前言：中文期刊网精心挑选了分布式交互仿真技术范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
分布式交互仿真技术范文1
关键词 多媒体计算机辅助设计 土木工程 新进展
中图分类号：TP3 文献标识码：A
随着工业化的飞速发展，计算机已经成为现实生活中不可或缺的重要元素，随着计算机发展形成的多媒体计算机辅助设计是一门可以跨学科的新技术，而且在土木工程应用中有着卓越的优势，所以已经越来越多的被引入土木工程的各个领域。多媒体计算机辅助设计能够实现土木工程师和计算机的实时交互，使得工程师在进行设计时能够充分的发挥想象力，因此受到了广泛的关注。
1多媒体计算机辅助技术在土木工程教学中的应用
我们知道，在土木工程教学中，经常需要对学生讲解大量的工程问题以及施工技术，然而这些知识仅仅根据老师的口头传授根本对学生们的学习产生不了多么大的作用，上课效果一点也不令人满意，有了多媒体计算机辅助设计之后可以将课堂上要使用的各种信息有效地组织在一起，老师们可以在课堂教学中适当的引入一些比较形象的可视化的土木工程应用成果，学生们也会比较感兴趣，而且课堂上有什么不懂的也可以自己在计算机辅助设计软件上再设计一次，从而加深对课堂的理解。多媒体计算机辅助技术能够使得课堂上的土木工程设计成果更加可视化，还可以减少了老师上课讲解的时间，这样老师就有更多的时间对同学们进行切身的指导。学生们也能够应用计算机辅助设计软件来提高自己的设计能力，对自身的潜力的挖掘起着十分重要的作用，因此被广泛的的应用在了土木工程教学中。
2多媒体算计辅助设计的各个衍生学科在土木工程领域的新进展
随和计算机技术的飞速发展，各种应用也如雨后春笋般的展示在人们面前，多媒体计算机辅助设计的出现对土木工程设计领域的进展有了巨大的推动作用。以下我们就针对计算机辅助设计的各个衍生学科在土木工程领域的的应用进行详细的介绍。
2.1虚拟现实技术在土木工程领域的应用
作为多媒体计算机辅助设计的衍生学科，虚拟现实技术也得到了十分广泛的应用。虚拟现实技术能够把计算机的应用提高到一个更崭新的领域，它能够使得计算机更加人性化，使得人们不需要在进行复杂的计算机操作就能够得到想要的效果。在土木工程领域中，虚拟现实技术能够切实的解决很多问题，在进行土木工程设计时可以为人们提供多维信息感知模型，可以使得设计方案更加生动形象，并且还能够进行虚拟性能测试，能够更好地向土木工程师展示设计的优缺点，从而进行下一步的改善，使得设计更加满足人们的需求。
2.2分布式多媒体协同技术在土木工程领域的应用
分布式多媒体协同技术能够使得多个用户在同一个虚拟环境中进行各类交互式仿真，它可以完美的将各种多媒体信息整合在一起，而且可以实现实时的人机交互要求，能够利用计算机实现多个工作任务同时完成，因此完全满足了现代工程建设的需要。土木工程中的设计和建设工作需要实现实时的交互，需要进行多媒体新信息的整合，土木工程领域的在从需求到实现的工作中都对分布式多媒体协同设计有极大的需求。
2.3多媒体仿真技术在土木工程领域的应用
信息处理技术和计算技术的发展使得多媒体仿真技术应用而生。随着计算机技术的日益成熟，多媒体仿真技术已经越来越先进，已经产生了功能强大的仿真软件，这些仿真软件的可靠性也越来越高，工程评估的能力也越来越强大，有的甚至可以实现实时的交互功能。土木工程设计工作是一项比较复杂的工程，需要对多种因素进行考虑，而且设计工序繁琐，各个工序之间关系也比较复杂，如果有一部分没有设计好将可能导致整个工程的失败。如果在进行设计时如果采用多媒体仿真技术可不但可以轻松实现各个功能的设计，还能够进行实时的仿真，然后根据仿真的结果再进行进一步的修改，从而使得设计更加完美，更加具有保障性。如果将虚拟现实技术应用在多媒体仿真技术中，在实现仿真模型的建立和实验模拟中我们还可以更加形象的看到可视化的设计效果，能够使得土木工程设计工作更加轻松便捷，因此在土木工程中应用的十分广泛。
多媒体计算机辅助技术主要以交互方法完成土木工程的设计工作，并且各种衍生软件还能够实现图形的编辑、修改、存储、显示，而且具备比较完善的机械标准件参数化图库供人们使用，所以得到了广泛的欢迎。
3结语
多媒体计算机辅助设计能够实现土木工程学科教学的有效化，并且各个衍生学科的发展都使得土木工程设计更加完美，更加具有保障性。虚拟现实技术使得土木工程设计更加可视化，分布式多媒体协同技术能够更进一步的满足土木工程设计的从需求到实现的工作的高效性，多媒体仿真技术轻松实现各个功能的实时仿真。总之，多媒体计算机辅助技术的出现能够促使土木工程领域有更多的新进展。
参考文献
[1] 吴炜煜，任爱珠.多媒体计算机辅助技术在土木工程领域的新进展[J].土木工程学报，2000，01：11-12.
[2] 任爱珠.土木工程计算机技术新进展及研究热点[J].土木工程学报，2011，06：53-59.
分布式交互仿真技术范文2
关键词：舰载机；自动着舰；仿真系统；HLA
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-3071-04
Design of HLA-based Automatic Carrier Landing Simulation System
LI Zhen-wei
(Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong Institute of Electro-Optics, Wuhan 430073, China)
Abstract：According to the automatic carrier landing system characteristic and high level architecture ( HLA ) principle, based on simulation support software of HLA / RTI design the automatic carrier landing simulation system, simulation model of object model template ( OMT ) and operational processes, and by means of Vega Prime to implement visual three-dimensional pictures of the real-time dynamic construct display, the system has good reusability and expansibility, can provide automatic carrier landing guidance algorithm analysis and evaluation of the platform and provide effective basis.
Key words：carrier-based aircraft; automatic landing; simulation system; HLA
舰载机在航母上着舰时，海上环境条件十分恶劣，海上缺少地标，着舰甲板尺寸小且具有多个运动自由度，因此，舰载机在航空母舰的飞行甲板上降落是最困难的任务之一，如何提高着舰精度和保证着舰的安全是着舰引导所要解决的首要问题。人工导引着舰方式的缺点是易受气象等外界因素的影响，舰载机自动着舰系统则能保证舰载机按照理想的下滑轨迹着舰，在很大程度上降低了舰载机的纵向着舰误差，提高了着舰的安全性、准确性及自动化程度。
舰载机自动着舰控制系统涉及舰机相对位置测量、航母运动参量测量与预测、飞行控制、推力控制及导引控制等环节[1]，其总体性能的实现不仅取决于相对位置与运动参量测量精度，还与各控制系统的匹配关系密切相关。利用计算机仿真技术，不仅可以尽可能早的暴露设计中的问题，还可以对不同方案的可行性进行论证评估，以确定最佳的方案策略。分布式交互仿真技术在解决具有分布式结构的复杂系统仿真方面具有极大的优势，基于面向对象思想的高层体系结构HLA（High Level Architecture）以其良好的仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性成为当今分布仿真领域的主流技术[2-3]，并广泛的应用于复杂系统的研究中。
本文根据舰载机自动着舰系统的特点以及HLA原理，分析和建立了舰载机自动着舰系统的结构模型，详细的论述了建模过程，明确了各模块之间的相互联系以及功能作用，基于HLA设计并实现了舰载机自动着舰仿真系统。
1仿真系统总体设计
1.1工作原理
当前的舰载机自动着舰引导主要有两种实现方式：雷达引导自动着舰[4-5]和基于卫星导航系统的联合精密进近与着舰系统（JPALS）[6-7]，虽然实现途径不同，但基本的工作原理及流程类似。
图1舰载机自动着舰系统工作原理框图
舰载机自动着舰系统的工作原理框图如图1所示，工作流程可简述为：测量舰载机相对于航母的位置信息，根据航母运动参量对航母运动进行短时预测，并计算理想着舰点，结合飞机运动信息，实时解算飞机尾钩与理想着舰点相对位置；根据理想着舰点位置和舰载机类型计算理想下滑轨迹；将测量得到的舰载机尾钩位置信息与理想着舰轨迹进行比较产生轨迹导引误差，轨迹导引误差形成导引指令，耦合到飞行控制系统，自动纠正舰载机轨迹偏差，控制舰载机实施完成着舰。
舰载机自动着舰仿真系统是一个相对复杂的工程仿真系统，其核心是复杂环境下舰船动力学仿真、舰载机运动模型及飞行控制仿真，并辅以舰机位置测量误差模型、可视化仿真等。为使建立的系统模型更见清晰易懂，并便于维护，采用基于HLA/RTI的并行分布式仿真框架结构作为仿真系统的基本结构。基于HLA，实现系统的分布式仿真，各成员独立完成不同的功能应用，并通过RTI实现数据的实时共享，协同工作完成仿真任务，即：首先由图形界面输入仿真运行参数、环境、舰机初始位置、速度和姿态，然后根据动力学模型、控制模型进行解算和控制，并同步进行视景实时仿真，输出着舰误差。
1.2仿真系统结构
在HLA中，用于实现某一特定功能的分布式仿真系统称为联邦（Federation），它由若干个交互作用的联邦成员组成。基于HLA，可以把一个庞大的仿真系统划分为若干个子系统，每个子系统作为一个联邦成员参与到仿真中来，在保持各自独立性的同时实现信息的有效交互。
图2仿真系统的逻辑结构图
根据舰载机自动着舰仿真系统的设计目标和功能需求，基于HLA/RTI的仿真系统的逻辑结构如图2所示。在HLA框架下，联邦各联邦成员一起通过RTI构成一个开放的分布式仿真系统，各成员的功能如下：
联邦管理成员：负责完成仿真系统的初始化，监视、控制仿真系统的运行过程。
视景仿真成员：依据接收到的初始化信息，完成航母平台、舰载机、海面环境的部署显示。根据着舰数据完成对着舰过程的跟踪显示。
航母平台成员：根据设定环境模拟平台的六自由度运动，并向舰载机成员发送运动数据；依据接收的舰机相对位置数据及平台运动数据完成舰机相对位置短时预报，生成舰载机着舰下滑轨道；依据舰载机着舰轨迹与下滑轨道的偏差，生成并向舰载机成员发送引导指令。
舰载机成员：根据初始参数生成飞行数据；依据接收的航母平台运动数据生成并向航母平台成员发送舰机相对位置数据；依据接收的引导指令改变飞行轨道。
时钟成员：使仿真过程的逻辑时间与墙钟时间同步推进，限制其他受限成员的时间推进，达到整个仿真联邦实时同步推进的目的。
由于舰载机着舰过程中的影响因素较多，对仿真系统做出如下想定：
1）航母平台根据海洋环境产生运行信息，按照设定航向、速度运动，收到舰载机数据后，进行舰机相对运动预报，生成下滑轨道，在舰载机着舰阶段计算下滑误差并生成引导指令；
2）舰载机非着舰阶段按照设定航迹运动，测量相对着舰甲板的位置，在着舰阶段根据着舰引导指令调整航迹；
3）舰机相对位置测量精度可设定；
4）舰机运动参数的交换频率可设定，对下滑控制有影响；
5）由于数据处理、舰机数据传输延迟的影响，会导致系统稳定裕度降低，要充分考虑到时间延迟的影响；
6）认为航母平台、舰载机在着舰过程中，不会发生故障。
2 OMT设计
对象模型模板（OMT）是HLA仿真模型的关键部件，包括联邦对象模型（FOM）和仿真成员对象模板（SOM），一个联邦有一个FOM，每各联邦成员都有自己的SOM。FOM中的数据主要包括联邦中的所有对象类、交互类以及描述这些类的参数或属性的说明。FOM建立了成员间实现互操作所必须的“信息模型协议”。SOM是单个仿真成员在联邦运行过程中可以提供给联邦的信息以及它需要从其他仿真成员接收的信息的规范化描述。FOM/SOM中的数据主要包括对象类及其属性、交互类及其参数以及它们本身特性的说明。
舰载机自动着舰仿真系统的对象类包括航母平台和舰载机，交互类主要包括联邦控制、舰机相对位置测量、下滑轨道生成、下滑引导、下滑控制等，其属性（参数）及公布和订购关系如表1、表2所示。
3逻辑流程设计
舰载机自动着舰仿真系统的运行流程如图3所示。
表1对象类及其属性表
表2交互类及其参数表
图3仿真系统的运行流程示意图
运行流程简述为：依据初始化信息，视景仿真成员完成航母平台、舰载机、海面环境的部署显示；航母平台成员根据设定环境模拟平台的六自由度运动，并向舰载机成员发送运动数据；舰载机成员根据初始参数生成飞行轨迹，依据接收的航母平台运动数据生成并向航母平台成员发送舰机相对位置数据；航母平台成员依据接收的舰机相对位置数据及平台运动数据完成舰机相对位置短时预报，生成舰载机着舰下滑轨道，依据舰载机着舰轨迹与下滑轨道的偏差，生成并向舰载机成员发送引导指令；舰载机成员依据接收的引导指令改变飞行轨道；视景仿真成员在着舰过程中的实现跟踪显示；联邦运行以舰载机完成着舰（依据相对位置测量数据确定）为结束标志。
4仿真效果
图4舰载机自动着舰仿真场景效果图
图4所示为舰载机自动着舰仿真场景效果图。仿真系统通过视景仿真联邦成员对对象类的定购与Vega Prime中对象实例的对应关系，Vega Prime将对应的加邦的实体对象类的作战实体加入到场景中实现视景三维画面的实时动态构建显示。Vega Prime（VP）软件在视景构建方面具有快捷逼真的优势，利于系统实现，并有助于运行效率的提高。
在实现三维场景实时仿真显示的基础上，可通过改变仿真运行参数、环境、舰机初始位置、速度、航向姿态、下滑轨道等参数，以及舰机相对位置测量、航母运动预测、航母与舰载机运动等模型，获取不同条件下的着舰误差，以验证自动着舰引导算法的有效性。
5结束语
随着舰载机自动着舰和仿真技术的发展，基于HLA的舰载机自动着舰仿真成为系统设计与关键算法验证的重要途径。该文根据舰载机自动着舰系统的特点以及HLA原理，分析和建立了舰载机自动着舰系统的结构模型，详细的论述了建模过程，明确了各模块之间的相互联系以及功能作用，基于HLA/RTI设计并实现了舰载机自动着舰仿真系统，并采用Vega Prime实现了视景三维画面的实时动态构建显示。该系统达到了预期效果，其设计思路也适用于其他仿真系统。
参考文献：
[1]吴鑫.舰载机自动着舰控制系统设计与研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2009.
[2]郭齐胜.分布交互仿真及其军事应用[M].北京:国防工业出版社,2003.
[3]贾连兴.仿真技术与软件[M].北京:国防工业出版社,2006.
[4]唐大全,毕波,王旭尚,等.自主着陆/着舰技术综述[J].中国惯性技术学报,2010,18(5):550-555.
[5]王敏,张晶,申功璋.基于甲板运动预报的自动着舰系统综合设计[J].系统仿真学报,2010,22(增刊1): 119-122.
分布式交互仿真技术范文3
关键词：仿真技术；液压挖掘机；联合仿真
液压挖掘机是一种功能典型、工况复杂、用途非常广泛的工程机械，特别是在中国这样一个发展中国家，几乎在所有的基础建设中都要用到挖掘机。节能型挖掘机就成为发展的方向和趋势，利用计算机仿真技术进行液压挖掘机的设计开发成为目前主要的先进设计手段之一。
1 计算机仿真技术产生的背景
1.1传统技术的缺陷
传统批量产品的开发过程通过单件产品的模型试验来获取信息，然后再制造物理样机来核查设计要求是否达到。要加快设计周期，满足市场需求，可以采用“并行设计”的思想，但是产品有实质性变化时设计需要反复试验和修正，影响了并行设计的效果。要有效地加快设计进程，最合理的方法是加快样机的试制。由于物理样机的试验和改进延长了设计周期，多个样机的制造更导致成本高昂，可见传统的基于物理样机的产品开发设计模式有待改进。
1.2市场竞争的需要
随着世界经济和科学技术的飞速发展，企业为了提高竞争力，必须缩短新产品研制和开发，降低产品的研发成本，进行创新性设计.计算机仿真技术就是在这种迫切需要的驱动下产生的。
1.3仿真技术实现的可能性
计算机软硬件的发展，为计算机仿真技术的实现提供了良好的支持和技术环境。仿真技术的产生和发展与CAD技术的成熟及大规模推广应用分不开。此外，机械系统动力学建模理论的计算机实现使得参数化机械系统动力学数学“软模型”得以很好实现。计算机硬件的发展，加上数值算法的进步，加快了复杂的数学模型仿真运算速度，促进了计算机可视化技术及动画显示技术的提高，为虚拟样机技术提供了良好的用户交互界面。
2 计算机仿真技术发展趋势
虽然现有的仿真工具可以有效辅助产品某个功能单元的设计开发，但随着产品规模和复杂程度的不断增长，分系统问的关系也越来越复杂。仅靠传统的单领域仿真已经很难满足对整个产品或其某个复杂子系统的功能和行为分析。目前，有不少商用仿真软件本身里边有好多模块，它既可以对一个产品进行联合仿真，同时也提供了与其他仿真软件之间的接口。通过这些接口，实现多领域建模，并提供联合仿真运行功能。
3 联合仿真技术的特点
传统的设计思想是串行的过程，从设计到产品的批量生产按照从前至后的顺序进行。在整个过程中各个小组往往把注意力集中在各自的细节上而忽略了整机性能，最终产品集成后存在冲突缺陷。
联合仿真技术采用数字仿真的形式进行虚拟产品设计开发，仿真模型的参数就是物理样机的设计参数，虚拟样机因为参数修改方便，相比物理样机而言是“软模型”，能轻易地实现原型的多样化，柔性好。无需制造实物样机就可预测产品的性能.节省了物理样机制造时间，降低了开发成本，减少了风险。
4 仿真技术与液压挖掘机开发
4.1复杂产品仿真技术研究现状
复杂产品通常涉及众多学科领域，其每个子系统都可能是由各学科领域的零部件组成。众多的子系统相互作用，组成一个有机的整体，展示出产品的外观和功能。
仿真通过对所要研究系统模型的开发，帮助人们了解系统的行为，使人们在产品设计阶段即可对产品行为进行全面的分析，并有可能根据产品行为进行优化设计。复杂产品由于自身的复杂性，开发难度大、时间长、成本高，因此要求将仿真应用于其设计中，使企业能以更短的时间、更好的质量、更低的成本推出自己的产品。在过去的10—20年内，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，仿真技术已在复杂产品设计中得到大量应用。
4.1.1系统动力学仿真现状
虚拟样机是一种新型的设计、开发和评估手段，其在工程中的应用是通过商业化软件实现的。由于系统仿真技术能够满足真实产品设计要求，通过建立机械系统的虚拟样机。使得在物理样机建造前便可分析出它们的工作性能，因而其日益受到国内外机械领域的重视。目前，国际上有20多家公司在这个日益增长的市场上竞争，比较有影响的有美国MSC.Soflware公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS等。
4.1.2液压控制系统仿真现状
从20世纪70年代初开始，国外开始进行液压系统和元件的计算机数字仿真研究，经过几十年的研究开发，液压仿真软什的性能实现了从原先的精度低、速度慢，发展到精度高、速度快：从只能处理线性系统发展到能处理非线性系统；从复杂的编程和输入发展到交互友好的图形用户界面等。随着计算机技术的发展，液压系统仿真技术得到了迅速发展，近几年来，各款老牌的液压仿真软件公司纷纷推出了面目一新的版本，例如，英国的Bathfp、瑞典的Hopsan等。
4.1.3联合仿真现状
目前。人们已经开始将机械、控制、电子和软件等多领域的联合仿真应用于汽车、铁路车辆、作战系统等复杂产品的设计中，例如：福特公司将整车多体动力学仿真和汽车姿态控制系统仿真集成，通过机械、控制的多领域联合仿真，使机械设计人员和控制系统设计人员能够更好地进行通信和协同工作，极大地缩短了产品开发时间。
虽然联合仿真已经在很多领域得到应用，但目前的应用还存在诸多局限，主要体现在：通常只能做到机械、控制和液压等少数领域的联合仿真。通常只能局限于单台计算机上集中进行，分布式协同建模和分布式仿真运行几乎不可能。
4.2仿真技术在液压挖掘机领域的应用
4.2.1国内应用现状
国内液压挖掘机行业近年来虽有很大发展，但与国外挖掘机行业发达国家相比仍存在许多不足，设计水平与发达国家相比有较大的差距。国内众多的研究人员和单位对液压挖掘机工作装置设计进行了不少研究，开发了设计软件，他们的研究基本上局限于某些问题的解决，关于工作装置设计参数分析和在CAD上其自动设计的综合研究文献还没有。因此，开发出的软件缺少通用性，不能用于挖掘机一些通用问题的解决，对液压挖掘机进行分析的大型通用软件目前市场上还很少。
4.2.2国外应用现状
仿真技术在国外工程机械的很多方面都得到应用，如车辆悬架设计、发动机设计和冲击特性预测、驾驶员行为特性仿真、挖掘功率预测及工作效率预测等多方面都成功地应用了仿真技术。
分布式交互仿真技术范文4
众所周知，现在的软件产品是从相对的稳定到动态多变，它的开发时间、质量、成本、服务、环境到知识含量等都面临着严峻的挑战。制造产业信息化、信息产业智能化、智能系统自演化，这是一个趋势。自演化就是让系统自己边建模、边仿真、边构造，把信息技术、建模仿真、设计管理等综合应用到软件产品之全系统、全生命周期活动中，建立一个高效、低耗和基于知识的网络化、智能化的软件生产新模式。系统仿真不只是一种验证存在、演示未来的手段，还是一种升级、构造软件系统的新方法。“软件人构件演化系统”就是复杂系统建模仿真理论与技术支持下系统全生命周期活动的一类建模与仿真技术，比较真实地描述了系统的运行、演变及其发展过程。
目前，开放、多变、动态、异质、异构的软件计算平台正驱动着软件基本形态由传统的静态封闭框架向动态开放模式转变，未来的网络应用模式必然具备环境感知、服务升级、模型多样、结构柔性、在线仿真、在线演化、动态协同和自主适应等高级计算特性。然而，传统的软件理论、方法和技术在解决开放系统的本质需求时遇到了大量的挑战性问题。例如，在宏观体系结构显式化、环境感知和交互能力、软件实体元素的可变性、结构关系可调性和系统运行时元素“‘热’、‘插’、‘拔’”功能等方面都亟需理论方法和技术工具的突破，呼唤在软件系统的演化性和应变能力等核心技术方面推陈出新。
面对挑战，曾广平教授带领的研究团队，以“大系统理论”、“分布式系统”、“智能系统”和“模型工程”为指导，依托前期“软件人”工作积累，以“构造模型”、“感知环境”、“规划策略”、“演化仿真”、“系统生成”等关键问题为重点攻关对象，系统地总结出一套基于“软件人”构件来设计、开发、运行和演化开放应用的解决方案。其中：“构造模型”是将“软件人”本体普适化为“软件人”构件，提出一种以演化为主的构件模型，同时构造出“软件人”构件的运行平台和基础设施；“感知环境”是借助“软件人”的环境感知框架，赋予“软件人”构件以获取、识别和理解上下文信息的环境交互能力；“规划策略”是在环境激励机制驱动下，依托决策机构内建的规则及其推理算法，产生出满足预期的系统演变规划；“演化仿真”是在演化策略指导下，有效控制基于“软件人”构件的分布式系统完整、一致地在线演化；“系统生成”是在演化过程中构造系统结构和完成功能进化，使得到的系统具有综合、协同、继承和互操作的特性
《“软件人”构件与系统演化计算》一书以构造一个“软件人构件演化系统”为主线，从基础理论和工程技术两个层面，围绕“软件人”构件及其系统演化仿真的关键问题，展开了深入浅出地论述。本书是一个开展高效能计算技术和现代建模与仿真技术融合的研究范例，所研发的演化系统在支持软件质量、开发成本及进度、模型维护等方面都具有良好的性能。我相信，这本颇具学术价值、蕴涵新意的科技专著，一定能在学术思想和科学方法上为读者和软件新技术领域的研究人员提供启迪、指导和帮助。■
分布式交互仿真技术范文5
[关键词]虚拟仿真技术；治安教学训练
应用型人才是公安院校人才培养工作的目标，而实践能力是人才培养工作的重要内容，治安课程是建立在治安专业理论基础上的应用性课程，具有较强的实践性，治安专业在实践能力训练中却大量存在实战训练中的高度危险性以及不可及、不可逆的训练环境条件和内容（比如处置、事故现场处置和暴力犯罪的处置、巡逻盘查等），这为发展治安学虚拟仿真实验教学提供了需求和空间。虚拟仿真技术是计算机、智能、传感、图像处理与模式识别、音响与语音处理、网络等多个领域技术的综合性技术。迅速发展的现代教育训练技术把虚拟仿真技术引入到了实践性的教育训练中，使传统的教育模式进一步得到改变，也使得教与学的方式发生了革命性的变化。治安管理虚拟训练系统主要用于公安院校治安专业学员和公安干警岗位能力训练，为公安院校创新开展实训教学提供有效支持。基于虚拟仿真技术内涵分析，探讨治安课程虚拟仿真训练环境设计以及在治安教学领域中的应用前景。
一、虚拟现实及相关技术
（一）虚拟现实概念及特点解析
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又称灵境），是指以计算机技术为核心的现代高技术生成融视觉、听觉、触觉等多位一体的虚拟环境，使用者利用匹配的设备以现实的方式与虚拟环境中的对象进行自然交互，从而让使用者会形成亲临真实环境的体验。虚拟环境指利用计算机建构的有逼真色彩的立体几何图像，它既可以是某特定的真实环境，也可以是能够满足使用者需求的虚构虚拟环境。匹配的设备指穿戴于使用者身上或置于使用环境中的传感装置。比如：头盔式显示器、数据手套等设备。自然交互是指用现实活动方式对虚拟环境内的对象进行互动并得到实时反馈，如使用者运动等。虚拟现实具有的三个特点。
一是沉浸性。虚拟仿真技术的沉浸性是其在训练领域的应用技术最突出的特点，运用该技术使受训者能全身心进入到建构的虚拟环境中，调动其感觉器官达到同真实环境相似或相同的逼真程度，成为知识掌握、能力训练直接w验化的工具。这种逼真体验不是获得的间接经验，而是受训者在逼真模拟情境中通过自身的体验获得的直接经验，因此，利用虚拟仿真技术使受训者获得的知识和能力效果最好的。
二是交互性。交互性是虚拟现实技术不同于其它媒体技术的重要特征，体现虚拟现实技术创设的是一个开放的互动性人机环境，利用先进的人机接口，通过多样受训者感觉通道的实时模拟交互，当使用者做出如手控、语言命令等相应的操作时，创设的情景里能具有相应的回应。因此，交互性是指使用者对创设的情景的可操作度和从情景里获得到回应的实时性。
三是构想性。构想性特征反映了虚拟现实技术运用具有无限宽广的想象范围，可拓展人的认知广度与深度，可任意构想现实不存在或是发生可能性小的情景。
随着虚拟仿真技术的在教育训练中的运用，虚拟仿真技术的沉浸感、交互性、构想性三属性，提高了受训者的综合能力培养效率。
（二）虚拟现实技术
1.利用三维建模技术，构建虚拟训练环境。三维建模技术需要CAD和视觉建模等技术的结合，以此提高数据获取的效率，当然在构建虚拟环境中更多需要采用视觉建模技术。而对象物体的三维模型是三维模型建构的基础。在治安学针对治安管理中的虚拟三维训练环境建构，通过建构相应的管理、处置环境图库，包括处置背景、场景、各种警用装备和处置人员等，为使用者创造一种变化多样、逼近真实的立体环境，使用者能够有置身其中的临场感觉。在训练中，可以采用综合了照片、影像和现实街区数字地形数据等生成处置区域三维立体环境，以几乎一致的三维环境来训练执行处置任务的学员，可以提高执行任务的效率。
2.交互技术。虚拟现实系统运用的交互技术主要功能是对物体和各种输入的处理。用户要完成的任务通过仿真引擎输送到虚拟空间，并计算完成动作并呈现在虚拟环境中。虚拟现实中的人机交互方式多样，可以通过计算输入设备，也可利用数据手套、跟踪器、三维探针、操作杆等交互技术等。比如：数据衣、手套可计算出身体、手的空间位置和状态，关节的位置和方向可通过手指动作以及各个部位传感器来确定，为使用者提供真实的三维交互方式，从而实现对虚拟环境中物体的操作，数据手套是VR系统常用的交互设备。
3.传感技术。传感技术包括定位、跟踪、感知反馈等技术。虚拟环境用户的定位和跟踪主要是通过空间传感器来确定。跟踪系统由发射和接收器、电子部件等构成。比如，声音跟踪可以包括多个发射、接受和控制单元，它可以与其它设备相连，如，数据衣和手套等。视觉跟踪技术是跟踪投影在图像投影平面不同时刻和不同位置上的光，确定跟踪对象的空间动静状态。感知反馈是使用者感知图像、声音、作用力等的过程。视觉反馈包括实体造型、光照模型、消影、纹理影射等内容。立体视觉反馈显示器可以使用者两眼呈现视差的平面图像合成并呈现立体视觉反馈。
4.计算处理技术。计算处理技术具有快计算、大储存能力、强处理能力属性，主要包括数据转换与预处理、实时仿真图像生成与显示、声音合成、多维信息数据融合、转换、压缩以及数据库的生成、模式识别以及信息检测、合成和识别、分布式与并行计算等综合性计算技术。可以说虚拟现实系统是以高性能计算技术为核心的创新科技，是系统性能强弱的根本。
二、虚拟治安管理训练模块及环境设计
（一）虚拟治安管理主要训练模块
虚拟治安管理训练模块，采用虚拟现实三维仿真引擎进行开发，主要模拟接处警、公共安全危机处置和消防仿真演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。以工作流程为主线，以交互的方式进行教学实训。主要开发以下实训模块：一是接处警教学实训模块。包括接警、处警、现场控制和现场制止违法犯罪行为等三维交互教学实训子系统。二是公共安全危机管理教学实训模块。包括了群体性危机事件处置、恐怖袭击危机事件处置、公共事故灾难危机事件处理等三维交互教学实训子系统。三是消防仿真应急演练模块。包括演练培训与考核、消防监督检查、消防装备与灭火技术、火灾救援指挥等三维交互教学实训子系统、应急疏散等三维交互教学实训子系统以及通过动作捕捉系统进行交互演练的半实物实训系统。
（二）虚拟治安管理训练环境设计
虚拟现实技术与治安管理实训相结合，可以产生虚拟治安管理及相关问题处理环境，这样的仿真世界如同身临其境，操作者能够进入该环境，直接参与该环境中事物的变化过程并能互动。虚拟治安问题处理环境设计这是基于治安问题分析模型、治安问题处理等虚拟现实，是呈现治安管理及问题处理系统的三维空间和处理过程的虚拟仿真环境，训练者可以根据构想和意愿去构建完善治安管理及问题处理时空关系、分析和处置模型等，并能实时检测交互结果，通过循环性反馈结果获取规律性认识。
一个高效虚拟现实系统，都需要设计模型、处理数据、分析评估等程序。当然，治安管理及相关问题处理虚拟现实系统也需要。根据虚拟现实系统的三属性及其之间关系，可以将治安管理及相关问题处理虚拟现实系统训练看着为一个空间系统，由治安管理相关载体和物理条件所构成。
通过虚拟现实系统实现环境逼真模拟，首先要进行治安管理及相关问题处理环境设计，即将治安管理及相关问题处理环境进行数字处理，这种把环境建构处理成符合治安管理及相关问题处理模拟训练要求的设计过程，就是治安管理环境的仿真设计。为了能够真实模拟治安管理及相关问题处理过程，就需要经过设计使用和验证过程，以保证模拟效果和质量。
治安管理虚拟训练系统涉及数据处理和感知虚拟现实。通过治安管理及相关问题处理数据来识别虚拟环境，并将其模型化，也就是将虚拟环境数据转变为计算机认知虚拟环境模型。虚拟环境感知是以运用虚拟环境影像、声音等内容呈现治安管理环境，训练者运用操作系统体验感觉管理环境，实现现场情况观察、态势走向把握以及决策辅助的目的，并评估和接受感知结果。治安管理虚拟训练系统是以数据处理虚拟仿真为核心，由于模型驱动导致数据信息变化可通过虚拟环境感知转递到训练者，同时，人机交互也可改变数据处理的结果。
建立虚拟治安管理环境需要现实调研获得特征数据。特征数据拥有精确坐标和特征编码，用于表现虚拟现实环境，比如建筑、道路、广场等。对于虚拟三维环境设计，要根据标准数据生成街区等公共场所中的静态以及运动物体，然后覆盖纹理，生成虚拟场景。对于治安管理环境，可以用航拍照片和特征纹理的方法建模，纹理可以通过扫描用数字相机拍摄场景照片和手工绘制图片生成，三维模型建立完成后，可以进行特殊效果处理。
三、虚拟现实在治安学中的应用前景
高速发展的信息技术，虚拟现实与GIS技术的有效结合实现了虚拟仿真，治安管理及问题处理训练仿真系统就是利用虚拟现实和GIS技术的仿真系统。近年来，公安院校大力加强校内外实践教学，虚拟仿真实验教学是公安院校实践教学建设的重要内容，是公安实战能力的重要基础。虚拟现实技术创造了一个新的训练环境，将训练领域和结果接近真实的展示，使其沉浸于其中，激发训练创造性思维，这将学生技能提高到一个前所未有的水平，通过虚拟仿真实验教学，也促进治安学实践教学的整体素质和教育水平。
（一）学生的教育训练
虚拟现实技术运用于教育训练，将更能引起受教育者的兴趣，提高教学训练效果。对治安学有关的教育训练，传统的治安专业知识大都以教科书来呈现，通过讲授以及借助于文字案例、有关的视频等教学工具来实现，但如能借助于虚拟现实技术，就可以将直观的综合性治安信息搭建模型，利用虚拟现实系统的功能系统，让受训者通过一次次足不出户的虚拟经历就能置身于治安问题处理和能力训练。治安学虚拟仿真训练主要结合接处警、公共安全危机处置、公共场所治安防控、治安事故现场处置等，包括的内容涵盖人群管控、违法犯罪的现场制止、公共安全危机管理、治安秩序管控、应急救援等教学训练模块，每个模块根据实际工作内容的复杂程度和工作量的大小不同定制开发一个或多个虚拟三维仿真模拟场景，旨在尽可能真实的还原公共安全工作的真实环境和人物行为，让参训者沉浸在高仿真的环境中，产生身临其境的感观体验，从而达到最佳的教学实训效果。目前，公安院校在处置训练上存在较多问题，由于受现实训练条件限制，实训展开次数少，如果训练操作不当还可能出现危险，如果运用仿真系统实现模拟发生及处置全过程，可以实现训练者在场景中沉浸，并能运用多种方法控制现场、处置事态，观察处置中的变化过程，可以让处置训练者体验并学习到如何对各种处置环节和情形做出反应，并且对处置结果进行直观评价。
（二）研究者理论研究
虚拟现实技术为治安学理论研究提供了特殊手段和方法，利用它可以为治安学理论进行全过程研究，让学者完全沉浸于计算机环境中的三维场景，充分表达学者构想，并得到构想形成的结果，获得规律性的认识。特别是一些难以记忆、掌握的统计数据可以转换成直观性强三维图形图像，寻找各种治安现象之间的关系，更能理解和把握，达到研究目的。比如警察巡逻规划和治安防控制w系建设研究。
（三）课程虚拟实验
利用虚拟现实技术可创建一个基于计算机为核心的虚拟实验平台，利用虚拟仿真技术进行技能训练、虚拟实验，创设的虚拟环境的演示物可摆脱实验室所需昂贵的器材，降低实验成本，而实验效果基本接近现实技能训练的教学效果。对于不具备现实条件开展训练的项目，也能在此环境实现。比如：对公共场所危爆物品处置，传统的教学训练主要依靠讲授和视频展开，而虚拟现实技术提供体验公共场所危爆物品的处置现实环境，并将结果呈现以此检验科学性、合理性。
（四）治安实践应用
分布式交互仿真技术范文6
2013年，内蒙古电力（集体）有限责任公司培训中心教学科研团队经过多地调研，准备筹建新能源仿真培训系统；该系统是包含风力发电、光伏发电、电力储能，并具有微网特性的实际运行系统示范工程，预计2014年5月通过整体验收。
系统设计构想
该系统主要由分布式电源发电、储能装置、交直流负荷、能量管理系统、测控保护装置和监控装置汇集而成的智能型的微电网系统。
该系统建成以后可实现：
（1）实现分布式电源、智能储能系统友好接入电网，实现与配电网并网协调运行。
（2）建成微网运行状态监控、分布式发电接入微网控制、功率分配调度与发电控制、电能平衡和负载控制的应用平台。
（3）实现微网双向潮流环境下控制保护协调工作的系统。
（4）完成分布式光伏电源、储能系统智能协调工作，成功实现孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换。
系统设计方案
智能微网系统设计方案
微网系统建设按区域可划分为微网控制设备室、屋顶光伏系统、室外风力发电等三个区域。最终建成一个包含新能源发电（含使用光伏发电系统、风机发电系统）、储能装置（铅酸电池储能）、交直流负荷（含模拟负载、普通负荷）、测控保护装置、能量管理系统汇集而成的微网系统。
微网系统通过微网进线开关和主网连接，有并网运行和孤岛运行两种方式，并可实现功率平滑控制、需求侧响应、能效分析等高级功能。微网能量管理系统实现微网主要设备的信息采集、设备控制、状态监视等功能，可与配网SCADA系统进行有机连接。
该系统平台为进一步研究微网的稳态分析和数字仿真技术、微网能量管理技术、微网的并网应用和经济运行理论奠定了基础。
交互式培训系统设计方案
交互式培训系统采用交互式仿真软件支撑平台解决分布式仿真培训系统互操作性、分布性、异构性、时空一致性和开放性问题，具有良好的规模可伸缩性，能够满足展示和仿真互动培训的需要。
交互式可视化仿真支撑平台由可视化视频展示、组件化三维建模，数据库管理、人机交互界面等子系统以及模型库，为上层各应用提供公共的展示和培训基础服务。
同时软件系统还具有培训管理系统的功能。包括培训业务管理、培训过程管理、系统辅助管理。
系统组成部分
光伏并网发电系统
光伏并网发电系统，含5kW光伏电池和三相光伏并网逆变器。
风力发电系统
风力发电系统，含2kW的风力发电机组和三相变频器接入微网。
风机控制器系统
风机控制器系统，采用PWM方式控制风机对蓄电池进行限流限压充电，即在蓄电池电量较低时，采用限流充电。也就是当风机充电电流小于限流点时，风机的能量全部给蓄电池充电。当风机电流大于限流点时，以限流点的电流给蓄电池充电，多余的能量通过PWM方式卸载。在蓄电池电量较高时，采用限压充电。也就是当蓄电池电压低于限压点时，风机的能量全部给蓄电池充电。当蓄电池电压达到限压点时，风机会以限压点对蓄电池充电，多余的能量通过PWM方式卸载。该系统具有完善的保护功能，包括：蓄电池过充电、蓄电池防反接、防雷、风机限流、风机自动刹车和手动刹车。
并网逆变器系统
并网逆变器系统，采用美国TI公司专用DSP控制芯片，主电路采用国际知名的西门康IGBT功率模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。
双向储能逆变器
双向储能逆变器，主要功能和作用是实现交流电网电能与储能电池电能之间的能量双向传递，也是一种双向变流器，可以适配多种直流储能单元，如超级电容器组、蓄电池组、飞轮电池等，其不仅可以快速有效地实现平抑分布式发电系统随机电能或潮流的波动，提高电网对大规模可再生能源发电（风能、光伏）的接纳能力，且可以接受调度指令，吸纳或补充电网的峰谷电能，及提供无功功率，以提高电网的供电质量和经济效益。在电网故障或停电时，其还具备独立组网供电功能，以提高负载的供电安全性。
蓄电池
蓄电池，为20块12V200AH的太阳能专用胶体电池（浮充次数不少于1500次）工作温度在-40℃～+55℃。具有防水措施，抗腐蚀性能及深循环性能好。
智能微网控制系统
智能微网控制系统，采用武汉日新公司产品，该公司研发的智能微网控制系统为新技术产品，本设备可实现在各种状态下智能、稳定切换，极大的提高了内部电网的系统安全性。太阳能电力、市电、储能单元互为备用，负载供电首选太阳能电力，有多余电量则并入电网；储能单元在电网故障时可满足负载供电要求；太阳能电力不足时，引入市电对负载进行供电。用电负载供电方式灵活按照电网状态选择切换，各供电方式切换平稳迅速，实现了系统安全性的提高和太阳能电力利用最大化。
智能微网控制系统集成监控系统功能，可实时监控光伏控制器、逆变器、光伏阵列等设备，对整个系统的运行情况通过友好的界面实时的显示出来。主要功能包括：设备自动检索：新设备一旦被接入系统，会被自动检索，并显示在设备列表中；远程查询：用户可以在任何一台能登陆网络的PC上实时监控点点的运行情况；系统详细运行参数：实时显示光伏控制器、离网逆变器、光伏阵列等的运行参数；故障记录及报警：通过声光等手段及时提醒故障，并作记录；历史数据记录：可查询设备指定时间范围内的运行参数信息。
RLC交流负载系统
RLC交流负载模拟器作为微网系统三相模拟负载，主要用于测试微网系统对感性、阻性、容性负载的带载能力以及微网控制策略对于负载变化的响应情况。其接线形式如下图所示。
能量管理平台面向各种控制和优化目标，通过对电源出力调节和自动网络重构实现电网的能量管理。可实现优化目标包括：
1）平抑波动控制
平抑波动控制主要是指按照一定的策略控制分布式电源系统的发电功率和接入状态，以保证在满足负荷需求的前提下尽量多地使用清洁能源，而且同时要保证分布式电源所发电能全部就地消耗，系统也不会向电网反送功率，避免出现逆功率保护动作造成停电。
为了达到这一控制目的，需要在对各分布式电源系统发电的实时功率、负荷消耗功率、光照强度等一系列参数进行实时采集、综合分析的基础之上，实时计算得出当前分布式电源发电功率的调节目标，并采用以下手段来实现调节：
遥调：通过远传通道下达调节命令，改变分布式电源的发电功率
遥控：控制开关分、合闸以切除或投入该路分布式电源
2）需求侧响应
在实时电价基础上进行需求侧响应的研究。通过峰谷电价调节，实现需求侧响应调节负荷和分布式电源达到削峰填谷的目的。分布式电源对于电网而言本身具有一定的正调峰特性。而对于微网中的储能系统而言，在参与削峰填谷时，通常根据负荷的高峰和低谷区域作为电池工作方式切换的边界点。
3）优化经济运行
根据电网分时电价与负荷状况，合理分配光伏系统和风机发电功率、储能系统充放电状态，使得整个微网系统实现经济运行，大大降低运行成本，实现经济效益最优化。
4）并网与孤岛运行模式切换
