轨道交通电子沙盘及多工种联合演练图像同步系统的制作方法

1.本技术涉及列车运行监控及模拟联合演练技术领域，尤其是涉及一种轨道交通电子沙盘及多工种联合演练图像同步系统。


背景技术：

2.沙盘最早应用于军事。随着电子信息技术的不断发展，沙盘经历了由绘制、实物制作、多媒体融合、电子沙盘（计算机三维展示）等发展阶段，其应用范围也逐步由军事扩展到工程建设、建筑设计、轨道交通、企业决策等多个领域。
3.目前，电子沙盘在轨道交通中的应用集中于对轨道线路的整体管控，以及对相关学员进行模拟培训等方面。现有轨道交通用电子沙盘，多关注于对地形、地貌、行车环境等自然条件的仿真复原，或关注于电子沙盘与虚拟现实设备的联用技术，缺乏对列车行驶状态，尤其是会车、进站等特殊情景下的跟踪观察，不利于对列车行驶情况或学员技能掌握情况的全面评估。同时，轨道交通的线路错综复杂，经常涉及多线路配合，因此，如果在模拟培训中能够利用电子沙盘进行联合演练，则有利于学员更加全面地认识工作内容、熟悉工作流程，从而更好地适应实际工作。


技术实现要素：

4.本技术的目的之一在于提供一种轨道交通电子沙盘，通过扩展列车、站台等处的观察视角，能够采用列车的不同视角、站台的不同视角对列车的行驶状态进行多角度观察；配合独立的控制终端，能够快速完成对观察视角的切换，以便在短时间内获得多视角观察结果，全面评估列车行驶状态。
5.本技术所提供的轨道交通电子沙盘，包括：控制终端，与多个视景图像源通讯连接，生成与视景图像源对应的选项，选项以菜单、按钮方式呈现；展示终端，与控制终端通讯连接，用于展示视景图像源的视景图像；其中，视景图像源包括：列车数据模块，用于获取、输出列车处的多个视角的视景画面，包括列车前向视角子模块、列车左侧向视角子模块、列车右侧向视角子模块、列车车顶视角子模块；站台数据模块，用于获取、输出站台处的多个视角的视景画面，包括站台第一人称视角子模块、站台顶视角子模块、站台监控视角子模块；列车数据模块、站台数据模块通过在相关位置设置视景图像源获取视景画面；图像采集装置包括实物图像采集设备或设置于虚拟仿真图像中的图像观察位点。
6.本技术所提供的轨道交通电子沙盘，采用列车前向视角子模块、列车左侧向视角子模块、列车右侧向视角子模块、列车车顶视角子模块对列车观察视角进行扩展，从而获得列车的前向、左侧向、右侧向、车顶等处的视景图像；采用站台第一人称视角子模块、站台顶
视角子模块、站台监控视角子模块对站台观察视角进行扩展，从而获得站点处的模拟人物、监控等的视景图像，以及站台俯视视景图像。采用上述子模块所采集到的视角视景进行组合使用，可实现对列车可视区域的全面、综合观察。同时，上述子模块在控制终端处具有对应的选项，通过在控制终端处对选项的操作，快速实现列车数据模块内、站台数据模块内，以及列车数据模块与站台数据模块间的视角视景切换，在短时间内，采用不同的观察地点、视角对列车行驶状态进行交叉观察，使评价更为客观、准确、全面。
7.本技术所提供的轨道交通电子沙盘可应用于实际轨道交通管控工作中，采用安装于对应位置的相机、监控等实物图像采集设备获取列车数据模块、站台数据模块的各子模块的图像数据。上述实物图像采集设备通过接口与控制终端通讯连接，由控制终端读取实物图像采集设备的名称、安装位点（列车车次、站台名称等）、安装位置（前、左、右、顶等）、朝向、移动特性（转动、选择移动、不可动等），并生成对应的选项，如“xx车次前视景”选项、“xx站台第一人称漫游”选项等（在某些实施例中，还可以采用选项菜单的方式，对车次/站台、视角进行分级选择）。通过在控制终端处对选项进行的操作，选定对应的实物图像采集设备，将该采集设备的图像数据输出至展示终端进行显示。
8.本技术所提供的轨道交通电子沙盘中，各子模块的分类可采用预先对图像采集设备进行命名、分类的方式直接设定，也可由控制终端对图像采集设备的安装位点、位置、移动特性等进行识别进行分类。
9.本技术所提供的轨道交通电子沙盘也可应用于相关学员的模拟培训中，采用现有三维建模方法，虚拟仿真列车、站台、行驶环境、过程等空间图像及事件，以与实物图像采集设备相同的原理、方式等，在虚拟仿真图像中设置观察位点，获得模拟图像数据。定义上述观察位点的名称、安装位点、安装位置、朝向、移动特性等信息，使控制终端能够提取上述信息，也能够生成对应的选项或选项菜单。
10.本技术公开的一个实施例中，视景图像源还包括：控制室数据模块，用于获取、输出控制室内的视景画面，包括控制室第一人称视角子模块、控制室监控视角模块；控制室数据模块也通过在相关位置设置实物图像采集设备或设置于虚拟仿真图像中的图像观察位点获取视景画面。
11.控制室数据模块在实际轨道交通管控工作中能够直观地展示选定控制室内的实际工作情况，如通过设置于主要变压室内的监控设备获取、传输监控图像，用以评估该变压室设备工作情况，并将之与列车数据模块、站台数据模块传输的列车运行情况进行对比，从而综合评估列车行驶状态。同时，控制室数据模块在学员模拟培训时也具有较为重要的作用，尤其是在多工种联动模拟培训中，可采用控制室数据模块提供occ调度室、控制室、车控室等处模拟工作场景，或以第一人称在对应控制室内进行漫游，对控制室内相关设备状态、人员工作情况等进行巡检。
12.本技术公开的一个实施例中，控制终端包括：选项生成模块，接收列车数据模块、站台数据模块、控制室数据模块传输数据信息，对应生成选项；选项操作模块，提供操作界面以显示选项并由用户进行操作，操作界面由输出装置予以显示、由输入装置进行操作；
图像输出模块，接收、处理选项操作模块的数据，输出与操作选项对应的视景图像源数据；其中，选项生成单元通过接口与视景图像源通讯连接；图像输出模块与操作模块、展示终端通讯连接。
13.本技术所提供的轨道交通电子沙盘中，控制终端具有独立于展示终端的、能够进行显示、操作的选项操作单元，一方面简化了操作界面，避免了视景图像等无关信息对选项选定操作的干扰，便于快速、准确地对利用选项按钮/菜单进行视角切换；另一方面，使展示终端仅被用于输出视景图像，使其展示的图像信息更为纯粹，有利于提升使用者的沉浸体验感。
14.本技术的目的之二在于提供一种多工种联合演练图像同步系统，通过协同处理单元对轨道交通电子沙盘和多个仿真模拟终端进行数据缓存和分发，保证了轨道交通电子沙盘展示终端所展示的图像，以及各仿真模拟终端所展示的驾驶室视景图像相符，且允许仿真模拟终端进行随时增减。
15.本技术所提供的多工种联合演练图像同步系统，包括：前述轨道交通电子沙盘；多个仿真模拟终端，用于模拟列车的车辆、车站、控制室操作；主控单元，用于下发联合演练数据；协同处理单元，用于所述仿真模拟终端、所述主控单元的数据存储，及所述主控单元与所述仿真模拟终端、所述仿真模拟终端间的数据通讯；其中，仿真模拟终端具有视景模拟模块，用于输出模拟视景数据；视景模拟模块根据所处仿真模拟终端的用途，用作轨道交通电子沙盘中对应的视景图像源；协同处理单元分别与主控单元和轨道交通电子沙盘、仿真模拟终端通讯连接。
16.仿真模拟终端包括：驾驶仿真模拟装置、站台仿真模拟装置、控制室仿真模拟装置，其中，驾驶仿真模拟装置的使用人员包括列车驾驶人员、列车乘检人员；站台仿真模拟装置的使用人员包括车站调度人员、车站值班人员；控制室仿真模拟装置的使用人员包括控制室管理人员、控制室操作人员。
17.本技术所提供的多工种联合演练图像同步系统中，由协同处理单元负责处理主控单元数据后，再将对应的数据信息同步下发至系统中的轨道交通电子沙盘和各仿真模拟终端，使各仿真模拟终端执行同一演练指令，从而获取对应的模拟视景。模拟视景通过数据方式由各仿真模拟终端的视景模拟模块进行图像输出以便演练参与人员进行沉浸式操作模拟；同时，视景模拟模块还被作为轨道交通电子沙盘的视景图像源，向轨道交通电子沙盘传输视景图像数据。
18.根据视景模拟模块所处仿真模拟终端与轨道交通电子沙盘的视景图像源相对应，如位于驾驶仿真模拟装置的视景模拟模块被用作轨道交通电子沙盘的列车数据模块、位于站台仿真模拟装置的视景模拟模块被用作轨道交通电子沙盘的站台数据模块、位于控制室
仿真模拟装置的视景模拟模块被用作轨道交通电子沙盘的控制室数据模块。由此，保证了轨道交通电子沙盘与各仿真模拟终端的图像同步性。
19.当新的仿真模拟终端接入时，其能够从协调处理单元处获取暂存于此的主控单元、仿真模拟终端的数据信息，从而能够快速实现新接入的仿真模拟终端与原有仿真模拟终端的演练状态同步；同时，新接入的仿真模拟终端的视景模拟模块作为轨道交通电子沙盘的视景图像源，使轨道交通电子沙盘与仿真模拟终端同步。
20.本技术公开的一个实施例中，协同处理单元包括：协同服务器；缓存服务器；其中，协同服务器分别与主控单元、缓存服务器、轨道交通电子沙盘的数据源，以及仿真模拟终端通讯连接；协同服务器接收主控单元下发的联合演练数据，将联合演练数据发送至缓存服务器进行缓存，以及发送至轨道交通电子沙盘及各仿真模拟终端形成相应指令；轨道交通电子沙盘或仿真模拟终端处执行操作所形成的数据上传至协同服务器进行处理后，分发至缓存服务器及未执行操作的仿真模拟终端或轨道交通电子沙盘。
21.轨道交通电子沙盘或仿真模拟终端处执行操作所形成的数据采用tcp或udp协议上传至协同服务器。
22.本技术所提供的多工种联合演练图像同步系统，采用协同处理单元居间处理并暂存主控单元下发的指令数据，以及各仿真模拟终端的操作数据，缩短了各仿真模拟终端及轨道交通电子沙盘同步数据的路径，有利于保证路电子沙盘所展示的视景图像与各仿真模拟终端所展示的驾驶室视景图像处于相同的运行场景中，同时，也便于随时增减仿真模拟终端。
23.本技术的目的之三在于提供一种将前述轨道交通电子沙盘或多工种联合演练图像同步系统用于轨道交通模拟联合演练中的用途。轨道交通电子沙盘或多工种联合演练图像同步系统适用于国铁和城轨，尤其适用于地铁、有轨电车、大铁路等。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本技术实施例1所提供的轨道交通电子沙盘的结构示意图。
26.图2为本技术实施例1中展示终端和控制终端的同步输出界面一，控制终端处显示出与列车数据模块各子模块相对应的选项按钮。
27.图3为本技术实施例1中展示终端和控制终端的同步输出界面二，控制终端处显示出与站台数据模块各子模块相对应的选项按钮。
28.图4为本技术实施例1中展示终端和控制终端的同步输出界面三，控制终端处显示出与控制室数据模块各子模块相对应的选项按钮。
29.图5为本技术实施例1中两列车会车观察中展示终端和控制终端的同步输出界面一。
30.图6为本技术实施例1中两列车会车观察中展示终端和控制终端的同步输出界面二。
31.图7为本技术实施例2所提供的多工种联合演练图像同步系统的结构示意图。
32.图8为本技术实施例2所提供的多工种联合演练图像同步系统的协同流程图。
具体实施方式
33.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本技术实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
34.实施例1本实施例提供了一种轨道交通电子沙盘，通过多视角视景图像对列车的行驶状态进行全面评价。
35.如图1所示，该轨道交通电子沙盘包括：列车数据模块、站台数据模块、控制室数据模块、控制终端和展示终端。
36.其中，列车数据模块，用于获取、输出列车处的多个视角的视景画面，包括列车前向视角子模块、列车左侧向视角子模块、列车右侧向视角子模块、列车车顶视角子模块；站台数据模块，用于获取、输出站台处的多个视角的视景画面，包括站台第一人称视角子模块、站台顶视角子模块、站台监控视角子模块；控制室数据模块，用于获取、输出控制室内的视景画面，包括控制室第一人称视角子模块、控制室监控视角模块。
37.上述各子模块通过设置于对应位点（列车/站台/各控制室）的对应位置（前、左、右、顶、监控位、俯视位）处具有相应移动特性（固定、转动、移动）的虚拟观察位点在虚拟图像系统中获取相应视角视景图像。
38.控制终端通过接口与上述各子模块通讯，其选项生成单元读取上述实物图像采集设备信息，生成对应的选项按钮及菜单（如图2～图4所示），该选项按钮及菜单由选项操作单元处理，形成图像化展示的选项操作界面。
39.在本实施例中，控制终端还通过接口与外部数据源进行通讯，处理生成轨道交通线路图，并将之与列车数据模块、站台数据模块、控制室数据模块相融合，将列车的实时位置、站台显示于轨道交通线路图中的对应位点，并将站台各子模块生成的选项按钮集成于轨道交通路线图中，使轨道交通线路图中的站台能够被拾取并显示选项菜单（如图3所示）。
40.当在选项操作单元完成选项操作后，控制终端将选定的子模块的视景图像数据输出至展示终端进行图像展示。
41.在一应用中，本技术所提供的轨道交通电子沙盘的控制终端通过接口接收外部数据，获取铁路地形、线路、列车实时运行数据、站台等三维模型数据、信号机道岔等线路环境数据，同时，还通过接口接收列车数据模块、站台数据模块、控制室数据模块数据，获取列车、站台、控制室的视景图像数据。控制终端利用现有技术对上述数据进行融合，并采用如
图2~4的操作界面，分别在控制终端的输出装置和展示终端处独立展示选项和选项所对应的视景图像。在该应用中，输出装置处除展示有选项外，还展示有地形、线路、列车运行位置等信息，上述地形、线路等图像信息比照真实情况等比例缩小，列车运行位置则根据列车实时运行数据在全景沙盘上与线路缩小比例显示一致，以正确展现列车运行状况。
42.在上述应用中，用户在控制终端的输出装置处可采用选项菜单对选项进行选取，也可通过在线路中拾取站点完成对站台数据模块的选定。如图2所示，用户可在控制终端展示的界面中，先通过选取左上角“列车快速选择”按钮展开列车选项菜单后进行列车选定，此时，控制终端的选项操作模块与列车数据模块通讯，获取选定的列车所对应的列车数据模块数据；控制终端的数据选项生成模块根据该列车数据模块中的子模块数据生成对应的选项按钮，如“前视角”、“左视角”、“右视角”、“顶视角”；控制终端的图像输出模块根据用户对选项按钮的操作，调取对应的图像采集设备的数据、输出至展示终端予以展示。如图2所示，其左侧图像即展示的是列车前向视角视景图像，该视景图像跟随列车运行进行实时传输展示。如图3、4所示，其左侧图像展示的是某站点/某控制室第一人称视角视景图像，该视景图像可以在指定区域内移动、旋转以模拟真人视景。
43.在该应用中，控制终端输出装置展示的界面中还具有“全局地图”按钮，用于在选定视角与全局视景的切换，以提高切换视景效率。在一具体应用中，用户希望以不同视角观察两列车会车过程，则可进行如下操作：在控制终端处通过“列车快速选择”菜单选定一会车列车，并进一步选取“前视角”按钮，从而在展示终端展示该列车实时的前向视角视景图像（如图5所示）。完成观察后，在控制终端处再次通过“列车快速选择”菜单选定另一会车列车，并进一步选取“顶视角”按钮，从而在展示终端展示两列车会车的实时顶视角视景图像（如图6所示）。通过在控制终端的选取操作即可快速完成视角图像切换，进行对比观察。
44.实施例2本实施例提供了一种多工种联合演练图像同步系统，用于保证多个模拟终端及电子沙盘图像输出的同步性。
45.如图7所示，本实施例所提供的多工种联合演练图像同步系统包括：实施例1提供的轨道交通电子沙盘、多个仿真模拟终端、主控单元和协同处理单元。
46.其中，协同处理单元包括系统服务器和缓存服务器。协同服务器分别与主控单元、缓存服务器、轨道交通电子沙盘的数据源，以及仿真模拟终端通讯连接。协同服务器接收主控单元下发的联合演练数据，将联合演练数据发送至缓存服务器进行缓存，以及发送至轨道交通电子沙盘及各仿真模拟终端形成相应指令；轨道交通电子沙盘或仿真模拟终端处执行操作所形成的数据上传至协同服务器进行处理后，分发至缓存服务器及未执行操作的仿真模拟终端或轨道交通电子沙盘。轨道交通电子沙盘或仿真模拟终端处执行操作所形成的数据采用tcp或udp协议上传至协同服务器。协同流程如图8所示。
47.在实例应用中，轨道交通电子沙盘运行时可以配合多个轨道交通驾驶仿真模拟器的联合演练。在联合环境中，轨道交通线路中一共模拟运行30辆列车。其中2辆为仿真模拟终端接受客户驾驶控制，另外28辆列车由主控单元下发模拟数据。协同服务器完成初始化后，与主控单元通讯，并连接缓存服务器，同时，协同服务器还接收仿真模拟终端的连接请求与之建立连接。协同服务器接收主控单元数据后，采用tcp或udp协议将数据转发至仿真
模拟终端和轨道交通电子沙盘。当有新的仿真模拟终端接入时，为了同步数据，该仿真模拟终端首先连接缓存服务器，接收缓存数据，完成后连接协同服务器。当仿真模拟终端执行自身指令后，数据将以tcp通信的方式上传给协同服务器，协同服务器对这部分数据进行处理，然后分发给缓存服务器和与该协同服务器相连的其他仿真模拟终端、轨道交通电子沙盘。通过这样的方式可在保持每个仿真模拟终端独立操作的情况下，保证整个联合演练场景下的所有数据的协同；保证主控单元下发数据与轨道交通电子沙盘、仿真模拟终端数据同步，从而在轨道交通电子沙盘上正确展示所有列车运行状况。