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中心概况

文章来源:虚拟仿真实验室   发布时间:2015/7/29 11:36:24   浏览量:[]

  交通管理工程虚拟仿真实验教学中心起源于2001年建立的车辆结构认知实验室。经过发展与建设,已经建设了交通事故分析再现虚拟仿真实验平台、机动车驾驶适宜性检测虚拟仿真实验平台、智能交通控制模拟化虚拟仿真实验平台、交通行为安全虚拟仿真实验平台 。

  2005年,学院整合了包括交通技术实验室在内的全部公安类专业实验室,成立了四川警察学院警务实验教学中心,2012年被批准为国家级实验教学示范中心。四川警察学院交通管理工程虚拟仿真实验教学中心于2011年组建,以“四川警察学院警务实验教学中心”国家级实验教学示范中心为基础,依托“交通管理工程”四川省卓越工程师教育培养计划试点的省级重点、特色专业,实行院、系两级管理,面向全校服务。

 

 交通管理工程虚拟仿真实验教学中心结构图

 

1、交通行为安全虚拟仿真实验平台

  交通行为安全虚拟仿真实验平台系统实验平台主要包括:驾驶舱系统、控制台、驾驶员行为监控系统、环幕投影系统、相关控制软件及模型库等。其中,驾驶舱系统为真实的车体及座椅、方向盘、仪表盘、换挡杆等操作部件;数据采集系统在通过安装在仿真平台上的多种传感器能够采集驾驶人对于方向盘、加速踏板、制动踏板、转向灯的操作行为信息,并通过建立的相应动力学模型输出车辆运行参数、驾驶行为参数等共68个。该平台还可配合眼动仪、生理仪等其他设备、基于不同交通环境、针对不同交通事件,开展交通行为安全虚拟实验。 

交通行为安全虚拟仿真实验平台仿真场景

 

  该虚拟仿真实验平台针对城市道路、高速公路等不同道路环境,以及雨天、雪天、雾天等不良天气条件,主要研究驾驶人的应激反应能力、潜在危险预见能力、生理特性变化规律以及相应的眼动行为规律,具体包括对方向盘、制动踏板、加速踏板的车辆操控行为,心率、血压、脑电、皮肤电等生理参数变化,注视持续时间、扫视速度等眼睛运动行为,分析事件突现过程中驾驶人的感知、判断、决策和操作行为过程,以及环境因素与驾驶人的相互作用关系,明晰交通事故产生的机理,探求交通事故减少的有效途径,从根本上提高道路交通的安全性,降低交通事故的发生率。该平台为实验教学提供了与交通事故紧密相关的多种虚拟交通场景,从而让学生更加直观、生动地了解与驾驶安全相关的各种因素。

 

  平台弥补了实际道路实验危险性大、交通场景复杂、实验条件难以控制,以及无法开展实际道路实验等诸多不足,从而为驾驶行为安全性评估提供了有力的技术支持与设备保障。

 

  驾驶行为安全虚拟仿真实验平台开设10项虚拟仿真实验:人车路系统虚拟仿真实验、驾驶行为分析虚拟仿真实验、高速公路环境下驾驶人应激反应能力评估实验、雨天环境下驾驶人应激反应能力评估实验、雪天环境下驾驶人应激反应能力评估实验、雾天环境下驾驶人应激反应能力评估实验、不同道路环境对驾驶人生理特性影响分析实验、不良天气条件对驾驶人生理特性影响分析实验、跟车过程中驾驶人眼动行为分析实验、模拟驾驶操作虚拟仿真实验。

 

2、交通事故分析再现虚拟仿真实验平台

  交通事故分析再现虚拟仿真实验平台主要包括60台电脑组成的网络系统和由长安大学开发研制的道路交通事故计算机辅助分析系统,如图3所示。该系统平台能够对事故计算的全过程解析化,能有效解决车辆大侧偏运动描述计算方法和车辆碰撞瞬间逆向计算、连续碰撞及车身大变形情况下的解析化难题,从此使得车辆碰撞过程动力学计算的可靠性、唯一性和高精确度得以实现。

 

道路交通事故分析再现虚拟仿真实验平台

 

  该平台可进行汽车对汽车碰撞交通事故计算与再现、汽车对两(三)轮车碰撞交通事故计算与再现、汽车碰撞行人交通事故计算与再现、车辆坠崖交通事故计算与再现、车辆碰撞固定物交通事故计算与再现、摩托车对两轮车碰撞交通事故计算与再现、摩托车碰撞行人交通事故计算与再现、摩托车碰撞静止物交通事故计算与再现、三车连续碰撞交通事故计算与再现、车辆失控碰撞交通事故计算与再现、汽车对汽车碰撞&坠崖交通事故计算与再现、汽车对汽车碰撞&碰固定物事故计算与再现、汽车对两轮车碰撞&碰固定物事故计算与再现、汽车对人碰撞&碰固定物交通事故计算与再现、汽车失控后再两车碰撞交通事故计算与再现、山区公路汽车碰撞护栏交通事故计算与再现等16大类事故过程的分析与再现仿真实验。平台弥补了实际道路实验危险性大、花费高、实验条件难以控制,以及无法开展实车实验等诸多不足,为汽车碰撞事故分析、汽车安全性研究、交通安全研究提供了有力的技术手段支持与设备保障。

 

  道路交通事故分析与再现虚拟仿真实验平台开设4项虚拟仿真实验:汽车碰撞汽车事故分析与再现实验、汽车碰撞两轮车事故分析与再现实验、单车事故分析与再现实验、汽车碰撞行人事故分析与再现。

4、机动车驾驶适宜性检测虚拟仿真实验平台


  机动车驾驶适宜性检测虚拟仿真实验平台的主要检测设备为长安大学开发研制,平台如图4所示。该平台采用计算机仿真技术,结合人机工程学和实验心理学,选择参数来模拟驾驶人的认知过程,对驾驶人的驾驶行为特性进行分析测试,并在此基础上评价受检者作为驾驶人的适宜性。该实验平台可在虚拟环境下完成驾驶人各项生理/心理指标检测及驾驶适宜性评价,规避了实车测试的风险,可用于营运驾驶人培训机构对驾驶员的适宜性甄别检测,也可为运输企业聘用驾驶员及继续教育时提供适宜性甄别检测,还可为公安交通管理部门进行驾驶人管理提供参考。

 

 

机动车驾驶适宜性检测虚拟仿真实验平台


  实验平台由软件、硬件两部分构成。硬件系统由8台检测仪器集成,可实现对14项生理/心理检测项目的检测。


  ①速度估计检测仪。受检者对移动中的灯泡到达遮挡区最左端的时间进行估计,测量估计时间值,以检测驾驶人对运动物体速度估计的准确性及性格的焦躁性。


  ②动体视力检测仪。受检者对运动中的“C”形视标开口方向进行判断,测量动体视力值,以检测驾驶人对运动物体的辨识能力。
 

  ③暗适应检测仪。受检者接受强光刺激30s后在暗环境下辨识“C”形视标的开口方向,测量暗适应时间。以检测驾驶人在亮度突变时视力急剧下降后的恢复能力。


  ④深度知觉检测仪。受检者对三根标杆的空间位置进行感知,测量感知距离差值,以检测驾驶人对物体位置的空间感知能力。
 

  ⑤处置判断检测仪。受检者通过操纵方向盘引导指针从转盘上视标箭头尾部通过,测量操作错误次数,以测试驾驶人在多种信息情况下注意力的分配、转移能力及持续注意能力,操作动作协调性和动作圆滑性。


  ⑥选择反应检测仪。受检者对由计算机控制的红、黄、绿三种颜色刺激和蜂鸣声进行左手、右手和右脚反应,测量选择反应时间及错误次数,以测试驾驶人反应速度的快慢、反应准确性及其机敏性。
 

  ⑦夜间视力检测仪,受检者对背景灰度变化下的“E”形视标开口方向进行判断,测量夜间视力值,以检测驾驶人在夜间对低对比度物体的识别能力。


  ⑧风险反应检测仪,可进行风险反应检测及紧急/连续紧急反应检测。进行风险反应检测时,受检者在显示屏视野周边存在刺激信号的情况下,按要求对在显示屏视野中心部位的数字及图形进行反应左手及右脚反应,分别测量周边风险手反应时间及错误次数、脚反应时间及错误次数,以检测驾驶人感知和处理周边出现的潜在危险情况的能力。紧急/连续紧急反应检测要求受检者在出现圆形红色信号时立即进行右脚踏板抬脚反应,测量反应时间,以检测驾驶人在紧急情况下的反应能力、正确操作能力以及驾驶人抗疲劳能力。


  软件系统用于对硬件系统进行管理并实现对检测数据的采集、传输、处理、分析、维护、输出等功能,其核心为检测评价系统,

用来对各检测指标进行分析处理,评价受检者作为驾驶人的适宜性,同时可根据检测结果对受检者提出忠告,纠正其错误习惯,提高驾驶技能。


  驾驶适应性虚拟仿真实验平台开设11项虚拟仿真实验:速度估计检测实验、风险反应检测实验、紧急/连续紧急反应检测实验、动体视力检测实验、暗适应检测实验、深度知觉检测实验、处置判断检测实验、选择反应检测实验、夜间视力检测实验、风险反应检测实验、驾驶员适宜性检测评价实验。


5、交通管理规划与组织虚拟仿真实验平台
  交通管理规划与组织虚拟仿真实验平台包括:TransCAD交通规划系统、VISSIM交通仿真系统和交通信息采集设备等。
平台中的TransCAD交通规划系统是美国CALIPER公司将先进的地理信息系统技术与科学的交通规划和管理方法相结合,基于地理信息系统(GIS)而设计开发的专供交通专业人员用来储存、显示、管理和分析交通数据的交通规划软件。TransCAD把GIS和交通模型的功能组合成一个单独的平台。TransCAD可用于所有交通模式,任何地理尺寸和不同详细程度的交通运输模型。可实现有效管理交通规划数据、快速运行需求预测模型、直观表达规划分析成果等目标。


  平台中的VISSIM交通仿真系统是由德国PTV公司开发的一款微观交通仿真软件,是一种微观、基于时间间隔和驾驶行为的仿真工具,用以建模和分析各种交通条件下(车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等),城市交通和公共交通的运行状况,是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。VISSIM既可以在线生成可视化的交通运行状况,也可以离线输出各种统计数据,如行程时间、排队长度等。由VISSIM系统开发的仿真实验场景。

 

 交通管理规划与组织虚拟仿真实验平台仿真场景


  交通管理规划与组织虚拟仿真实验平台开设7项虚拟仿真实验:城市路网堵点识别与评价实验、路网高峰时段警力配置优化与仿真实验、交通组织优化与仿真实验、信号交叉口仿真评价实验、路段仿真与评价实验、道路路线设计仿真评价实验、3D交通环境设计与仿真实验。
 

5、智能交通控制模块化虚拟仿真实验平台
  智能交通控制模块化虚拟仿真试验平台是将道路景观微缩移植至实验室内,模拟构建智能交通信息采集、传输、控制、评价及优化系统,支持学生完成有关智能交通信息与控制技术相关实验和实践环节。该平台最重要的设计理念是可操作性、交互性、互动性、可拓展性。


  智能交通控制模块化虚拟仿真试验平台的主要特点包括:采用模块化、积木式设计思想;可实现模块之间的任意拆分和组合;各模块可以按照实验要求单独设计道路景观,整体实验台可以由局部单独实验台拼接而成;每一个实验模块——“积木”,由路基、路面、设备舱、支架构成。路面可以施画交通工程设计结果,路基层是透明的材质构成,可以支持安装检测器等操作,设备舱主要放置各路口模块其他设备,包括电源、检测器、接口适配器等;每个实验模块——“积木”,可单独升降,以便于学生动手操作设备;系统实验台具有多种外部接口,以便于拓展使用。


  智能交通控制模块化虚拟仿真试验平台开设4项虚拟仿真实验:交通信号控制设计评价优化、交通监控系统的硬件结构与工作原理、线圈检测系统的硬件结构与工作原理、交通管理设施设计等方面的课程设计和科技创新实验实训。

 

智能交通控制模块化虚拟仿真实验平台


6、车辆安全故障诊断仿真实验平台
  车辆安全故障诊断仿真实验平台主要包括:ABS模拟试验台、整车电路模拟试验台、自动变速器模拟试验台、安全气囊试验台、电控发动机与变速箱模拟试验台等。

 

车辆安全故障诊断仿真实验平台


  ABS模拟试验台由滚筒系统、滚筒组间距调节系统、信号采集、数据处理、控制系统和显示部分等构成,液晶显示实时动态的中文界面。采用可编程控制器控制执行系统,系统具有故障自诊断功能,配有计算机联网接口,可以同时检测多种不同的车型。系统采用电惯量技术模拟道路实际情况,能承受车辆在最大加速、减速时的载荷冲击,并且具有良好的动平衡,能够同时检测传统制动系的制动性能及装有ABS制动系的制动性能。


  整车电路模拟试验台可以模拟汽车整车的电路系统的组成,包括汽车照明线路与结构组成,汽车喇叭线路与结构组成、汽车仪表线路与结构组成、汽车雨刮器线路与结构组成等,同时配备有智能化故障设置和多个系统接口,可以真实的还原整车电路的各个系统,可以进行汽车电路结构和电器故障的检测、维修、维护能力的实验教学。


  安全气囊试验台由安全气囊系统全新实物以及仿真系统组成,可分别模拟左、右路及双路共同碰撞时的工作状况,循环演示气囊的爆开过程,对传感器进行检测,可设置故障,通过专用仪器进行检测,可清除气囊炸开后的全部故障,便于重复实验,碰撞后电脑存储碰撞故障。LED灯光提示气囊工作状况,无损重复检测控制系统信号,带预紧式安全带。利用该试验平台设置安全气囊系统常见故障,通过故障显示,进行学生故障分析、检测诊断实训,培养学生的故障分析检测诊断思维能力。


  自动变速器模拟试验台主要包括自动变速器控制单元,各种传感器,节气门总成,可移动台架等,面板上设有与电脑相对应的端子和完整的彩色控制原理电路图,可手动读取故障码,设有通用检测连接座,配合连接故障读取器使用,动态显示各挡位油压情况。系统能够模拟自动变速器电控系统结构,分析各电磁阀的功能,人工调取故障码和清除变速器系统故障码,变速器电控元器件测量,变速器工作信号测量,故障设置与排除,换档操作实验,变速器电控系统综合诊断等。


  电控发动机与变速箱模拟试验台通过模拟发动机进行起动、加速、减速、故障检测与诊断、故障模拟与排除等工况的实际操作,模拟汽车电控发动机结构与原理及工作过程,故障模拟系统可模拟实际运行工作状况,设置多种实车发动机常见故障,具体内容配备故障模拟设置装置说明。并且在试验台面板上安装有汽车仪表、燃油压力表、真空压力表等辅助设备,可实时显示发动机转速、喷油压力、进气歧管压力等参数变化信息。


  车辆安全故障诊断仿真实验平台开设4项虚拟仿真实验:电控发动机模拟实验、ABS模拟实验、汽车电器总成实验、自动变速器实验。


7、交通事故现场勘查仿真实训平台
  交通事故现场勘查实训平台主要包括:交通事故仿真实训场、交通事故现场勘查设备、摄像机、照相机、事故车辆、现场图绘制软件、救援设备等,如图8所示。该平台解决了道路交通事故发生过程不可逆、真实交通事故现场教学危险性高、影响大、实车碰撞实验成本高等问题。


 

交通事故现场勘查仿真实训平台


  交通事故现场勘查仿真实训平台开设7项虚拟仿真实验:交通事故现场处置、交通事故现场地面轮胎痕迹辨识、交通事故车体痕迹辨识、道路交通事故现场物证勘验、道路交通事故现场图的手工绘制、道路交通事故现场图的计算机制作、道路交通事故现场勘验照相。


8、交通指挥仿真实训平台 


  交通指挥仿真实训平台主要包括:模拟交叉路口、交通信号灯控制系统、交警单警装备等,如图9所示。在交叉路口及路段等真实交通流状态下训练交通指挥的危险性高,对交通流的影响大,交通指挥训练在真实状态下无法进行,该平台则解决了这些问题。交通指挥仿真实训平台开设4个虚拟仿真实验项目:交叉路口模拟指挥、交通警卫模拟指挥、交通违法行为查处模拟指挥、应急情况下的模拟交通指挥。