重載鐵路貨車(chē)在線監(jiān)測(cè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)研究

姜巖

摘 要 我國(guó)鐵路朝著高速和重載的方向發(fā)展，鐵路貨車(chē)運(yùn)行過(guò)程中要注意安全問(wèn)題，尤其是重載鐵路貨車(chē)的運(yùn)行問(wèn)題要格外重視，建立貨車(chē)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要。建立在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以獲得鐵路貨車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而掌握貨車(chē)車(chē)輛的運(yùn)行狀況。重載鐵路貨車(chē)在線監(jiān)測(cè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的建立對(duì)于檢測(cè)鐵路貨車(chē)運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義，鐵路貨車(chē)對(duì)于無(wú)線監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，通過(guò)建立智能化及數(shù)控反饋系統(tǒng)，收集貨車(chē)運(yùn)行信息和數(shù)據(jù)，在具體教學(xué)中，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路貨車(chē)運(yùn)行的在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而為鐵路貨車(chē)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)和保證貨車(chē)運(yùn)輸安全提供科學(xué)的依據(jù)。本文首先對(duì)鐵路貨車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)具體的技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 重載鐵路貨車(chē);在線監(jiān)測(cè);虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

1鐵路貨車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 結(jié)構(gòu)及部件

重載鐵路貨車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的系統(tǒng)，貨車(chē)配有移動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含GSM模塊，GSM模塊可以對(duì)貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行描述，可以以二進(jìn)制編碼的形式發(fā)送車(chē)輛狀態(tài)信息。

在貨車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要以傳感器補(bǔ)貨貨車(chē)運(yùn)行信息，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包含內(nèi)置傳感器，傳感器主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)貨車(chē)運(yùn)行中的振動(dòng)情況，可以監(jiān)測(cè)貨車(chē)是否處于運(yùn)行狀態(tài)。地面?zhèn)鞲衅饕詿o(wú)線形式與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)器進(jìn)行連接。貨車(chē)上很多部位都可以安裝Vicos CTsensor傳感器，如被車(chē)門(mén)、車(chē)頂和懸吊件，利用傳感器可以檢測(cè)出車(chē)門(mén)或車(chē)頂是否被打開(kāi)或關(guān)閉。傳感器還可以測(cè)量貨車(chē)的載重量和運(yùn)行距離，且測(cè)量數(shù)據(jù)十分精準(zhǔn)，貨車(chē)運(yùn)行位置確定主要利用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，可以接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和位置信息。信息可以通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳遞，由Vicos CTcentral 服務(wù)器接收，可以存儲(chǔ)于終端數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)和信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以向車(chē)輛管理中心開(kāi)放，Vicos CTcentra監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)額和圖像，貨車(chē)掛歷和調(diào)管理和調(diào)度部門(mén)可以查詢(xún)相關(guān)的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的科學(xué)篩選。

1.2 系統(tǒng)功能

（1）功能流程

鐵路貨車(chē)通過(guò)軌枕時(shí)，傳感器會(huì)接收一些數(shù)據(jù)和信息，應(yīng)用剪力傳感器和壓力傳感器組成了軌道測(cè)試系統(tǒng)，傳感器將參數(shù)采集出來(lái)，傳感器連接接線箱與接線盒，通過(guò)信號(hào)電纜傳遞數(shù)據(jù)和信號(hào)，供電單元可以為傳感器供電，通過(guò)傳感器可以將信號(hào)放大，進(jìn)行濾波處理，信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳到采集儀。車(chē)輛調(diào)度與管理中心利用數(shù)據(jù)采集儀完成信號(hào)數(shù)據(jù)的采集，做好數(shù)據(jù)合成，保證數(shù)據(jù)通信。運(yùn)用數(shù)據(jù)通信、判軸測(cè)速計(jì)輛、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)技術(shù)等，測(cè)量車(chē)輛運(yùn)行情況，測(cè)量車(chē)輛超偏載情況，監(jiān)測(cè)貨車(chē)車(chē)輪踏面擦傷，還可以讀取車(chē)號(hào)，進(jìn)而將信息傳輸?shù)椒?wù)器，進(jìn)而綜合分析車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)[1-2]。

（2）車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)不良的監(jiān)測(cè)

鐵路貨車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要檢測(cè)貨車(chē)運(yùn)行的狀態(tài)是否正常，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警，給予調(diào)度和處理中心足夠的時(shí)間進(jìn)行處理，減少貨車(chē)脫軌的可能性，緩解車(chē)輛零部件損耗，減少對(duì)軌道的磨損。

（3）車(chē)輪踏面損傷識(shí)別

檢測(cè)系統(tǒng)還要對(duì)貨車(chē)車(chē)輪吧表面擦傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，貨車(chē)通過(guò)軌道測(cè)試平臺(tái)，作用在傳感器上力量有差異，根據(jù)力的變化可以判定車(chē)輪損傷情況和程度。

（4）車(chē)輛超偏載狀態(tài)監(jiān)測(cè)

重載車(chē)輛運(yùn)行中尤其要注意車(chē)輛超載和偏載的問(wèn)題，傳感器通過(guò)對(duì)貨車(chē)著力點(diǎn)力量情況判斷貨車(chē)是否發(fā)生超載和偏載，進(jìn)而連接報(bào)警系統(tǒng)，出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警。

2鐵路貨車(chē)監(jiān)測(cè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三維建模技術(shù)

重載鐵路貨車(chē)車(chē)輛運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)主要以三維建模技術(shù)為主要技術(shù)，運(yùn)用二維圖紙結(jié)合現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，分析貨車(chē)零部件之間的關(guān)系，利用Solid Works2012三維建模軟件將車(chē)輛結(jié)構(gòu)二維圖轉(zhuǎn)化為三維模型，對(duì)建模完成的零部件進(jìn)行裝配，獲得車(chē)輛模型。

2.2 模型環(huán)境渲染

建模后車(chē)輛模型不可直接用作交互性功能，要導(dǎo)入3ds max三維動(dòng)畫(huà)制作軟件，對(duì)三維模型進(jìn)行環(huán)境渲染。導(dǎo)入3dsmax的文件有*.stl和*.wrl兩種格式，導(dǎo)入*.stl 格式文件各零部件的格式和名稱(chēng)沒(méi)有變化。建模好的貨車(chē)裝配體模型另存為*.stl 格式，在3dsmax操作界面微貨車(chē)模型進(jìn)行材質(zhì)顏色附著，完成貨車(chē)運(yùn)行模擬仿真，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理[3]。

2.3 交互功能實(shí)現(xiàn)

在貨車(chē)運(yùn)行虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)中，貨車(chē)車(chē)輛可以完成縮放、平移和旋轉(zhuǎn)，學(xué)習(xí)人員可以從多角度查閱貨車(chē)結(jié)構(gòu)和形態(tài)。貨車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)主要針對(duì)貨車(chē)運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)測(cè)，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定進(jìn)行判定，運(yùn)用建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)貨車(chē)運(yùn)行場(chǎng)景的模擬，設(shè)置好參數(shù)，連接傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息的收集，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建模仿真系統(tǒng)的設(shè)置和操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)重載貨車(chē)運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的仿真模擬，為貨車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

2.4 仿真平臺(tái)搭建

虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的搭建是本次研究的重點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的操作，插入文本、圖像、視頻等元素，設(shè)置文本超鏈接，模塊之間建立關(guān)聯(lián)，提高平臺(tái)系統(tǒng)的交互性。貨車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)主要利用GPS技術(shù)十分位置跟蹤和記錄，在鐵路貨車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用中，要注意講解GPS技術(shù)的應(yīng)用和價(jià)值，進(jìn)而促進(jìn)新工實(shí)踐教學(xué)和技術(shù)員人員交流，從而為實(shí)際鐵路交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)提供借鑒資料[4]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，重載鐵路貨車(chē)運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)需要依賴(lài)專(zhuān)業(yè)的監(jiān)控體系，通過(guò)建立科學(xué)的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，可以提高貨車(chē)運(yùn)行教學(xué)的實(shí)效性，從而為貨車(chē)運(yùn)行管理和控制提供依據(jù)，促進(jìn)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸正剛，王潔，孫效杰，等.快捷貨車(chē)轉(zhuǎn)向架運(yùn)行安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].鐵道車(chē)輛，2015，53（12）：25-29.

[2] 劉宏友，李向偉，鄧愛(ài)建，等.C_（70E）型通用敞車(chē)模態(tài)試驗(yàn)研究[J].鐵道車(chē)輛，2015，53（12）：32-36.

[3] 唐曼.車(chē)號(hào)識(shí)別模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014， （1）：55- 57.

[4] 吳俊，姜薈增，周用貴，等.鐵路貨車(chē)超偏檢測(cè)裝置檢測(cè)適應(yīng)性試驗(yàn)報(bào)告[R]. 北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2015.