三維模型進行環境渲染。導入3dsmax的文件有*.stl和*.wrl兩種格式，導入*.stl 格式文件各零部件的格式和名稱沒有變化。建模好的貨車裝配體模型另存為*.stl 格式，在3dsmax操作界面微貨車模型進行材質顏色附著，完成貨車運行模擬仿真，對相關數據進行收集和處理[3]。

2.3 交互功能實現

在貨車運行虛擬仿真教學系統中，貨車車輛可以完成縮放、平移和旋轉，學習人員可以從多角度查閱貨車結構和形態。貨車運行監測主要針對貨車運行過程的監測，對車輛運行狀態是否穩定進行判定，運用建模技術實現對貨車運行場景的模擬，設置好參數，連接傳感器，實現對貨車運行數據和信息的收集，通過計算機技術實現對建模仿真系統的設置和操作，進而實現對重載貨車運行在線監測系統的仿真模擬，為貨車運行監測提供依據。

2.4 仿真平臺搭建

虛擬仿真教學平臺的搭建是本次研究的重點，通過計算機軟件的操作，插入文本、圖像、視頻等元素，設置文本超鏈接，模塊之間建立關聯，提高平臺系統的交互性。貨車運行監測主要利用GPS技術十分位置跟蹤和記錄，在鐵路貨車運行監測虛擬仿真教學系統應用中，要注意講解GPS技術的應用和價值，進而促進新工實踐教學和技術員人員交流，從而為實際鐵路交通運行監測提供借鑒資料[4]。

3結束語

綜上所述，重載鐵路貨車運行在線監測需要依賴專業的監控體系，通過建立科學的虛擬仿真教學系統，可以提高貨車運行教學的實效性，從而為貨車運行管理和控制提供依據，促進鐵路運輸事業的穩定發展。

參考文獻

[1] 陸正剛，王潔，孫效杰，等.快捷貨車轉向架運行安全智能監測系統研究[J].鐵道車輛，2015，53（12）：25-29.

[2] 劉宏友，李向偉，鄧愛建，等.C_（70E）型通用敞車模態試驗研究[J].鐵道車輛，2015，53（12）：32-36.

[3] 唐曼.車號識別模擬系統的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2014， （1）：55- 57.

[4] 吳俊，姜薈增，周用貴，等.鐵路貨車超偏檢測裝置檢測適應性試驗報告[R]. 北京：中國鐵道科學研究院，2015.