交通仿真技术精选(九篇)

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第1篇：交通仿真技术范文

关键词 三维显示；空中交通；管制；应用

中图分类号：tp391 文献标识码：a 文章编号：1671—7597（2013）051-094-02

“空中交通日趋繁忙 ，日益增长的飞行总量与相对有限的空中交通管制能力之间的矛盾，已成为各国航空界急需解决的问题”。它迫切需要我们引进新技术来解决空中交通管制因航班流量增加，起降飞机数量日益增长带来的新问题。

“目前通常的二维平面显示在某些方面已不能满足人类的需求，人们希望显示器能真实地还原显示出空间的三维信息。”三维显示仿真技术具有广泛的应用性，它逐步向分布式联网仿真发展，具有很强的人机交互能力。将三维显示仿真技术应用到空中交通管制中，可以创造出三维视景和空间立体环境，给空中交通管制员强烈的沉浸感。

1 三维显示概念及运用意义阐述

1.1 三维显示

“所谓真实空间三维显示就是人们无需借助任何器具，能够像平时观看周边景物一样，围绕着客观景物观看到该景物各个侧面的三维信息。”它借助现代计算机技术将立体图像以平面投影图或透视图的形式在平面上表现出来。

1.2 三维显示仿真技术在空中交通管制中应用意义

三维显示仿真技术用于空中交通管制系统，它更关注于表示航空器相对于地面障碍的高度，以及相对于其他航空器的位置。计算机和电子技术模拟器的运用，可以实时的显示三维运动实体，显示效果很好，很逼真。能够有效帮助空中交通管制员充分认识交通情况，有效的把握空中冲突，减少人为因素造成的空中交通飞行事故，增加空中运行的安全系数。

2 三维显示仿真技术应用实践

2.1 管制阶段

1）机场和进近管制的显示。

该显示主要考虑这一管制区域的仿真实现。让管制员了解各飞机之间、飞机与障碍物间的位置关系。通过地空数据链，将位置信息发送给飞机员，让他了解具体情况，有效提升管制员指令的准确性。

2）区域管制的显示。

飞机图标对象：屏幕飞机图标表示当前空中某架飞机，它用简单的几何图形代表飞机被雷达探测的状态。

背景地图对象：背景地图类似于某用户查看飞机图标的参考坐标系，显示系统提供给航路、走廊、扇区、vor点、ndb点、基本测距圆环、机场、扇区报告点等地图信息。

2.2 三维环境的生成

三维模型环境的建立：

系统软件中，因三维仿真的需要，需要建立较多的三维模型。不同三维景物复杂程度与仿真需求各不相同，实现方法也各不相同。我们主要借助3dmax 与maya等软件的强大功能，完成建模任务。

1）计算机系统三维地形图构建。

三维地形是为了增加三维环境逼真度。其中地形是最复杂的景物，其三维真实感图形能极大程度的反映外部客观世界，它可视程度高，动态感强烈，存储和查询方便。

三维真实感地形图构建，有这样一些关键环节：格式即地形图生成中的dtm数据中的dem，它是用系列等间隔的地形高程值来表示；坐标转换：三维地形图的生成需要进行空间三维坐标的变换；地形模型的简化：dtm数据庞杂，使用计算机来处理，会降低计算机的运行速度，我们要对地形模型进行简化与分层处理，要考虑显示效果与显示速度的平衡；地物模型建立：虚拟地形环境中的地物模型通常用实物模型表示，我们可以用3d max构建地物模型，然后进行转换；地物叠加：三维真实地形图dem数据中既要有地形表面的高程数据，也要有叠加在其表面的人工与自然地物。

2）仿真环境。

仿真环境的建立取决于对现实系统的全面分析。仿真环境要求计算机生成的飞机具有动作、感知、认知、行为等属性，是一个“智能”实体。建模时面向对象进行分析，从低到高。仿真环境由环境、实体、管制设备等部分组成。空中交通管制员凭借管制设备参与仿真活动。自然环境、人与系统相互交互，构建成客观世界模型。仿真环境借助以太网将仿真飞机的变化信息、位置数据、仿真自然环境变化信息等联系起来，根据空中交通管制的要求来减增

仿真内容。

2.3 显示终端系统

1）实时生成。

各雷达具体地理位置各不相同，旋转周期也不同，造成系统获得的目标报告的动态参数与时间先后不一致，分析与确定合理的周期非常关键。依据民航现有的雷达旋转频率我们把系统的处理周期t与计算机数据刷新率设为4.1秒经验值。目标的出现先进行坐标系的转换，从极坐标系到直角坐标系，然后将得到的航迹进行处理。再将得到的处理后的坐标的对应变量传输到中央主机。由中央主机进行处理，再通过网络传输到显示终端区。由其判断与飞机位置相应的空间环境或者地形环境，数据加载的过程就完成了，最后通过计算机显示出来。

2）显示终端的体系结构。

显示终端软件逻辑组成与相互关系，如图1所示。

空中交通管制自动化系统最主要的组成部分是三维显示，管制员凭借雷达数据显示终端传输的动态与静态的航图数据，可以准确的对空中管制区域内的飞机提供管制服务。

3）数据库生成。

仿真过程构建包括建筑、地形、机场等几何模型，它的构建可以为空中交通管制人员提供逼真的三维环境。在进行异构仿真设备联网时，我们可采用不同设备生成图像，前提是数据库必须一致。要达到这一要求，必须要先获得仿真所需的所有源数据，包括滑行道、跑道、障碍物、停机坪位置等数据，包括物体的色彩、尺寸、外形、纹理、亮度等；然后依据原数据构建物体几何模型；最后手工实现和调整无法自动完成的程序。

虚拟环境中常遇到模型一致性问题。即在虚拟环境中，各种模型必须要互相协调，要具有一致性，也即符合物理规律。那么在时间与空间上的不一致我们要通过各种方式表现出来。比如空中交通管制人员的二维图形平面显示器与三维视景之间。要使周围场景与实体运动相一致，需要我们客观的进行场景描述，提供地形、建筑物等实体数据，构建与视景相匹配的数据库。

它主要由图形绘制库、窗口管理库、菜单管理库、地图数据库、消息队列库、网络通信库、动态数据库、配置函数库、通用函数库等函数库组成。下面对各库的具体功能与组成模块进行简述：

图形绘制库包括高级图形绘制模块、基本图形绘制模块、空域绘制模块、航线绘制模块、机场数据模块、无方向性导航台模块、报告点绘制模块、山峰绘制模块、空中走廊模块等多个模块，主要在各窗口绘制各种图形元素；地图数据库主要是保存各类航图数据；窗口管理库主要由子窗口模块、主窗口模块、着陆窗口模块、系统状态窗口模块等组成，用于窗口的操作与显示；菜单管理库由单个模块组成，主要提供系统菜单动态显示；动态数据库可以通过独特的数据结构实现飞行计划数据、动态数据、系统内部数据的存储与管理；消息队列库的功能主要是对消息队列进行创建与维护等，为其他模块创建、接收、发送与关闭消息队列提供数据；网络通信库的功能是对操作系统网络功能进行封装，为其他模块直接使用该库函数进行网络通信创造条件；配置函数库主要是读取和保存配置数据；通用函数库主要提供一部分通用函数，像屏幕投影函数、球极平面投影函数、坐标系旋转函数与坐标系平移函数等。

3 结论

现代计算机技术的快速发展，有力的促进了社会的发展，有效的解决了空中交通管制等多种问题。只要我们不断的进行探索，相信计算机技术会给航空业带来极大的便利，在社会主义现代化进程中提供更好的服务。

参考文献

[1]杨振鹏，于宝峰，王行仁.空中交通管制仿真环境研究[j].北京航空航天大学学报，2002（04）.

第2篇：交通仿真技术范文

关键词：虚拟现实；交通环境；仿真

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：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

随着城市人口数与机动车保有量的不断攀升，交通出行的需求与交通设施服务供给之间的矛盾不断升级，交通拥堵的发生频率和严重程度也不断上升。解决交通问题有两个思路，一是改建和扩建现有交通设施体系，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现有交通设施体系潜能，缓解交通压力的有力手段，交通信息化管理是提高交通管理水平的一个重要措施，交通信息化管理的基础是交通设施系统的数字化，利用虚拟现实技术对三维交通环境进行仿真是交通设施系统数字化的重要方式。在虚拟现实技术的支持下，三维交通环境在计算机平台上进行仿真，车流、人流等交通要素能够在仿真环境中进行模拟运行，从而为不同的交通管理方案提供了低成本的试验条件。

1 仿真系统总体设计

三维交通环境仿真系统包含路面、标志标线、指示牌、路灯照明系统、隔离带、绿化带等所有交通要素的仿真，交通要素通过统一坐标系集合在一个空间参考系中进行管理。仿真系统的总体结构如图1所示。

其中，环境设置单元和空间坐标单元是系统的基本设定，通过这两个单元，可以确定系统的背景颜色、坐标原点等控制性的要素，从而为每个交通要素所处的位置起到一个参考坐标系的作用。基本造型单元和外部元素引入单元的作用是构造各种交通要素，通过系统内在的基本造型（如立方体、圆柱等常用图形）以及外部提供的实景照片等来完成各种交通要素的构建。人机交互单元是实现仿真系统能动性的关键，通过人机交互单元，人们可以从多角度来以各种方式控制仿真场景的变换。

2 虚拟现实技术下的仿真系统开发

仿真系统利用虚拟现实建模语言VRML开发，编辑器采用VrmlPad工具，而编译器采用CortVRML，系统的最终浏览通过IE浏览器进行浏览。VrmlPad是一个体积小巧、使用方便、功能强大、可即时预览分部造型单元并提供元素结构树型目录图的虚拟现实建模语言编辑器，通过它所编写的虚拟现实代码经过CortVRNL编译器的编译即可供最终用户浏览虚拟现实环境。下面以三维交通环境模拟中的几个典型功能的代码进行示例：

2.1 环境特征的设置

环境特征的设置是指在系统中设定交通环境的背景特征等基本要素。

Background {

skyColor[0.2,0.9,0.2] } // 以RGB值来定义背景颜色，三个参数代表R/G/B的份量，从而确定仿真系统背景的色彩。

2.2 地物创建

地物创建是指利用系统中可调用的不同外形的立体图形来创建不同的地物对像。

Transform {

translation 2 2 4 // 定义地物造型出现的位置

children

Shape

appearance Appearance

material Material

diffuseColor 1 0 0 // 定义地物造型的表面颜色

geometry Cylinder } //定义地物造型的形状

2.3 外部地物要素的引入

外部地物要素的引入是指在系统中可调用的形状对像不能满足需要时，从系统外部引入相应的形状来表达不同的地物，例如可以引入实地拍摄的树木的图片进行贴图从而表现树木。

Transform

{translation 0 1 1//确立要放置图片的位置

scale 0.3 0.3 0.3 //确定放置图片的容器的大小

children

Shape

appearance Appearance

texture ImageTexture

url "tree.jpg" //引入外部图片的语句，这里用的是绝对路径，也就是说图片应该放在虚拟现实

主程序所在的路径下。

geometry Box {} }// 建立图片贴图的窗口，这里以一个立方体为容器。

2.4 人机交互的设定

人机交互的设定是指实现用户与系统之间的交互操作，例如利用不同的视点变化时，用户能看到不同的场景角度来实现交互式操作。

DEF view1 Viewpoint

{ position 0 0 20

description "view"} //定义第一个视点

DEF view2 Viewpoint

{ position 5 0 20

description "view2" } //定义第二个视点

Transform {

translation 0 0 0

scale 1 1 3

children

Shape

appearance Appearance

material Material

diffuseColor 0 0 1

geometry Box {}

DEF touchbox TouchSensor {}}//定义一个触发器

ROUTE touchbox.isActive TO view2.set_bind//例如触发器被激活时触发相应的事件来实现人机交互

以上代码在Windows XP SP2+VrmlPad2.1+CortVRML+IE7.0的开发与浏览环境中调试通过。

3 结束语

随着交通需求的日常增加，交通管理难度也随之加大，利用先进的信息技术来解决交通行业中的各种问题是一条必由的道路，而虚拟现实技术支持下的交通环境仿真能够以极大的真实性、精确性来模拟现实交通环境，从而为各种交通解决方案提供一个良好的数字化实验平台，为管理部门的各种解决方案的低成本仿真、预测、检验等提供保障，同时也是交通建设成果的良好展示平台。

参考文献：

[1] 张海藩.软件工程导论[M].北京:清华大学出版社,2008:35-40.

[2] 张金钊.VRML编程实训教程[M].北京:清华大学出版社,2008:97-105.

[3] 陆小桥,刘超,毛瑞雪,窦广健.分布式水电工程施工过程虚拟现实仿真系统[J].武汉大学学报:工学版,2010(5):593-598.

[4] 罗孟.虚拟现实技术在网络实验室中的应用[J].电脑知识与技术,2010(26):7314-7315.

[5] 房玉龙,桑国庆,王旭波,等.基于GIS的渠道虚拟现实系统开发研究[J].南水北调与水利科技,2009(6):224-227.

[6] 王春香,朱军,孟令奎.基于VRML的交互式虚拟教室建模[J].地理空间信息,2009(1):114-116.

第3篇：交通仿真技术范文

关键词:深圳11号线 重大技术方案研究

中图分类号:U441 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0046-02

1 项目背景

深圳地铁11号线为线网规划中近期建设项目,计划2011年开工,2016年建成。2007年深圳市政府为了尽快稳定福田、前海湾、深圳机场(T3航站楼)三大枢纽方案,通过竞标方式委托中铁二院工程集团有限责任公司与原规划研究单位深圳市交通规划设计研究中心有限公司组成联合体对11号线进行前期方案研究,确定系统制式选择和主要技术标准,尽快提出三大枢纽土建预留条件。

1.1 深圳轨道交通线网简介

深圳市规土委组织编制了《深圳市轨道交通线网规划》,同时与发改局共同组织编制了《深圳市城市轨道交通建设规划(2011～2016)》。深圳轨道交通远期共有16条线路,总长585公里,设站355座。其中组团快线4条、干线6条、局域线6条。另外规划有4条城际线。

轨道一期工程已于2004年12月28日建成通车,二期工程线路(1号线北延、2、3号线、4号线北延及5号线)已于2011年世界大运会前全部建成通车。

近期规划重点是在一、二期工程基础上,提出轨道近期(2011年至2020年)建设方案,共8条轨道线路,总长约245.4公里。

近期线网中地铁11号线属于快线系列,11号线起于福田中心区福田枢纽,沿深南大道、滨海大道、桂庙街、创业路、机场(新建T3)航站楼、宝安大道至松岗。线路全长约52km,设17座站,平均站间距3.2km,地下线占76%,高架线占24%。福田至机场约30km,站间距约3.9km。最小曲线半径一般不小于800m,局部地段为600m,全线线路平面及纵断面线形条件良好,适应选择较高标准的速度目标值。

1.2 深圳轨道交通11号线规划功能分析

根据最初规划,深圳地铁11号线赋予了以下五种功能:(1)城际线功能:快速联系深圳、东莞至广州沿线中心城市及主要城镇的城际客运功能;要求快速、舒适度较高。(2)深圳西部快线功能:承担市中心区与西部滨海地区的快速联系功能;要求覆盖面大、高频率和适当舒适度。(3)深圳机场快线功能:承担深圳、东莞至机场的轨道快线功能;要求可靠、快速和高舒适度。(4)港深机场联络线功能:香港机场和深圳机场轨道连接功能;要求可靠、快速和高舒适度(两线在深圳共轨)。(5)港深西部过境轨道功能:提供深圳和香港西部轨道过境功能。要求高频率和适当舒适度(两线在深圳共轨)。

由于与穗莞深城际线、港深机场联络线存在建设管理主体、投资主体、建设标准、客流性质及需求、票制票价、建设时序都有较大不同,同时港深机场联络线还存在口岸等诸多管理问题,因此三条线在深圳境内共线实现五种功能的规划过于理想,很难操作,经过长达两年多时间的国内外考察调研、反复研究,最终提出三线分建的方案,并得到政府、业主和专家认可。以下将详细论述。

1.3 轨道交通11号线客流预测量

根据深圳市轨道交通近期建设规划,客流预测相关资料如下。

初近远期全日客流量分别为:45.8、74.4、110.9万人次/日,高峰小时断面客流量分别为:1.86、3.07、4.21万人次/小时,客流强度分别为:0.91、1.47、2.20万人次/公里·日。

各种功能高峰小时断面客流量从大到小排序如下。

城市组团客流为1.8～2.2;港深过境客流为1.2～1.7;城际客流为0.6～1;深港机场客流为0.2～0.3;机场快线客流为0.15～0.2(单位均为万人次/小时)。

2 重大技术方案研究思路

由于本线需满足五种功能,在目前,经查证国内外前所未有,难度无法想象。通过对每种功能的客流特征进行分析,并根据城市轨道交通线路目前系统所能满足的最大能力分析,暂按30对进行计算,每种功能平均分配仅分配6对,这样就不能很好满足每种功能之需求。同时多种功能的列车在一条线上运营,管理难度非常大,对可靠性、安全性、舒适度、发车频率、经济性等都不能很好满足,因此,需要认真研究五种功能的线路是否有必要共线。

另外,由于本线要实现多种功能,则线路需跨行政区域延伸(香港、东莞、广州),本线的制式选择和标准如何选择,才能满足本线众多功能。以及建设管理、运营管理、筹资方案、头等舱问题、票制问题、口岸及行李托运问题等均需研究,寻求较适当的方式解决以上难题。

3 重大技术方案研究

3.1 共线或分线研究

从上述各种线路功能和客流分析,可看出,要在一条线路上把不同客流需求、不同舒适度、不同发车频率以及不同管辖区域的线路全部共线异常难。经过共线方案的认真研究,发现存在以下主要问题。

第4篇：交通仿真技术范文

关键词：轨道交通虚拟仿真

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

实训是高等职业教育教学活动中最重要的教学环节，对于培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力至关重要，当前，由于学生数量和实训任务量的不断增大，很多院校的实训投入远远不能满足要求。虚拟实训技术可以很好解决这个问题，它具有如下特点：（1）虚拟构建实训环境方便、易用，降低了教育成本；（2）教学效果明显；（3）可构建在校园内无法建设的实训室；（4）可实现情境式教学、互动式教学、发现式教学和协同工作式教学；（5）虚拟实训让学生学习与就业市场结合更为紧密。

利用虚拟现实技术进行城市地面轨道结构施工技术的虚拟实训开发研究，由于其“设备”与“部件”是虚拟的，可以根据需要生成新的设备，最大程度降低购置昂贵的轨道交通实训设备、设施。教学内容也可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的交互性，使学生沉浸在“真实的”虚拟环境中，与虚拟环境进行各种交互作用，从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性认识，从而可以深化概念，萌发新意，产生认识上飞跃。这有利于学生的技能训练，学生可以反复练习、认知轨道结构地面施工工艺，直至掌握地面轨道结构施工专业知识和施工工序为止。可以大大节省实训的资金与培训教师人员的投入，解决实训投入大、场地有限等不利因素。

2 虚拟开发流程

2.1虚拟开发工具

2.1.1 Cinema 4D

Cinema 4D 包含建模、动画、渲染、角色、粒子等模块，可以说它提供了一个完整的3D创作平台，是一款功能强大的三维图像设计工具。Cinema 4D 所拥有强大的3D 建模功能，软件运行稳定，具有良好兼容性，无论是初学者还是高手都适合使用。Cinema 4D 还包含一个完整的修补时间线、增强造型功能，另外其光线系统提供50多种光线和照明模式、收音机按钮式的阴影、音量噪音，增强的预览能力。Cinema 4D支持多重处理、整批成像和可输出Alpha通道，还支持超过十多种输出档案格式种外部格式如 DXF、VRML、Lightwave 和 3D Studio 的格式。

2.1.2 Unity 3D

Unity是一个游戏引擎，可以作为轻松创作的多平台的动画开发工具，主要特点就是，相对开发简单，易上手；开发周期相对较短、生成效果好。Unity3D的特性包括整合的编辑器、跨平台、地形编辑、着色器，脚本，网络，物理，版本控制等特性。Unity 3支持在一个统一的编辑器中创建项目，可以方便完成类似游戏场景的特效，本虚拟开发研究利用Unity 3D软件实现3D模型的导入，编辑场景动画，模拟机械设备、操作员等。

2.1.3 Java 3D

Java 3D是Java语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程接口（API），它在OpenGL基础上发展而来的。利用Java 3D提供的API，可以编写出基于网页的三维动画、各种计算机辅助教学软件和三维游戏等等。Java3D对场景有很强的动态控制能力，易于同模型数据库集成，便于在网络上传输和屏幕上浏览。利用Java 3D编写的程序，只需要编程人员调用这些API进行编程，而客户端只需要使用标准的Java虚拟机就可以浏览，因此具有不需要安装插件的优点。在本虚拟开发过程中需要的3D模型（轨道结构构件、地面轨道施工工艺等）首先用Cinema 4D来构建，然后将它们导出为F不行文件，将所有的3D模型通过导入器导入后，通过Java3D技术对其进行可视化的操作。

2.2虚拟开发流程

在城市地面轨道结构施工技术的虚拟实训开发研究中，采用三维建模软件Cinema 4D，将轨道结构构件建立虚拟模型，按FBX格式保存，通过uvw贴图手段对模型进行渲染；经过修饰渲染的模型通过导入Unity3D，进行场景的虚拟。利用Java 3D软件编制对虚拟设备、操作员的控制，编译生成可执行性文件。虚拟开发模块如图1所示：

图1：轨道交通工程仿真虚拟开发模块

3程序实现功能

虚拟实训项目开发的优劣主要体现在对真实实训场景的再现和对真实实训的加强和补充。学生参与实验的目不仅仅是对实验设备操作的熟悉掌握，同时也可以加强结构或构件的各类性能的感知。这就要求虚拟实不仅要满足虚拟现实的特征要求，同时也要反映现实工艺的工序和技术要求。

在轨道结构模块中，虚拟现实程序功能主要是实现建立虚拟构件模型，响应用户的操作，对轨道结构(钢轨、轨枕、道床、道岔等)进行实时的三维显示，同时对结构主要参数或技术要点配以文字介绍。

对城市轨道各构件的虚拟开发主要包括钢轨、轨枕、扣件、道岔、道床的三维可交互式虚拟，以及可以人机互动的地面轨道结构施工技术的虚拟开发，如图2、3所示。

图2：轨道构件－钢轨虚拟效果图 图3：地面轨道施工技术的虚拟效果图

4 结论

VR技术是三维技术领域的重要发展方向，随着技术的发展，VR技术优越的实时性、强大的交互性、超强的沉浸感都可以逼真反应现实事物。城市轨道交通专业可以通过虚拟技术将学生实训带入课题，即满足高校教学需求，同时节省经费、可重复使用，甚至根据需要继续开发、扩展功能等，VR技术是解决高校实训难题的很好解决方案。基于VR技术的工程实训项目开发具有很好经济性，必将在更广泛领域得到应用。

参考文献：

[1]金勇进,吴产乐. 3D网络虚拟实验开发中基于组件的模型处理与交互方法[J]. 武汉大学学报(理学版),2010,56(4):473-477.

[2] 汪德江，叶志明. 结构工程虚拟实验室的开发探索[J]. 力学与实践,2004,26:78-79.

[3] 魏英洪. 虚拟现实技术在城市轨道交通设计中的应用[J]. 图像图形技术研究与应用,2010:285-290.

[4] 周琴，夏志婕. 虚拟技术开发及虚拟校园的建立[J]. 科技信息,2011（3）:26-27.

第5篇：交通仿真技术范文

关键词： 数控教学 模拟仿真系统 教学案例

1.教学背景

高职教育所要培养的是有理论、有技能的高素质复合型人才，这就要求在有限的条件下把理论知识与实际联系起来，为此在教学中应用各种模拟仿真系统辅助教学已经是普遍现象。在强大的就业压力下，为了让学生顺利就业，就必须培养他们的实践能力。在坚实的理论基础上，利用数控模拟仿真系统进行实践操作，可以有效提升学生的实际操作能力，使学生达到用人单位的现实要求，因此，利用仿真系统进行数控模拟操作就成为本门课程的一项重点内容。

2.教学内容分析

本节课的教学内容为外圆车刀对刀模拟操作，该部分内容是依据学校的课程标准，结合该课程的教学大纲，为最终完成中等复杂零件的外轮廓车削加工而选择的内容。结合加工实际，只有完美地完成对刀操作，才有可能完成车削任务，所以该内容是车削部分的重中之重，而其本身的教学难点就在于对刀操作正确步骤的掌握和对刀细节的处理（包括进退刀路线，数值的输入计算等）。

3.教学目标设计

数控课程是一门专业基础课，其最终课程目标是培养数控专业人才，而本次教学内容恰恰是教授满足数控岗位群的专业知识和技能，要求学生在老师课堂的详细讲解和演示操作引领下，结合教师的启发式提问，不断深入思考，掌握知识点内涵，通过依靠数控模拟系统建立起来的虚拟工作环境实际动手操作，完成最终的对刀训练，从而真正掌握这一技能。在学习过程中，不断激发学生的学习兴趣和积极性，通过让学生自己解决问题来树立他们的自信心，并利用小组讨论模式，培养学生协同工作的能力。为将来投身数控行业，成为技术型人才打下坚实基础。

4.学生情况分析

高职教育所面对的学生群体有其一定的特殊性。首先该学生群体入校成绩普遍较低，难免有自卑心理，对学习没有信心。其次，多数人自我意识强烈，不愿意与他人交流，缺乏协同合作的精神。最后，该群体学生离不开网络，能够从网上获得大量的信息，却不愿意深入学习和借鉴，学习能力相对薄弱，也缺少对知识点的有效认知，理解能力亟待提高。本此课的内容相对较简单，没有过多的知识点需要深入理解，更多是需要记忆和对细节内容的有效把握，对大部分同学来讲是没有多大难度的，同时有模拟仿真系统的虚拟环境辅助，一定能激发起学生的学习兴趣，只是在协同互动上会有些问题，需要教师适时引导。

5.案例呈现

5.1情景设计

教师：到目前为止，我们已经初步学习了数控车床外轮廓的编程，可如何利用程序加工出正确的零件呢？

观看视频：车削轴类零件过程演示。（学生很有兴趣地观看）

视频结束后，引入本次课的学习任务。鼓励同学们完成模拟对刀，掌握技巧，并能用所学习的指令编制程序检验结果是否正确。

5.2任务演示

教师：下面就由我来演示外圆车刀对刀方法。希望同学们认真观察。

5.2.1对刀前准备：选择一个毛坯件（Φ50mm*200mm），选择外圆车刀（前角95度刀片）。机床启动后，一定要回原点。

5.2.2Z向对刀：

5.2.3X向对刀：

5.3学生在老师指导下尝试实践

同学们以三人为一组，先个人实践，有问题讨论解决，学生之间相互交流，相互学习，互帮互助，团结合作，有处理不了的问题就报告老师，由老师加以指导，若是普遍存在的问题，再统一加以强调和解决。

5.4对刀结果判定

采用分析提点法来引导学生编写程序，验证对刀结果是否正确。

经过最终的程序验证，得出了正确结果：

5.5学习评估，总结提高

在训练中，同学们敢于发言，相互启发，互相讨论，学习，在集体的思维中得到发展，每一位同学都在学习的过程中分享到了成功的喜悦，更能使同学们养成注重细节的好习惯，有利于同学们的成长。

6.学习效果评价设计

本次课的评价采用以过程性评价为主，结论性评价为次，以学生互评为辅的三级评价机制，三者比例为6∶3∶1。首先在整个课堂教学过程中就开始观察每个学生的具体表现，对于课堂表现好，能自己解决实际问题的同学给予较高评价；其次要突出实操结果的重要性，对掌握较慢，问题较多，但能完成最终结果的学生也给予较高评价；最后一部分就要突出学生间的相互评价，由学生通过自己的观察来给队友打分，对队中表现优异者适当提高评价等级。通过这种评价方式，可以较好地提高学生们的学习积极性，有利于帮带后进生，增强他们的学习自信心，同时，也有助于培养学生的观察能力，培养他们的合作精神，为今后的工作打下一定的基础。

7.教学反思

本节课主要采用演示讲解法，以数控模拟仿真对刀这一任务为核心，结合数控实际加工，来训练学生的实操能力，从提出时实践任务――演示操作讲解要点――学生自我练习――学生提出问题，指导讲解，既满足了教学要求，又充分体现了学生的自主性，使整个的教学过程一气呵成。

在教学的过程中尽量模拟实际的操作面板，提供真实的操作环境。并把自身的角色转变成为学生学习的促进者、领航员和协调者，并充分考虑学生的实际情况，设置两级任务，激发了学生的创造性和进取心。在本次课中，学生的表现十分优秀，在听讲时细致认真，记录要点及关键点；在自我练习时，团队合作密切，讨论积极，互相帮助，通过主动解决问题来完成任务，进而达到自身对知识的意义建构。

本次课的不足之处包括：首先，在于学生自我实践这一环节，在这一环节上教师的指导能力稍显不足，由于学生的问题较多，没有足够的能力对每一小组进行过程性评价，也就没有办法充分调动每一个学生的求知积极性。其次，在教学过程的安排上有些急躁，部分学生感觉一次讲解的内容较多，没有办法完全吸收消化，以后要注意这些问题，以期达到更好的教学效果。最后，在教学过程中，未能充分发挥小组的作用，对课堂秩序的控制稍显不足，给人以“乱”象，在今后的教学过程中要针对这些问题，不断探索解决方案，完善教学设计，提高教学水平，成为更加优秀的专业课教师。

参考文献：

[1]刘才志.数控仿真软件在教学中的应用之思考[J].湖南工业职业技术学院学报，2008（2）.

第6篇：交通仿真技术范文

关键词：3D数字仿真技术；城市服务；应用

1 概述

3D数字仿真技术主要是通过计算机技术，为用户创造一个逼真的虚拟环境，既可以是对现实环境的虚拟，也可以是对一些想象的物体的虚拟。目前在城市建设以及工业产品等领域中的发展比较广泛。本文主要通过分析3D数字仿真技术的发展情况，探讨其在当前的城市服务中的应用情况。

2 3D数字仿真技术概述

2.1 3D数字仿真技术概念及特点

3D（三维）数字仿真，一般也称虚拟仿真，主要是通过计算机技术生成一个无限逼近现实的虚拟环境，该环境中存在视、听、触、味等多种感知，用户则通过各种传感器设备接收自身自然反应的行为、活动，从而实现与虚拟世界中的个体产生联系的一种技术。

3D数字仿真技术一般具备三个特点：（1）沉浸感。由于3D数字仿真技术创造出了一个虚拟的现实世界，单从视觉效果上来看，用户很容易产生一种置身于这种虚拟环境的感受。（2）多感知性。虽然目前的3D数字仿真技术能够实现的感知只有视觉、听觉发展的比较成熟。但是理想状态下，3D数字仿真技术还应该具备味觉、嗅觉以及触觉等在现实生活中存在的多种人类感知行为，为人类营造一个真正逼近现实的虚拟环境。（3）交互性。所谓交互性是指用户可与虚拟环境中的实体进行交流、操作等行为，而且通过这些行为可以得到实时的反馈。

2.2 3D数字仿真技术发展

进入21世纪以来，随着计算机技术的大量普及，3D数字仿真技术也随之进入了快速的发展时期。而美国作为该技术的发源地，目前在该技术领域依然处于世界领先地位，于2007年率先提出六方沉浸体验虚拟现实系统，并期望达到1亿像素的显示效果。然而目前最大的虚拟现实系统中能够提供的像素仅为4300万，且只有五方沉浸体验效果。因此，这项技术被美国业界认为是下一世纪重要竞争技术，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有对应的大型研发中心。我国虽然起步较晚，但是许多高校、企业也都在积极研制3D数字仿真技术，目前也都取得了十分显著的进步。

3 3D数字仿真技术提供的城市服务探究

3.1 城市建设领域

随着房地产行业的竞争越来越激烈，房地产厂商主要宣传的要点包括：地理位置、社区规划、户型设计等。然而目前对于户型的空间设计等方面发展已经很难再有革命性的突破，一些厂商的宣传手段还仅限于条幅、实物模型等。但是随着社会的发展，人们希望能够更加直观、快捷、方便地看到整个楼盘的详细信息。传统的手段是无法满足这些需求的，而3D数字仿真技术，这一专注于营造仿真环境的技术就得到了广泛的应用。房地产厂商通过制作一些建筑动画，直观地展现小区虚拟场景、楼盘样式、以及三维虚拟样板房等。通过使用这些3D动画作为宣传手段，能够让居民非常直观的体验、感受到住房的样子，因此取得了非常好的宣传效果。

3.2 工业领域

现如今，随着经济的快速发展，人们的生活也因为各种工业产品的快速发展而变得非常方便。像汽车、医疗器械等一些与人们生活息息相关的工业产品，一般在最终上市之前都会进行严格的检验。之前由于技术水平有限，只有等到产品研发出来之后才能进行相关的检验，一旦产品出现问题势必造成大量资源的浪费。

随着3D数字仿真技术的产生，技术人员可将设计出来的产品进行虚拟实验，既可以将设计出来的产品整体、空间构造都非常详细地展现出来，而且还可以通过虚拟现实技术，在虚拟的环境中对，对这些产品进行安全、事故模拟实验。像汽车行业，一般会利用3D数字仿真技术进行车辆撞击事故模拟；在煤矿产业，一般利用3D数字仿真技术进行安全生产实验，确定最终的安全挖掘方案等。

3.3 事故模拟

传统的事故分析都是通过事故现场照片或者是现场遗留下来痕迹等来进行相P的判断，但是这种缺乏动态模拟过程的分析方式缺乏直观性。而事故一旦发生，通常会伴随着赔偿、处罚等后续事件，如果能够完全还原当时的情景，有助于相关负责人十分方便、快捷、准确的处理相关事故。目前已经开展的研究内容包括：桥梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤矿事故分析等。其中交通事故分析发展相对的较为成熟，而且现在已经有很多交通管理部门引进这些技术，对交通事故进行模拟还原，从而对发生当事人进行相关责任判断。

3.4 施工演示

目前国家各项基础设施建设正在如火如荼的进行中，面对这些大型的工程项目，以前只能通过工程图纸或简单的模型等形式进行展示。对于缺乏足够的空间想象能力或者项目新手来说，很难去想象到整个工程中每个实物的具体样式，而3D数字仿真技术大到整体效果，小到部件的构造等，可以非常逼真的展示工程项目实景。不仅方便进行施工演示，而且在进行工程汇报时，也可以非常具体的展示当前的具体施工状况，以及与完整项目之间的差距等。

4 结束语

3D数字仿真技术，随着计算机技术的快速发展，正处在高速发展的阶段，而且正在以其独特的方式改善人们的生活、学习和工作方式。除上述提到的一些应用领域之外，3D数字仿真技术还有许多其它的应用领域，而且随着5D时代的到来，还会产生更多的现在还无法想象的应用领域。但同时还应该意识到，由于一些技术难点，比如说在虚拟空间中实现嗅觉、味觉等技术，目前还没有攻克，3D数字仿真技术未来的发展道路还有很长。

参考文献

[1]张晶.浅谈三维动画的应用领域[J].山东工业技术，2013（11）：151.

[2]周飞，孙超.论三维动画在产品设计中的运用和价值[J].艺术科技，2013（05）：179.

第7篇：交通仿真技术范文

关键词：自动控制理论 模拟仿真技术 电气工程 实时监控

中图分类号：TP13-4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-00-01

社会的进步科技的发展带动了自动化技术逐渐取代手工技术，当前工业社会生产活动中自动化技术已经大规模普及推广开来，而且自动化程度不断加深。随之自动控制理论随着数学、计算机等多学科的发展也取得很大的进步，并逐渐由传统的经典控制理论向现代控制理论发展，现代控制理论在精准度和过程控制方面的优势也使得电气自动化技术其过程更加复杂化，在自动化产品设计进入实际工程前要进行一系列的模拟仿真，以确保能够世纪工程需要。

1 电气自动化和仿真技术

1.1 电气自动化的发展和特点

电气自动化作为电气信息方向的一门新学科，因为和人们生产生活密切相关而迅速发展。经过长时期的发展，如今电气自动化已经作为高新技术产业的重要部分而发展较为成熟。电气自动化从一个电气开关开始到整个电气系统的控制部分都有其分布组成。它包括了对开关信号进行控制，对工程目的进行分析，对系统中各设备进行信息交流，对系统中反馈的信息做汇总并按人们预期设定的程序步骤进行智能化的逻辑分析并准确快速做出动作反映，已达到脱离人工而能自动运行的目的。如今，电气自动化技术广泛的应用于工业、农业、军事和交通运输中。在电气自动化中，控制理论是其重要的基础内容。自20世纪四五十年代开始，控制理论一直在不断的发展。经典控制理论的出现标志着控制理论的形成，自动化技术开始得以普及推广。之后随着各种自然学科和计算机技术的迅猛发展，在20世纪五六十年代依托于数列和计算机技术的状态空间法的出现标志着现代控制理论的形成。经典控制理论计算简单便于分析，能够很好的解决单变量定常系统的设计应用。而随着工业进程的发展，人们对自动化程度提出了更高的要求，工业中有关多变量系统的分析设计已经不能再用经典控制理论，现代控制理论的出现解决了这个问题，使得电气自动化技术向着系统更加复杂，控制更加精准的方向发展。

1.2 自动化中的仿真技术

随着工业进程的加快，工业工厂、交通管理、军事国防在进行自动化程度加深的同时也要求对控制过程进行实时监控或着远程监控。仿真技术是自动化控制过程中不可分割的一部分。它通过力控软件将可编程逻辑控制器（PLC）中采集的现场实时数据反映到人际交换界面上来，并用仿真模拟图像对生产过程进行监控。模拟仿真技术也可以在自动化设备投入运行前进行预先模拟运行，以便检查自动控制程序是否稳定，是否满足实际生产需要。

2 仿真技术在电气自动化中的应用

2.1 仿真技术在自动化钢铁厂中的应用

在大型钢铁厂中，从铁矿向高炉送料开始一直到钢铁成型，其过程大多是脱离人工的自动完成，这主要有现场的各种传感器（温度传感器、压力传感器、红外传感器、噪声传感器等），控制室的大型工控机（可编程逻辑器PLC），各种配套的逻辑开关，相关的变频器，变压器等电气设备组成。PLC作为整个自动化的核心部分，对整个自动化过程进行逻辑分析和控制，逻辑开关通过通断作为相应PLC控制动作的执行者，现场的各种传感器和行程开关作为信息来源，将现场的各种实时数据信息传输给PLC，相关电气设备作为运行的支持。在中央控制室中，通过人机交换界面可以将PLC中汇总的各种实时数据反馈到显示屏上，通过这些配套的力控软件可以以图像的形式对钢铁厂的各个生产车间和每个生产过程进程数据进行仿真，并可以在显示屏幕上直接对各个生产过程进行手动控制操作。也可将其上传至网络进行远程协助操作和监控。

2.2 仿真技术在大型汽车组装厂的应用

在大型汽车生产厂，各种零部件的组装是汽车生产厂商所进行的主要活动，一辆车往往需要上万个零部件，而不同的车型需要不同的零部件，即便是同一辆车型的不同配置也需要不同的零部件，如何在最短的时间内组装出最多的车而且正确无误一直生产厂商所关注的问题。电气自动化技术的出现很好的解决了这项问题，并大大提高了汽车的组装速度。在汽车总装车间，各种细小繁多的零件需要按不同的车型组装到一起，由于汽车厂商往往是根据客户的订单需求，同一批次的车型中往往是不同的配置同时进行，这就使现场的操作工单靠脑力无法按时保质保量的完成任务。通过自动控制技术和仿真技术可以有效的解决这个问题。在将汽车组装进行几个部分的分割之后，在各个部分上安装可编程控制器（PLC）作为自动控制器，并安装显示屏作为仿真显示器，将各部分的PLC通过工业以太网连接在CCR（中央控制室）的服务器上，通过IPMS系统通过前端的仿真控制端将各种车型数据导入服务器中，服务器再降不同的配置信息分配到相应的现场PLC中，PLC可以根据不同车型的配置信息将所需的零部件现实到屏幕上，或者制作零部件架并在加上安装拨码灯，使PLC直接控制对应零件拨码灯的亮灭，这样可以是操作工很快捷准确的选取各种零部件，减少了工作强度，增加工作效率。

3 结语

电气工程及其自动化的发展使得我国各行业的自动化进程不断加快，仿真技术作为自动化控制系统中的组成部分，能够很形象的反映出设备实时运行的情况，方便监控与管理。目前可编程控制器（PLC）作为行业经常采用的生产控制设备，与之相应的力控软件能够很好的模拟仿真系统的运行状况，他们已经被越来越广泛运用到社会的各行各业。

参考文献

[1] 肖金凤，朱荣辉，盛义发.电气工程及其自动化专业电机学教学改革研究[J].电力系统及其自动化学报，2003（6）.

[2] 王云岭，高建树.仿真技术在课堂教学中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2004（2）.

[3] 杨敏南.中国自动化学会“系统仿真”79年学术交流会在烟台召开[J].冶金自动化，1980（2）.

第8篇：交通仿真技术范文

    【论文摘要将虚拟仿真技术引进教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和心得。

    1.引言

    自 20世纪 9O年代以来,以计算机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现,并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段,虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击,并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明,虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验,探索在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和心得。

    2.虚拟仿真技术简介

    虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。

    2.1虚拟现实技术

    虚拟现实技术就是利用三维建模技术,构建一个和现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景,并能响应用户的输进,根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 天生技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真,也称为视景仿真,它主要用于产品设计和展示、贸易广告、游戏设计等。

    在航空电子装备教学中,大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ,传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代,因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ,传统教学方法 已远远不能满足要求 ,而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。

    目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发,主流平台Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虚拟现实数据库 OPENFLIGHT已经成为 了产业标准 ,在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作为视景仿 真开发的技术平台 ,解决物理模型的创建、场景显示等新题目。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 .同时采用嵌进 OPENGL技术来解决物理模型 的交互新题目。

    2.2系统仿真技术

    系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 .它通过建立实际系统 的数学模 型 ,利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、探究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真,也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要产业部分,并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。 在航空电子装备教学中,对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述,配合一些静态的图形帮助学员理解 .教学效果主要依靠于教员的授课水平和技巧 。近年来.我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中,根据被仿真装备的工作原理,建立系统的数学模型,并根据装备的不同工作状态,对模型进行动态运行.结合虚拟现实技术实现的逼真场景.较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用.也可供学员自学,并达到了较好的教学效果。

    目前,有很多成熟的系统仿真开发平台软件.如 Simulink、SystemView等,这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎.但价格较为昂贵,且大多未提供对外的仿真数据接口.仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。

    3.虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤

    3.1建立仿真模型

    这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ,也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立,主要依据装备本身的物理状态,其原则就是在尽量减小面数的同时进步逼真度。对系统数学模型的建立,则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化,本着够用为度的原则 ,以尽量减小运算量。建立数学模型时 ,还应考虑到系统运行时的参数调整。

    3.2创建仿真装备的虚拟场景并驱动

    对于虚拟场景的驱动,根据使用方式的不同采用了不同的方式假如进行的仅是装备外观、结构的展示,可使用EON进行动作的编辑和驱动;假如需要对装备进行虚拟操纵仿真,则使用 GLStudio软件先进行操纵面板、虚拟仪表的编辑和制作,然后再利用 Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操纵。

    3.3系统集成

    系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起,使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件,因此,系统集成变得十分方便。编写程序时,只需考虑软件功能的布置,注重程序间的兼容性即可。

    系统集成时,还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来,即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台,和视景仿真处于不同的系统进程中.因此这种驱动是通过两进程间的实时通讯来完成的。这里还需要考虑进程间的同步新题目。

第9篇：交通仿真技术范文

【关键词】 仿真技术 高技术 产业化 知识经济

引言

尽管仿真技术已经很快发展,但在若干问题上仍然存在不同的见解。

比如,有人说仿真技术是要花费很多钱,所以它的成果只是荣誉性的。这种看法与当今把每台核电站仿真机以1000多万美金,飞机仿真机以1500~2000万美金的价格从美国、加拿大引进到中国的现实相矛盾,也具体说明了仿真技术的成果仍然形成了一个高价位的高科技产品和产业。

又如,有人说在市场经济的环境里,仿真技术的产值搞不大,相关的市场在萎缩;也有人认为仿真技术是21世纪战略性技术,仿真技术肯定会大发展。

当前,一场以高技术为中心的新的科技革命正在蓬勃发展,对整个社会经济发展将产生重大影响。世界的经济向知识(智力)经济过渡,信息技术迅猛发展与知识经济来临之际,对仿真技术将有什么作用,仿真技术将会有什么地位,如何迎接机遇,都应尽快考虑,这是业界的大事。

鉴于上述,作者经过几年的反复观察、研究、分析和思考写下本文。

1. 从仿真技术定义变化中考查

自从仿真概念出现以来,仿真的定义随着技术和应用的发展不断深化。

比如,牛津英文字典中初期的仿真定义是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后来变为:"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,国内在《火炬计划基本概念及相关名词术语解释》中,对仿真技术作了很详细的定义,见参考文献[7]。关于仿真技术的定义,到目前为止,就很难用简单的语言描述。国内外学者从不同角度作了描述,可归纳如下几点:

仿真技术是出自对系统的研究,是通过用系统模型对真实系统或设计中的系统进行试验,以达到分析、研究和设计该系统的目的;

仿真技术是以计算机为基础,计算机能力提高了,仿真技术水平也提高,使之有能力去描述更复杂的系统;

仿真技术随需求发展,提出了大量共同性的理论、方法和技术问题,致使仿真逐步形成了一门独立的学科;

仿真技术已成为计算机应用的一个重要的领域;

仿真技术应用范围十分广泛,无孔不入的一门综合性学科,已广泛应用于航空、航天、通信、船舶、交通运输、军事、化工、生物 、医学、社会经济系统等自然科学与社会科学的各个领域,其重要性已广为人知;

仿真技术用于揭示已知对象和未知对象的内在特性、分系统之间的关系和运作规律,以研究已知和预测未知;

仿真技术是高技术领域中的关键技术之一。

2. 仿真技术主要研究的内容和成果分析

2.1 仿真技术主要研究的内容

仿真技术虽是计算机应用的一个重要的领域,但也有其自身作为一门专有技术的研究内容,有问题和难点,也有发展方向和规律,形成了仿真技术的主体技术。这些技术又在广泛而丰富的需求中深化和发展。仿真技术的研究内容最少应包括总体技术、仿真支撑软件技术与工具、建模技术和应用技术,表1归纳了这些仿真技术的研究内容:

表1:仿真技术的研究内容 总体技术 ①学科的理论研究;②仿真技术的发展与开拓;③仿真技术与支撑技术的关系;④系统的分析与划分;⑤仿真技术在信息技术和产业中的地位研究;⑥大型仿真系统研究

仿真支撑软件技术与工具 ①支撑软件理论与方法;②仿真支撑软件技术;③面向对象支撑技术;④面向各项领域的共性工具软件;⑤专用的工具软件;⑥软件系统结构;⑦实时数据库

建模技术 ①仿真对象与系统分析;②建模理论与方法;③仿真算法与语言;④验证方法与标准

应用技术 ①应用领域开拓研究;②应用软件系统;③应用的相关技术;④应用系统实现方法

2.2 从仿真技术的成果分析

近几年来,国内外仿真技术领域取得了丰硕的成果,体现出重大的社会效益和经济效益。主要的成果例举如下:

2.2.1 仿真支撑系统的发展

70年代末,国际上一些国家在实现仿真技术产业化过程中,强化了仿真支持系统的概念。因此,仿真支撑系统已经不仅是仿真领域关键的技术之一,而且是"解放"仿真系统开发者和使用者的最重要手段。它不仅赋予仿真系统以生命力,同时也是实现仿真技术产业化的基础。在应用过程中,它是实现仿真目标和解决问题的概括和总结,它支撑了仿真系统的整个生命周期,包括对仿真对象分析、仿真模型的表达、仿真模型的生成和运行、仿真过程的调试和修改、实时运行、仿真数据的存储、恢复及跨平台的联合运行。因此,近几年来,国内外已经十分重视对仿真支撑系统的研究,也出现了不少成果。从科技进步角度来分析,主要表现为:

(1)开放性和构件概念,包括:构件命名服务(Component Name Services)、构 件对象服务(Component Object Services)等为构件客户服务。

(2)提供通用数据表示方法,让集成工具之间共享信息。

(3)支撑范围扩大,表示在支撑仿真应用在网络上的实现。

(4)支撑多媒体技术的应用,使仿真系统的人机界面得以改善。

2.2.2 面向对象的仿真技术

近十几年来,面向对象仿真(Object Oriented Simulation,简称OOS)研究、开 发和应用有很大的进展,在广泛的领域里,各种各样的模型是由OOS语言(或称编程工具)和开发环境中出现。由于OOS为系统建模提供了灵活的方法,它的基本

特性使之不同于传统的仿真方法,而且适用于大型的更为复杂更分散的仿真系统,以及基于网络的仿真系统。而且,支撑OOS的工具已不少实现商品化了。例如:

(1)由于国际间多国合作的出现,对共享仿真环境的需求扩大,网络仿真技术被用在基于共享的仿真环境,如虚拟工厂教学系统,它允许学生单独工作或组成虚拟的队、建造工厂、预测产品需求、计划生产、制定日程进度等

(2)面向对象仿真在处理复杂系统模型时,是一个极好的工具。将这类模型分成几个子模型,做到仿真程序结构与真实系统结构相似。如解决互相联系的异步电动机组的仿真控制问题等。

3. 仿真技术应用领域的快速扩大

近几年世界上应用仿真技术去解决科技、生产、社会各方面问题的事例层出不穷,使仿真技术的应用能力拓展,渗透性增加,无处不在,无孔不入。例举几项:

(1)仿真技术在工业系统的多种应用取得了巨大的社会和经济效益;

(2)利用仿真技术来模拟人们不断增加对海港、船舶的到达方式,海港运作方式的变化需求,用于实现海港现代化管理或新建海港选择和投资考察;

(3)应用质量工程及仿真提高巨型计算机系统的性能。性能评估在计算机的设计、开发、配置、调节中是一个重要环节,应用质量工程和仿真技术来提高巨型计算机系统性能;

(4)应用仿真技术,开展语言系统研究,取得重要成果;

(5)仿真技术在制造业中应用和发展近几年来在国内也取得很好的成果,仿真技术在制造业的应用是从产品设计到制造,以至测试维护的整个生命周期中,计算机仿真技术贯穿始终;

(6)虚拟现实技术的应用范围扩大。它在医疗领域中开始应用,虚拟教学、虚拟会议系统等取得一定效果,虚拟现实技术与娱乐的结合更有广泛市场。

4. 从软科学技术发展展望仿真技术的作为

软科学技术是为管理和决策服务的科学技术,或者可以定义为帮助人更直接、有效、全面和系统地使用迅速发展的各类科学技术知识,并进行科学管理和科学决策的科学。从软科学技术的应用性表现来说,如果说科学的研究是基础研究的话,软科学技术则是应用研究,产生的专家系统则是技术开发。

医学和工程领域管理决策的专家系统的研究成果几年后将被投入使用。例如美国许多大公司都开始用人软件,帮助做许多种经营工作。这意味着类似"仿真脑"的系列产品将要出现,仿真技术在管理和决策方面的应用将推向各个领域。在仿真各种管理与决策系统的过程中,仿真技术将快速发展,产业化的步伐将加快。

软科学技术是有前途的。在人类知识每5年翻一番的情况下,任何人如果不*电脑处理事务,也就是说不*"看不见的头",是无法妥善、有效处理的。如果说软科学技术会成为21世纪的先导和骨干高科技,推动软科学技术发展的仿真技术也是分析复杂问题,提示相互关系,仿真人脑管理和决策的骨干高科技之一。5. 仿真技术发展的特点和趋势

近几年,以计算机技术、通讯技术与传感技术为主导的信息技术的飞快发展,为仿真技术的发展进入一个崭新的环境打下了良好基础。仿真技术的发展将出现新概念、新应用和新的地位。由目前发展情况分析,有如下值得注意的特点:

(1)仿真技术是一门独立的学科,但它离不开计算机技术。只要计算机技术在飞快地发展,仿真技术就一定随之快速发展;

(2)仿真技术作为信息技术族内的成员,它不仅自身发展快,而且与信息技术各项发展结合也快,它们永远面对新问题、组织新技术、形成新的系统工程。因此,仿真技术是不断研究新现象、分析新规律、揭示相关系统、找出解决方法的强有力工具;

(3)在知识经济来临、知识管理的形成和发展中,仿真技术是最好的工具。它将被更多人了解和掌握。美国很多大公司开始用"人软件"代替人类做多种经营工作。预计类同"仿真脑"系列的产品将会被成批生产,用以代替人们进行管理和决策;

(4)仿真技术的应用领域越来越广,在信息技术发展中,将出现独特的地位;

(5)目前,在全世界软件产业快速进展的环境中,仿真支撑软件,各种工具软件(包括专用仿真语言),乃至于通用的应用软件、商品化的周期缩短;

(6)面向对象的技术和应用发展较快,一方面推动仿真概念变化,另一方面适应复杂、非线性应用的能力增大;

(7)由于网络技术的发展,为异地、异国应用提供了可能,将对仿真技术提出新的挑战,也推动了发展。预计仿真技术和网络技术的结合,将出现新的概念,并扩大应用范围;

(8)仿真技术在培训领域中已有了丰硕的成果,比如:核电站、飞机的仿真机等都是培训所必需的仿真系统产品。

6. 知识经济的特征和仿真技术的地位

人类在经历了漫长的农业经济、工业经济时代后,正迎接着知识经济时代的来临。1997年,人们第一次提出知识经济的概念,大家认为它是建筑在知识和信息基础上的经济;以知识和信息的生产、分配和使用为直接依据的经济;知识是提高生产率和实现经济增长的驱动器。国内外学者对此也有各种说法。如:知识经济是以智力资源的占有、配置,以科学技术为主的知识生产、分配和使用为最重要因素的经济。又如:知识经济所要表述的是一种新的复杂的经济状态,它是指以现代科学技术为核心,建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济。它有丰富的内涵和明显的特征。只有通过对其内涵和特征的分析并与仿真技术及其应用、产业化社会效益、经济效益比较,才能充分看到仿真技术在知识经济环境中的地位。

(1) 知识经济特征与仿真技术特点的切合。

(2) 仿真技术是推动知识经济发展的关键技术。

(3) 仿真技术及其应用,形成知识产品和服务,以及产业化的效益推动知识经济的增长。

7. 结论

通过考察和分析,我们看到知识经济时代的来临给仿真业界带来了新的挑战和机遇,仿真技术将因自身的特点而在知识经济环境中快速发展,反之也推动知识经济的发展。仿真技术与软科学及其它相关技术的结合将加快高附加值产品的产业化进程,给整个社会带来新的经济增长点,仿真技术大有可为。

参考文献

[1] 游景玉,实时仿真技术及其应用,珠海出版社,1997年

[2] 游景玉,论文"论仿真技术及其产业化", 珠海出版社,1999年

[3] 游景玉 吴芳辉,论文"仿真支撑系统技术的研究与发展",珠海出版社,1999年

[4] 游景玉 吴芳辉,论文"新世纪仿真技术展望", 珠海出版社,1999年

[5] 游景玉,论文"论仿真技术在高技术发展中的地位", 珠海出版社,1999年