基于WebGL的高速列车在线运行及沿线虚拟地理环境仿真
发布时间：2021-11-05 22:02
为实现Web环境下构建高速铁路沿线虚拟地理环境,模拟高速列车运行,首先确定多层次虚拟地理环境的语义组织方式并对铁路沿线地形表面进行多尺度数据建模;再基于GIS技术构建场景数据与基础地理数据的发布与分布式存储方案;最终基于WebGL技术提供集成高速铁路轨道、多尺度遥感影像、数字地表模型等多源数据的铁路沿线虚拟地理环境无插件构建方法,并提供列车信息管理及运行仿真方案。以高铁郑西线为案例线路的实践表明:方案考虑多尺度地形与地物建模、网络环境下大场景渲染、复杂地形的高效率可视化等问题,实现了铁路沿线虚拟地理环境构建和列车运行仿真,对高速铁路列车运行仿真有重要参考价值。
【文章来源】：铁道科学与工程学报. 2020,17(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
数据请求
在铁路场景中，铁路线路设施的语义对象包括直线、缓和曲线、圆曲线、桥梁、隧道等[12]，因此可分解简化为路段组件(包括道床、轨枕、钢轨、电线)、隧道段组件(包括隧道壁、隧道地面)、桥墩、接触网架等对象，如图1所示。列车由车头、车身、车尾等部分组成，可以分割为车头组件和车身组件；地形模型数据可以分为数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)和数字正射影像DOM(Digital Orthophoto Map)瓦片数据[16]。由组件和对象聚合得到铁路设施三维模型和列车三维模型。用车头和车身2种单元化的三维模型克隆聚合出一列完整且高相似度的列车。高速铁路的最小曲线半径较大、最大坡度较小[17]，用铁路模型组件克隆聚合得到铁路模型可以保证组合拼接的铁路不会出现明显的接缝，将列车按车厢组件聚合后仿真运行时姿态不会突变且可以始终保持在两铁轨中间。如图2所示，在场景、模型聚合时可以赋予模型组件对应的语义信息，例如铁路的里程信息、列车的车次信息等；在模型状态改变时可以编辑模型的语义信息，例如用户改变列车速度时编辑列车模型的时速信息等；从而可以实现模型语义增强和基于语义的模型组织管理。根据与列车的距离远近使用不同细节层次的地形数据进行多尺度数据切片得到地形数据瓦片，由地形数据瓦片建模得到地形模型，使地形模型在距离列车近的部分有较高的精细度。
基于Web的铁路仿真GIS数据包括DEM瓦片、卫星/无人机影像瓦片、三维模型等，数据的请求数量大。传统的B/S架构通常仅考虑单点服务器，当用户增加时，请求数量将会超出单点服务器所能响应的数量极限；另一方面，当单点服务器出现故障时会影响到整个服务，造成系统健壮性低等问题[19]。因此，本文使用如图3所示基于云的负载均衡分布式服务架构，该架构在云平台上链接多个存储瓦片数据的服务器，负载均衡层可以将来自客户端的请求转发到压力较小的数据服务器，通过服务分流减少压力的方法解决现有服务器性能不足的问题，并可随着请求量的增加扩展系统所能承受的请求量。图3 云服务器架构示意
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BIM+GIS的铁路隧道地质灾害辅助整治技术研究[J]. 赵亮亮,卢文渊,张广庆. 高速铁路技术. 2019(02)
[2]BIM技术应用于数字铁路建设的实践与思考[J]. 刘为群. 铁道学报. 2019(03)
[3]中外高速铁路线路主要技术标准对比分析[J]. 冯慧淼,郑屹桐. 铁道工程学报. 2019(02)
[4]基于BIM技术的铁路工程建设管理创新与实践[J]. 王同军. 铁道学报. 2019(01)
[5]视觉感知驱动的三维城市场景数据组织与调度方法[J]. 朱庆,陈兴旺,丁雨淋,刘铭崴,何华贵,杨卫军,陈利燕,曹振宇. 西南交通大学学报. 2017(05)
[6]基于BIM的铁路工程管理平台建设与展望[J]. 王同军. 铁路技术创新. 2015(03)
[7]耦合大系统下本体驱动的高速铁路场景建模[J]. 张恒,朱军,徐柱,胡亚,尹灵芝. 铁道学报. 2015(06)
[8]基于线性参照系统的虚拟高速铁路场景建模方法[J]. 王金宏,朱军,尹灵芝,彭子龙,张阿丽. 地球信息科学学报. 2014(01)
[9]基于ArcGIS的虚拟高速铁路环境系统设计与实现[J]. 彭子龙,朱军,王金宏. 测绘与空间地理信息. 2013(05)
[10]基于WebGL技术的网络三维可视化研究与实现[J]. 刘爱华,韩勇,张小垒,陈戈. 地理空间信息. 2012(05)
硕士论文
[1]数据驱动列车运行三维可视化[D]. 郁家福.西南交通大学 2018
[2]基于Cesium的WebGIS三维客户端实现技术研究[D]. 高云成.西安电子科技大学 2014
本文编号：3478587
【文章来源】：铁道科学与工程学报. 2020,17(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
数据请求
在铁路场景中，铁路线路设施的语义对象包括直线、缓和曲线、圆曲线、桥梁、隧道等[12]，因此可分解简化为路段组件(包括道床、轨枕、钢轨、电线)、隧道段组件(包括隧道壁、隧道地面)、桥墩、接触网架等对象，如图1所示。列车由车头、车身、车尾等部分组成，可以分割为车头组件和车身组件；地形模型数据可以分为数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)和数字正射影像DOM(Digital Orthophoto Map)瓦片数据[16]。由组件和对象聚合得到铁路设施三维模型和列车三维模型。用车头和车身2种单元化的三维模型克隆聚合出一列完整且高相似度的列车。高速铁路的最小曲线半径较大、最大坡度较小[17]，用铁路模型组件克隆聚合得到铁路模型可以保证组合拼接的铁路不会出现明显的接缝，将列车按车厢组件聚合后仿真运行时姿态不会突变且可以始终保持在两铁轨中间。如图2所示，在场景、模型聚合时可以赋予模型组件对应的语义信息，例如铁路的里程信息、列车的车次信息等；在模型状态改变时可以编辑模型的语义信息，例如用户改变列车速度时编辑列车模型的时速信息等；从而可以实现模型语义增强和基于语义的模型组织管理。根据与列车的距离远近使用不同细节层次的地形数据进行多尺度数据切片得到地形数据瓦片，由地形数据瓦片建模得到地形模型，使地形模型在距离列车近的部分有较高的精细度。
基于Web的铁路仿真GIS数据包括DEM瓦片、卫星/无人机影像瓦片、三维模型等，数据的请求数量大。传统的B/S架构通常仅考虑单点服务器，当用户增加时，请求数量将会超出单点服务器所能响应的数量极限；另一方面，当单点服务器出现故障时会影响到整个服务，造成系统健壮性低等问题[19]。因此，本文使用如图3所示基于云的负载均衡分布式服务架构，该架构在云平台上链接多个存储瓦片数据的服务器，负载均衡层可以将来自客户端的请求转发到压力较小的数据服务器，通过服务分流减少压力的方法解决现有服务器性能不足的问题，并可随着请求量的增加扩展系统所能承受的请求量。图3 云服务器架构示意
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BIM+GIS的铁路隧道地质灾害辅助整治技术研究[J]. 赵亮亮,卢文渊,张广庆. 高速铁路技术. 2019(02)
[2]BIM技术应用于数字铁路建设的实践与思考[J]. 刘为群. 铁道学报. 2019(03)
[3]中外高速铁路线路主要技术标准对比分析[J]. 冯慧淼,郑屹桐. 铁道工程学报. 2019(02)
[4]基于BIM技术的铁路工程建设管理创新与实践[J]. 王同军. 铁道学报. 2019(01)
[5]视觉感知驱动的三维城市场景数据组织与调度方法[J]. 朱庆,陈兴旺,丁雨淋,刘铭崴,何华贵,杨卫军,陈利燕,曹振宇. 西南交通大学学报. 2017(05)
[6]基于BIM的铁路工程管理平台建设与展望[J]. 王同军. 铁路技术创新. 2015(03)
[7]耦合大系统下本体驱动的高速铁路场景建模[J]. 张恒,朱军,徐柱,胡亚,尹灵芝. 铁道学报. 2015(06)
[8]基于线性参照系统的虚拟高速铁路场景建模方法[J]. 王金宏,朱军,尹灵芝,彭子龙,张阿丽. 地球信息科学学报. 2014(01)
[9]基于ArcGIS的虚拟高速铁路环境系统设计与实现[J]. 彭子龙,朱军,王金宏. 测绘与空间地理信息. 2013(05)
[10]基于WebGL技术的网络三维可视化研究与实现[J]. 刘爱华,韩勇,张小垒,陈戈. 地理空间信息. 2012(05)
硕士论文
[1]数据驱动列车运行三维可视化[D]. 郁家福.西南交通大学 2018
[2]基于Cesium的WebGIS三维客户端实现技术研究[D]. 高云成.西安电子科技大学 2014
本文编号：3478587
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