驾驶模拟器

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驾驶模拟器范文第1篇

【关键词】人为因素；驾驶模拟；交通事故

1研究过程

分心行为会直接影响驾驶员的驾驶表现，从而对交通安全以及交通效率产生影响。基于对交通安全的考虑以及实际观测的困难，难以直接获取驾驶员在分心时的驾驶特征、车辆特征等参数，所以我们一般通过驾驶模拟实验，来得到不同分心行为时驾驶员的驾驶参数，量化分心行为对驾驶表现的影响。

1.1驾驶模拟实验平台

研究使用的驾驶模拟器为RTI的RDS-1000驾驶模拟平台，其实际车辆设备占地面积最小，包括带控制功能的真实方向盘、负载转向、真实的加速、制动踏板以及完全可定制的虚拟仪表盘。RDS-1000采用四分之一驾驶室设计，标准150度视野，可扩展至210度。该实验平台主要由控制系统、显示系统、驾驶舱系统、数据采集系统等组成。图1驾驶模拟实验平台Realtime驾驶模拟器是一个综合的驾驶模拟平台，可应用于研究、培训和汽车相关产品的开发。该平台采用模块化和可扩展的系统设计，具有很高的保真度。RTI始于1997年，总部位于汽车城底特律市，具有20余年的车辆动力学仿真及车辆模拟器开发与制造经验，主要应用于一下几个领域的研究：人因工程研究、人机交互研究、人交通安全研究、人机共驾研究、车辆动力学仿真实验和3D图像渲染技术研究。

1.2RTI驾驶模拟平台应用领域

SimObserverPro是RTI历经多年研发的数据采集及行为分析系统，可以从多个数据源采集数据，对数据进行同步处理后，可以在一个界面内进行显示。同时，这个界面也可以同步显示记录的数据，以及由这些数据生成的曲线、图表等，参见图2。图2SimObserverProSimObserverPro支持采集的数据包括视频、音频、眼动数据、生理数据、脑电数据等。同时，也可以采集真实车辆或驾驶模拟器的各种数据，包括车速、加速度、踏板开度、档位、方向盘转角、车道号、车道偏移、跟车距离等。另外，SimObserverPro也可以支持对在试验过程中发生的事件进行标记，并建立索引。在进行数据后处理时，可以通过索引快速定位到事件发生的时刻。当进行事件定位时，视频画面、记录的数据、生成的曲线等也会自动同步到该时刻，以方便对进行事件分析处理。SimObserverPro包括以下功能：支持采集多路摄像头视频数据（HD版本采用h.264编码，UHD版本采用NVENCh.265编码）；支持采集音频数据；支持采集眼动仪、生理仪、脑电仪等数据；同步捕获视频和各种数据流；可在视频画面上实时显示多种参数数据，显示的格式可自定义；具有事件标记功能；可为标记的事件建立索引，以快速定位事件；支持视频和数据流同步回放；支持对采集的数据进行分析、处理以及图形化显示；支持对采集的视频和数据进行标记，以帮助识别事件发生的过程；支持通过脚本进行数据处理和图形化数据显示；数据采集频率可定制；支持导出采集的数据到excel；支持远程命令控制。

2实验举例

实验选用低车流密度的高速公路场景，通过RTI的SimcreatorDX软件自带的场景库编辑创建，参见图3和图4。道路为双向四车道标准高速公路，限速为120km/h，车道宽度为3.75m，路面平整度良好。天气为晴天，车流密度较小，以减小外界因素对驾驶员干扰，被试者尽量按照平时习惯驾驶车辆，总共有两名被测人员参与。数据采集频率为60Hz，输出的车辆行为参数如表1所示。实验使用三个摄像头捕获驾驶员的脸部特征、注视方向、操纵车辆动作等信息。如果需要分析驾驶员面部的细节特征及驾驶员的心理特性，可以外接第三方设备例如：眼动仪、生理分析仪和脑电分析仪等。通过RTI的驾驶模拟实验平台，分别获取了两种情景下的车辆运动参数，包括自由驾驶和使用手机打字驾驶，使用手机打字驾驶是一种具有代表性的常见分心行为。车辆运动参数包括纵向速度、纵向加速度、横向速度、横向加速度、方向盘转角，全面的反映了车辆行驶时的状态。

3数据分析

分心行为对驾驶员驾驶表现的影响包括两个方面：一是对驾驶员自身的影响，主要是增加了驾驶员的驾驶负荷，分散了其驾驶注意力；二是对车辆行为产生影响，包括由于驾驶员驾驶操作的改变而引起的车辆速度、加速度、行驶稳定性等微观参数的变化。

3.1车辆运动基本参数

通过驾驶模拟实验平台，分别获取了两种种情景下的车辆运动参数，包括自由驾驶和使用手机打字驾驶。车辆运动参数包括纵向速度、纵向加速度、横向速度、横向加速度和方向盘转角，全面的反映了车辆行驶时的状态。根据以上原始数据，可以计算每一名被试者驾驶时的纵向速度均值、纵向速度标准差、纵向加速度标准差、横向速度均值、横向速度标准差、横向加速度标准差、方向盘转角标准差等变量，来衡量驾驶的速度、稳定性、安全性等。每一名被试者的数据具有一定的个性和随机性，因此本研究使用两名被试者所得变量值的平均值作为分析对象。以自由驾驶情景下，纵向速度标准差的计算为例，首先分别计算每一名被试者在两种情景下实验得到的纵向速度标准差，然后再对这两个数据值取平均值。车辆行驶的纵向速度（即行驶速度）是最直接反映车辆运动状态的参数，与驾驶效率和驾驶安全息息相关。图5给出了两种驾驶情景下，车辆行驶的纵向速度均值和标准差，随着分心行为对驾驶员的影响程度逐渐增大，驾驶员开车时的平均速度逐渐降低，而速度标准差则逐渐增加。使用手机打字对于驾驶员有较大影响。使用手机打字时，驾驶员的驾驶速度比自由驾驶时降低了约6.1%，而速度标准差则增加了17.2%，分心行为对驾驶速度存在着一定的影响。车辆横向速度的变化，既反映了车辆换道的行为，也反映了驾驶时车辆横向的振动，即驾驶时相对于车道中心线的偏离。图6是两种情景下的横向速度的标准差，当驾驶员处于分心状态时，车辆的横向稳定性变差，会增加横向速度的标准差。车辆纵向加速度的均值接近于0，这是因为车辆行驶时既有加速也有减速，加速度则既有正值也有负值，其平均值大约为0。因此有意义的是加速度的标准差，反映了驾驶员在操控车辆时的稳定性，纵向加速度标准差越大，车辆的行驶稳定性越差。图7给出了两种情景下的纵向加速度标准差，结果显示，使用手机打字，驾驶稳定性明显的降低了。对比自由驾驶，使用手机打字时的加速度标准差增加了66.7%。图7车辆纵向速度标准差方向盘转角直接反映了驾驶员对车辆的控制，由于方向盘的转动有两个方向，即顺时针和逆时针，因此其转角值也有正有负，转角的均值大约为0。因此，图8给出了方向盘转角标准差，它主要反映了驾驶时的横向稳定性。方向盘转角与车辆的横向加速度之间具有直接的相关性，因此它们的变化趋势也是一致的。使用手机打字时方向盘转角标准差显著增加，说明使用手机打字时驾驶会变得更加不稳定。比起自由驾驶，使用手机打字时的方向盘转角标准差增加了33.3%。

3.2行驶稳定性和驾驶特征对比

车辆运动稳定性和驾驶员对车辆的操控能力直接相关，而分心行为会增加驾驶员的操控难度，使得驾驶稳定性受到影响，也间接的影响驾驶安全。车辆运动稳定性包括纵向稳定性和横向稳定性两个方面，即车辆沿道路方向的稳定性和沿与道路垂直方向的稳定性。纵向稳定性主要由纵向速度标准差、纵向加速度标准差反映，而横向稳定性则主要由方向盘转角标准差反映，车辆运动基本参数部分已经对这些参数进行了初步的统计分析，下面将对一些微观现象进行分析研究。以某一名被试者驾驶时的数据为代表进行分析，对比两种情景下驾驶员的驾驶表现，分析分心行为对驾驶微观特征的影响。通过我们的数据记录和分析软件（SimObserver和DataDistillery),记录实验过程的视频和模拟器运行数据(记录的数据可以保存成.xls格式，用于数据分析比较)。使用数据分析软件，分别绘制出两名实验人员的车辆性能。第一名实验人员正常驾驶的车辆性能曲线见图9。第一名实验人员使用手机打字驾驶的车辆性能曲线见图10。第二名实验人员正常驾驶的车辆性能曲线见图11。

4结语

驾驶模拟器范文第2篇

关键词：动车组 仿真模拟 实践教学

1、背景

武汉铁路职业技术学院于二八年七月十八日通过教育部、财政部联合组织专家评审，被确立为“国家示范性高等职业院校建设计划”2008年度立项建设院校。其中高速动车组检修技术等四个重点建设专业正式列入了2008年度“国家示范性高等职业院校建设计划”。

武汉铁路职业技术学院动车组仿真培训中心项目是高速动车组检修技术重点建设专业中的一个重要建设项目，是一个依托于CRH3型动车组列车为原型，通过舱体设备、系统硬件、系统软件组成一套动车组仿真培训系统。

2、动车组CRH3模拟驾驶装置系统概述

CRH3型动车组全功能模拟驾驶仿真系统是用于对CRH3型动车组列车司机、乘务人员、检修人员、调度人员进行层次化和系统化培训的一种多功能综合性仿真培训系统。

其中全功能模拟驾驶仿真系统能够真实的模拟CRH3型动车组列车在各类运行环境和工况下的驾驶操纵、运行特性、运行状况和视听环境以及CRH3型动车组列车运行中的各类故障和突发事件，能够有效地对CRH3型动车组列车司机进行列车操纵能力和列车运行中故障与突发事件应急处理能力的培训和考核。调度集中指挥控制仿真系统能够模拟真实的调度集中系统的所有的调度监督功能，能够有效地对中心调度人员与车站值班员进行列车运营控制的培训和考核。

2.1 系统所采用操作系统与软件开发平台

为确保系统稳定性和合理性，系统采用成熟稳定的操作系统与软件开发平台:

(1)操作系统：1)系统主要计算机系统包括视景控制计算机、系统服务器与教员计算机采用Microsoft windows XP操作系统；2)系统工业级平板电脑采用Microsoft Windows XPE操作系统。

(2)软件开发平台：1)Embedded Visual C++；2)Microsoft Visual C++ 6.0 (VC6)。

(3)视景开发平台：Maya 7.01。

(4)数据库平台：Microsoft Sql Server 2005

以上操作系统与软件开发平台均在开发公司的模拟驾驶系统中得到过成功的应用和验证。

2.2 硬、软件系统架构

硬件系统包括以下子系统：CRH3动车组（01号车）实物一比一模型、动车组模拟驾驶室、车载显示操纵屏系统、通信系统、故障/突发事件模拟与排除系统、调度集中控制系统、视景投影系统、计算机系统、移动联挂系统。系统主要用于动态仿真的全过程培训，包括列车司机进行列车操纵能力、列车运行中故障和突发事件处理能力的培训与考核等。

系统软件包含以下子系统：DMI（车载设备人机界面）仿真系统、CIR（机车综合无线通信设备）系统仿真系统、GSM-R无线通信单元仿真模块、列车信息控制系统、车载安全计算机仿真模块、轨道信息接收单元、应答器信息接收单元仿真模块、TCU牵引控制单元仿真模块、CCU中央控制单元仿真模块、模拟驾驶教学子系统软件、调度指挥中心子系统、 车站指挥子系统软件、考核子系统软件等。

2.3 整个系统基于网络技术构建

本系统基于网络技术构建，系统中的各个计算单元网络互联，所有数据信息使用同一基础平台实现信息交换，保证模拟即使系统运行时各个数据传输的及时有效。

系统的所有功能模块都通过网络技术联成动态的、有机的整体，并全部处在教师的监控与管理之下。系统配备快速或高速以太网交换机，为系统提供网络通信，网络传输介质具备很强的抗干扰能力。

本系统运用的基于TCP/IP通讯协议的网络通讯技术，已经是现代计算机网络不可缺少的技术，经过近年的飞速发展，该技术应用已经非常普及且技术水平成熟。

3、动车组CRH3模拟驾驶装置系统功能描述

3.1 系统包含的高铁运输模块和其他模块

(1)CRH3型动车组全功能模拟驾驶仿真系统：系统包括列车模拟驾驶室、列车运行仿真系统、视景模拟系统、投影系统、车载显示操纵屏仿真系统、通信系统、声音模拟系统、音响系统、故障/突发事件模拟与排除系统、计算机系统、采集与输出系统、闭路监视系统、移动联挂系统。该系统主要用于动态仿真的全过程培训，包括列车司机进行列车操纵能力、列车运行中故障和突发事件处理能力的培训与考核。

(2)调度集中指挥控制仿真系统：调度集中指挥控制仿真系统由一个调度中心子系统和三个车站指挥子系统组成。该系统完全和真实调度集中指挥控制系统的工作原理一致、操作方式及操作习惯，操作界面和功能按钮完全与实际系统相同；该模块能够与模拟驾驶仿真系统组成了一个动态的、综合性的仿真培训系统，从而可以模拟出行车调度、车站值班、司机三方在正常行车、突发事件及非正常行车情况下的实际工作情况。

(3)交互式学员演练系统：该系统包含十套交互式学员演练终端，交互式学员演练终端由CRH3司机驾驶台和24寸的向前视景显示屏组成，属于部分功能的模拟驾驶仿真系统。

交互式学员演练终端能够在教员控制台监控下联网使用，又可作为独立的训练系统使用。学员在上全功能模拟器之前，通过网络化的交互式学员演练终端系统先进行基本操作、应急故障处理、非正常行车的学习、演练，待学员熟悉了司机操纵台的设备、仪表、显示设备等基本信息、掌握了列车基本操作流程后，再上全功能模拟驾驶仿真系统进行更深入的提高训练。

(4)学员观摩系统：观摩学员可通过观摩系统所配备的观摩投影以及音响系统对模拟培训或考核过程进行观摩。观摩投影的画面包括完整的驾驶仿真器的所有子系统显示画面。

(5)教员工作站系统：教员系统具有完整的系统控制、评价、监视、管理功能，能够对整套司机驾驶模拟装置系统的培训、考核、记录进行管理、评价和控制。

3.2 系统实用功能包括教学、演练、考核三大模块

系统能够充分体现教学、演练、考核等实用功能，具体是：

3.2.1 教学功能

采用多媒体动画形式进行呈现，具备交互式人机界面，可以方便的进行动画的播放控制，如：快进、快退、暂停、声音控制等。多媒体教学的内容包括：动车组运用、维护、检修、应急故障处理等的基础知识。

3.2.2 演练功能

演练功能以任务形式存在，可由教师提前设置演练任务，内容包括：列车类别、列车牵引重量、运行区段、列车故障发生位置及类型、临时限速位置、非正常情况发生位置及类别、天气变化的位置及类别等参数。在运行过程中还可以由教师实时向操作学员发出列车故障、天气、事故的设置。学员可进行正常情况下的模拟驾驶、应急故障处理、非正常情况下行车的相应的操作与处理。

(1)学员可进行正常情况下的模拟驾驶:列车起车作业程序的模拟操作：通过系统可以使培训学员熟悉出勤作业流程及注意事项，如带齐司机证等行车必备物品等，到值班室报道，核对运行报单及记录注意事项，到调度处领取物品，了解车辆停留位置及车辆状态信息。

列车正线模拟驾驶：仿真软件能够真实地模拟CRH3列车在各种运行环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性以及其它特性，可以提供为学员提供正线运营时各种操作模式下的模拟驾驶运营环境，通过对正线运营线路的全程上下行线路取景，根据线路真实参数进行3D建模，使用先进的投影技术为培训学员提供大角度逼真画面，根据需要可以在上下行线路上任意一段或全程线路上进行模拟驾驶培训，使学员熟练掌握不同线路参数下的各路段的驾驶技巧。

(2)非正常行车驾驶演练：系统可模拟CRH3型动车组运行中的各类突发事件，实现学员非正常行车驾驶演练。例如：行人掉道、天气突变、障碍物、火灾、站内停电等突发事件。培训司机对故障及突发事件的处理方法、处理规程及处理步骤，突发事件和非正常状态的处理等；突发事件发生条件，地点、事件等条件可由教员控制台人工设置。

(3)应急故障处理演练：故障和突发事件模拟系统在交互性学员演练终端中采用硬件实物和软件相结合的方式进行故障设置和排除的模拟。凡可在操作台上能排除的列车故障则使用硬件实做的方式实现，凡无法在操作台上排除的列车故障，例如部分车底设备故障，采用视景显示屏进行多媒体故障处理模拟。

交互性学员演练终端上，视景显示屏在故障处理时自动切换置故障处理画面，能够提供故障部件显示、排除操作部位选择、排除操作方法选择等一系列故障排除培训功能。例如列车某部件发生故障，显示屏显示此部件三维效果图并给出可能进行故障排除操作部位的选择，学员需首先操作鼠标进行部位选择，选取后显示屏的下拉菜单会显示可能进行故障排除操作方法的选择，学员需选择正确的处理方法来完成整个故障排除操作。

3.3 考核功能

系统具备完整的考核评价体系，学员的每一次训练都作为一个训练记录保存在系统数据库中，包括学员信息和训练记录数据，并按标准对操作过程做出评价，给出最终的得分，并能够将操作记录上报服务器，教员可对学员试卷进行进一步的审阅、评判、管理，最后教员成绩。

学员参加考核后，考核数据自动上传到教师机，教师机可以自动进行智能评分，也可以由教师进行一次干预，得出学员成绩，系统根据成绩自动排名，结果可以显示或打印。

4、动车组CRH3模拟驾驶装置系统先进技术特点

4.1 原型开发方法

原型法是近年来提出的一种以计算机为基础的系统开发方法，利用原型法开发系统时首先构造一个功能简单的原型系统，然后通过对原型系统逐步求精，不断扩充完善得到最终的软件系统。

本系统软件系统开发中，从最初构造一个最简单的系统原型，原型包含：自检系统、驾驶模式模拟，控制电路模拟、动力学计算、终端系统模拟、故障/非正常行车处理模拟、课程管理/、教员管理/评价系统。经过实践使用，这套原型构建合理，扩展方便有效，如控制电路模拟，可任意增加控制电路逻辑，课程可根据用户需要，定制、增加，可配置丰富的教学课程。运用这套软件模型能快速满足用户的需求。通过对原型系统逐步求精，不断扩充完善，最终得到了满意的软件系统。

4.2 虚拟现实视景技术

虚拟现实（简称VR），是综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

本系统根据高铁线路的实拍图和规划方案构建的3D场景，根据数码相机、摄像机采集的图像，制作相应线路上的各个物件、实景景物3D模型等。根据得到的线路平面数据，线路纵断面数据，制作出真实弯度，坡道线路3D场景，再通过maya进行模型优化。

本系统通过虚拟现实技术，成功地实现了虚拟现实3D场景的管理控制，如控制车速、信号灯、道岔，会车等常规控制，并能模拟、和交互式处理非正常行车事件：如行人卧轨，挤岔，落石、小车挡道、火灾、水淹道床等等事件。

4.3 多层分级结构设计技术

整个系统采用先进的分层式、多级结构，教员机和学员机之间以及相邻学员机之间通过局域网连接，采用C/S即客户/服务器模式，网络通信使用通用的TCP\IP协议，保证数据和命令的正确传输。

系统采用分层式结构，教员机做为控制层，完成整个系统的管理以及各类控制命令的下发，例如机车逻辑运算、故障设置与恢复、学员机的监视等工作；司机操控台做为业务逻辑层，执行动车组机车的各类具体操作，例如启动列车、加减速等操作；CAN下位机做为操作表示层，负责司机控制台实际按钮、信号灯、手柄的操作和状态读取等工作。

采用这种先进的结构模型，可以使教员机、学员机等各个层面各司其职，不会发生逻辑错误，提高了系统的运行效率；教员机设置数据中心数据库，将数据层和操作层分开，有利于对数据的保护和统一管理。

驾驶模拟器范文第3篇

关键词：海洋环境 大气盐雾 混凝土结构 人工模拟 相似性

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0235-02

目前，许多混凝土结构处于海洋环境中并承受盐雾作用。盐雾是由大气中含盐微小液滴所构成的，其中的氯离子侵蚀会破坏钢筋表面的钝化膜，进而引起钢筋的锈蚀，降低混凝土结构的承载能力和使用性能，影响结构的耐久性。如何选择合适的试验方法来研究该环境中混凝土结构的侵蚀规律是十分重要的。而人工气候模拟加速试验方法是通过多功能气候试验室人为地控制某一种或几种因素来模拟自然气候环境使试件耐久性能退化的一种试验方法。该试验方法具有试验周期短、试验条件控制严格、重现性好、成本和复杂程度低、结果可靠性较高等优点[1]。同时，金伟良[2]等人提出的多重环境时间相似理论为研究该环境下混凝土结构耐久性的试验方法奠定了理论基础。该文以连云港某港口为例对海洋大气盐雾区的侵蚀机理与环境影响参数进行分析，提出一种有效的模拟现场环境的加速试验方案来研究混凝土结构的耐久性能。

1 盐雾侵蚀机理

自然界的盐雾是强电解质，其中NaCl占电解质的77.8%，导电能力较强，能加速电极反应使阳极活化，加快腐蚀速度。

盐雾的腐蚀是以电化学方式进行的，其机理是基于原电池腐蚀，腐蚀过程如下：阳极过程腐蚀电池中电位较负的金属为阳极，发生氧化反应。阳极溶解过程由以下几个连续步骤组成。

（1）金属原子离开晶格转变为表面吸附原子：Me晶格Me吸附。

（2）电位差导致金属氧化，其反应为MeMen+ne-。放出等量的电子。由此形成的金属离子既可溶液到电解液中，也可以与侵袭介质中的成分发生反应后淀析于金属上。

（3）阳极过程可持续到它所生成的电子被阴极耗尽为止。阴极发生反应：O2+2H2O +4e4OH-，在中性或碱性介质中被还原成羟基离子。羟基离子又可与金属离子发生反应，而在酸性介质中氢离子通过形成游离氢得到还原，氢则作为气体逸出。

（4）在电解液中，氯化钠离解成为钠离子和氯离子，部分氯离子、金属离子和氢氧根离子反应生成金属腐蚀物：2nMe++ 2nCl+2nOHnMeCl+nMe（OH）。

2 影响氯离子侵蚀的盐雾环境因素

2.1 盐雾沉降率的影响

盐雾沉降率是指单位时间内在单位面积上的盐雾沉降量，它受盐雾含量的影响，是一个非常重要的参数。研究表明：空气中的盐雾含量越高，则盐雾沉降率增大，腐蚀速度加快[3]。

2.2 雾粒直径的影响

雾粒直径越小，所形成的表面积越大，被吸附的氧量越多，腐蚀性也越强。研究成果表明：直径1μm的盐雾颗粒表面所吸附的氧量与内部溶解的氧量是相对平衡的。盐雾颗粒再小，所吸附的氧量也不在增加。

2.3 温度和湿度的影响

在清洁的空气中，材料腐蚀与温度，相对湿度的关系可以用下面的公式来表示：

（1）

式中A为大气腐蚀度；ψ为相对湿度（RH）；t为温度（℃）

从式（1）中可以看出，相对湿度大于等于65%RH，材料容易腐蚀，并且随着温度和湿度的增加而增加。

2.4 干湿时间比的影响

混凝土曝露于大气盐雾区中，位于该区域的溶液是非饱和状态。该状态下的氯离子是在混凝土构件表层风干，再接触到海水时，靠混凝土毛细管吸收作用而侵入的。风干时水分向外迁移，而盐分则向内迁移；被海水润湿时，盐分以溶液的形式带进混凝土的毛细管孔隙中。盐分向内迁移的程度取决于风干与润湿交替期的长短。一般认为风干的时间越长再接触海水后能够更多更深入地带进氯化物。

3 盐雾环境因素的人工模拟

连云港某港口的建筑物在大气盐雾区受到的侵蚀包括表层毛细作用和内部扩散作用，主要环境影响因素为盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度、干湿时间。设计人工气候模拟试验时以自然环境下的参数变化规律为依据进行模拟，为该港口的人工气候加速环境设计提供依据。

人工气候模拟加速试验的关键在于：一方面要达到模拟环境与自然环境具有相关性的效果；另一方面要达到加速氯离子侵蚀的效果。由于人工气候模拟试验方法具有试验时间短、试验条件可以严格控制、试验结果的可靠性较高等优点[4]。因此，该文根据该港口的气候环境特点提出一种有效的人工气候模拟试验方案来研究该环境下海工混凝土结构的耐久性能退化规律。

3.1 盐雾沉降率模拟

在选定盐雾沉降率时，以本海域自然沉降量为基础，并且考虑加速作用，进行理论修正来确定。将一个直径为10 cm的漏斗固定在一个50 mL的量筒上放置试验箱中，连续喷雾12 h后读取量筒内盐雾沉降量的体积，通过式（2）计算出盐雾沉降率。

（2）

式中G为盐雾沉降率，mL/（8cm2・h）；V为盐雾沉降量，mL/80cm2；t为连续喷雾时间，h。

连续喷雾12 h要求的盐雾量为（12～24） mL/（80cm2），所以盐雾量沉降率为（1.0～2.0 mL/80（cm2・h）。

3.2 雾粒直径模拟

雾粒直径的大小影响腐蚀速度，该海域的盐雾直径较小，大都在2μm以下，有90%以上小于5μm。将一块20×50 cm的薄玻璃片放在玻璃培养皿中加盖，放置于箱内测试位置上，待连续喷雾5 min后，取掉培养皿盖子，让盐雾在玻璃片上沉降30 s，再加上盖子，并取出箱外，在300～1000倍显微镜下测出玻璃片上固定位置内雾粒的直径，并统计百分率。这样得出雾粒直径在1～5μm内占85%以上。

3.3 温度模拟

环境温度升高，混凝土中氯离子的活动加剧，从而氯离子在混凝土中的扩散速度提高。该港口年气温如图1所示。

为了方便试验操作，该文将每月气温平均值划分成几个月气温平均值，如图2所示。Nernst-Einstein方程给出了混凝土氯离子扩散系数与温度之间的关系：

（3）

式中：DCL、D0分别为温度θ、θ0时的氯离子扩散系数；q为活化能系数；与水灰比有关，当水灰质量比为0.4时，q=6000 K；当水灰质量比为0.5时，q=5450 K；当水灰质量比为0.6时，q=3850 K。式（3）为提高温度加速氯离子侵蚀提供了理论依据。通过式（3）可以推导出不同温度下扩散系数的比值，如下式：

（4）

式中：x为扩散系数的提高倍数。

从上式中能够得出，当x较大时，室内加速试验温度较高，计算得出设计试验方案时升高温度使氯离子扩散系数提高到现场环境下的4倍比较合理。结合该港口月气温平均值分别计算室内加速试验的温度，结果如表1。

3.4 湿度模拟

水是氯离子在混凝土中扩散的前提条件。相对湿度越高，混凝土中的氯离子传输越快。Bazant和Najjar提出了一个模型用来计算相对湿度的影响系数：

（5）

式中：为临界相对湿度，一般取=75%。

在混凝土内部和接触外界的表层之间，相对湿度是渐变而又连续的，但经过一定时间内部混凝土相对湿度能达到一个稳定值，该值介于空气相对湿度和饱水状态湿度之间。假设构件内部混凝土相对湿度为90%，其相对湿度影响系数为0.98。若构件与海水接触时间较长，则相对湿度对扩散的影响可以忽略，若构件风干时间较长，则要考虑相对湿度对扩散的影响。因此，该试验可以忽略湿度的影响。

3.5 干湿时间比例模拟

该海域的大气区是“湿润-干燥”的循环过程。为了能更好地模拟大气环境和加速腐蚀，真实地再现自然环境下大气区风干和润湿交替循环过程，试验每24 h一个循环过程，间断喷雾，喷雾时间与干燥时间的比例为1∶1。

4 海洋大气盐雾区人工模拟加速试验的设计

对该港口大气盐雾区人工模拟加速试验设计时，盐雾沉降率为（1.0～2.0）mL/80（cm2・h），雾粒直径在1～5μm内的占85%以上，温度采用之前模拟所得出的室内加速试验的温度。喷雾时间与干燥时间的比例为1∶1，一个循环过程是24 h，每喷雾12 h后在温度不变的情况下干燥12 h。整个试验过程是在多功能气候实验室中进行，模拟过程中的参数如表2所示。

5 结语

该文介绍了连云港某港口大气盐雾区的人工气候模拟加速试验方案，得出以下结论。

（1）该区的盐雾腐蚀是以电化学方式进行的，其机理是基于原电池腐蚀。

（2）在该试验中主要考虑的环境影响因素有：盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度及干湿时间比例。

（3）盐雾区的结构物绝大部分时间都受到气温影响，可以直接模拟气温的变化规律。

（4）由于大气盐雾区的构件长期受到盐雾作用，该文忽略湿度对其的影响。

（5）该实验将“湿润-干燥”的循环过程考虑进来，能够真实再现自然环境下的干湿循环过程。

（6）该文设计的人工气候模拟实验方案能够有效的模拟该港口大气区主要因素的变化，与自然环境具有一定的相似性，为以后海洋环境的人工气候模拟加速试验设计提供了借鉴。

参考文献

[1] 王建东，张俊芝，鲁列，等.多功能气候试验室模拟效果研究[J].实验技术与管理，2011，28（4）：42-45.

驾驶模拟器范文第4篇

【关键词】ESPRIT；二次侧非能动余热排出系统；RELAP5

华龙一号二次侧非能动余热排出系统（PRS系统）利用放置在换热水箱内的热交换器，将蒸汽发生器二次侧产生的蒸汽冷却，进而将热量释放到换热水箱。蒸汽冷却产生的凝水通过管道流回到蒸汽发生器。蒸汽发生器吸收一回路冷却剂的热量产生蒸汽，再流入到热交换器中，这样就形成了两相自然循环流动。该系统设计目标是实现停堆后能够长期排出堆芯余热和储热，保证反应堆处于安全状态。

为验证系统运行能力，建立了二次侧非能动余热排出系统试验台架ESPRIT。试验内容包括了稳态运行试验和启动试验。在启动试验前，首先利用RELAP5程序对启动试验进行了预先计算研究，获得试验过程中的主要现象，为启动试验提供支持和参考。

1 ESPRIT台架

ESPRIT实验装置流程图见图1，该系统主要由蒸汽发生器模拟体（SG）、蒸汽管道、蒸汽管道手动调节阀、蒸汽管道文丘里流量计、冷却器（EX）、凝水管道、凝水管道手动调节阀、凝水管道快开（关）阀、凝水管道文丘里流量计、凝水管道阻力件、总给水管道手动调节阀、总给水流量计、1#应急补水箱模拟体、2#应急补水箱模拟体、补水箱模拟体下游快开（关）阀、补水箱模拟体支路流量计、补水箱模拟体支路手动调节阀、事故冷却水箱模拟体、蒸汽排放支路管道、蒸汽排放支路气动调节阀、蒸汽支路排放手动截止阀、大气旁路排放阀和安全阀等组成。

SG蒸汽发生器；ST事故冷却水箱模拟体；HT加热器；FEV文丘里流量计；EST应急补水箱；SV安全阀；EX应急余热排出冷却器模拟体；LV手动调节阀；CHV止回阀；V手动截止阀；PV气动调节阀；HVS快开阀。

2 RELAP5程序模型

将实验装置主要分成蒸汽发生器模拟体、蒸汽管道、冷却器、凝水管道和补水箱支路等部分进行程序建模。RELAP5程序模型图见图2。3 启动试验工况

实验过程中功率按照给定变化曲线进行调节，曲线形状为原型PRS系统投入后通过蒸汽发生器向二次侧导出的功率曲线。实验工况见表1。工况1考虑瞬态过程中补水箱可用，称为注水启动。工况2不考虑补水箱投入，称为液柱启动。

图2 实验装置RELAP5程序模型图

表1 启动实验工况

启动试验1试验方法如下：

1）在换热器支路启动阀和补水箱支路启动阀关闭的状态下，通过调整上充流量和蒸汽发生器模拟体气动阀开度，建立功率为0.5MW，压力为7.85MPa的（水和蒸汽温度均为饱和温度）蒸汽发生器模拟体初始工况。

2）逐渐增大蒸汽发生器模拟体气动阀开度，同时逐渐提升U形电加热元件功率，待功率3.13%额定功率稳定时间长于20s且蒸汽发生器模拟体压力和水位达到目标值时，投入功率曲线，同时开启换热器支路启动阀、关闭蒸汽发生器模拟体气动阀。大气旁路排放阀阀门根据压力信号开启和关闭，开启定值为7.85MPa，关闭定值为7.5MPa。

3）蒸汽发生器模拟体内水位低至设定值，手动开启补水箱支路启动阀，补水箱开始向蒸汽发生器模拟体注水。

4）待补水箱注水量达到设定时（补水箱水位低于0.1m），关闭补水箱支路启动阀停止向补水箱注水。

启动试验2试验方法与启动试验1的差别是：瞬态中不开启补水箱支路启动阀。

4 RELAP5程序模拟

4.1 初始点模拟

启动试验1和2初始点状态相同，程序使用的调节方法为：

Step1：不引入功率。初始水温为20℃，蒸汽管道排气阀打开，给定压力边界为1MPa，给定模拟体初始水装量，水位为14.267m，其余部分为饱和蒸汽。

Step2：投入模拟体热源，假定功率为300kW，模拟体内水蒸发，系统压力逐渐上升，水蒸气通过蒸汽管道排气阀排出。当压力升高一定程度后，关闭排气阀，手动打开大气旁路排放阀阀门排出冷却剂，使蒸汽发生器下降段水位下降到9.2m。

Step3：模拟体热源功率加到600kW，关闭大气旁路排放阀阀门，系统压力继续上升。当压力升高到7.85MPa时，投入PRS系统。

4.2 瞬态模拟

在初始点调节Step3中，当压力达到7.85MPa时，打开换热器支路启动阀。启动试验1中打开补水箱支路启动阀。启动试验2中不打开补水箱支路启动阀。

4.2.1 环路流量

与注水启动1相比，液柱启动2流向蒸汽发生器模拟体的流量偏低，但是流经换热器的流量偏高，可见由于投入补水箱支路抑制了换热器支路流量（图3、图4）。

注水启动1中，在补水箱被隔离后，换热器支路流量上升更快。

图3 总凝水流量

图4 换热器支路流量

4.2.2 环路压力

由于液柱启动2流经换热器流量较大，因此，其换热能力较高，系统压力下降较快。注水启动1中大气旁路排放阀开启5次，而液柱启动2中仅开启3次（图5）。

图5 蒸汽压力

4.2.3 蒸汽发生器模拟体下降段液位

注水启动1中在补水箱投入后，液位逐渐上升，约3600s时水位最高达到14m，随后逐渐下降。液柱启动2中液位快速上升，随后缓慢下降，约3500s后液位出现震荡（图6）。

图6 蒸汽发生器模拟体下降段水位

5 结论

针对PRS系统启动试验进行了RELAP5程序模拟预算，结果显示启动过程呈现以下特征：

（1）两种启动过程均能顺利建立自然循环流量，并形成稳定的自然循环，排出系统热量；

（2）液柱启动早期排热功率高于注水启动，系统压力下降更快，大气旁路排放阀开启次数更少；

（3）注水启动早期流向蒸汽发生器模拟体的流量较高，模拟体下降段液位上升更高。

驾驶模拟器范文第5篇

关键词：内河；船舶操纵模拟器

中图分类号：U661.7 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2016）12-0043-02

自20世纪60年代末世界上第一台用于船舶操纵训练的航海仿真器于荷兰建成以来，船舶操纵模拟器不仅得到了国际航运界的普遍认可，而且也受到了国际海事组织的高度重视。在《STCW78/10公约》中，国际海事组织进一步强调了船舶模拟器的作用，并且将驾驶台资源管理（BRM）纳入了强制培训项目。交通运部海事局对船舶操纵模拟器在内河船员考试中的重视程度也在不断提高，在《交通运输部关于深化内河船员管理改革的若干意见》和《中国船员发展规划（2016-2020年）》中分别指出，支持内河船员培训机构加大对模拟器投入，研究制定实操模拟器规范和技术标准。由此可见船舶操纵模拟器在船员培训、考试中的作用越来越重要。

1 安徽省内河船舶操纵模拟器的发展现状及优势

安徽省第一台内河船舶操纵模拟器是由上海海事大学自主研发的SMU大型内河船舶操纵模拟器系统，包括控制室、驾驶室、180°实景大屏幕和视景投影系统以及监控系统，于2008年底建成于马鞍山星航联船员职业培训学校，2009年7月通过了部局评审验收。2009年8月，经交通部海事局研究批复，同意安徽省地方海事局使用该模拟器开展船员实际操作考试工作。批复中指出“采用内河船舶操纵模拟器开展船员实际操作考试工作有利于降低船员考试费用，提高实操考试的公平公正和工作效率，在内河船员实操考试方面具有指导作用和推广价值，符合今后内河船员实操考试的发展方向。”并要求安徽省地方海事局“应统筹规划辖区内内河模拟器系统建设，规范模拟器实操考试工作，保证实操考试工作质量。”收到批复后，安徽省地方海事局按照部局要求，结合辖区内培训机构和考试机构的具体情况，统筹安排位于合肥市的安徽省交通职业技术学院和位于蚌埠市的安徽省航运技工学校两家内河公办的内河船员培训机构，分别建设各自的内河船舶操纵模拟器。2013年初，建设于安徽省航运技工学校的辖区内第三套内河船舶操纵模拟器通过了部海事局组织的专家评审，并经部海事局研究，同意其用于开展内河船员实际操作考试工作。至此，安徽省地方海事局顺利完成了辖区内内河船舶操纵模拟器的布点工作。三套内河船舶操纵模拟器分别坐落于皖南、皖中，皖北的中心地带，设计统一、布局合理，依托各自所在培训机构的船员培训业务和皖江、江淮、淮河三个船员管理中心的一、二类驾驶部船员实际操作考试业务，成为辖区内船员管理工作的重要手段。

内河船舶操纵模拟器应用了现代电子计算机和仿真技术，不仅可以设置各种自然条件，也可模拟各种不同的通航环境、紧迫会遇局和设备故障，只需投入电力成本就能实现对内河船员适任实际操作能力的培训和考核。辖区内河船舶操纵模拟器的投入使用，大大降低了考试的风险和工作量，也逐步解决了困扰在内河船员实船培训和考试中多年的几个难题：①无法保证及时调集符合实船操作培训和考试需求的船舶；②所调集船舶类别和种类的不同会限制培训和考试的项目，不能覆盖培训和考试大纲的全部内容；③使用实船训练和考试均存在很大的安全风险，事故时有发生。如2008年5月，南京港集团公司一艘考试船与另一艘船舶发生碰撞，造成船舶翻沉、9人死亡的较大安全事故；④实船训练和考试无法在恶劣气象条件下组织和实施。受“东方之星”号客轮翻沉事件的影响，部海事局在公布《内河船舶船员适任考试大纲》时增加了对遭遇雷暴，飑线、热带气旋天气时的应急，这在实船考试中是无法进行的。

2 内河船舶操纵模拟器使用中存在的问题

目前，内河船舶操纵模拟器既没有建立统一的建设规范、技术标准，也没有建立完整的培训体系和考试题库，辖区内三套内河船舶操纵模拟器虽型号相同，但建设标准和配置不一，培训机构培训内容和方式各不相同，考试机关的考试方式也存在差异。因此，随着内河船舶操纵模拟器在辖区船员培训和考试工作中的使用不断增多，暴露出了不少亟待解决的问题：

（1）辖区内个别培训机构的内河船舶操纵模拟器在建设过程中受到场地的限制，造成投影仪与屏幕之间的距离偏小，水平视角、垂直视角缩减，投影变形。水平视角的缩减影响驾驶台到船头的距离感，垂直视角的缩减则影响驾驶台高度差感，对驾驶员正规t望的保持和目标的识别产生了影响，很多在船多年的高级船员对此很不适应。

（2）辖区内三台内河船舶操纵模拟器全部是由上海海事大学以大型海船为原型研发建设，驾驶台仪器、操纵设备和部分助航设备的标识多为英文，对文化水平有限的内河船员来说识别难度很大，给船员培训和考试带来不少的麻烦。

（3）培训机构的模拟器管理员水平有限，只能承担对系统的使用和简单耗材的更换，无法对模拟器进行必要的维护和保养。因此，各个培训机构的模拟器都多多少少存在一定的系统和设备问题。笔者在担任主考官的过程中多次遇到模拟器因投影设备、驾驶台设备以及监控设备出现问题而只能中止考试的现象。

（4）内河船舶操纵模拟器中可选航线不足，不能对长江干线进行全覆盖，参加过模拟器实训的船员在考试时所考航线和平时训练时的航线是同样的几率很大，而未参加模拟器实训的船员则可能因无法及时掌握航道信息，而影响考试结果，背离了考试的公平公正。

（5）辖区内二类及以上培训机构的不断增加造成二类的培训生源被分流，有模拟器的培训机构开班间隔时间不断延长，开班规模也在不嗨跣。导致模拟器使用率不高，甚至长时间闲置，而无模拟器的二类船员培训机构本身师资力量较弱、船员自身综合素质不高，同时又无法进行模拟器实训，在实际操作考试中的通过率明显偏低。这种双输的局面也让主管机关颇为为难。

3 对辖区内内河船舶操纵模拟器使用的建议

使用内河船舶操纵模拟器既是加强内河船员培训和考试的重要手段，也是深化内河船员管理改革的要求。而内河船舶操纵模拟器从购置、安装、人员培训再加上后期的使用管理、维修保养，动辄需要几百万的成本，费用十分高昂。因此不管是从管理的角度还是经济的角度，都要加强对内河船舶操纵模拟器的管理和使用。

首先，安徽省地方海事局作为辖区内船员培训和考试的主管机关，应尽快建立内河船舶操纵模拟器培训和考试的规范、标准，促进相关培训和考试工作的规范开展；及时了解每个模拟器的现状和使用情况，定期组织主考官、评估员、海事管理人员、培训机构资深教师、航运专家以及模拟器设计和承建方对模拟器进行会审和考核，建立模拟器考试的退出机制，对存在重大软硬件问题模拟器取消其承考资格；组织研究基于模拟器的内河船员实操考试模块化设计，完善内河船员适任能力技能评估方法，提高运用模拟器进行船员适任能力技能考试的能力和效率；督促培训机构加强与模拟器设计和承建方的沟通与合作，尽快对模拟器驾驶台的设备标识进行汉化，及时更新和增加航线考试模块，引导培训机构组织模拟器管理人员在使用和保养方面的培训，保证其对模拟器能做到会使用、能维护、保养好。

其次，培训机构要充分发挥内河船舶操纵模拟器的仿真模拟优势，利用其各项实际操作功能在培训、考试、科研等方面的作用，拓宽其使用渠道和范围，提高内河船舶操纵模拟器的使用率。①加强与辖区内没有模拟器的培训机构的合作，为其提供船员实船培训前短期的模拟器实际操作培训；②加强与当地航运企业的合作，为其提供船员见习前的模拟器实际操作培训；③可与地方海事、渔政部门合作，开展小型船舶、客渡船、渔船等船员的实际操作培训；④开发内河桥梁、码头等水工作业通航安全评估、海事事故调查与分析等实验项目。

4 结语

安徽省地方海事局作为利用内河船舶操纵模拟器进行船员培训和考试的先行者，已取得了巨大成绩。辖区仅2014年至今已有超过一万名船员通过使用内河船舶操纵模拟器进行了实际操作培训和考试，对提高安徽省内河船员实际操作技能，保障水上交通安全起到了十分重要的作用。同时，也给上级主管机关对于改革和创新内河船员教育培训方式，促进内河船员实际操作考试工作的规范、公平、公正和便利，提供了保贵的经验。

参考文献：