无人驾驶地铁中的虚拟现实应用

随着地铁列车技术的飞速发展，无人驾驶地铁列车已经成为未来的主流发展趋势。随着香港、北京、上海等地相继启动无人地铁列车建设项目，我国地铁列车也将进入无人驾驶的新阶段。运用三维虚拟与仿真技术模拟出从设计制造到运行维护等各阶段、各环节的三维虚拟环境，研发人员和使用者可以在虚拟环境中全身心地投入到无人驾驶地铁的整个工程之中进行操作。从而能够在物理资源环境受限的条件下，拓展研发人员和技术人员的设计和研发能力，有助于提高整个工程项目的效率和质量，同时也降低了整个工程项目的时间成本和人力成本。

（一）列车虚拟设计

在无人驾驶列车设计过程中可以采用虚拟现实技术对地铁车站、运行线路、通信线路等基础设施及无人驾驶列车内部车载设备，以三维立体的方式呈现给设计人员，使项目设计人员坐在电脑前就能感受到地铁列车的整个运行过程（图9-8）。另外，设计人员通过三维立体模型，可以在虚拟环境下以不同的视角对车辆的组成结构和各部分的构造进行观察，也可以随时对车辆在不同的工作条件下的动力学性能、运行状态、车厢内状况等方面进行研究。通过列车虚拟设计，设计人员可以在物理样机制造之前尽可能地发现设计缺陷，从而将制造风险降至最低。

图9-8　虚拟环境下的列车驾驶舱

（二）列车虚拟装配

无人驾驶列车装配过程较为复杂，为保证无人驾驶列车的设计符合工程力学、流体力学等的要求，可以利用计算机对列车各部件进行虚拟仿真，使装配人员可以在计算机上进行虚拟装配，从而能够方便地检查出各部件之间是否兼容。对于装配工人的培训尤为重要，现场装配训练不仅需要占用大量的软硬件资源，而且培训的效果难以评估。列车虚拟装配让受训人员在虚拟环境中熟悉列车各个部件及其装配过程，提高培训人员的设备装配能力。学员只需要佩戴虚拟现实头盔或者眼镜，即可获得身临其境的场景，提高了装配训练的效果。

（三）列车虚拟运行(www.xing528.com)

无人驾驶列车的测试运行是在正式上线运行前对无人驾驶列车可靠性、安全性的最终检验，在真实条件下运行需要耗费大量的人、财、物投入。为了尽量减少测试的时间，同时又能检测出所有的风险，可以采用虚拟运行的方式。利用计算机三维虚拟仿真技术对无人驾驶列车的运行状态、各部件实时状况及列车运行环境的变化情况进行模拟，从而在物理运行前最大限度地检测列车运行的可行性。同时，可以利用计算机对部分参数进行更改测试，观测数据变化对列车运行带来的影响，从而发现不同参数对于列车运行的影响规律，为列车正式运行使用提供了参考，降低了真实运行的风险，并使相关的工作人员在遇到突发状况后能够快速进行处理。

（四）列车运行监控

传统的显控技术仅将列车行驶的各种状态信息和列车设备的参数信息在中控平台上以数字化的形式显示出来，引入虚拟现实技术可以更为直观地进行实时监控。基于虚拟现实的实时监控系统可划分成车载部分和控制中心两部分。车载部分完成地铁列车参数的采集、发送，同时对控制中信号的接收、执行以及自主行驶等功能。控制中心部分完成控制中心操纵指令的采集、发送和对车载发射机发送的信号的接收、存储、显示、天线跟踪等功能。远程监控人员可佩戴虚拟现实头盔设备实时感知列车的运行状态。

（五）列车虚拟维修

维修和保养是保证无人驾驶列车安全、可靠运行的重要环节。维修人员不可能在列车实际上线运行过程中进行维修训练，而在列车发生故障时难以及时相应和处理。因此，引入虚拟现实技术在日常生活中培训和实时维修中就可以有效提高维修人员的能力和故障的解决效率。一方面，维修人员在日常中可以利用虚拟现实技术进行维修预演和仿真，加强对自身的维修技能掌握；另一方面，在列车出现突发故障时，维修人员可以通过虚拟现实设备，参照虚拟维修训练教程现场学习，尽快解决现场故障。