時間：2022-04-05 19:12:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇交通仿真技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：模擬；交通仿真技術(shù)；城市交叉口
簡介：陳秋香，女，碩士研究生，研究方向為道路交通網(wǎng)絡(luò)
1.研究背景
隨著城市建設(shè)不斷發(fā)展和交通需求的持續(xù)增長，路網(wǎng)通行能力越來越不能夠滿通增長的需要，由此造成的交通擁擠、堵塞、事故不斷等已問題嚴(yán)重影響到人們的生活，不僅導(dǎo)致了社會問題和環(huán)境問題，也嚴(yán)重制約了經(jīng)濟的發(fā)展[1、2]。針對這些問題，交通部門正尋求一種有效的方法來緩解這種緊張的交通局面，在找到合適的方法之前，如何真實的反映道路上的交通流狀況又成了必須首先的解決的問題，于是有關(guān)人士將目標(biāo)鎖定在了交通仿真技術(shù)上。本文重點介紹三種微觀交通仿真軟件，分別是德國PTV公司開發(fā)的VISSIM，美國Trafficware公司開發(fā)的Synchro，以及美國聯(lián)邦公路局(FHWA)開發(fā)的TSIS仿真軟件，在此基礎(chǔ)之上，利用這三種仿真軟件進(jìn)行實例仿真并分析其結(jié)果，最后對三種仿真軟件的前景進(jìn)行展望。
2.三種仿真軟件的簡介
VISSIM軟件是德國PTV公司的產(chǎn)品，它是一種離散的、隨機的、以s為時間步長的微觀仿真軟件。車輛的縱向運動采用了Wiedemann于1974年建立的心理―生理跟車模型，該模型的基本思路是：一旦后車駕駛員認(rèn)為他與前車之間的距離小于其心理（安全）距離時，后車駕駛員開始減速。由于后車駕駛員無法準(zhǔn)確判斷前車車速，后車車速會在一段時間內(nèi)低于前車車速，直到前后車間的距離達(dá)到另一個心理（安全）距離時，后車駕駛員開始緩慢地加速，由此周而復(fù)始，形成一個加速、減速的循環(huán)迭代的過程。橫向運動（車道變換 ）采用了基于規(guī)則的算法。不同駕駛員行為的模擬分為保守型和冒險型。VISSIM軟件提供了圖形化的界面，采用2D和3D動畫向用戶直觀顯示車輛運動狀態(tài)，應(yīng)用動態(tài)交通分配進(jìn)行路徑選擇。該軟件系統(tǒng)內(nèi)部由交通仿真器和信號狀態(tài)發(fā)生器兩大程序組成，它們之間通過接口來交換檢測器的呼叫和信號狀態(tài)[4]。
Synchro是美國Trafficware公司根據(jù)美國交通部標(biāo)準(zhǔn)HCM規(guī)范研發(fā)的，該標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)是根據(jù)汽車性能、駕駛員的行為習(xí)慣、交通法規(guī)等設(shè)定的，計算得出的某些結(jié)果(如延誤時間、服務(wù)水平、廢氣排放等)，作為方案比較的相對參數(shù)，具有重要參考價值，信號配時也非常合理[5]。
TSIS（Traffic Software Integrated System）是最早的基于窗口的微觀交通仿真系統(tǒng)，該仿真模型綜合了應(yīng)用于高速公路連續(xù)流仿真的FRESIM和用于城市間斷流仿真的NETSIM的特點。它一個大型的集成化的交通仿真工具箱，目前的版本可以在Windows 95、Windows98、Windows NT4.0、Windows2000 系統(tǒng)下運行。TSIS適用于信號控制的城市道路、高速公路，或者由信號系統(tǒng)與高速公路所組成的更復(fù)雜的路網(wǎng)系統(tǒng)。與其他仿真軟件相比，它能夠模擬各種交通條件下的諸多細(xì)節(jié)問題[6]。
3.實例概況以及理論計算結(jié)果
此次研究采用揚州市邗江區(qū)開發(fā)西路與邗江中路交叉口為實例進(jìn)行交通仿真軟件的應(yīng)用，從而進(jìn)行幾種仿真軟件的對比分析。
該交叉口地處揚州市邗江區(qū)，其北面三百米處是揚州市汽車西站，其余三個方向均為各個企業(yè)以及工廠。該交叉口有公交車37路、30路、39路、16路、18路經(jīng)過，每10―15分鐘發(fā)一班車。此處行人極少，因此在調(diào)查時忽略這一影響因素。信號燈采用定時控制，分為兩個相位，周期為68秒，其中綠燈時長31秒，黃燈時長3秒，紅燈時長34秒。
另外，經(jīng)過調(diào)查，南進(jìn)口道以及北進(jìn)口道處限速50km/h，以及設(shè)置了禁止低速貨車和電動三輪車通行的標(biāo)志。東西進(jìn)口道為兩車道，分別為直左、直右方向，其中西進(jìn)口直右車道寬度為3.9米，直左車道寬度3.75米，東進(jìn)口兩條車道均為3.7米。南北進(jìn)口道為四車道，兩條直行，一條左轉(zhuǎn)，一條右轉(zhuǎn)，各車道寬度為3米，其中左轉(zhuǎn)專用車道為拓寬車道，各進(jìn)口道與出口道之間并沒有分隔帶，而是以雙黃標(biāo)線隔離。
4.實例仿真結(jié)果分析
通過對邗江中路與開發(fā)西路交叉口的數(shù)據(jù)分析分別建立路網(wǎng)模型，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，選取排隊長度、延誤時間以及服務(wù)水平三個指標(biāo)來進(jìn)行比較。
1）排隊長度。作為衡量交叉口通行能力的主要參數(shù)，在交通仿真中三種軟件都能對四個進(jìn)口道的排隊長度進(jìn)行檢測，現(xiàn)取最大排隊長度對仿真結(jié)果分析如下：
從結(jié)果看出，Synchro對于單點交叉口的最大排隊長度與觀察所得的現(xiàn)狀更為接近，主要在于VISSIM雖然定義了車輛行駛的道路，卻少考慮了各個車輛間的干擾，而Synchro在車輛間的干擾方面比VISSIM設(shè)定更為細(xì)致，因此對于單點交叉口更能反映出實際情況，另外由于TSIS模擬仿真時，未將公交車與貨車等車輛分開，導(dǎo)致所有的大車都變成公交車輛，因此在港灣式停靠站時，比實際公交數(shù)量多，產(chǎn)生更大程度的道路擁擠，也使得排隊長度進(jìn)一步變大。
2）延誤時間。在延誤時間參數(shù)上VISSIM是根據(jù)設(shè)定的行程時間檢測區(qū)段來統(tǒng)計延誤的，與Synchro一樣，既可以統(tǒng)計每個進(jìn)口道的延誤，也能反映出每條車道的延誤，為了便于與TSIS比較，于是采用整個交叉口的延誤作為評價指標(biāo)。
從結(jié)果得知，VISSIM與Synchro仿真結(jié)果與理論計算結(jié)果相差不大，而TSIS的輸出結(jié)果則相差較大，分析原因同最大排隊長度的形成因素，最終才使得總延誤時間偏大。
3）服務(wù)水平。在服務(wù)水平方面，Synchro能更為直接的得出該數(shù)值，而TSIS與VISSIM都需要統(tǒng)計大量數(shù)據(jù)得到。Synchro的輸出結(jié)果為該交叉口飽和度為0.79，交叉口服務(wù)水平為B，VISSIM統(tǒng)計得到的數(shù)據(jù)也可得出交叉口服務(wù)水平為B，與實際情況接近，而TSIS統(tǒng)計數(shù)據(jù)后得到服務(wù)水平為D，與實際相差較大。
綜上所述，對于單點交叉口，在交通量不大、服務(wù)水平較高的情況下，Synchro與VISSIM的仿真結(jié)果相差不是太大，與實際情況也相對來說比較吻合，而TSIS的仿真結(jié)果較易失真，綜合各方面來看，最接近交叉口真實情況的為VISSIM軟件。
5.前景展望
對于交通仿真技術(shù)的研究是智能交通研究的課題之一，當(dāng)前國內(nèi)外對于交通仿真的研究開展的很多，也發(fā)展到了一定的程度[9]。然而伴隨著對交通問題的深入了解及對其核心內(nèi)容的把握，研究的重點在不斷強化，在本文對VISSIM、Synchro和TSIS三個仿真軟件進(jìn)行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)有些方面還需要改善：
1）必須要研究符合我國國情的交通仿真軟件。現(xiàn)在比較流行的用的比較多的仿真軟件都是國外研究的成果，而這些仿真都是建立在對國外交通流狀況的研究基礎(chǔ)上，并不能真實的反映我國道路的車流運行情況，因此研究出一款專屬于我國的仿真軟件已經(jīng)刻不容緩。
2）應(yīng)對各種仿真軟件進(jìn)一步優(yōu)化。通過對實際交通流的調(diào)查以及研究、對系統(tǒng)的準(zhǔn)確性進(jìn)一步定義，精確建立仿真參數(shù)校正體系，對仿真系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，從而得到較真實的交通流狀況。
3）目前的仿真軟件缺乏對非機動車的研究。在國外道路交通是以機動車為主，而我國的交通屬于混雜交通，除了機動車外非機動車作為交通工具上已經(jīng)占了很大的比例，而僅僅對機動車進(jìn)行仿真并不準(zhǔn)確，因此在下一步研究中應(yīng)加大對非機動車同機動車相互影響的分析，同時需要建立他們之間的影響模型[3、10]。
再者，通過此次對交叉口進(jìn)行的仿真，再一次見證了交通仿真軟件的作用巨大，尤其是VISSIM，這款軟件不管在路網(wǎng)構(gòu)建、流量動態(tài)分配方面都比其他兩個軟件都完善許多，雖然還會有一些小缺點，但總的來說，已經(jīng)相當(dāng)實用，相信這款軟件以后會有很好的發(fā)展。
近年來，計算機技術(shù)也已經(jīng)快速發(fā)展，再加上交通研究方面的人才也是越來越多，將這兩方面結(jié)合起來就能開發(fā)出越來越好的交通仿真軟件，不管是在宏觀、中觀還是微觀模型仿真方面，這都將大大有利于交通學(xué)科的發(fā)展，也能更好的為解決城市道路擁堵、降低事故發(fā)生率等方面以及為高速公路、城市道路的正常運行作出更大的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]魏明,楊方廷,曹正清.交通仿真的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2003
[2]張國華.微觀交通工程技術(shù)在城市交通改善中的應(yīng)用探討[J].技術(shù)與方法,2001
關(guān)鍵詞：3D數(shù)字仿真技術(shù)；城市服務(wù)；應(yīng)用
1 概述
3D數(shù)字仿真技術(shù)主要是通過計算機技術(shù)，為用戶創(chuàng)造一個逼真的虛擬環(huán)境，既可以是對現(xiàn)實環(huán)境的虛擬，也可以是對一些想象的物體的虛擬。目前在城市建設(shè)以及工業(yè)產(chǎn)品等領(lǐng)域中的發(fā)展比較廣泛。本文主要通過分析3D數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展情況，探討其在當(dāng)前的城市服務(wù)中的應(yīng)用情況。
2 3D數(shù)字仿真技術(shù)概述
2.1 3D數(shù)字仿真技術(shù)概念及特點
3D（三維）數(shù)字仿真，一般也稱虛擬仿真，主要是通過計算機技術(shù)生成一個無限逼近現(xiàn)實的虛擬環(huán)境，該環(huán)境中存在視、聽、觸、味等多種感知，用戶則通過各種傳感器設(shè)備接收自身自然反應(yīng)的行為、活動，從而實現(xiàn)與虛擬世界中的個體產(chǎn)生聯(lián)系的一種技術(shù)。
3D數(shù)字仿真技術(shù)一般具備三個特點：（1）沉浸感。由于3D數(shù)字仿真技術(shù)創(chuàng)造出了一個虛擬的現(xiàn)實世界，單從視覺效果上來看，用戶很容易產(chǎn)生一種置身于這種虛擬環(huán)境的感受。（2）多感知性。雖然目前的3D數(shù)字仿真技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的感知只有視覺、聽覺發(fā)展的比較成熟。但是理想狀態(tài)下，3D數(shù)字仿真技術(shù)還應(yīng)該具備味覺、嗅覺以及觸覺等在現(xiàn)實生活中存在的多種人類感知行為，為人類營造一個真正逼近現(xiàn)實的虛擬環(huán)境。（3）交互性。所謂交互性是指用戶可與虛擬環(huán)境中的實體進(jìn)行交流、操作等行為，而且通過這些行為可以得到實時的反饋。
2.2 3D數(shù)字仿真技術(shù)發(fā)展
進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著計算機技術(shù)的大量普及，3D數(shù)字仿真技術(shù)也隨之進(jìn)入了快速的發(fā)展時期。而美國作為該技術(shù)的發(fā)源地，目前在該技術(shù)領(lǐng)域依然處于世界領(lǐng)先地位，于2007年率先提出六方沉浸體驗虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，并期望達(dá)到1億像素的顯示效果。然而目前最大的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中能夠提供的像素僅為4300萬，且只有五方沉浸體驗效果。因此，這項技術(shù)被美國業(yè)界認(rèn)為是下一世紀(jì)重要競爭技術(shù)，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有對應(yīng)的大型研發(fā)中心。我國雖然起步較晚，但是許多高校、企業(yè)也都在積極研制3D數(shù)字仿真技術(shù)，目前也都取得了十分顯著的進(jìn)步。
3 3D數(shù)字仿真技術(shù)提供的城市服務(wù)探究
3.1 城市建設(shè)領(lǐng)域
隨著房地產(chǎn)行業(yè)的競爭越來越激烈，房地產(chǎn)廠商主要宣傳的要點包括：地理位置、社區(qū)規(guī)劃、戶型設(shè)計等。然而目前對于戶型的空間設(shè)計等方面發(fā)展已經(jīng)很難再有革命性的突破，一些廠商的宣傳手段還僅限于條幅、實物模型等。但是隨著社會的發(fā)展，人們希望能夠更加直觀、快捷、方便地看到整個樓盤的詳細(xì)信息。傳統(tǒng)的手段是無法滿足這些需求的，而3D數(shù)字仿真技術(shù)，這一專注于營造仿真環(huán)境的技術(shù)就得到了廣泛的應(yīng)用。房地產(chǎn)廠商通過制作一些建筑動畫，直觀地展現(xiàn)小區(qū)虛擬場景、樓盤樣式、以及三維虛擬樣板房等。通過使用這些3D動畫作為宣傳手段，能夠讓居民非常直觀的體驗、感受到住房的樣子，因此取得了非常好的宣傳效果。
3.2 工業(yè)領(lǐng)域
現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活也因為各種工業(yè)產(chǎn)品的快速發(fā)展而變得非常方便。像汽車、醫(yī)療器械等一些與人們生活息息相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品，一般在最終上市之前都會進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗。之前由于技術(shù)水平有限，只有等到產(chǎn)品研發(fā)出來之后才能進(jìn)行相關(guān)的檢驗，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問題勢必造成大量資源的浪費。
隨著3D數(shù)字仿真技術(shù)的產(chǎn)生，技術(shù)人員可將設(shè)計出來的產(chǎn)品進(jìn)行虛擬實驗，既可以將設(shè)計出來的產(chǎn)品整體、空間構(gòu)造都非常詳細(xì)地展現(xiàn)出來，而且還可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中對，對這些產(chǎn)品進(jìn)行安全、事故模擬實驗。像汽車行業(yè)，一般會利用3D數(shù)字仿真技術(shù)進(jìn)行車輛撞擊事故模擬；在煤礦產(chǎn)業(yè)，一般利用3D數(shù)字仿真技術(shù)進(jìn)行安全生產(chǎn)實驗，確定最終的安全挖掘方案等。
3.3 事故模擬
傳統(tǒng)的事故分析都是通過事故現(xiàn)場照片或者是現(xiàn)場遺留下來痕跡等來進(jìn)行相P的判斷，但是這種缺乏動態(tài)模擬過程的分析方式缺乏直觀性。而事故一旦發(fā)生，通常會伴隨著賠償、處罰等后續(xù)事件，如果能夠完全還原當(dāng)時的情景，有助于相關(guān)負(fù)責(zé)人十分方便、快捷、準(zhǔn)確的處理相關(guān)事故。目前已經(jīng)開展的研究內(nèi)容包括：橋梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤礦事故分析等。其中交通事故分析發(fā)展相對的較為成熟，而且現(xiàn)在已經(jīng)有很多交通管理部門引進(jìn)這些技術(shù)，對交通事故進(jìn)行模擬還原，從而對發(fā)生當(dāng)事人進(jìn)行相關(guān)責(zé)任判斷。
3.4 施工演示
目前國家各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在如火如荼的進(jìn)行中，面對這些大型的工程項目，以前只能通過工程圖紙或簡單的模型等形式進(jìn)行展示。對于缺乏足夠的空間想象能力或者項目新手來說，很難去想象到整個工程中每個實物的具體樣式，而3D數(shù)字仿真技術(shù)大到整體效果，小到部件的構(gòu)造等，可以非常逼真的展示工程項目實景。不僅方便進(jìn)行施工演示，而且在進(jìn)行工程匯報時，也可以非常具體的展示當(dāng)前的具體施工狀況，以及與完整項目之間的差距等。
4 結(jié)束語
3D數(shù)字仿真技術(shù)，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，正處在高速發(fā)展的階段，而且正在以其獨特的方式改善人們的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。除上述提到的一些應(yīng)用領(lǐng)域之外，3D數(shù)字仿真技術(shù)還有許多其它的應(yīng)用領(lǐng)域，而且隨著5D時代的到來，還會產(chǎn)生更多的現(xiàn)在還無法想象的應(yīng)用領(lǐng)域。但同時還應(yīng)該意識到，由于一些技術(shù)難點，比如說在虛擬空間中實現(xiàn)嗅覺、味覺等技術(shù)，目前還沒有攻克，3D數(shù)字仿真技術(shù)未來的發(fā)展道路還有很長。
參考文獻(xiàn)
[1]張晶.淺談三維動畫的應(yīng)用領(lǐng)域[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013（11）：151.
[2]周飛，孫超.論三維動畫在產(chǎn)品設(shè)計中的運用和價值[J].藝術(shù)科技，2013（05）：179.
關(guān)鍵詞：自動控制理論 模擬仿真技術(shù) 電氣工程 實時監(jiān)控
中圖分類號：TP13-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-00-01
社會的進(jìn)步科技的發(fā)展帶動了自動化技術(shù)逐漸取代手工技術(shù)，當(dāng)前工業(yè)社會生產(chǎn)活動中自動化技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模普及推廣開來，而且自動化程度不斷加深。隨之自動控制理論隨著數(shù)學(xué)、計算機等多學(xué)科的發(fā)展也取得很大的進(jìn)步，并逐漸由傳統(tǒng)的經(jīng)典控制理論向現(xiàn)代控制理論發(fā)展，現(xiàn)代控制理論在精準(zhǔn)度和過程控制方面的優(yōu)勢也使得電氣自動化技術(shù)其過程更加復(fù)雜化，在自動化產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)入實際工程前要進(jìn)行一系列的模擬仿真，以確保能夠世紀(jì)工程需要。
1 電氣自動化和仿真技術(shù)
1.1 電氣自動化的發(fā)展和特點
電氣自動化作為電氣信息方向的一門新學(xué)科，因為和人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)而迅速發(fā)展。經(jīng)過長時期的發(fā)展，如今電氣自動化已經(jīng)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要部分而發(fā)展較為成熟。電氣自動化從一個電氣開關(guān)開始到整個電氣系統(tǒng)的控制部分都有其分布組成。它包括了對開關(guān)信號進(jìn)行控制，對工程目的進(jìn)行分析，對系統(tǒng)中各設(shè)備進(jìn)行信息交流，對系統(tǒng)中反饋的信息做匯總并按人們預(yù)期設(shè)定的程序步驟進(jìn)行智能化的邏輯分析并準(zhǔn)確快速做出動作反映，已達(dá)到脫離人工而能自動運行的目的。如今，電氣自動化技術(shù)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和交通運輸中。在電氣自動化中，控制理論是其重要的基礎(chǔ)內(nèi)容。自20世紀(jì)四五十年代開始，控制理論一直在不斷的發(fā)展。經(jīng)典控制理論的出現(xiàn)標(biāo)志著控制理論的形成，自動化技術(shù)開始得以普及推廣。之后隨著各種自然學(xué)科和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，在20世紀(jì)五六十年代依托于數(shù)列和計算機技術(shù)的狀態(tài)空間法的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代控制理論的形成。經(jīng)典控制理論計算簡單便于分析，能夠很好的解決單變量定常系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。而隨著工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展，人們對自動化程度提出了更高的要求，工業(yè)中有關(guān)多變量系統(tǒng)的分析設(shè)計已經(jīng)不能再用經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn)解決了這個問題，使得電氣自動化技術(shù)向著系統(tǒng)更加復(fù)雜，控制更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展。
1.2 自動化中的仿真技術(shù)
隨著工業(yè)進(jìn)程的加快，工業(yè)工廠、交通管理、軍事國防在進(jìn)行自動化程度加深的同時也要求對控制過程進(jìn)行實時監(jiān)控或著遠(yuǎn)程監(jiān)控。仿真技術(shù)是自動化控制過程中不可分割的一部分。它通過力控軟件將可編程邏輯控制器（PLC）中采集的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)反映到人際交換界面上來，并用仿真模擬圖像對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。模擬仿真技術(shù)也可以在自動化設(shè)備投入運行前進(jìn)行預(yù)先模擬運行，以便檢查自動控制程序是否穩(wěn)定，是否滿足實際生產(chǎn)需要。
2 仿真技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用
2.1 仿真技術(shù)在自動化鋼鐵廠中的應(yīng)用
在大型鋼鐵廠中，從鐵礦向高爐送料開始一直到鋼鐵成型，其過程大多是脫離人工的自動完成，這主要有現(xiàn)場的各種傳感器（溫度傳感器、壓力傳感器、紅外傳感器、噪聲傳感器等），控制室的大型工控機（可編程邏輯器PLC），各種配套的邏輯開關(guān)，相關(guān)的變頻器，變壓器等電氣設(shè)備組成。PLC作為整個自動化的核心部分，對整個自動化過程進(jìn)行邏輯分析和控制，邏輯開關(guān)通過通斷作為相應(yīng)PLC控制動作的執(zhí)行者，現(xiàn)場的各種傳感器和行程開關(guān)作為信息來源，將現(xiàn)場的各種實時數(shù)據(jù)信息傳輸給PLC，相關(guān)電氣設(shè)備作為運行的支持。在中央控制室中，通過人機交換界面可以將PLC中匯總的各種實時數(shù)據(jù)反饋到顯示屏上，通過這些配套的力控軟件可以以圖像的形式對鋼鐵廠的各個生產(chǎn)車間和每個生產(chǎn)過程進(jìn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并可以在顯示屏幕上直接對各個生產(chǎn)過程進(jìn)行手動控制操作。也可將其上傳至網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助操作和監(jiān)控。
2.2 仿真技術(shù)在大型汽車組裝廠的應(yīng)用
在大型汽車生產(chǎn)廠，各種零部件的組裝是汽車生產(chǎn)廠商所進(jìn)行的主要活動，一輛車往往需要上萬個零部件，而不同的車型需要不同的零部件，即便是同一輛車型的不同配置也需要不同的零部件，如何在最短的時間內(nèi)組裝出最多的車而且正確無誤一直生產(chǎn)廠商所關(guān)注的問題。電氣自動化技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了這項問題，并大大提高了汽車的組裝速度。在汽車總裝車間，各種細(xì)小繁多的零件需要按不同的車型組裝到一起，由于汽車廠商往往是根據(jù)客戶的訂單需求，同一批次的車型中往往是不同的配置同時進(jìn)行，這就使現(xiàn)場的操作工單靠腦力無法按時保質(zhì)保量的完成任務(wù)。通過自動控制技術(shù)和仿真技術(shù)可以有效的解決這個問題。在將汽車組裝進(jìn)行幾個部分的分割之后，在各個部分上安裝可編程控制器（PLC）作為自動控制器，并安裝顯示屏作為仿真顯示器，將各部分的PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)連接在CCR（中央控制室）的服務(wù)器上，通過IPMS系統(tǒng)通過前端的仿真控制端將各種車型數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器中，服務(wù)器再降不同的配置信息分配到相應(yīng)的現(xiàn)場PLC中，PLC可以根據(jù)不同車型的配置信息將所需的零部件現(xiàn)實到屏幕上，或者制作零部件架并在加上安裝撥碼燈，使PLC直接控制對應(yīng)零件撥碼燈的亮滅，這樣可以是操作工很快捷準(zhǔn)確的選取各種零部件，減少了工作強度，增加工作效率。
3 結(jié)語
電氣工程及其自動化的發(fā)展使得我國各行業(yè)的自動化進(jìn)程不斷加快，仿真技術(shù)作為自動化控制系統(tǒng)中的組成部分，能夠很形象的反映出設(shè)備實時運行的情況，方便監(jiān)控與管理。目前可編程控制器（PLC）作為行業(yè)經(jīng)常采用的生產(chǎn)控制設(shè)備，與之相應(yīng)的力控軟件能夠很好的模擬仿真系統(tǒng)的運行狀況，他們已經(jīng)被越來越廣泛運用到社會的各行各業(yè)。
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【論文摘要將虛擬仿真技術(shù)引進(jìn)教學(xué)領(lǐng)域后對傳統(tǒng)教學(xué)手段產(chǎn)生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學(xué)中如何應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)給出了應(yīng)用方法和心得。
1.引言
自 20世紀(jì) 9O年代以來,以計算機仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現(xiàn),并逐步滲透到教學(xué)領(lǐng)域。作為一種新型的實驗教學(xué)手段,虛擬仿真教學(xué)對傳統(tǒng)的教學(xué)手段產(chǎn)生了強烈沖擊,并引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學(xué)將是今后實驗教學(xué)改革的一個重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來在航空電子裝備教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗,探索在航空電子裝備教學(xué)軟件中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的方法和心得。
2.虛擬仿真技術(shù)簡介
虛擬仿真技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。
2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用三維建模技術(shù),構(gòu)建一個和現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景,并能響應(yīng)用戶的輸進(jìn),根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形 天生技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產(chǎn)品設(shè)計和展示、貿(mào)易廣告、游戲設(shè)計等。
在航空電子裝備教學(xué)中,大量用 到對裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ,傳統(tǒng)教學(xué)大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代,因受經(jīng) 費、場地及使用壽命等因素的限制 ,傳統(tǒng)教學(xué)方法 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 ,而采 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應(yīng)用。
目前有大量成熟的軟件平臺可以進(jìn)行視景仿 真的開發(fā),主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫 OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ,在軍事 、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術(shù)平臺 ,解決物理模型的創(chuàng)建、場景顯示等新題目。該平臺可以達(dá)到照片級 的視景仿真效果 .同時采用嵌進(jìn) OPENGL技術(shù)來解決物理模型 的交互新題目。
2.2系統(tǒng)仿真技術(shù)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科 .它通過建立實際系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模 型 ,利用計算機運算來達(dá)到對被仿真系統(tǒng)的分析、探究、設(shè)計等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對真實系統(tǒng)的內(nèi)在機理、運動方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統(tǒng)試驗難以實現(xiàn)等少數(shù)領(lǐng)域,后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要產(chǎn)業(yè)部分,并進(jìn)一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。 在航空電子裝備教學(xué)中,對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要通過教員的講述,配合一些靜態(tài)的圖形幫助學(xué)員理解 .教學(xué)效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應(yīng)用到航空電子裝備教學(xué)中,根據(jù)被仿真裝備的工作原理,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài),對模型進(jìn)行動態(tài)運行.結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的逼真場景.較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開發(fā)、研制的教學(xué)軟件不但可供教員教學(xué)使用.也可供學(xué)員自學(xué),并達(dá)到了較好的教學(xué)效果。
目前,有很多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價格較為昂貴,且大多未提供對外的仿真數(shù)據(jù)接口.仿真系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當(dāng)然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺軟件。
3.虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學(xué)中的應(yīng)用方法和步驟
3.1建立仿真模型
這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ,也包括揭示其內(nèi)在工作機理及行為的數(shù) 學(xué)模 型。對三維物理模型的建立,主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài),其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時進(jìn)步逼真度。對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立,則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行取舍和優(yōu)化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運算量。建立數(shù)學(xué)模型時 ,還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運行時的參數(shù)調(diào)整。
3.2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅(qū)動
對于虛擬場景的驅(qū)動,根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式假如進(jìn)行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示,可使用EON進(jìn)行動作的編輯和驅(qū)動;假如需要對裝備進(jìn)行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進(jìn)行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅(qū)動以實現(xiàn)更復(fù)雜的交互操縱。
3.3系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學(xué)軟件所需的形式將其有機的整合在一起,使之成為_個完整的 、規(guī)范的教學(xué)軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺的運行插件,因此,系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時,只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。
系統(tǒng)集成時,還需要將系統(tǒng)行為仿真的結(jié)果通過視景仿真表現(xiàn)出來,即用行為仿真的數(shù)據(jù)來驅(qū)動三維物理模型的動作。由于系統(tǒng)行為仿真采用了專門的運行平臺,和視景仿真處于不同的系統(tǒng)進(jìn)程中.因此這種驅(qū)動是通過兩進(jìn)程間的實時通訊來完成的。這里還需要考慮進(jìn)程間的同步新題目。
【關(guān)鍵詞】 仿真技術(shù) 高技術(shù) 產(chǎn)業(yè)化 知識經(jīng)濟
引言
盡管仿真技術(shù)已經(jīng)很快發(fā)展,但在若干問題上仍然存在不同的見解。
比如,有人說仿真技術(shù)是要花費很多錢,所以它的成果只是榮譽性的。這種看法與當(dāng)今把每臺核電站仿真機以1000多萬美金,飛機仿真機以1500~2000萬美金的價格從美國、加拿大引進(jìn)到中國的現(xiàn)實相矛盾,也具體說明了仿真技術(shù)的成果仍然形成了一個高價位的高科技產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)。
又如,有人說在市場經(jīng)濟的環(huán)境里,仿真技術(shù)的產(chǎn)值搞不大,相關(guān)的市場在萎縮;也有人認(rèn)為仿真技術(shù)是21世紀(jì)戰(zhàn)略性技術(shù),仿真技術(shù)肯定會大發(fā)展。
當(dāng)前,一場以高技術(shù)為中心的新的科技革命正在蓬勃發(fā)展,對整個社會經(jīng)濟發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。世界的經(jīng)濟向知識(智力)經(jīng)濟過渡,信息技術(shù)迅猛發(fā)展與知識經(jīng)濟來臨之際,對仿真技術(shù)將有什么作用,仿真技術(shù)將會有什么地位,如何迎接機遇,都應(yīng)盡快考慮,這是業(yè)界的大事。
鑒于上述,作者經(jīng)過幾年的反復(fù)觀察、研究、分析和思考寫下本文。
1. 從仿真技術(shù)定義變化中考查
自從仿真概念出現(xiàn)以來,仿真的定義隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展不斷深化。
比如,牛津英文字典中初期的仿真定義是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后來變?yōu)?"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,國內(nèi)在《火炬計劃基本概念及相關(guān)名詞術(shù)語解釋》中,對仿真技術(shù)作了很詳細(xì)的定義,見參考文獻(xiàn)[7]。關(guān)于仿真技術(shù)的定義,到目前為止,就很難用簡單的語言描述。國內(nèi)外學(xué)者從不同角度作了描述,可歸納如下幾點:
仿真技術(shù)是出自對系統(tǒng)的研究,是通過用系統(tǒng)模型對真實系統(tǒng)或設(shè)計中的系統(tǒng)進(jìn)行試驗,以達(dá)到分析、研究和設(shè)計該系統(tǒng)的目的;
仿真技術(shù)是以計算機為基礎(chǔ),計算機能力提高了,仿真技術(shù)水平也提高,使之有能力去描述更復(fù)雜的系統(tǒng);
仿真技術(shù)隨需求發(fā)展,提出了大量共同性的理論、方法和技術(shù)問題,致使仿真逐步形成了一門獨立的學(xué)科;
仿真技術(shù)已成為計算機應(yīng)用的一個重要的領(lǐng)域;
仿真技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛,無孔不入的一門綜合性學(xué)科,已廣泛應(yīng)用于航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物 、醫(yī)學(xué)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)等自然科學(xué)與社會科學(xué)的各個領(lǐng)域,其重要性已廣為人知;
仿真技術(shù)用于揭示已知對象和未知對象的內(nèi)在特性、分系統(tǒng)之間的關(guān)系和運作規(guī)律,以研究已知和預(yù)測未知;
仿真技術(shù)是高技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2. 仿真技術(shù)主要研究的內(nèi)容和成果分析
2.1 仿真技術(shù)主要研究的內(nèi)容
仿真技術(shù)雖是計算機應(yīng)用的一個重要的領(lǐng)域,但也有其自身作為一門專有技術(shù)的研究內(nèi)容,有問題和難點,也有發(fā)展方向和規(guī)律,形成了仿真技術(shù)的主體技術(shù)。這些技術(shù)又在廣泛而豐富的需求中深化和發(fā)展。仿真技術(shù)的研究內(nèi)容最少應(yīng)包括總體技術(shù)、仿真支撐軟件技術(shù)與工具、建模技術(shù)和應(yīng)用技術(shù),表1歸納了這些仿真技術(shù)的研究內(nèi)容:
表1:仿真技術(shù)的研究內(nèi)容 總體技術(shù) ①學(xué)科的理論研究;②仿真技術(shù)的發(fā)展與開拓;③仿真技術(shù)與支撐技術(shù)的關(guān)系;④系統(tǒng)的分析與劃分;⑤仿真技術(shù)在信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中的地位研究;⑥大型仿真系統(tǒng)研究
仿真支撐軟件技術(shù)與工具 ①支撐軟件理論與方法;②仿真支撐軟件技術(shù);③面向?qū)ο笾渭夹g(shù);④面向各項領(lǐng)域的共性工具軟件;⑤專用的工具軟件;⑥軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu);⑦實時數(shù)據(jù)庫
建模技術(shù) ①仿真對象與系統(tǒng)分析;②建模理論與方法;③仿真算法與語言;④驗證方法與標(biāo)準(zhǔn)
應(yīng)用技術(shù) ①應(yīng)用領(lǐng)域開拓研究;②應(yīng)用軟件系統(tǒng);③應(yīng)用的相關(guān)技術(shù);④應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)方法
2.2 從仿真技術(shù)的成果分析
近幾年來,國內(nèi)外仿真技術(shù)領(lǐng)域取得了豐碩的成果,體現(xiàn)出重大的社會效益和經(jīng)濟效益。主要的成果例舉如下:
2.2.1 仿真支撐系統(tǒng)的發(fā)展
70年代末,國際上一些國家在實現(xiàn)仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中,強化了仿真支持系統(tǒng)的概念。因此,仿真支撐系統(tǒng)已經(jīng)不僅是仿真領(lǐng)域關(guān)鍵的技術(shù)之一,而且是"解放"仿真系統(tǒng)開發(fā)者和使用者的最重要手段。它不僅賦予仿真系統(tǒng)以生命力,同時也是實現(xiàn)仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。在應(yīng)用過程中,它是實現(xiàn)仿真目標(biāo)和解決問題的概括和總結(jié),它支撐了仿真系統(tǒng)的整個生命周期,包括對仿真對象分析、仿真模型的表達(dá)、仿真模型的生成和運行、仿真過程的調(diào)試和修改、實時運行、仿真數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)及跨平臺的聯(lián)合運行。因此,近幾年來,國內(nèi)外已經(jīng)十分重視對仿真支撐系統(tǒng)的研究,也出現(xiàn)了不少成果。從科技進(jìn)步角度來分析,主要表現(xiàn)為:
(1)開放性和構(gòu)件概念,包括:構(gòu)件命名服務(wù)(Component Name Services)、構(gòu) 件對象服務(wù)(Component Object Services)等為構(gòu)件客戶服務(wù)。
(2)提供通用數(shù)據(jù)表示方法,讓集成工具之間共享信息。
(3)支撐范圍擴大,表示在支撐仿真應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上的實現(xiàn)。
(4)支撐多媒體技術(shù)的應(yīng)用,使仿真系統(tǒng)的人機界面得以改善。
2.2.2 面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)
近十幾年來,面向?qū)ο蠓抡?Object Oriented Simulation,簡稱OOS)研究、開 發(fā)和應(yīng)用有很大的進(jìn)展,在廣泛的領(lǐng)域里,各種各樣的模型是由OOS語言(或稱編程工具)和開發(fā)環(huán)境中出現(xiàn)。由于OOS為系統(tǒng)建模提供了靈活的方法,它的基本
特性使之不同于傳統(tǒng)的仿真方法,而且適用于大型的更為復(fù)雜更分散的仿真系統(tǒng),以及基于網(wǎng)絡(luò)的仿真系統(tǒng)。而且,支撐OOS的工具已不少實現(xiàn)商品化了。例如:
(1)由于國際間多國合作的出現(xiàn),對共享仿真環(huán)境的需求擴大,網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)被用在基于共享的仿真環(huán)境,如虛擬工廠教學(xué)系統(tǒng),它允許學(xué)生單獨工作或組成虛擬的隊、建造工廠、預(yù)測產(chǎn)品需求、計劃生產(chǎn)、制定日程進(jìn)度等
(2)面向?qū)ο蠓抡嬖谔幚韽?fù)雜系統(tǒng)模型時,是一個極好的工具。將這類模型分成幾個子模型,做到仿真程序結(jié)構(gòu)與真實系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似。如解決互相聯(lián)系的異步電動機組的仿真控制問題等。
3. 仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴大
近幾年世界上應(yīng)用仿真技術(shù)去解決科技、生產(chǎn)、社會各方面問題的事例層出不窮,使仿真技術(shù)的應(yīng)用能力拓展,滲透性增加,無處不在,無孔不入。例舉幾項:
(1)仿真技術(shù)在工業(yè)系統(tǒng)的多種應(yīng)用取得了巨大的社會和經(jīng)濟效益;
(2)利用仿真技術(shù)來模擬人們不斷增加對海港、船舶的到達(dá)方式,海港運作方式的變化需求,用于實現(xiàn)海港現(xiàn)代化管理或新建海港選擇和投資考察;
(3)應(yīng)用質(zhì)量工程及仿真提高巨型計算機系統(tǒng)的性能。性能評估在計算機的設(shè)計、開發(fā)、配置、調(diào)節(jié)中是一個重要環(huán)節(jié),應(yīng)用質(zhì)量工程和仿真技術(shù)來提高巨型計算機系統(tǒng)性能;
(4)應(yīng)用仿真技術(shù),開展語言系統(tǒng)研究,取得重要成果;
(5)仿真技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用和發(fā)展近幾年來在國內(nèi)也取得很好的成果,仿真技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用是從產(chǎn)品設(shè)計到制造,以至測試維護(hù)的整個生命周期中,計算機仿真技術(shù)貫穿始終;
(6)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用范圍擴大。它在醫(yī)療領(lǐng)域中開始應(yīng)用,虛擬教學(xué)、虛擬會議系統(tǒng)等取得一定效果,虛擬現(xiàn)實技術(shù)與娛樂的結(jié)合更有廣泛市場。
4. 從軟科學(xué)技術(shù)發(fā)展展望仿真技術(shù)的作為
軟科學(xué)技術(shù)是為管理和決策服務(wù)的科學(xué)技術(shù),或者可以定義為幫助人更直接、有效、全面和系統(tǒng)地使用迅速發(fā)展的各類科學(xué)技術(shù)知識,并進(jìn)行科學(xué)管理和科學(xué)決策的科學(xué)。從軟科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用性表現(xiàn)來說,如果說科學(xué)的研究是基礎(chǔ)研究的話,軟科學(xué)技術(shù)則是應(yīng)用研究,產(chǎn)生的專家系統(tǒng)則是技術(shù)開發(fā)。
醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域管理決策的專家系統(tǒng)的研究成果幾年后將被投入使用。例如美國許多大公司都開始用人軟件,幫助做許多種經(jīng)營工作。這意味著類似"仿真腦"的系列產(chǎn)品將要出現(xiàn),仿真技術(shù)在管理和決策方面的應(yīng)用將推向各個領(lǐng)域。在仿真各種管理與決策系統(tǒng)的過程中,仿真技術(shù)將快速發(fā)展,產(chǎn)業(yè)化的步伐將加快。
軟科學(xué)技術(shù)是有前途的。在人類知識每5年翻一番的情況下,任何人如果不*電腦處理事務(wù),也就是說不*"看不見的頭",是無法妥善、有效處理的。如果說軟科學(xué)技術(shù)會成為21世紀(jì)的先導(dǎo)和骨干高科技,推動軟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的仿真技術(shù)也是分析復(fù)雜問題,提示相互關(guān)系,仿真人腦管理和決策的骨干高科技之一。5. 仿真技術(shù)發(fā)展的特點和趨勢
近幾年,以計算機技術(shù)、通訊技術(shù)與傳感技術(shù)為主導(dǎo)的信息技術(shù)的飛快發(fā)展,為仿真技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入一個嶄新的環(huán)境打下了良好基礎(chǔ)。仿真技術(shù)的發(fā)展將出現(xiàn)新概念、新應(yīng)用和新的地位。由目前發(fā)展情況分析,有如下值得注意的特點:
(1)仿真技術(shù)是一門獨立的學(xué)科,但它離不開計算機技術(shù)。只要計算機技術(shù)在飛快地發(fā)展,仿真技術(shù)就一定隨之快速發(fā)展;
(2)仿真技術(shù)作為信息技術(shù)族內(nèi)的成員,它不僅自身發(fā)展快,而且與信息技術(shù)各項發(fā)展結(jié)合也快,它們永遠(yuǎn)面對新問題、組織新技術(shù)、形成新的系統(tǒng)工程。因此,仿真技術(shù)是不斷研究新現(xiàn)象、分析新規(guī)律、揭示相關(guān)系統(tǒng)、找出解決方法的強有力工具;
(3)在知識經(jīng)濟來臨、知識管理的形成和發(fā)展中,仿真技術(shù)是最好的工具。它將被更多人了解和掌握。美國很多大公司開始用"人軟件"代替人類做多種經(jīng)營工作。預(yù)計類同"仿真腦"系列的產(chǎn)品將會被成批生產(chǎn),用以代替人們進(jìn)行管理和決策;
(4)仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,在信息技術(shù)發(fā)展中,將出現(xiàn)獨特的地位;
(5)目前,在全世界軟件產(chǎn)業(yè)快速進(jìn)展的環(huán)境中,仿真支撐軟件,各種工具軟件(包括專用仿真語言),乃至于通用的應(yīng)用軟件、商品化的周期縮短;
(6)面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和應(yīng)用發(fā)展較快,一方面推動仿真概念變化,另一方面適應(yīng)復(fù)雜、非線性應(yīng)用的能力增大;
(7)由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,為異地、異國應(yīng)用提供了可能,將對仿真技術(shù)提出新的挑戰(zhàn),也推動了發(fā)展。預(yù)計仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合,將出現(xiàn)新的概念,并擴大應(yīng)用范圍;
(8)仿真技術(shù)在培訓(xùn)領(lǐng)域中已有了豐碩的成果,比如:核電站、飛機的仿真機等都是培訓(xùn)所必需的仿真系統(tǒng)產(chǎn)品。
6. 知識經(jīng)濟的特征和仿真技術(shù)的地位
人類在經(jīng)歷了漫長的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟時代后,正迎接著知識經(jīng)濟時代的來臨。1997年,人們第一次提出知識經(jīng)濟的概念,大家認(rèn)為它是建筑在知識和信息基礎(chǔ)上的經(jīng)濟;以知識和信息的生產(chǎn)、分配和使用為直接依據(jù)的經(jīng)濟;知識是提高生產(chǎn)率和實現(xiàn)經(jīng)濟增長的驅(qū)動器。國內(nèi)外學(xué)者對此也有各種說法。如:知識經(jīng)濟是以智力資源的占有、配置,以科學(xué)技術(shù)為主的知識生產(chǎn)、分配和使用為最重要因素的經(jīng)濟。又如:知識經(jīng)濟所要表述的是一種新的復(fù)雜的經(jīng)濟狀態(tài),它是指以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為核心,建立在知識和信息的生產(chǎn)、存儲、使用和消費之上的經(jīng)濟。它有豐富的內(nèi)涵和明顯的特征。只有通過對其內(nèi)涵和特征的分析并與仿真技術(shù)及其應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化社會效益、經(jīng)濟效益比較,才能充分看到仿真技術(shù)在知識經(jīng)濟環(huán)境中的地位。
(1) 知識經(jīng)濟特征與仿真技術(shù)特點的切合。
(2) 仿真技術(shù)是推動知識經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
(3) 仿真技術(shù)及其應(yīng)用,形成知識產(chǎn)品和服務(wù),以及產(chǎn)業(yè)化的效益推動知識經(jīng)濟的增長。
7. 結(jié)論
通過考察和分析,我們看到知識經(jīng)濟時代的來臨給仿真業(yè)界帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇,仿真技術(shù)將因自身的特點而在知識經(jīng)濟環(huán)境中快速發(fā)展,反之也推動知識經(jīng)濟的發(fā)展。仿真技術(shù)與軟科學(xué)及其它相關(guān)技術(shù)的結(jié)合將加快高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,給整個社會帶來新的經(jīng)濟增長點,仿真技術(shù)大有可為。
參考文獻(xiàn)
[1] 游景玉,實時仿真技術(shù)及其應(yīng)用,珠海出版社,1997年
[2] 游景玉,論文"論仿真技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化", 珠海出版社,1999年
[3] 游景玉 吳芳輝,論文"仿真支撐系統(tǒng)技術(shù)的研究與發(fā)展",珠海出版社,1999年
[4] 游景玉 吳芳輝,論文"新世紀(jì)仿真技術(shù)展望", 珠海出版社,1999年
[5] 游景玉,論文"論仿真技術(shù)在高技術(shù)發(fā)展中的地位", 珠海出版社,1999年
中圖分類號：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9416（2012）04-0000-00
1、論文研究背景及意義
近多年來，由于計算機及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢就是數(shù)字化，數(shù)字城市也逐漸引起了人們的注意。那么怎樣應(yīng)用計算機技術(shù)來構(gòu)建數(shù)字城市，近而實現(xiàn)城市的數(shù)字化已經(jīng)引起城市規(guī)劃及管理人員和城市居民的共同關(guān)注。城市仿真技術(shù)在構(gòu)造數(shù)字城市過程中發(fā)揮著非常重要的作用，因此成為當(dāng)前一個新的研究熱點。仿真(Simulation)技術(shù)是利用計算機軟件模擬實際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實驗的技術(shù)，以模擬的方式為使用者創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真體驗中獲得直接參與和探索仿真技術(shù)對象在所處環(huán)境中的作用和變化。城市仿真(Urban Simulation)技術(shù)就是仿真技術(shù)在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計等領(lǐng)域中的應(yīng)用，表現(xiàn)為人機交互、真實建筑空間感與大面積三維地形仿真，即交互式實時三維(Interactive Realtime 3D)。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)造出來的城市視景仿真系統(tǒng)是數(shù)字地球的重要組成部分和支撐手段，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在城市的規(guī)劃、建設(shè)以及管理當(dāng)中，對于城市發(fā)展規(guī)劃的各個方面都具有相當(dāng)重要的意義。
2、國內(nèi)、外的視景仿真工具
MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三維建模軟件是世界上流行的實時三維數(shù)據(jù)庫生成系統(tǒng)的軟件環(huán)境，在仿真系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司應(yīng)用于實時視景仿真、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的世界領(lǐng)先的軟件環(huán)境。Urbansim是基于城市交通需求模擬分析和城市土地綜合分析的新型城市發(fā)展仿真軟件。MagicCity屬于WinTel架構(gòu)基礎(chǔ)上的虛擬現(xiàn)實和視景仿真系統(tǒng)。我國在視景仿真系統(tǒng)開發(fā)的同時，也在進(jìn)行仿真系統(tǒng)軟件平臺的開發(fā)。TrueSim v2.0 三維實時仿真軟件平臺是深圳市創(chuàng)想科技發(fā)展有限公司在綜合了國內(nèi)外多項最新三維仿真技術(shù)的研究成果以及多年來從事三維仿真研究所積累的多種經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上推出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的仿真平臺。神州視景信息技術(shù)有限公司自主研發(fā)了“基于普通PC和Internet的大規(guī)模場景實時漫游引擎系統(tǒng)――SCVR”。 Virtools是一個實時三維虛擬現(xiàn)實編輯軟件，可將多種常用文件格式（三維模型、二維圖表、聲音等）整合到一起，并具備交互功能，能夠開發(fā)出電腦游戲、建筑仿真、交互娛樂等多種3D產(chǎn)品。
3、本文的研究目的及重要內(nèi)容
本文通過研究虛擬現(xiàn)實視景仿真技術(shù)的相關(guān)知識，實現(xiàn)以我們學(xué)院校園為虛擬環(huán)境的視景漫游系統(tǒng)。通過對虛擬場景的構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)視景漫游中的自動漫游和交互漫游等效果。本系統(tǒng)應(yīng)用建筑草圖大師Sketchup和MultiGen Creator軟件工具來構(gòu)建虛擬場景中地形及建筑物的三維模型，并建立道路、樹木、路燈等虛擬景物，借助Vega Prime軟件平臺和工具集對校園虛擬場景進(jìn)行仿真，在VC++開發(fā)平臺下實現(xiàn)三維景觀及模型的交互式（以鼠標(biāo)、鍵盤等交互方式）控制，實現(xiàn)了虛擬校園景觀的視景仿真漫游系統(tǒng)。
本文主要研究內(nèi)容和所做工作總結(jié)如下：
(1)了解視景漫游技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實的發(fā)展，對國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研。
(2)對黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院的視景環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和整理，包括地形數(shù)據(jù)的獲取、建筑物數(shù)據(jù)的獲取、紋理數(shù)據(jù)的獲取等等。
(3)研究用虛擬現(xiàn)實建模軟件Sketchup、Creator以及三維建模技術(shù)、模型真實感技術(shù)以及模型優(yōu)化技術(shù)等對地形、道路、教學(xué)樓和圖書館等建筑以及校園之中的花草樹木等進(jìn)行建模，構(gòu)建出虛擬場景模型庫，然后用視景漫游軟件Vega Prime和VC++對虛擬場景進(jìn)行漫游和交互控制。
(4)研究模型數(shù)據(jù)庫建模和優(yōu)化技術(shù)問題，模型數(shù)據(jù)庫的建構(gòu)、調(diào)整和優(yōu)化對提高實時仿真系統(tǒng)中運行的速度和流暢性起著至關(guān)重要的作用，成為目前重要的研究課題。
(5)碰撞檢測技術(shù)。開發(fā)虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)有一個主要目標(biāo)就是能夠讓用戶以盡可能接近自然的方式與構(gòu)建的虛擬場景中的物體直接進(jìn)行交互。要實現(xiàn)自然的、精確的人機交互功能首先要解決的是碰撞檢測的問題。碰撞檢測是虛擬場景中動態(tài)物體與靜態(tài)物體之間或動態(tài)物體與動態(tài)物體之間進(jìn)行交互的基礎(chǔ)。在碰撞檢測中有兩個問題需要解決，一是檢測到碰撞的發(fā)生和碰撞的位置，二是計算碰撞后的反應(yīng)。而碰撞檢測是計算碰撞反應(yīng)的先決條件，因此，碰撞檢測是虛擬環(huán)境中一個必不可少的部分。
(6)為保證虛擬場景的真實性、生動性及其對用戶的感染力，對基于粒子系統(tǒng)的虛擬場景環(huán)境特效技術(shù)進(jìn)行研究。
校園視景仿真就是在計算機環(huán)境中對真實校園的景觀進(jìn)行虛擬再現(xiàn)，采用虛擬現(xiàn)實相關(guān)技術(shù)，生成一個實時的、能給用戶各種真實感受的三維虛擬環(huán)境。利用計算機軟硬件及其相關(guān)輸入輸出設(shè)備，使用戶可以在虛擬的校園場景中進(jìn)行瀏覽和交互漫游，感受校園中的風(fēng)景。利用這種方法可以讓更多的人來了解我們的學(xué)校，對本校園的環(huán)境及交通現(xiàn)狀等方面有更深刻的認(rèn)識。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：系統(tǒng)仿真設(shè)計
一、系統(tǒng)仿真技術(shù)
所謂仿真就是建立系統(tǒng)的模型（數(shù)學(xué)模型、物理效應(yīng)模型或數(shù)學(xué)-物理效應(yīng)模型），并在模型上進(jìn)行實驗和研究一個存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)。這里的系統(tǒng)包括技術(shù)系統(tǒng)，如土木、機械、電子、水力、聲學(xué)、熱學(xué)等，也包括社會、經(jīng)濟、生態(tài)、生物和管理系統(tǒng)等非技術(shù)系統(tǒng)。仿真技術(shù)的實質(zhì)也就是進(jìn)行建模、實驗。現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計算機技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)聯(lián)的。控制工程和系統(tǒng)工程的發(fā)展促進(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而計算機出現(xiàn)及計算技術(shù)的迅猛發(fā)展，則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。
仿真技術(shù)得以發(fā)展的主要原因是它帶來了重大的社會和經(jīng)濟效益。系統(tǒng)仿真的應(yīng)用大致可分為：對已有系統(tǒng)進(jìn)行分析時采用仿真技術(shù)；對尚未有的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時采用仿真技術(shù)；在系統(tǒng)運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關(guān)系統(tǒng)過去的、現(xiàn)在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；
在系統(tǒng)運行前，利用仿真模型作為預(yù)測器，向用戶提供系統(tǒng)運行起來后，可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓(xùn)練器，訓(xùn)練系統(tǒng)操縱人員或管理人員。在工程領(lǐng)域仿真技術(shù)可以降低系統(tǒng)的研制成本，可以提高系統(tǒng)實驗、調(diào)試和訓(xùn)練過程的安全。
一般認(rèn)為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統(tǒng)仿真技術(shù)中，一個仿真系統(tǒng)要首先建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型--一次仿真模型，然后再改寫成適合計算機處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統(tǒng)二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書寫相應(yīng)的程序。
仿真基本上是一種通過實驗來求解的技術(shù)。通過仿真實驗要了解系統(tǒng)中各變量之間的關(guān)系，要觀察系統(tǒng)模型變量變化的全過程，此外，為了對仿真模型進(jìn)行深入研究和結(jié)果優(yōu)化，還必須進(jìn)行多次運行，系統(tǒng)優(yōu)化等工作，因此，良好的人機交互性是系統(tǒng)仿真的一個重要特性。
二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是二十世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境--虛擬環(huán)境，用戶投入這種環(huán)境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支，從而也大大推進(jìn)了計算機技術(shù)的發(fā)展。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已在建筑、教育培訓(xùn)、醫(yī)療、軍事模擬、科學(xué)和金融可視化等方面獲得了應(yīng)用，漸已成為21世紀(jì)廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù)。
虛擬現(xiàn)實是高度發(fā)展的計算機技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)晶和反映，它具有以下主要特征：
（1）依托學(xué)科的高度綜合化；
（2）人的臨場化；
（3）系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化；
（4）數(shù)據(jù)表示的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)存儲的大容量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩c數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過多種媒體對感官的刺激，對所需解決的問題有了清晰和直觀的認(rèn)識，從而，也使模型的建立和驗證更加方便。
三、系統(tǒng)仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合
傳統(tǒng)的系統(tǒng)仿真技術(shù)很少研究人的感知模型的仿真，因而無法模擬人對外界環(huán)境的感知(聽覺、視覺、觸覺)隨著多媒體技術(shù)、計算機動畫、傳感技術(shù)的發(fā)展，計算機模擬外界環(huán)境對人的感官刺激開始成為可能。事實證明，人類對于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行仿真模型的建立和實驗的模擬，使仿真的過程和結(jié)果可以實現(xiàn)圖象化、可視化，使仿真的系統(tǒng)具有了三維、實時交互、屬性提取等特征，極大地促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展，同時也使虛擬現(xiàn)實技術(shù)更加具有生命力。
四、仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用
仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)近年來在機械、電子、水利、社會、經(jīng)濟、生態(tài)、生物等各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
在結(jié)構(gòu)工程中，仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于如下幾個方面：
1．在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
工程結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的反應(yīng)，其破壞特征和極限承載力是人們所關(guān)心的。當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊，荷載及材料特性復(fù)雜時，人們往往求助于模型試驗來測定其受力性能，但模型試驗往往受到場地和設(shè)備的限制，只能做小比例模型試驗，難以完全反映結(jié)構(gòu)的實際情況。若用仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，則可以進(jìn)行足尺寸的試驗，還可以很方便地修改參數(shù)。此外，有些結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行直接試驗，用計算機模擬仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性，如建筑物及構(gòu)筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗試驗等只有采用仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，分析才能大量進(jìn)行。又如在高速荷載作用下，結(jié)構(gòu)反應(yīng)很快，人們在真實試驗中只能觀察到最終結(jié)果，而不能觀察試驗的全過程。如果采用計算機模擬仿真試驗，則可觀察其破壞的全過程，便于破壞機理的研究。對于長期的徐變過程則可在模擬中加快其變化過程，讓人們清楚地看到其過程。在運用傳統(tǒng)的有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，結(jié)構(gòu)應(yīng)力的結(jié)果通常采用內(nèi)力圖等力線的形式描繪出來，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數(shù)據(jù)，以便對各種方案及結(jié)果進(jìn)行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。
2．在巖土工程中的應(yīng)用
巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可把內(nèi)部過程展現(xiàn)出來，有很大實用價值。例如，地下工程開挖經(jīng)常會塌方冒項。根據(jù)地質(zhì)勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節(jié)理的走向密度，通過小型試驗，可以確定巖體本身的力學(xué)性能及巖體夾層界面的力學(xué)特性、強度條件，并存入計算機中。
在數(shù)值模型中，除了有限元方法外，還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態(tài)下的性能與有限元相仿，而當(dāng)它失去平衡時，則在外力和重力作用下產(chǎn)生運動直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定等問題時，可以把節(jié)理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的區(qū)域及范圍，這就為支護(hù)設(shè)計提供了可靠依據(jù)。
3.防災(zāi)工程中的應(yīng)用
長期以來，人類一直與洪水、火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害進(jìn)行著堅持不懈的斗爭。由于自然災(zāi)害的原型重復(fù)實驗幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用就更有意義。目前已有不少抗災(zāi)、防災(zāi)的模擬仿真系統(tǒng)制作成功，例如洪水泛濫淹沒區(qū)的洪水發(fā)展過程演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)預(yù)先存儲了泛濫區(qū)的地形地貌和地物，有高程數(shù)據(jù)可確定等高線，只要輸入洪水標(biāo)準(zhǔn)(如百年一遇的洪水)及預(yù)定河堤決口位置，計算機就可根據(jù)水量、流速區(qū)域面積及高程數(shù)據(jù)算出不同時刻的淹沒地區(qū)，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時指導(dǎo)人員疏散是很有作用的。又如在火災(zāi)方面，對森林火災(zāi)的蔓延，建筑物中火災(zāi)的傳播均已開發(fā)出相應(yīng)的模擬仿真系統(tǒng)，這對消防工程起到了很好的指導(dǎo)作用。
4．在模擬施工過程中的應(yīng)用
建筑施工是復(fù)雜的大型的動態(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、澆注、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著混凝土澆筑的進(jìn)程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題，這就需要對實際施工進(jìn)行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程，即按樓層關(guān)系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現(xiàn)對施工過程的模擬。現(xiàn)有的模擬只是對進(jìn)度計劃起到了一定作用，并沒有對施工過程起到真正的作用。基于以上原因，需對施工過程建立合適的模型，以達(dá)到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統(tǒng)的模擬仿真模型，是由運輸子系統(tǒng)和澆注子系統(tǒng)構(gòu)成的，模型是按進(jìn)程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對應(yīng)關(guān)系，程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)相對應(yīng)。
另外，仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域內(nèi)，還可應(yīng)用在建筑系統(tǒng)工程管理、建筑信息管理、建筑物及構(gòu)筑物的空氣流場、空氣品質(zhì)分析等方面。
我國是一個發(fā)展中國家，有著大量繁重的基本建設(shè)任務(wù)，特別是在十五計劃綱要中，提出進(jìn)一步加強水利交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和西部大開發(fā)戰(zhàn)略。這一大好形勢，為結(jié)構(gòu)工程高新技術(shù)的信息化和集成化，為結(jié)構(gòu)工程學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供了良好的機遇。仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為結(jié)構(gòu)工程高新技術(shù)之一，開創(chuàng)了結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的新紀(jì)元，其技術(shù)潛力巨大、應(yīng)用前景十分廣闊。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞金屬切削加工有限元Deform教學(xué)改革
0引言
金屬切削加工技術(shù)仍然是機械制造行業(yè)的主要加工方法。它通過刀具和工件的相互作用去除工件表面的多余材料，以獲得理想的加工形狀、加工精度和表面質(zhì)量的工件。因此，金屬切削加工技術(shù)在本科生的教學(xué)工作中占有重要的地位，機械類本科生都開設(shè)有關(guān)于數(shù)控機床、機械加工制造技術(shù)等相關(guān)課程。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的數(shù)控仿真軟件的出現(xiàn)使本科生在數(shù)控機床操作水平上有了很大的提升，但是對金屬切削過程中涉及的理論并沒有很大改觀。現(xiàn)在許多專家學(xué)者都對金屬切削過程進(jìn)行了研究，但是由于切削過程的復(fù)雜性，還沒有統(tǒng)一的理論來解釋加工過程中的各種物理現(xiàn)象，這對本科生對加工過程的理解造成了一定的困難。而加工過程仿真技術(shù)的出現(xiàn)為這一問題帶來了轉(zhuǎn)機，本文主要研究加工過程仿真技術(shù)在演示切削加工過程方面對于本科生教學(xué)工作的幫助。
1有限元仿真技術(shù)
有限單元法（FiniteElementMethod,FEM）是一種以計算機為手段，通過離散化將研究對象變換成一個與原結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過一系列規(guī)范化的步驟以求解應(yīng)力，應(yīng)變和位移等參數(shù)的數(shù)值計算方法。它是一種通用的近似計算方法，也是解決工程實際問題的強有力的數(shù)值計算工具。目前，有限元法在航空，航天，機械，汽車，鐵路，船舶，交通，建筑，電子，地質(zhì)礦產(chǎn)，水利水電，石油化工，生物醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，并越來越受到業(yè)界的高度重視。現(xiàn)在較為流行的有限元分析軟件有ANSYS、ABAQUS、Deform和AdvantEdge等，這些軟件對研究金屬切削過程中的溫度、切屑形狀、刀具應(yīng)力等提供了良好的前后處理和求解環(huán)境。各個有限元軟在單元、建模、材料模型和自適應(yīng)網(wǎng)格能力等方面具有各自的特點和優(yōu)勢。因此為了有效地模擬切削過程中所關(guān)心的方面和問題，需要綜合考慮分析問題的難易程度和仿真結(jié)果表現(xiàn)形式等多方面的因素，合理地選擇有限元分析軟件。
2加工仿真實驗平臺建設(shè)
2.1系統(tǒng)組成
該實驗平臺由一臺小型車床和自組的小型銑床以及裝有Deform軟件的微機組成。車床和銑床的作用在于演示車刀和銑刀與工件作用的物理過程，觀察特定加工條件下的切屑和工件表面狀態(tài)，同時也是有限元的仿真數(shù)據(jù)（如刀具尺寸，切深、背吃刀量等）的來源，仿真結(jié)果實際上相當(dāng)于對實際物理過程的一個“慢放”，讓學(xué)生能夠仔細(xì)觀察刀具去除多余材料的過程，明白其作用機理。Deform軟件是SFTC公司生產(chǎn)的一款商業(yè)有限元軟件，它專注于金屬成型和加工工藝過程的仿真，可以實現(xiàn)車、銑、鉆、鍛壓等多種加工形式的仿真，同時也可以對材料的正火、退火、淬火等工藝流程進(jìn)行仿真分析。它的優(yōu)點如下：
（1）界面交互性好，與其他有限元軟件相比，Deform軟件為用戶考慮，在一個界面就可以定義好所有需要參數(shù)，設(shè)置參數(shù)的位置清楚明了。
（2）操作性好。Deform軟件包含了大量的材料庫，材料數(shù)據(jù)不必再自己去尋找，而且設(shè)定網(wǎng)格數(shù)量后可以自動劃分網(wǎng)格，在運行過程中出現(xiàn)大的變形量（如切屑去除過程）時可自動的進(jìn)行網(wǎng)格的重劃分，不需要人工干預(yù)。相比于其他的有限元軟件，Deform在前處理過程中可以自動定義物體的邊界條件，需要設(shè)定的參數(shù)量很少。
（3）后處理功能豐富。具有點跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力—行程曲線等多種功能，而且具有2D的切片功能，可以顯示工件或者刀具的剖面結(jié)果。因此選擇Deform作為有限元分析軟件，但是必須提前用CAD軟件繪制好刀具和工件的三維模型，然后導(dǎo)入Deform進(jìn)行分析。
2.2試驗臺在教學(xué)中的作用
本科生課程中的金屬加工常常以車削為例，講解前刀面、后刀面以及各個傾角對加工過程的影響，這些知識理論性太強，學(xué)生看到這些內(nèi)容并不能與真正的加工過程聯(lián)系起來，因此對這一部分的知識總是抱著死記硬背的態(tài)度，并沒有認(rèn)真對待。而有的學(xué)校有條件帶學(xué)生參觀真正的加工過程，但是由于機床轉(zhuǎn)速過高，加工過程很快就完成了，人肉眼無法觀察清楚整個過程，人靠近觀察還有可能產(chǎn)生一定的危險，而且耗費加工材料和刀具，針對上述情況，有限元仿真是一個較好解決該問題的方法。有限元仿真是對實際過程的近似，只要輸入正確的模擬參數(shù)，其結(jié)果與實際過程極為接近。該實驗平臺將仿真過程與實際加工過程相結(jié)合，由老師選定加工工況，通過有限元仿真的結(jié)果演示，讓學(xué)生明白加工過程是如何運作的，然后再用實際加工過程作對比，達(dá)到驗證的目的。
2.3實驗平臺建設(shè)實踐
2.3.1實驗手冊的編寫
由于金屬加工過程涉及到很多的影響因素，而且仿真計算過程花費時間過長，授課老師并不能在短短的課堂上一一呈現(xiàn)，因此將仿真的過程建立成為實驗手冊，分別對不同的影響因素進(jìn)行仿真，由老師演示一部分，另外的部分由學(xué)生自行根據(jù)手冊進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)，在熟悉有限元軟件的過程中了解有限元解決實際問題的過程。
2.3.2助教的設(shè)立
由于有限元仿真軟件需要一定時間的學(xué)習(xí)，授課老師可能沒有時間，或者與該研究方向不相符，因此需要設(shè)立助教進(jìn)行有限元軟件的操作及課堂演示視頻的制作。助教可以由研究金屬加工有限元仿真方向的研究生或者由授課老師設(shè)立專人來擔(dān)任。助教首先要熟悉有限元軟件的操作過程，然后與授課老師進(jìn)行溝通，針對本科教學(xué)的授課目的，選擇具有代表性的工況進(jìn)行有限元仿真，并將結(jié)果做成演示視頻等易于在課堂展示的方式。對于操作過程中遇到的問題要做到心中有數(shù)，同時做好與同學(xué)的交流工作，能夠積極回答學(xué)生的疑問。
3加工仿真技術(shù)本科生教學(xué)實踐的思考
加工過程仿真技術(shù)是對本科生在金屬切削加工教學(xué)方面的一個說明和補充，可以生動形象地說明金屬切削過程中刀具和工件相互作用的過程和機理，改變以往公式加配圖的教學(xué)方式，使整個課本“動”起來，更能激發(fā)出學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，同時提升學(xué)生對加工過程仿真技術(shù)的應(yīng)用，確立學(xué)生以加工過程仿真技術(shù)輔助學(xué)習(xí)的方法。由于實驗平臺建設(shè)時間較短，在整個實踐過程中仍有許多值得我們思考的地方。
3.1應(yīng)用擴展
（1）有限元仿真技術(shù)對于本科生來說是一個演示說明的過程，但是對于研究生來說是進(jìn)行研究的一個必不可少的手段。但是研究生有需求時常獨立進(jìn)行摸索學(xué)習(xí)，效率低而且耗費時間，許多疑問也得不到解答。因此對于研究金屬加工過程的研究生來說，也可以組織起來進(jìn)行有限元仿真軟件的操作教學(xué)，幫助他們快速熟悉掌握該軟件，盡快進(jìn)入研究工作。
（2）通過blackboard平臺建立與學(xué)生交流的通道，可以在平臺上放置一些仿真過程的演示視頻，幫助學(xué)生進(jìn)行實驗的學(xué)習(xí)，同時在平臺上建立與學(xué)生交流的通道，學(xué)生在使用仿真軟件過程中遇到的問題或者在學(xué)習(xí)上遇到的問題都可以與助教進(jìn)行溝通，對于學(xué)生的要求，助教進(jìn)行匯總后與授課老師合作，改進(jìn)課程教學(xué)計劃，使教學(xué)過程更進(jìn)一步。
3.2下一步的工作
有限元方法的優(yōu)點是對過程的離散化，可將每一步清晰的表現(xiàn)出來，但是這也注定了有限元的求解過程比較緩慢，并不適合當(dāng)場演示操作過程，只能對仿真的結(jié)果進(jìn)行加工制作，制作成視頻等這些易于演示的方式，導(dǎo)致效率低下，不能對金屬切削加工的所有情況進(jìn)行演示。針對這種情況可以發(fā)動本科學(xué)生中對有限元仿真比較感興趣的學(xué)生，或者實驗做得比較好的學(xué)生做一些特定條件下的加工仿真操作，吸收到教學(xué)演示過程中，可安排這些學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)章節(jié)的講解等教學(xué)工作。Deform是一款功能強大的軟件，觀察仿真結(jié)果時還伴隨著很多的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)并沒有在教學(xué)工作中得到很好地利用，比如切削溫度分布圖、應(yīng)力應(yīng)變分布圖、速度分布圖等，這些都應(yīng)該加以合理的應(yīng)用，融入到教學(xué)工作中來。
4結(jié)束語
加工仿真技術(shù)是以有限元仿真技術(shù)為核心，以提升學(xué)生對金屬切削加工過程的理解為目的而建立起來的，并與本科的教學(xué)工作相互補充，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上對加工過程有一個清晰的認(rèn)識，并提升學(xué)生對于有限元分析方法的認(rèn)識，增強學(xué)生用有限元方法解決問題的能力。該課程改革仍處在探索研究階段，可以根據(jù)課程需要和教學(xué)目的的不同進(jìn)行調(diào)整，在本科生教學(xué)工作中必將發(fā)揮更大的作用。
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關(guān)鍵詞：仿真 機械 控制
中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0104-01
隨著技術(shù)的進(jìn)步，作為機械設(shè)計制造的仿真模擬技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實際當(dāng)中。計算機仿真技術(shù)是以多種學(xué)科理論為指導(dǎo)，利用相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬試驗的方法來解決問題的技術(shù)。隨著工程機械產(chǎn)品競爭日益激烈。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開發(fā)成本。在這種需求下，以仿真技術(shù)為代表的技術(shù)成為工程領(lǐng)域一種現(xiàn)代化設(shè)計手段。運用仿真設(shè)計，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從實際對象的物理模型出發(fā)。設(shè)置不同的激勵信號，利用相應(yīng)曲線，即可對系統(tǒng)進(jìn)行辨識。可以在產(chǎn)品設(shè)計設(shè)計和評估產(chǎn)品的性能方面，降低開發(fā)風(fēng)險，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。工程中的技術(shù)問題首先是要仿真技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
1 計算機仿真的實現(xiàn)
對于需要研究的對象，計算機一般是不能直接認(rèn)知和處理的，這就要求為之建立一個既能反映所研究對象的實質(zhì)，又易于被計算機處理的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型將研究對象的實質(zhì)抽象出來，計算機再來處理這些經(jīng)過抽象的數(shù)學(xué)模型，并通過輸出這些模型的相關(guān)數(shù)據(jù)來展現(xiàn)研究對象的特質(zhì)，當(dāng)然，這種展現(xiàn)可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認(rèn)識研究對象。模型是進(jìn)行計算機仿真的核心。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型根據(jù)時間關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型、連續(xù)時間動態(tài)模型、離散時間動態(tài)模型和混合時間動態(tài)模型；根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式可劃分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型。通過這個關(guān)系還可以看出，數(shù)學(xué)建模的精準(zhǔn)程度是決定計算機仿真精度的最關(guān)鍵因素。從模型這個角度出發(fā)，可以將計算機仿真的實現(xiàn)分為三個大的步驟：模型的建立、模型的轉(zhuǎn)換和模型的仿真實驗。所謂模型的轉(zhuǎn)換，即是計算機語言轉(zhuǎn)換成能夠處理的形式，“仿真模型”是新的系統(tǒng)，利用已有的仿真軟件，如鑄造過程就常用ADSMS軟件來進(jìn)行仿真。將仿真模型載入計算機進(jìn)行使用。
2 計算機仿真在機械行業(yè)的應(yīng)用
2.1 仿真技術(shù)
仿真技術(shù)是綜合多學(xué)科的技術(shù)，以機械系統(tǒng)運動學(xué)和控制理論為核心，運用成熟的計算機圖形技術(shù)將部件集成在一起，建立機械系研究的問題，根據(jù)仿真所要達(dá)到的目的抽象出一個確定的系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)的邊界條件和約束條件，利用各種相關(guān)學(xué)科的知識，把所抽象出來的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)的表達(dá)式描述出來，描述的內(nèi)容，傳統(tǒng)的仿真就是針對單個子系統(tǒng)的仿真，而仿真技術(shù)則是強調(diào)整體的優(yōu)化，它通虛擬環(huán)境的耦合，對產(chǎn)品設(shè)計方案進(jìn)行評估，并不斷改進(jìn)設(shè)計方案，直到獲得最優(yōu)化的效果，所以子系統(tǒng)之間的協(xié)同求解，應(yīng)該快速地建立控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等虛擬樣機。的運用目前市場上一批成熟的分析軟件有ANSYS、PATRAN等。運動學(xué)和動力學(xué)仿真軟件可采用ADAMS軟件。控制系統(tǒng)仿真軟件可采用MATLAB軟件。通過三維模型和運動學(xué)、動力學(xué)仿真軟件ADAMS中進(jìn)行分析，對控制方案進(jìn)行仿真。使產(chǎn)品設(shè)計可擺脫對物理樣機的依賴，給企業(yè)帶來高的經(jīng)濟效益，高效的研發(fā)手段促使產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險降低，提高生產(chǎn)效率，通過虛擬樣機找到組織生產(chǎn)，使產(chǎn)品制造和市場競爭方面更具靈活性，同時克服企業(yè)資源的局限性，將具有開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)組成一個臨時的企業(yè)聯(lián)盟。仿真技術(shù)必將成為工程機械領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)的主流。
2.2 機械加工仿真
機械加工過程，是利用計算機仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機理，為提高機械性能。在機械的磨削方面，采用時間變化的描述磨削過程的各個數(shù)學(xué)模型，通過優(yōu)化和虛擬磨削創(chuàng)造了必要的前提，在銑削方面，建立多齒端銑切削過程動力學(xué)模型，開發(fā)切削振動仿真的微機通用軟件，得出了端銑切削振動的原理和條件。電火花加工的工藝仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化。建立了連續(xù)擠壓的計算機仿真模型，通過模擬連續(xù)擠壓全過程的應(yīng)力場、應(yīng)變場和溫度場。
2.3 機構(gòu)運動仿真
了解了機構(gòu)需要設(shè)定的運動副情況后，進(jìn)行運動仿真。新建一個運動學(xué)仿真，創(chuàng)建連桿，根據(jù)各部件相互運動方式需建立7個連桿，對模型的材料特性進(jìn)行加載，定位每個運動副的時間函數(shù)，在一個周期內(nèi)完成所有的運動。向機構(gòu)添加一定的外載荷，使整個機構(gòu)工作在真實的工程狀態(tài)下，機構(gòu)的兩連桿之間，模擬兩個零件之間的彈性連接。根據(jù)運動驅(qū)動的形式，取料機械手采用恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動，采用恒轉(zhuǎn)速調(diào)速，要求必須設(shè)定運動時間和解算步數(shù)，機構(gòu)做運動仿真分析時，需要詳細(xì)記錄整個仿真零件的位移距離，適當(dāng)縮短機械加工產(chǎn)品開發(fā)周期，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能具有積極的作用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞： TransCAD；VISSIM；參數(shù)標(biāo)定
Abstract: in recent years, traffic simulation software in traffic engineering and traffic planning application field to be more and more widely, but domestic current use of simulation software has quite part of it was introduced from abroad, the system development background great degree of based on foreign transportation characteristics, related parameters Settings are all aimed at the local traffic condition. So in practical application, combined with the practical situation of the domestic needs of system parameters calibration and check again.
Key words: TransCAD; VISSIM; Parameter calibration
中圖分類號：U491.2,TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：
0引言
交通仿真是指用仿真技術(shù)來研究交通行為，它是一門對交通流隨時間和空間的變化進(jìn)行跟蹤描述的技術(shù)。通過對交通系統(tǒng)的仿真研究，可以得到交通流狀態(tài)變量隨時間與空間的變化及分布規(guī)律。由于道路交通具有不可再現(xiàn)性和不可實驗性，或即使可以再現(xiàn)或?qū)嶒灒瑓s需要付出巨大的耗費、承擔(dān)巨大的風(fēng)險，而仿真技術(shù)可有效地體現(xiàn)交通流的隨機因素，按設(shè)想要求實現(xiàn)交通狀況的重現(xiàn)，大大降低了現(xiàn)場試驗要求，己成為現(xiàn)今分析各種交通流參數(shù)和優(yōu)化交通控制等的有力工具[1]。然而，目前國內(nèi)使用的很多仿真軟件都是從國外引進(jìn)的，其系統(tǒng)開發(fā)背景較大程度上基于國外的交通特性，如果采用系統(tǒng)值直接進(jìn)行建模分析，使得仿真結(jié)果缺乏合理性。因此在實際引進(jìn)應(yīng)用時，需要對系統(tǒng)參數(shù)加以修正。本文以TransCAD宏觀仿真軟件和VISSIM微觀仿真軟件為例，對A城市道路仿真涉及的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究。
1宏觀仿真軟件模型參數(shù)標(biāo)定
宏觀交通仿真模型是對于交通流的描述是通過集聚行為來表現(xiàn)，能夠描述車流在路段和結(jié)點的流入流出行為，對于車輛的跟馳、換道、超車等細(xì)節(jié)行為幾乎不予描述。
1.1TransCAD簡介
TransCAD軟件是由美國Caliper公司開發(fā)專為交通規(guī)劃設(shè)計和運輸管理行業(yè)設(shè)計的地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）軟件，旨在幫助交通運輸專業(yè)人員和組織機構(gòu)存儲、顯示、管理及分析交通運輸信息和數(shù)據(jù)。該軟件由網(wǎng)絡(luò)分析模型、交通規(guī)劃與運輸需求預(yù)測模型、路徑選擇和物流模型、分區(qū)和定位模型組成，并且可以方便地對各類交通運輸及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、提取、分析和可視化[2]。
1.2關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)定
每一個仿真軟件有一組用戶可以調(diào)節(jié)的參數(shù)，使用者可以標(biāo)定這些參數(shù)產(chǎn)生更理想的與實際相符的交通狀況。由于任何一個仿真軟件都不可能包括所有可能影響交通運行的因素，所以仿真軟件包含一組可以調(diào)節(jié)的參數(shù)是必須的。參數(shù)標(biāo)定過程，即調(diào)節(jié)包含在軟件中的待標(biāo)定參數(shù)，來彌補那些軟件未考慮的因素對交通狀況的影響。本文以TransCAD的交通分布階段的摩擦因子函數(shù)和交通分配階段的路網(wǎng)阻抗行的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
1.2.1摩擦因子函數(shù)參數(shù)標(biāo)定
交通分布階段常用雙約束重力模型，該模型需要對摩擦因子函數(shù)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定。摩擦因子可以采用很多不同的指標(biāo)，包括出行距離、出行時間及出行費用等。摩擦因子的函數(shù)形式，也有很多種選擇。常見的是熵模型中通常用到的指數(shù)函數(shù)和反向冪函數(shù)，在城市交通規(guī)劃中推薦采用的伽馬函數(shù)。
——小區(qū)i至小區(qū)j之間的摩擦因子函數(shù)，包括三種函數(shù)，即
式中，——小區(qū)i至小區(qū)j之間的交通阻抗；
a，b，c——待標(biāo)定參數(shù)。
在A城市宏觀仿真模型中，選擇伽馬函數(shù)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，得出參數(shù)值分別為a = 1.0990322282，b = 1.2846200121，c = 0.0944300237。
1.2.2路阻函數(shù)參數(shù)標(biāo)定
交通分配階段主要對路段阻抗函數(shù)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定。路段阻抗函數(shù)是描述出行時間與路段流量和最大通行能力之間的關(guān)系。BRP（Bureau of Public Road）函數(shù)是一個最常用的路段性能函數(shù)，它是將路段出行時間表達(dá)為流量與通行能力之比的函數(shù)。其函數(shù)形式為：
式中：為擁擠路段的出行時間；
為路段自由流出行時間；
為路段流量；
為路段通行能力；
，為待標(biāo)定參數(shù)。
交通流調(diào)查區(qū)段需選擇距交叉口一定距離，以保證機動車連續(xù)流狀態(tài)。對于快速路主路通過交通警察的監(jiān)控錄像直接獲取相應(yīng)路段的交通流錄像，對于主干路和次干路則由調(diào)查人員現(xiàn)場錄像。主要道路調(diào)查數(shù)據(jù)如表1所示。
表1A城市主要路段高峰小時機動車交通流關(guān)鍵屬性
數(shù)據(jù)來源：《A城市綜合交通規(guī)劃》調(diào)查數(shù)據(jù)，由于路段較多，僅列出代表性數(shù)據(jù)。
在對路段阻抗函數(shù)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定之前，對BRP函數(shù)公式進(jìn)行對數(shù)化處理，得
其中：，，，都是常數(shù)，可以通過表1中數(shù)據(jù)計算得到；
設(shè)，，，，則有；
即可轉(zhuǎn)化為一元回歸方程，利用最小二乘法求出待標(biāo)定參數(shù)，值。
即利用公式：，即可求出，然后利用公式，，求出待標(biāo)定參數(shù)，如表2所示。
表2模型標(biāo)定參數(shù)值
2微觀仿真軟件模型參數(shù)標(biāo)定
微觀交通仿真模型是指對交通系統(tǒng)的要素及行為的細(xì)節(jié)描述程度非常高，對于交通流的描述都是以單個車輛為基本單元，車輛的跟馳、換道、超車等行為都能得到較為真實的反映。
2.1VISSIM簡介
VISSIM是由德國PTV公司開發(fā)的微觀交通流仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個離散的、隨機的、以 0. 1 s為時間步長的微觀仿真軟件。車輛的縱向運動采用了德國 Karlsruhe大學(xué)的 “心理-生理跟馳型”，橫向運動（車道變換）采用了基本規(guī)則（Rule-based）的算法[3]。
關(guān)鍵詞：城市規(guī)劃；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；應(yīng)用
中圖分類號：G710 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）04-0236-03
一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的介紹
1.什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)
隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為近年來計算機軟件技術(shù)的一項新興技術(shù)。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的直觀性很強，能在電腦上進(jìn)行模擬仿真，比平面圖像更能說明問題，并且更具有經(jīng)濟性，即省時間由省人力，能夠廣泛的為各個領(lǐng)域所運用。可以說虛擬現(xiàn)實技術(shù)給社會發(fā)展帶來的便捷將使其能夠大顯其道，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用也是近年來的發(fā)展方向。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)按照維度虛擬程度的不同分為三維虛擬技術(shù)和全維度虛擬技術(shù)。全維度虛擬技術(shù)是目前國外在虛擬仿真領(lǐng)域的研究，其研究內(nèi)容是使虛擬技術(shù)完全脫離三位維度而向一個全立體虛擬環(huán)境發(fā)展。中國目前運用最為廣泛的是三維虛擬技術(shù)。而三維虛擬技術(shù)的運用正是本文重點論述的內(nèi)容。
三維虛擬技術(shù)屬于三維圖形技術(shù)行列。三維圖形技術(shù)分為兩大類，一是三維虛擬技術(shù)；二是三維動畫技術(shù)，兩者都用于模擬真實世界和想象世界。由于兩者的應(yīng)用原理不同，其應(yīng)用領(lǐng)域也大不相同。
三維動畫技術(shù)采用的是傳統(tǒng)的計算機動畫，采用關(guān)鍵幀的方式制作，先進(jìn)行三維預(yù)渲染，得到了完整的三維動畫視頻之后利用播放器將動畫播放出來，所以三維動畫技術(shù)被廣泛運用于電影、廣告等預(yù)先設(shè)計好的演示。
在此我將重點論述三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用和研究，之所以以此作為論題是由于三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃上的應(yīng)用最為廣泛，隨著時代的不斷進(jìn)步，社會對城市建設(shè)、城市規(guī)劃的要求越來越高。網(wǎng)絡(luò)社會的概念不斷加強，三維虛擬技術(shù)能夠更好更便捷的為我們城市規(guī)劃建設(shè)服務(wù)。這種技術(shù)適應(yīng)了社會現(xiàn)代化的要求，使虛擬仿真技術(shù)很好地運用在城市規(guī)劃設(shè)計上，為我們的城市建設(shè)工作更加省時省力并且能更加全方位思考。在計算機平臺上進(jìn)行虛擬操作可以從各個方位多個角度思考規(guī)劃方案，能從早期發(fā)現(xiàn)問題解決問題。
由于三維虛擬技術(shù)的虛擬仿真性，使其更多運用在城市規(guī)劃建設(shè)的工作中。這一技術(shù)的擴充性和延展性很強，通過我們的不斷研究能使其在城市建設(shè)領(lǐng)域以及城市建設(shè)的其他領(lǐng)域起到的作用不斷加大，為城市建設(shè)事業(yè)帶來更多收獲。
2.三維虛擬技術(shù)的發(fā)展歷程
三維虛擬技術(shù)屬三維行業(yè)領(lǐng)域。三維行業(yè)在中國的起步時間是上世紀(jì)九十年代。自98年看是到現(xiàn)今其經(jīng)歷了一個擴張時期，這是三維行業(yè)在中國市場大放異彩。目前在中國的三維行業(yè)可以分為以下幾個分支：1、電影、廣告；2、游戲；3、電視包裝；4、城市建筑，其中以城市建筑領(lǐng)域的運用最早也最為廣泛。
最早的三維技術(shù)實現(xiàn)平臺是由美國的Autodesk公司開發(fā)的3d Studio Max軟件。此軟件是一款基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。早期的三維技術(shù)在中國建筑領(lǐng)域的運用由于技術(shù)原因有很大的局限性，三維技術(shù)只能實現(xiàn)建筑效果圖的繪制以及部分簡單的跑相機似的建筑動畫。隨著3D技術(shù)的不斷完善以及日益多元化的創(chuàng)作手段的出現(xiàn)，三維技術(shù)在建筑業(yè)所起的作用也日益增強。目前實現(xiàn)三維技術(shù)的主流軟件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三維技術(shù)的日益完善以及它所帶來的強大的經(jīng)濟效應(yīng)，三維虛擬技術(shù)的概念也日漸成熟。
三維虛擬技術(shù)是三維動畫技術(shù)的一種，與三維動畫技術(shù)的區(qū)別在于三維虛擬技術(shù)還具備三維動畫技術(shù)所沒有的實時性和交互性。三維虛擬技術(shù)是虛擬仿真技術(shù)的一種，是局限在三維空間之下的一種虛擬仿真，而虛擬仿真技術(shù)的另一種全維度虛擬仿真也被稱之為虛擬現(xiàn)實技術(shù)。這種技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)末期，它的出現(xiàn)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前國外正在對此領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，我將在國外研究部分做出論述。
3.國內(nèi)在虛擬仿真領(lǐng)域的研究以及存在問題
三維虛擬技術(shù)目前在建筑領(lǐng)域的運用有城市漫游動畫、建筑漫游動畫、房地產(chǎn)漫游動畫、小區(qū)瀏覽動畫、樓盤漫游動畫、三維虛擬樣板房、樓盤3D動畫宣傳片、地產(chǎn)工程投標(biāo)動畫、建筑概念動畫、房地產(chǎn)電子樓書、房地產(chǎn)虛擬現(xiàn)實等動畫制作。
三維虛擬技術(shù)在我國城市規(guī)劃、城市建設(shè)的發(fā)展前景是不可估量的。由于三維虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，它既能帶給觀賞者身臨其境的感覺；又能模擬尚未實現(xiàn)或準(zhǔn)備實施的項目的完成效果。從單一的幾何模型到復(fù)雜的動態(tài)形象，不論是道路、橋梁、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規(guī)劃、鄉(xiāng)村規(guī)劃、鄉(xiāng)村形象展示、數(shù)字化鄉(xiāng)村、虛擬鄉(xiāng)村、鄉(xiāng)村數(shù)字化工程、園區(qū)規(guī)劃、場館建設(shè)、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫(yī)院、數(shù)字校園建設(shè)等都可以通過三維虛擬技術(shù)得以實現(xiàn)。
由三維虛擬技術(shù)和現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)帶給中國經(jīng)濟的發(fā)展空間正在不斷壯大；由它們所帶來的科技化、信息化、智能化的城市虛擬空間將成為21世紀(jì)的信息主流源。
二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用
1.城市規(guī)劃簡述
城市規(guī)劃指的是一個城市在一段時期內(nèi)的發(fā)展計劃的設(shè)定，它研究的是一個城市在未來的一個發(fā)展動向，這其中包含了對城市地區(qū)的合理布局、城市的各項工程建設(shè)的合理部署。它是城市建設(shè)和城市管理的重要組成部分，也是城市建設(shè)和城市管理的重要依據(jù)。一個城市的三個重要管理階段是:城市規(guī)劃、城市建設(shè)和城市運行，而城市規(guī)劃則是三個管理階段中的龍頭。
2.城市規(guī)劃領(lǐng)域使用三維虛擬技術(shù)的必要性
在這個以知識經(jīng)濟為核心的信息時代，計算機科學(xué)技術(shù)已成為全世界公認(rèn)的本世紀(jì)最主要和最核心的科學(xué)技術(shù)，它已滲透到社會生活的各個方面，影響和改變著人類的思維模式和行為模式。它在城市規(guī)劃和城市建筑領(lǐng)域的作用更是不容小覷，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用得到了進(jìn)一步普及。
在城市規(guī)劃領(lǐng)域使用三維虛擬技術(shù)的必要性將從兩個方面進(jìn)行：①是從城市規(guī)劃建設(shè)方面來看對三維虛擬術(shù)應(yīng)用的必要；②是從城市規(guī)劃管理方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要。
①是從城市規(guī)劃建設(shè)方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要首先，我們必須要了解城市規(guī)劃建設(shè)在設(shè)計上的設(shè)計內(nèi)容。城市建設(shè)設(shè)計內(nèi)容主要有：城市宏觀設(shè)計、城市中觀設(shè)計、城市微觀設(shè)計三個層次。
城市的宏觀設(shè)計指的是對城市的格局和形態(tài)的設(shè)計，具體為城市的整體分布、城市的功能組團、環(huán)境保護(hù)、土地利用等。在設(shè)計上更加注重城市的關(guān)鍵性特征和自然景觀構(gòu)成。在進(jìn)行城市宏觀設(shè)計時，評估的重點是看能否創(chuàng)造高素質(zhì)城市環(huán)境和優(yōu)美的城市視野，以此來鑒定城市宏觀設(shè)計的成功與否。
城市中觀設(shè)計是指設(shè)計城市空間與城市建筑之間的關(guān)系；具體內(nèi)容有：用地布局、建筑設(shè)計、地標(biāo)物建設(shè)、街道分等等，也就是城市的連接度與整體性、城市的體量與高度的設(shè)計。城市中觀設(shè)計的內(nèi)容與宏觀設(shè)計的內(nèi)容相輔相成，是中觀設(shè)計更加注重城市的視覺質(zhì)量、人工建造物的城市角度和適宜度、城市整體輪廓與體量的協(xié)調(diào)、具體環(huán)境的設(shè)計與美化等。
在計算機運用上要解決城市建設(shè)視景的要求就必須要能再計算機上感官看見以上所說的宏觀、中觀、微觀三個層次的內(nèi)容，具體而言就是：一是三維地形的顯現(xiàn)；二是城市密度、容積率的顯現(xiàn)；三是大面積三維建筑的顯現(xiàn)。四是能速重繪畫面進(jìn)行實時仿真。而針對以上的要求，三維虛擬仿真技術(shù)都能夠一一實現(xiàn)，文章在前面具體分析了三維虛擬技術(shù)的技術(shù)性能。并且可以看出，目前來看運用三維虛擬技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計適應(yīng)了時代性和科技性的趨勢。
下面我們看看三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)上的具體應(yīng)用。
三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)上的具體應(yīng)用按地形而分可以歸為三類：一是局部地區(qū)城市設(shè)計研究；二是大范圍城市問題研究；三是區(qū)域規(guī)劃研究。
一是局部地區(qū)城市設(shè)計研究
城市設(shè)計的核心是研究建筑形體和空間要素之間的關(guān)系協(xié)調(diào)，從對城市的環(huán)境表現(xiàn)、具體建筑形體刻畫、整體模型處理和后續(xù)功能研發(fā)等方面來看運用三維虛擬仿真技術(shù)在制作時再合適不過了。
我們針對城市商務(wù)中心區(qū)的設(shè)計研究來具體說明問題，城市商務(wù)中心區(qū)設(shè)計是屬于典型的城市局部地區(qū)設(shè)計，由于范圍不大，我們在選擇計算機種類時可以選擇中高檔PC機進(jìn)行制作。
然后，我們再根據(jù)現(xiàn)有照片、地形原有的平面、立面等圖紙資料進(jìn)行交通設(shè)施、環(huán)境小品的建模，在三維虛擬技術(shù)環(huán)境下能夠高仿真建模，并且設(shè)置VEGA的漫游環(huán)境、添加動態(tài)模型等工作，最后將制作出的模型文件調(diào)入VEGA完成漫游。
二是大范圍城市問題研究
以新城區(qū)建設(shè)為例，新城區(qū)的建設(shè)規(guī)劃范圍更加廣泛，在建立三維仿真時重點應(yīng)在規(guī)劃功能的設(shè)計開發(fā)上。
針對新城區(qū)三維仿真的主要功能應(yīng)該有：方案替換、模型修改（ 高度修改、位置調(diào)整等）、矢量規(guī)劃數(shù)據(jù)疊加分析、日照陰影分析。其中還包括目前的仿真軟件無法實現(xiàn)在漫游過程中的動態(tài)陰影的實現(xiàn)。
值得慶幸的是目前國內(nèi)的以遙感為基礎(chǔ)的仿真軟件彌補了技術(shù)上的不足，運用此軟件不僅可以實現(xiàn)在固定觀測點上表現(xiàn)建筑在不同時間陰影變化的功能，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)地理屬性查詢。
三是區(qū)域規(guī)劃研究
在進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃的仿真時我們將遙感應(yīng)用和三維仿真技術(shù)結(jié)合運用，這樣我們就可以實現(xiàn)建立以衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)的城區(qū)漫游，在數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域地區(qū)漫游的制作，這樣既不影響對區(qū)域原有面貌的觀看，又能再此基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域建設(shè)和改造，并且能實時對比，運作時即高效又準(zhǔn)確，這樣的技術(shù)結(jié)合給我們的城市規(guī)劃提供了直觀而又客觀的分析手段。
②是從城市規(guī)劃管理方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要
三維虛擬技術(shù)已經(jīng)運用到城市建設(shè)的方方面面，城市規(guī)劃作為可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在其諸多方面有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，三維虛擬技術(shù)提供了非常直觀、準(zhǔn)確、現(xiàn)時性強的城市規(guī)劃資料，這為城市建設(shè)發(fā)展、提高城市管理水平、提升城市規(guī)劃設(shè)計提供了強而有力的依據(jù)。
可以說，在城市規(guī)劃領(lǐng)域?qū)θS虛擬技術(shù)的應(yīng)用是時代的召喚、是技術(shù)的支持，三維虛擬技術(shù)是城市建設(shè)所必不可少的關(guān)鍵性技術(shù)。
三、從上海世博會對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用來看未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的發(fā)展
1.上海世博會網(wǎng)上世博簡介
2010年的上海世博會區(qū)別于往屆世博會的最大不同就是此次上海世博會運用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)同步的網(wǎng)上世博會。通過2008年中國北京奧運會場館的建設(shè)，中國的建筑漫游動畫創(chuàng)作的發(fā)展速度越來越快，并且在國內(nèi)得到了廣泛的傳播。2010年上海世博會再次使中國的建筑漫游動畫得到發(fā)展和創(chuàng)新的機會。世博會的主題是：“城市，讓生活更美好”，伴著世博會的推廣，中國的建筑漫游動畫引起了社會各界的廣泛重視，使其得到飛速發(fā)展。更由于此次世博會的一大亮點是首次舉辦網(wǎng)上世博會，通過網(wǎng)上媒介，全面引入互聯(lián)網(wǎng)的傳播方式，采用交互設(shè)計和多媒體技術(shù)等手段，這更加體現(xiàn)出當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)的強大以及建筑動畫漫游的進(jìn)步神速。
2.網(wǎng)上世博會的緣起與構(gòu)架
網(wǎng)上世博會，全稱網(wǎng)上中國2010年上海世博會，它是指通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維技術(shù)、多媒體技術(shù)，通過虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的方式把上海世博會上展示的內(nèi)容呈現(xiàn)于互聯(lián)網(wǎng)上，搭建出一個能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)體驗和實時互動的世博會網(wǎng)絡(luò)平臺。網(wǎng)上世博會是上海世博會的重要組成部分，是實體世博會的導(dǎo)引、補充與延伸，是上海世博會的兩大亮點之一。
能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)上世博會這樣的創(chuàng)舉是由于網(wǎng)絡(luò)科技時代的蓬勃發(fā)展以及三維數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步。網(wǎng)絡(luò)和三位數(shù)字技術(shù)的完美結(jié)合給予上海世博會全新的展現(xiàn)舞臺，使全球公眾突破了時空界限，使他們能夠全面參與世博，使我們中國的上海世博會實現(xiàn)了真正意義上的全球化。
首屆網(wǎng)絡(luò)世博會的三大主要特色是：三維展示、互動體驗以及全球共建。通過網(wǎng)上平臺吸引全球公眾參與世博會，使無法親臨食博會現(xiàn)場的觀眾借由網(wǎng)上平臺體驗世博會的精彩以及希望將上海世博會的盛舉作為非物質(zhì)文化遺產(chǎn)長期保留，是舉辦此界網(wǎng)上世博會的三大原因。
網(wǎng)上世博會的架構(gòu)由基礎(chǔ)平臺和網(wǎng)上展館兩部分構(gòu)成。基礎(chǔ)平臺由組織者搭建，內(nèi)容包括門戶網(wǎng)站、網(wǎng)上園區(qū)、基本功能等，網(wǎng)上展館則分為瀏覽型和體驗型兩類展館。瀏覽館具備基本瀏覽和展示的功能，它是以實體展館為原型，通過文字、圖片、音頻、視頻、動畫等方式進(jìn)行三維展示，瀏覽型展館由組織者為需要援助的參展方免費開發(fā)。體驗館是瀏覽館的增強版，瀏覽型展館在以瀏覽和展示為基本功能的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)其它更加豐富的功能和特效，網(wǎng)上參觀者可以得到更生動的互動和體驗。參展者還可以建設(shè)實體世博會中不具有的虛擬拓展空間和展項，利用更豐富的虛擬技術(shù)及手段延伸和拓展參展方網(wǎng)上展館所希望表達(dá)的意境和理念。二者相輔相成，完美呈現(xiàn)網(wǎng)上的世博會。
與普通網(wǎng)站相比，網(wǎng)上世博會的區(qū)別在于它能夠提供給觀眾全面的三維視覺體驗，網(wǎng)頁游客能夠主動操控三維圖像的角度。網(wǎng)上世博會的整個展示內(nèi)容其中包括，世博園區(qū)、世博園片區(qū)、展館外觀、展館內(nèi)景以及主要展項等都將進(jìn)行三維數(shù)字化的制作。
與普通網(wǎng)站的最大區(qū)別在于網(wǎng)上世博會可以將組織者的建設(shè)內(nèi)容和參展者的建設(shè)內(nèi)容二者共存于一個平臺之上。也就是說網(wǎng)上世博會具有“全球共建”的特點。
3.三維數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)上世博
由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的先進(jìn)性，使實體世博園區(qū)中的建筑、道路、綠化、設(shè)施等通過三維虛擬技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)了虛擬再現(xiàn)。在網(wǎng)上模擬的天空、云彩、太陽、燈光、裝飾、材質(zhì)等效果通過CG技術(shù)在制作，使模擬效果很好地接近真實場館的場景。展現(xiàn)在網(wǎng)上游客眼中的每一個場景都是一個三維的空間，參觀者只需要通過鼠標(biāo)和鍵盤操作就能夠輕松實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、升高降低的操作，在進(jìn)行鳥瞰時也也可以通過放大、縮小來調(diào)整的場景范圍，獲得全方位的空間體驗。展項展示是網(wǎng)上世博會的有一大亮點，通過網(wǎng)絡(luò)，游客能夠進(jìn)入場館和展項發(fā)生近距離的互動，游客可以多角度觀察或“觸摸”展項，特別是一些實體世博會現(xiàn)場不能觸碰的展項，在網(wǎng)絡(luò)上可以實現(xiàn)參觀者的觸碰愿望。參觀者還可以自由的旋轉(zhuǎn)縮放感興趣的物品，同時還可以通過圖片文字、動畫、FLASH等多種數(shù)字媒體形式了解到對展項的知識性介紹。不僅如此，游客可以在C/S上通過系統(tǒng)提供的部件，組裝個性化的展項，讓其它游客看到自己的作品，并且發(fā)表點評。
網(wǎng)上世博會的虛擬拓展空間可以由參展者根據(jù)自己的意念記性無限制的設(shè)計開發(fā)，由于不受現(xiàn)實空間的限制，參觀者可以延伸和拓展實體展館所希望表達(dá)的理念和意境，虛擬展項為參展者的主題演繹提供了進(jìn)一步發(fā)揮的空間。
網(wǎng)上世博會由于運用了數(shù)字化技術(shù)作為包裝，它展示了數(shù)字化技術(shù)神奇的魅力，也使我們的實體世博會區(qū)別以往世博會的不同，使其大放異彩，網(wǎng)上世博會成為上海世博會乃至世博會歷史上的一個至高點。
四、結(jié)論和展望
從2000年的悉尼奧運會場館設(shè)計到2008年北京奧運會的成功舉辦再到2010年上海世博會的網(wǎng)上世博會亮點的產(chǎn)生，三維仿真虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在朝向越來越先進(jìn)的領(lǐng)域發(fā)展，特別是它在城市建設(shè)及城市規(guī)劃上的運用可以說是越來越廣泛，所起作用也是越來越突出。以2000年悉尼舉辦奧運會為例，悉尼在2000年時為了奧運會的順利召開以及加強對城市的推廣，悉尼市建立了全市三維仿真平臺，目的用于城市的信息服務(wù)、交通分析指揮、城市建設(shè)管理等方面，由此取得了巨大的成功。為了能夠順利申辦2008年的奧運會，加拿大的多倫多城市也使用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)對城市進(jìn)行管理和規(guī)劃。
在我國，北京、上海、深圳等大型城市在利用三維虛擬仿真技術(shù)運用于城市建設(shè)方面也已經(jīng)取得了一定的研究成果，而利用三維虛擬仿真技術(shù)的方面是輔助城市重要地段的建設(shè)以及大范圍的城市設(shè)計研究。例如在北京商務(wù)中心區(qū)、上海浦東開發(fā)區(qū)、深圳福田中心區(qū)的規(guī)劃中均進(jìn)行了城市三維仿真技術(shù)的初步嘗試，并取得了較好的效果。
三維虛擬仿真技術(shù)的主要作用在于以城市現(xiàn)貌為基點，融合規(guī)劃方案后模擬項目實現(xiàn)后的城市景觀，并且能夠進(jìn)行多角度動態(tài)審視，全面評估城市設(shè)計的規(guī)劃方案，這為城市規(guī)劃建設(shè)和領(lǐng)導(dǎo)決策提供了更為直觀、可靠、科學(xué)的技術(shù)手段。
將三維虛擬仿真技術(shù)運用于城市規(guī)劃建設(shè)的優(yōu)點與好處在于：
①提高了城市設(shè)計規(guī)劃方案的設(shè)計和修正效率；
②豐富了城市問題的研究角度；
③提高了城市建設(shè)項目的評估質(zhì)量；
④提高了城市建設(shè)項目的管理能力及效率；
⑤提高了為市民公開展示宣傳城市形象的效果。
目前，國外虛擬仿真技術(shù)顯出其極大的優(yōu)勢，國內(nèi)正在迎頭趕上。從目前我國對三維虛擬仿真技術(shù)的運用而言，可以看出我國的三維仿真技術(shù)發(fā)展水平已經(jīng)有相當(dāng)不錯的程度。從三維仿真技術(shù)在我國城市規(guī)劃上的運用的效果來看，三維仿真技術(shù)在我國城市規(guī)劃中的應(yīng)用前景是非常廣闊的，而且我們相信，三維仿真技術(shù)會使城市規(guī)劃產(chǎn)生技術(shù)性的革新，會極大地拓展和豐富城市規(guī)劃的工作思路。
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關(guān)鍵詞 城市軌道；換乘站；客流組織；仿真技術(shù)原理
引言
當(dāng)前，我國城市軌道交通正從單線規(guī)劃建設(shè)進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)化整體規(guī)劃建設(shè)，從整個線網(wǎng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一、整體優(yōu)化的角度考慮，在線網(wǎng)的交會或交叉地段處理好線間的換乘和相互聯(lián)絡(luò)等的問題必將帶來極大社會和經(jīng)濟效益。軌道交通作為一個城市的公共交通的一種重要方式，乘客在旅途中換乘是不可避免的。換乘站在城市軌道交通線網(wǎng)中起著重要作用。它位于城市軌道交通線路的交叉點或匯合點處，其功能是把線網(wǎng)中各獨立運營的線路搭接起來，使線網(wǎng)形成一個四通八達(dá)的整體，為乘客換乘其他線的列車創(chuàng)造方便條件。
一、市軌道交通換乘站的概念
城市軌道交通換乘是指出行者為到達(dá)目的地，進(jìn)行軌道交通問的換乘或軌道交通與其他交通方式換乘的一種行為活動。軌道交通換乘主要包括：軌道交通線路之間的換乘、軌道交通與地面公交的換乘、軌道交通與私人小汽車、自行車等交通方式的換剩。本文中的城市軌道交通換乘特指軌道交通之間的換乘。
二、大客流條件下?lián)Q乘站客運組織工作
2.1換乘站布局特點
1）車站規(guī)模大：換乘站除包括各條線路的站臺、站廳外，一般還有多個地面出人口及通道、廣場等。車站內(nèi)設(shè)置一套以上的行車設(shè)備、車站客運設(shè)備、車站機電和消防設(shè)備等。因此，從空間分布而言，換乘站的面積及空間體積要大于一般軌道交通車站。
2）車站設(shè)備數(shù)量大種類多：由于換乘站規(guī)模大、乘客數(shù)量多，因此使車站的設(shè)備數(shù)量大、種類多。車站連接的線路越多，設(shè)備的種類也越多、越復(fù)雜。
3）換乘流線多樣：換乘站作為交通樞紐，可選換的乘車路徑多，包括出站客流與道路公交的換乘路徑。站內(nèi)不同出入口的開啟、關(guān)閉狀況直接影響換乘客流的路徑選擇。
2.2換乘站大客流特征
1）客流總量大：大型活動的召開能吸引廣大游客，春節(jié)和“黃金周”的臨近會引導(dǎo)客流集中分布、密集出行。城市軌道交通作為有效的公共交通方式，承擔(dān)著大部分的旅客運輸，而換乘站作為大城市交通線網(wǎng)上的一個重要節(jié)點，更是大客流集散、換乘的主要場所，因此客流總量顯著增加。
2）客流結(jié)構(gòu)復(fù)雜：城市軌道交通換乘站在大客流情況下，客流結(jié)構(gòu)中具有不同國籍、不同性別，不同年齡、不同文化程度、不同乘車習(xí)慣和對車站不同熟悉程度的各種乘客，復(fù)雜的客流結(jié)構(gòu)直接影響其在換乘站的活動，進(jìn)而影響車站客運組織工作。
3）客流流線的多向性：換乘站客流根據(jù)不同的作業(yè)流程可分為進(jìn)站客流、出站客流、換乘客流以及社會客流，在換乘站不同的出人口、通道內(nèi)形成了復(fù)雜的客流流線，具有多向性特征。
三、換乘站大客流組織的仿真方案優(yōu)化的關(guān)鍵問題分析
同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院研發(fā)的StaPass仿真軟件圖，通過對我國城市軌道交通乘客出行特點、習(xí)慣、環(huán)境心理等進(jìn)行研究，結(jié)合城市軌道交通運營組織的基本方法和模式，將作為個體的乘客、作為載體的列車和作為平臺的車站結(jié)合起來，綜合研究乘客出行的特點和在站內(nèi)的運動規(guī)律。該仿真軟件以全新的“流向設(shè)置”方式替代了傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)“流線設(shè)置”方式，減少了人為因素的干擾，提高了仿真結(jié)果的客觀性。它已在城市軌道交通車站客流分布的研究中得到了實際應(yīng)用，為車站設(shè)施的優(yōu)化布置提供了依據(jù)。其具體仿真流程如下：
3.2換乘站大客流組織方案優(yōu)化的關(guān)鍵問題分析
1）確定車站關(guān)鍵客流。換乘站爆發(fā)大客流時，可能會出現(xiàn)大量非本地乘客。他們對車站環(huán)境、布局較為陌生，而換乘站的客流流線多向，不同類型客流各自在站的運動過程差異大。哪一類型的客流滯留現(xiàn)象最嚴(yán)重，導(dǎo)致車站擁堵、流動不暢的，即為關(guān)鍵客流。
2）定位車站能力瓶頸。換乘站在已有設(shè)施情況下，車站的能力瓶頸一般為車站通行能力最小的設(shè)施設(shè)備。但車站設(shè)備的理論通行能力與實際通行能力均存在差異，站廳層和站臺層的理論安全容量值也較為粗糙。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，車站哪一區(qū)域最先開始擁堵，即為能力瓶頸環(huán)節(jié)。
3）獲取車站通行能力。本文將大型換乘站通行能力定義為在車站相關(guān)換乘設(shè)備正常使用的情況下，車站所能消化的最大換乘客流量。一般來說，車站能力的影響因素是自動扶梯、樓梯、通道、自動售檢票設(shè)備的能力，以及站廳、站臺的安全容量等。而理論分析中，如換乘通道能力、車站安全容量等是難以確定的；應(yīng)用車站客流仿真系統(tǒng)可通過設(shè)定自動扶梯速度、繪制換乘通道流線，就能準(zhǔn)確得到大客流發(fā)生時車站的實際消化能力。車站通行能力的理論分析與動態(tài)仿真方法的比較見表2所示。
4）優(yōu)化客流組織方案。對車站已有客流組織方案進(jìn)行優(yōu)化改善（如加強引導(dǎo)，發(fā)售返程車票等），并通過仿真手段對改善方案進(jìn)行校驗；對比方案改善前后結(jié)果，就能進(jìn)一步檢驗改善方案的適用性與優(yōu)化效果。
結(jié)束語
城市軌道交通換乘站突發(fā)大客流時，若車站客流組織工作缺乏合理的方案和車站工作重點，勢必導(dǎo)致行人流間斷、沖突、擁堵以及在人群密集狀況下的安全隱患。因此把握車站客流組織工作重點就顯得至關(guān)重要。所以，重視城市軌道交通換乘站大客流組織的仿真技術(shù)具有重要的意義。
參考文獻(xiàn)
【l】張國寶．城市軌道交通運營組織[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社．2006．1-7，
