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交通仿真技术范文1
关键词:三维仿真;交通规划;交通管理;地理信息系统
中图分类号:U418.9
文献标识码:B
文章编号:1005-569X(2010)05-0111-03
1 引言
随着社会经济的快速发展,交通设施的建设速度不断加快,这种形势对城市的综合交通规划、建设、管理工作提出了更高的要求。于是,以三维仿真技术为核心,综合应用地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、遥感系统(RS)、无线通讯、互联网等新技术建立的综合交通管理平台应运而生。该平台集成各类交通相关信息,实现交通信息的精细化、可视化、远程化、自动化管理,能够极大的提高城市的综合交通管理水平,为社会经济发展奠定良好的基础。
2 三维仿真交通管理系统建设的基础
西方许多国家都十分重视以城市三维建模为基础的三维仿真城市建设,我国许多城市的管理部门近年来也先后开展了三维仿真城市建设和数字仿真规划工作。然而,目前国内外交通领域信息化管理平台仍以平面化信息系统为主,三维仿真应用主要集中在局部施工设计、车辆行车模拟等,缺乏综合性、实用性的应用,其主要瓶颈为数据建设,无法支撑三维化应用需求。
随着社会经济的快速发展,交通设施的建设速度不断加快。以宁波市为例,“十一五”期间,规划交通基础设施建设投资将超过800亿元,仅公路一项,“十一五”规划新建公路2030km,改建公路1500km。交通相关规划、建设、管理、协调工作数量多、周期长、复杂度高。另一方面,当前交通设施立体化的趋势越来越明显,同时随着交通信息化水平的提高,各类监控、测速、信号控制等设施在线路上呈密集分布态势,传统二维和平面符号形式表达的图纸,因为图形简单、不能给人以自然界的本原感受而遭遇误解。宁波具有良好的三维仿真基础,可以满通管理的三维化应用需求。宁波市从2002年开始即着手开展城市三维建模及数字仿真规划工作,已建立了全市的地形地貌数据库、规划区的建筑体块模型库和地面高程模型库,完成了市区150km2主要建成区的三维精细模型库建设工作。这就为宁波建设三维仿真交通管理系统提供数据和技术支撑。
总体来讲,宁波市交通信息化基础设施齐全,宁波市各类三维仿真空间数据库数据种类多、覆盖范围广、数据精度高,应用研究单位技术储备雄厚,且有完善的制度性保障,具备良好的条件开展三维仿真交通管理系统建设工作。
3 系统建设
3.1 技术路线
三维仿真交通管理平台基于B/S架构进行开发,系统设计与开发过程中尽可能将系统提供对外服务的应用程序功能封装和为“Web服务”,整个系统的功能可以采用松耦合的方式实现集成,而且平台提供功能服务具有可扩展性。
三维基础地理空间数据与交通设施数据、交通规划数据等交通专题数据采用统一的空间坐标系统,通过三维空间数据管理子系统实现各类数据的集成管理。
3.2 三维基础框架数据
基于高精度数字航空影像的三维空间数据及路网数据,数据管理类似Google Earth方式,使市交通管理部门的交通规划、建设、管理能基于全市、全省、全国乃至全球空间环境中进行,三维基础框架管理子系统的建设,能为宁波市交通工作提供全面的三维地理空间服务。
三维基础框架数据库主要采用多分辨率分级模型对DEM和DOM进行组织,这种技术在不改变源数据精度和不影响视觉效果的条件下,通过层次细节显示和简化技术来逐次简化地形的表面细节,以减少场景的几何复杂性,从而提高计算机绘制三维地形地貌的效率。三维基础框架数据库包括1∶10000和1∶500两级比例尺的高分辨率航空影像地理模型库。
3.3 三维交通规划数据
主要包括各类交通规划资料,包括通道范围、设计时速、立体互通及场站、指示标志、监控等配套设施规划资料[1]。
三维交通管理系统系统对大量的交通设施进行了精确地点对点三维化管理,因为三维基础空间数据精度达到厘米级,从大型的服务区,到小型的路灯,所有对象都有极高的精度,在系统中的位置,都与现实相一致,避免了今后各种信息的相互重叠和错位,主要包括以下路网数据、通道内部信息、附属设施等数据内容。
三维交通设施数据利用全数字摄影测量系统,在立体环境下采集建筑物几何特征信息,各类设施的贴图全部采用真实的纹理信息,其信息采集是利用高性能的数码相机对设施进行全方位的拍摄,从而得到相关数码像片图片并经过正射几何纠正处理。数据与三维基础框架数据相集成,采用统一的空间坐标系统。
3.4 系统功能
三维综合运输规划子系统能够为交通综合运输规划提供辅助决策手段,主要从在路网中的作用、实施的紧迫性等方面进行可视化分析,为决策部门提供参考意见;利用完善的三维基础空间数据和强大的分析功能,从环境影响、工程造价、拆迁量、社会影响、工程难度等项目论证提供直观依据[2,3]。
3.4.1 三维仿真场景浏览功能
实现宏观、微观场景的一体化,支持从全球、城市宏观场景到精细三维场景的平滑浏览,提供了缩放、平移、盘旋、环绕飞行、步行、飞行、定速巡航等多种便于进行交流的漫游工具[4]。可以定义热点,提供鹰眼导航图以辅助漫游观察,同时还提供了透视图、顶视图、断面视图等多种视图类型。
3.4.2 辅助宏观规划决策功能
(1)挖填方分析。用于挖填方量的预算,直观对比各类方案的填挖土方成本。具体如图1所示。
图1 挖填方分析结果
(2)空间量测。能够辅助测量高速公路设计空间位置有关参数的量化分析:比如道路路面宽度、直线加速距离、车辆暂停位置的面积、高速公路与周边建筑或其他地物的距离、桥梁隧道的长度、隧道高度、高速入口收费处与服务区之间的距离(是否合适)、应急电话与照明设施的间隔距离(是否适合)等。
(3)数据逻辑分层管理。系统将数据管理功能独立成数据管理功能层,从逻辑上与系统其他各层进行分离,实现了空间数据存取的设备无关性和位置无关性。
(4)特殊设施影响域分析。影响域分析能够根据特殊设施(如加油站等)周边的地形特征,分析出周边相对与中心位置的危险区域,可模拟演示高速公路设计方案殊设施对周边地物的影响区域。(图2)。
(5)路面特性分类定位统计。根据不同路段的不同特性,统计沥青路、混凝土路、桥梁、隧道等,实时统计不同类型路段的位置、数量、建造成本等信息。
3.4.3 辅助精细设计管理功能
(1)定点视域分析。实现在任意选定点方位的视角进行观察。可以用来分析出视点位置是否有视线遮挡,帮助确定高速道路导识系统和道路监控系统的最佳平面安放位置和竖向高度;也可以模拟分析驾驶者在高速道路行驶过程中的视线情况。
(2)定线巡航。可以在三维场景任意定制巡航路线,设定的参数包括巡航的高度、速度、视角,分析从整体分析道路的路线设计,方便设计方案的演示。
(3)监控设施覆盖面分析。用于分析某点控制设施的覆盖面,了解对于一定角度和半径的扇面内的通视情况。
(4)特殊路段管理。对需特殊处理的的桥涵、隧道、高挡墙、高边坡以及等进行数据库建设构造。
(5)剖面分析。能用于对任意形状的地形切剖面,进行各个点的分析,实现精确化测算。
(6)设施搜索定位。快速查询相关设施三维位置及属性目标,具备定制搜索、分类搜索及模糊查询功能,实现关键字搜索和划定空间范围的搜索方式;
(7)三维交通设施属性管理。各类交通设施属性数据采用数据库存储,以满足属性数据丰富多样性、维护更新频繁等管理特点需要。数据库可以采用Oracle或SQL Server。属性数据与空间数据通过关键词进行关联,以达到功能、管理的相对独立性。
4 系统典型应用
4.1 选址分析
三维仿真交通管理系统以三维空间数据库为基础,能够将城市形态、地形地貌直观地体现出来,从整体上把握交通设施周边的空间形态,能对地理空间的物理环境、视觉环境以及空间结构进行分析,可以快速查阅各种交通设施现状与规划数据,进而利用空间统计功能,实时统计各方案的拆迁量、挖填土方数量及路线长度,降低建设成本,使线路空间分布更加合理高效。
4.2 交通设计
利用实时巡航等功能,能模拟驾驶感受,提高线路的坡度、弯度设计的合理性,利用视域分析、控制设施影响域分析功能,调整监控、信号设备的分布点,使设施效能最大化。利用特殊设施影响域分析,综合居民地等信息,沿线合理配备加油站等设施。
4.3 宣传演示
二维建筑图纸或效果图等资料无法整体直观反映现场情况,通过开展三维仿真工作,社会各界可以通过系统直观、生动了解交通项目建设状况和未来规划前景,有利于项目工作的宣传,提高项目建设的社会效益。
5 结语
社会经济的快速发展,特别是交通事业的蓬勃发展,给城市综合交通规划、建设、管理工作提出了更高的要求。以三维仿真技术为核心,综合应用3S等新技术,集成各类交通相关信息,实现交通信息的精细化、可视化、远程化、自动化管理,能够极大的提高城市的综合交通管理水平,为社会经济发展奠定良好的基础。
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[3] 张卫兵,程双希.视觉分析在道路设计中的应用[J].山西科技,2008(3).
交通仿真技术范文2
【关键词】 EDA 数字电路 电路仿真
数字电路主要有组合逻辑电路和时序逻辑电路两部分组成，交通灯控制器的设计既可以涉及到这两部分的基本原理的运用，又可以锻炼学生对数电综合电路的设计和分析能力，因此交通灯控制器的设计是数字电路一个很好的教学题材，在完成电路设计的同时配合电子设计自动化（EDA）教学，学生无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，EDA可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。目前在各高校教学中普遍使用EDA仿真软件是Multisim10.1， 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
下面介绍以Muitisim10.1 为平台设计一个十字路通控制器系统的过程.
1 设计要求
设计一个十字路口的交通灯控制器，要求主干道和支干道交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒；支干道每次通行时间都设为20秒；绿灯可以通行，红灯禁止通行；每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（此时另干道的红灯不变）；十字路口要有数字显示，作为等候的时间提示。要求主干道和支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位做减法计数。黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。
2 交通控制器电路设计与仿真
2.1 状态控制器的设计
根据设计要求，主干道和支干道红、绿、黄灯正常工作时，只有四种可能：主干道车道绿灯亮，支干道车道红灯亮，用S0表示，绿灯亮足规定的时间间隔30秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道黄灯亮，支干道车道红灯闪烁，用S1表示，黄灯亮规定的时间间隔5秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道红灯亮，支干道车道绿灯亮，用S2表示，绿灯亮足规定的时间间隔20秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道红灯闪烁，支干道车道黄灯亮，用S3表示，黄灯亮足规定的时间间隔5秒是，控制器发出状态转换信号，系统又转换到最初种状态。可以用一个2位二进制计数器实现这四种状态：S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，本设计用74ls190连接成二进制加法计数器，电路图如图1所示：
2.2 状态译码器的设计
状态控制器已经产生了四种状态，用Q2，Q1两位二进制数组合来表示S0到S3四种状态，状态译码器要求利用Q2，Q1分别控制主、支干道上红、绿、黄信号灯的状态，红、绿、黄信号灯状态与控制器的输出Q2，Q1关心可用表1（1不是灯亮，0表示灯灭）来表示。由信号真值表可以设计出状态译码器电路，如图2所示：
74LS245为8个双向3态缓冲电路。主要使用在数据的双向缓冲，～G=0，DIR=0，B->A；～G=0， DIR=1， A->B；～G=1， DIR为0或者1，输入和输出均为高阻态；高阻态的含意就是相当于没有这个芯片。在本电路中是实现红灯的闪烁，无论是主干道还是支干道，Q1为1，可以利用Q1来控制～G，当Q1为1，～ Q1为0，～G为0，秒信号就可以输入电路，实现红灯的闪烁。
2.3 倒计时电路的设计
根据设计要求，该系统共有四种状态（S0-S3），在每种状态都要求能够自动调入不同定时时间的定时器，完成30S、20S、5S的倒计时显示。该定时器由两片74LS190构成减法计算器实现，初始值可通过三片74LS245完成预置数，显示电路用自带译码功能的两个数码管实现两位十进制数的显示。设计的定时倒计时电路如图3所示：
2.4 仿真结果
将上述各单元电路组合起来，可以得到交通控制灯的整体电路，点击Multisim 10.1 软件的“Simulate/ Run”按钮，便可以进行交通灯控制器的仿真。电路的倒计时显示首先为30 s，此时主干道绿灯亮，支干道红灯亮，进入状态S0，倒计时为0后，主干道黄灯亮，支干道红灯闪烁，闪烁的频率为1HZ，进入状态S1，倒计时从5开始计时，倒计时为0后，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，进入状态S2，倒计时从20开始计时，倒计时为0后，主干道红灯闪烁，闪烁的频率为1HZ，支干道黄灯亮，进入状态S3，倒计时从5开始计时，倒计时为0后，又回到S0状态，如此循环下去。
3 结语
该设计通过把数字电路的分析与设计与EDA相互结合，完成交通灯控制器各个单元电路和整体电路的设计和仿真，很好的解决目前高校教育中理论教学与实际动手实验相脱节，试验室条件不足等问题。电路设计仿真成功后再构建实际电路，既可以降低成本，又大大提高了教学和专业设计的效率，对老师教学也是一个很好的提高和促进。
参考文献
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交通仿真技术范文3
关键词：车辆工程；控制系统；仿真技术；教学改革
中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1002-2589（2015）23-0142-02
由于电子控制技术在车辆工程中的应用发展十分迅速[1]，车载控制系统已成为车辆工程学科里一个重要的研究方向。现代汽车的电控系统数量一般为几十个，而高档汽车已高达上百个，电控系统控制器的开发对控制系统理论在具体工程中的应用提出了很高的要求。在车辆工程专业教学中，“控制系统与仿真技术”课程作为本科生的培养内容极为必要[2]。通过本课程的学习，使学生掌握控制系统设计的基本思路和方法，培养学生成为具有分析问题和解决问题能力的创新性人才。本文以安徽工程大学车辆工程专业“控制系统与仿真技术”课程改革为例，介绍教学改革实践中的一些体会和有益经验，与同行分享。
一、课程分析
1.课程现状分析
“控制系统与仿真技术”作为车辆工程学科一门专业选修课，是学生走向科研院所或汽车企业应该掌握的一门课程，安排在第三学年的第二学期，总学时为32学时。本课程仅安排4个学时的实验，其中控制系统的MATLAB建模和SIMULINK仿真分别为2个学时。“控制系统与仿真技术”原属于自动化专业的一门专业基础课，教学以理论讲解为主，侧重于数理公式的推导。这种教学无法培养学生的动手能力，不利于学生理解控制系统的理论本质，对于MATLAB软件的一些函数和命令，学生只能依靠死记硬背，降低了学习的积极性，影响教学效果。
“理论力学”和“控制工程基础”等作为前续课程，学生在学习“控制系统与仿真技术”时已掌握了一定的理论知识，但这些知识点对学生来说是相互孤立的，缺乏对知识体系结构的系统性认识，对具体的理论应用不知所措。“控制系统与仿真技术”教学中对理论过多的讲解也会造成教授内容的重复，降低了讲课效率，不能充分发挥学生学习的主动性。教学方法采用单一的任务驱动教学法，在任务训练的后期，任务小组内部容易出现少数学生具有依赖思想，导致抄袭现象经常发生。具体任务主要为传统控制理论的数字仿真分析，对汽车各种电控系统的工程背景基本没有涉及，这不利于学生了解本领域的科技进展，任务训练难以实现应用MATLAB解决实际工程问题。
2.课程定位目标
安徽工程大学车辆工程专业为安徽省首批“卓越工程师教育培养计划”建设专业，“卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[3]。在“卓越工程师教育培养计划”引导下，车辆工程专业的培养目标定为：培养德智体全面发展、基础扎实、诚信实干、综合素质高、实践能力强、具有创新精神，从事车辆及其零部件设计、制造、实验研究以及车辆经营管理等领域的高级应用型专门人才。上述培养目标迫使我们必须改革传统的教学方法，积极探索富有活力、促进学生全面发展的新型课堂教学方法，激发学生的内在潜能，培养学生的创新能力和工程能力。
在广泛调研的基础上，制定了车辆工程专业的培养方案，对专业课程进行了调整，新开设了“控制系统与仿真技术”课程。由于车辆工程专业学科交叉明显，机械、电子、液压、控制等课程均有涉及，“控制系统与仿真设计”课程在整个培养体系中的定位如图1所示。由图1可知，在培养体系中，汽车的各种电子控制系统，如电控燃油喷射系统、稳定性控制系统、电控转向系统、车身控制系统、电控悬架系统、巡航控制系统、电控自动变速器和防抱死制动系统等为具体的工程应用。汽车系统动力学、汽车设计、汽车构造、汽车理论、汽车电子、传感器技术和控制工程基础等为基础理论课程。“控制系统与仿真技术”课程作为基础理论到工程应用的桥梁，在整个培养体系中具有重要意义。
二、课程教学改革措施
1.课程内容优化
根据“控制系统与仿真技术”课程的培养目标，对教学内容进行整合优化，将教学内容划分为理论教学与实践教学两部分。理论教学部分主要完成基本知识点的讲解，以汽车中涉及的动力学系统为分析对象，以汽车电子控制系统的设计方法为设计案例，突出课程特色。实践教学是课程学习的重要内容，在内容设置上力求做到理论联系实际，重视工程概念在实际问题中的应用，提高学生的工程意识和工程实践能力。
“控制系统与仿真技术”教材目前主要侧重于MATLAB介绍和控制理论的数字仿真等内容，系统地以车辆为研究对象讲解如何设计控制系统的教学案例非常少，适合于车辆工程专业学生及工程技术人员阅读的教材不多。在本次教学改革实践中，增加了汽车中相关控制系统的设计与应用，以车辆工程专业教师的科研成果为基础，编排了适合车辆工程专业学生阅读的教材，其中以汽车电控转向系统、电机调速控制以及自适应巡航控制系统为主要教学案例，在后续教学中继续增加相应的内容。在教材内容修订上，应尽量避免与其他相关课程知识点的重合。
设计工程项目时需遵循三个原则：融合相关教学内容涉及的知识点，并充分覆盖教学内容；紧跟汽车技术的发展方向，应具有较强的时效性；实施过程中所遇到的问题难度适中，易于激发学生学习的积极性。工程项目分解成实际案例需要与实践教学内容相结合，案例在功能上具有一定的完备性，且各案例之间保持一定的渐进性，逐步引导学生，避免产生抵触情绪。实际案例的筛选应以较为成熟的控制系统或具有代表性的控制方法为案例。实际案例讨论与分析完毕后，根据学生反馈的学习效果，指导学生将实际案例归纳综合成相应的具体任务，将具体任务进一步分解，让每个小组成员都承担一定的具体任务。2.教学方法设计
案例教学法是一种以案例为基础的教学方法，融合相关知识点于实际案例中。案例中设置的问题为一种两难问题，没有某一特定的解决方案[4]。教师在教学中作为设计者和激励者的角色，积极引导学生解决问题，培养学生主动分析和解决问题的能力。项目教学法是以项目为主线、学生为主体、教学为主导的教学方法。学生在教师的指导下负责信息的收集、方案的设计、项目的实施。项目需要小组成员的通力合作完成，这有利于增强学生的团队精神，提高学生的自主创新能力。而任务驱动教学法是以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学方法。学生结合自己的具体任务模块，构建知识体系，有利于激发学生的学习兴趣。
由上述三种教学方法的分析可知，三种方法在发挥学生主观能动性和培养学生创新能力等方面各有所侧重点[5]。在当前实践教学中，上述三种教学方法取得了良好的教学效果，但基本上以一种教学方法为主，过分依赖教学方法中所设计的单一项目、案例或任务，影响了教学效果。为此，建立了一种基于项目案例任务驱动的“控制系统与仿真技术”课程实践教学方法，其教学过程如图2所示。由图2可知，该教学方法结合“控制系统与仿真技术”课程，融合三种教学方法为一体，以工程项目为主导、实际案例为引导，用具体任务驱动学生构建车辆工程学科的知识体系结构。
三、课程教学改革实践
1.课程教学实施
“控制系统与仿真技术”课程具有明显的实践性和综合性的特点，特别注重应用能力的培养，因此课程安排理论教学20学时，实践教学12学时。整个课程安排在第8周至第15周，授课在每周的星期二和星期四进行，每次连续两个课时。实践教学安排3个工程项目，分别安排在第10周、12周和14周。理论教学安排在第8周、9周、11周、13周和15周，授课期间加入实际案例讨论，周四课后安排具体任务。
教师在工程项目的设计上，突出工程背景，结合自己的相关科研成果，加强实践环节的创新性和综合性。本课程的工程项目应用MATLAB软件开展训练，MATLAB是仿真软件中易学、功能强大的一款，成为“控制系统与仿真技术”课程项目训练的首选工具。为加深学生对控制系统、仿真技术的概念，本课程通过让学生参观相关的汽车电控系统，如电控转向系统平台、自适应巡航控制系统模拟器等。在教学手段上，合理使用多媒体课件讲课，为了加强学生对理论知识的理解，还可以穿插些图片、幻灯片等。在教学过程中，注重课外创新活动与课堂实践教学的结合，鼓励学生积极参加一些控制系统设计类的项目和竞赛[6]，如大学生创新创业计划项目和飞思卡尔智能汽车竞赛等。
2.课程教学效果
采用文献[7]中的教学效果综合评价模型对教改的教学效果进行实证研究。评价指标为个人兴趣K1、职业发展K2、能力培养K3、教学效率K4、学习方法K5、行业经验K6和适应能力K7。个人兴趣为教学方法对激发学生学习兴趣、求知欲，调动学生积极性的评价。职业发展为教学方法对增进学生团队合作与沟通，对学生职业发展的导向性及学生是否提出新观点的评价。能力培养为教学方法对培养学生分析问题、解决问题，以及创造能力的评价。教学效率为学生掌握相关专业知识和考核指标的科学性与合理性的评价。学习方法为学生在课堂上对“控制系统与仿真技术”课程学习方法的掌握程度的评价。行业经验为教学方法对学生获得实务与行业经验的评价。适应能力为教学方法培养学生满足社会人才需求适合程度的评价。教学效果综合评价模型中评价指标的权重表如表1所示。
传统教学和实施教改后的教学效果评价指标如图3所示。由图3可知，7个评价指标在实施教改后均有不同程度的提高，其中行业经验提高最快，增幅为21.7%。综合评价值由2.4662提高为2.8994，这说明教改的实施提高了学生学习的自觉性，提高了发现问题、分析问题、解决问题的能力，激发了创新意识，调动了学生获取知识的积极性和主动性，从而为学生撰写毕业论文以及毕业后走上工作岗位运用仿真技术打下了坚实的基础。
交通仿真技术范文4
关键词：虚拟仿真 汽车维修 三维建模
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0160-02
Abstract：With the development of automotive technology， the demands of vehicle maintenance and repair education are higher and higher. This paper introduces the specification of virtual simulation and analyses the traditional education`s current situation and requirements. At last we design the education system based on virtual simulation and give the overall scheme and key technology. Through the education of virtual simulation， the education level and the student’s ability will be improved.
Key Words：Virtual simulation； Vehicle maintenance and repair； 3D modeling
当今世界，科学技术迅猛发展，新技术的不断涌F迫使传统行业需要不停地进行自我升级，虚拟仿真技术是当前快速发展和广泛应用的新技术之一，其在工业、教育、娱乐等多个行业有着广泛的应用。伴随着汽车工业技术的飞速发展，其对汽车维修教育水平提出了更高的要求，采用新技术手段来满足这个要求是我们需要深入思考的问题，而虚拟仿真技术与汽车维修教学的结合为提高传统汽修教学的水平提供了很好的技术手段。
1 虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是当前科技发展的热门话题，在诸多方面有着广泛的应用，虚拟仿真技术是多种前沿技术交叉形成的新技术，主要包括仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合交叉。虚拟仿真技术的具体应用主要包括环境模拟、状态感知、人机交互和传感设备等方面。环境模拟是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。状态感知是指理想的虚拟仿真技术应该具有具体应用所需要的感知能力，一般包括视觉感知、听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知等。人机交互是指用户根据计算机的模拟环境做出相应的动作，同时计算机对用户的输入做出实时响应，形成交互互动的过程。
2 汽车维修训练系统的现状及需求
虚拟仿真技术由于在人机交互及用户体验方面具有良好的应用优势，使其对传统的以汽车实物为对象进行维修教育的模式产生了很大的冲击，其技术优势和广阔的应用前景对教育技术而言是一个革命性的技术变革。
传统的汽车维修教育一般是以汽车实物为教学对象，根据不同的汽车类型和故障模式，通过传统的教学手段和工具进行实体的维修教育，这种教育模式在汽车发明产生有史以来发挥着巨大的作用。但随着汽车技术和教育技术的发展，传统的汽车维修教育模式存在着诸多的弊端，主要表现在以下几个方面。
（1）汽车技术发展的速度越来越快，以传统发动机、变速箱为技术核心的技术体系正被以混合动力以及其他动力为核心的技术体系所冲击，汽车维修教育不能快速地适应汽车技术的更新发展。
（2）传统的使用实体汽车或汽车部件为教学对象的维修教育模式，不能很好地适应现代教育技术的发展，使得维修教育机构培养的汽车维修人才与社会实践实际的维修人才需求相脱节。
（3）思想是行动的先导，由于教育者自身认知能力的不足以及思维定势的影响，导致传统的汽车维修教育机构对于新技术在教学中具体应用的积极程度不高，进而影响到新技术的推广应用。
3 基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统的设计
3.1 需求分析
近十多年来，我国的汽车工业飞速发展，全国的各类汽车保有量大幅提升，对汽车维修的从业人员的需求量也越来越大，进而对汽车维修培训机构的数量、教学质量等方方面面也提出了更高的要求。“工欲善其事必先利其器”，教学质量的提高离不开教学模式的改进，汽车新技术和教育新技术的不断发展涌现，使得汽车维修的教学模式也要随之改变。当前的汽车维修教学主要有以下几个特点。
（1）由于汽车维修的专业性强，细分门类较多，从而要求从业人员必须具备良好的专业理论基础和扎实的实践操作技术功底，能够熟练地掌握各种维修基本技能，主要包括汽车检测、故障诊断、零配件拆装、机电一体化仪器设备的熟练使用等。上述的种种要求需要对传统的汽车维修的教学方式进行变革。
（2）当前，科学技术发展迅速，新技术在各行各业的广泛应用深刻地改变着社会面貌，汽车维修的教学也不例外。计算机技术和虚拟仿真技术的发展及其在教育领域中的具体应用，使得受教者能身临其境地学习到汽车维修的理论和实践知识，与传统的板书、图片、教具及录像等教学模式相比，其教学成效更加显著，所以基于虚拟仿真技术的汽车辅助维修训练系统的设计对于汽车维修教育具有极其重要的实际意义。
（3）通过虚拟仿真汽车维修教学系统的教学，受教者能够迅速地熟练掌握汽车的总体构成框架、各分系统的结构原理、检测设备的使用和汽车故障的诊断维修方法，为今后从事汽车维修行业打下良好的基础。
3.2 总体设计
虚拟仿真技术在汽车维修教学的具体应用主要是通过基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统来完成，该教学系统的总体设计如图1所示，主要由6个部分组成，分别是汽车总体构成、汽车工作原理、分系统检测、零配件拆装、故障诊断维修和维修仪表应用。
系统设计时首先进行汽车三维数字建模，然后对各子模块分别设计并最终合成叠加，在进行子模块设计时需要结合原有教学中开展的相关项目，同时增加考虑新能源汽车、混合动力汽车等新技术的汽车维修需求，进行子模块的方案设计、调试及试运行，并最终形成仿真维修教学系统。
3.3 关键技术
汽车维修仿真训练系统的设计开发核心在于三维数字建模，主要包括3方面的数字建模：一是汽车整车的数字建模；二是汽车零部件的数字建模；三是仪表工具等辅助维修手段的数字建模。这个3个方面的三维数字建模是各子系统开发的基础，且数字建模的过程基本相似，可以分以下3个步骤进行。
第一步是汽车整车、零部件以及仪表工具等辅助维修手段相关数据的收集整理，并对相关的数据进行分析，主要包括物理尺寸、结构框架、电路布局及走向、各部件的相对位置等数据资料。
第二步是根据收集分析的数据，使用三维建模软件（3D Max或者MAYA）进行三维建模和后期处理，三维建模所使用的数据和实际建模后的效果应相互一致并与实际情形相符，在建模完成以后的后期处理，要兼顾光影配合的渲染效果，突出明暗阴影的效果。
第三步是模型合成与优化，将三维建模软件所建立的实体模型的格式转换为Open Flight格式，并按照汽车模型数据库的逻辑结构进行打包压缩存储。
在三维数字建模完成的基础上，完成对图1各个分系统的设计开发。
4 结语
新技术的发展和应用正深刻地改变着这个社会，虚拟仿真技术在汽车维修教学中的应用也将深刻地改变传统的汽车维修教学理念，并大大提高教学成效，使得大批的受教者能更加迅速地掌握各型汽车的维修技能，更好地为服务社会做出贡献。
参考文献
[1] 李林.汽车检测与维修专业的人才培养[J].新疆有色金属，2009（4）：62-63.
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[3] 崔杏园.虚拟现实及其演变发展[J].机械工程师，2006（2）：
交通仿真技术范文5
[关键词] 骨科手术;麻醉;血液稀释
[中图分类号] R614.4+2 [文献标识码]A [文章编号]1674-4721(2010)07(a)-044-02
Treatment of different capacity on emergency orthopedic surgery under epidural anesthesia in patients comparison
NONG Jiazhen1,LUO Jianxing2,LU Mingyan2
(1.Panyu District,Guangzhou City,Anesthesiology Nut in Guangdong Province,Guangzhou 511480,China;2. Panyu District, Guangzhou City, Lam nuclear Hospital Surgery in Guangdong Province,Guangzhou 511480,China)
[Abstract] Objective:Comparison the effects on patients undergone bone surgery use epidural anesthesia and different capacity treatment.Methods:Collected 100 cases of emergency orthopedic surgery patients,randomly divided into two groups.Two groups of patients in general compare,the difference was not significant.All patients with epidural anesthesia.Hypervolemic hemodilution group of fast input of 6% hydroxyethyl starch,control group give conventional pared three groups of MAP,HR,CVP,Hct and Hb changes.Results:Ⅰ group of MAP,HR compared with the preoperative difference was not statistically significant;CVP increased slightly,but within the normal range.Ⅱ group patients compared with the preoperative MAP,CVP decreased,HR faster.Ⅰ group were compared with preoperative,Hb,Hct decreased slightly;Ⅱ group of patients Hb,Hct decreased significantly compared with the preoperative,the difference was statistically significant.Conclusion:Acute hypervolemic hemodilution in patients undergoing orthopedic surgery can improve the acute tolerance to blood loss,surgical patients on the body to maintain homeostasis are positive,simple,safe and effective.
[Key words] Orthopaedics;Anesthesia;Hemodilution
骨科手术创伤大,围术期失血多,从而易引起术中低血压,影响患者血流动力学的稳定,降低各重要脏器的供氧[1];过去临床上常采取异体输血的方法补充术中血容量的不足,但此方法易发生免疫反应,因此,临床上尽量避免异体输血。近年来,急性高容量血液稀释(AHH)技术不断运用于骨科手术,此方法可以减少患者异体输血并能节约用血,可对骨科手术的失血进行补充[2]。本院近年来以不同容量治疗方案应用于硬膜外麻醉下骨科手术患者,并观察其对围术期患者血流动力学的影响,现将结果报道如下:
1 资料与方法
1.1 一般资料
收集2008年3月～2009年9月在本院急诊行骨科手术的患者100例,按照自愿原则随机分为两组,每组各50例,高容量血液稀释组(Ⅰ组)中,男性36例,女性14例;年龄38～58岁,平均(45.30±3.65)岁;ASA Ⅰ～Ⅱ级,血管损伤12例,合并骨折16例,闭合性骨折8例,开放性骨折14例。对照组(Ⅱ组)中,男性35例,女性15例;年龄34～60岁,平均(45.80±3.23)岁;ASA Ⅰ～Ⅱ级,血管损伤11例,合并骨折12例,闭合性骨折12例,开放性骨折15例。两组患者在性别、年龄、病情轻重程度及手术部位等一般情况比较,P>0.05,差异无统计学意义,具有可比性。
所有患者术前均无严重的心、脑、肾及呼吸系统疾病,无血液系统疾病,肝肾功能、凝血功能正常。
1.2 方法
所有患者手术前开放外周静脉通路,麻醉前30 min常规肌注苯巴比妥钠0.1 g、阿托品0.5 mg。采用连续硬膜外麻醉方法,选择L2~3间隙行硬膜外穿刺,向头端置管3.5 cm,注入2%利多卡因4 ml,观察5 min,确定无脊麻现象,续以2%利多卡因或0.5%布比卡因10～15 ml分次注入,控制麻醉平面在T10以下。常规鼻导管吸氧2～3 L/min.
1.2.1 高容量血液稀释组待硬膜外阻滞起效后,以30 ml/min速率快速输入6%羟乙基淀粉,总量为20 ml/kg。
1.2.2 对照组常规输入林格氏液。术中连续监测SP、DP,使其维持在正常范围内;监测SpO2、心电图。血压、心率的波动范围应控制在基础值的20%内。术中监测Hct保持不低于25%,当Hct低于25%时应及时进行异体输血。
1.3 观察指标
术中应用多功能监测仪连续监测患者收缩压(SP)、舒张压(DP)、平均动脉压(MAP)、心率(HR)、脉搏血氧饱和度(SpO2)、中心静脉压(CVP)、心电图,并于术前、术后分别记录MAP、HR、CVP的值。术前和术后第1天测定红细胞比容(Hct)及血红蛋白(Hb)。
1.4 统计学方法
应用SPSS 12.5统计软件进行数据分析,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,采用t检验,或χ2检验进行比较。以P
2 结果
两组患者术前、术后MAP、HR、CVP的变化情况,术前和术后第1天测定红细胞比容及血红蛋白的变化情况比较,见表1、2。两组患者出血量和输液量比较,见表3。
两组患者术前MAP、HR及CVP等方面比较,差异无统计学意义,具有可比性。稀释后,Ⅰ组患者MAP、HR变化与术前比较,P>0.05,差异无统计学意义;CVP略有增高,但在正常范围内。Ⅱ组患者术后与术前比较MAP、CVP降低,HR增快。
两组患者术前Hb、Hct比较,差异无统计学意义,具有可比性。Ⅰ组术后与术前比较,Hb、Hct略有降低;Ⅱ组患者术后Hb、Hct明显降低,与术前比较,P
两组患者手术时间、出血量和输液量比较,差异无统计学意义。Ⅰ组术中及术后24 h输血量为(188±79) ml及输血2例,Ⅱ组输血量(346±82) ml及输血7例,两组间差异有统计学意义(P
3 讨论
急诊骨科手术往往具有创伤大、出血多的特点,严重影响了患者的血流动力学,给手术带来不利影响。急诊手术在短时间内找到配型完全符合的血液存在一定困难,而异体输血存在一定的免疫反应。为避免上述不良反应的发生,现在临床上多采用急性等容量血液稀释及急性高容量血液稀释的方法辅助手术治疗[3]。
急性高容量血液稀释可以减少异体输血,可在一定程度上降低因血流速度减慢引发血栓的危险[4];可以扩张外周血管、降低微循环阻力,改善由于血压降低引起的组织灌注减少,保证对重要脏器的组织灌注,避免重要脏器由于缺氧造成的损害[5]。在围术期进行急性高容量血液稀释(AHHD),具有血液保护、使麻醉期间血液动力学更加稳定的作用。AHHD不但可以有效地减少血液成分丢失,而且减少感染的概率,对患者的心血管系统影响小。AHHD不会增加术中出血,同时观察到患者对失血的耐受性明显提高,使术中及术后异体库血输用量明显减少。本研究Ⅰ组术中及术后24 h输血量为(188±79) ml及输血2例,Ⅱ组输血量(346±82) ml及输血7例,可充分证明AHHD的安全性及优越性。该方法可维持血液动力学稳定,保证充分氧供,但应谨慎对待其对心脏收缩功能的潜在影响。本组实验中无一例因循环负荷过重而出现心肺功能障碍,分析其原因可能与硬膜外阻滞交感神经节前纤维,使外周血管扩张,回心血量减少,心脏后负荷减轻,以及产生明显的降血压作用有关,从而避免了AHHD致血容量剧增对心肺功能的影响。
总之,急性高容量血液稀释可提高急性骨科手术患者对失血的耐受性,减少出血时红细胞的丢失量,从而减少异体血的输注,节约了临床用血并避免了异体输血不良反应的发生。操作简便、安全有效,对维持手术患者机体内环境稳态有积极意义,切实可行。但实施时要严密监测循环功能的变化,防止因快速扩容而导致循环系统并发症的发生。
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[4]张霞,魏蔚,郑祥德,等.不同液体超容量血液稀释对凝血功能的影响[J].中国输血杂志,2006,19(2):11.
交通仿真技术范文6
【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。
【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学
一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究
虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。
Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。
二、虚拟仿真技术在各领域内的作用
随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。
Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。
三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处
虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。
随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。
四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势
作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。
其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。
五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益
虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。
在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。
总结
虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。
参考文献：
[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期
