旅游产品仿真研究论文范文

旅游产品仿真研究论文范文第1篇

关键词:集装箱码头; 三维仿真; 组件平台; 组件划分粒度

文献标志码:A

Component platform of container terminal

3D simulation system

LU Houjun, CHANG Daofang, MI Weijian

(Container Supply Chain Eng. Research Center, Ministry of Edu., Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)

Key words: container terminal; 3D simulation; component platform; component partition granularity收稿日期:2009-10-14 修回日期:2009-12-04

基金项目:上海市科委重点项目(08210510500, 071705207);上海市科委工程研究中心建设项目(08DZ2210104);

上海海事大学科研基金项目(032238)

作者简介: 陆后军(1985),男,安徽全椒人,助教,硕士,研究方向为虚拟现实,(E-mail)smulhj@126.com;

苌道方(1978),男,河南新乡人,博士,讲师,研究方向为虚拟现实,(E-mail)dfchang@shmtu.edu.cn0 引 言

集装箱码头作业效率的高低直接影响集装箱供应链物流系统的整体服务水平.随着集装箱码头作业机械逐渐大型化、作业类型逐渐复杂化,使得通过定量分析的方法去研究和分析码头营运过程中产生的大量随机性数据变得异常复杂.因此,国内外学者针对如何分析和优化集装箱码头动态物流系统作了大量研究.真虹[1]提出采用离散事件仿真技术构建集装箱码头装卸工艺优化仿真平台,重点讨论集装箱码头装卸工艺设计方案的评价及指标获取;SHABAYEK等[2]采用Witness仿真软件实现香港Kwai Chung集装箱码头二维仿真系统,通过统计码头营运数据,对其物流预测准确度进行仿真验证.相对于集装箱码头二维平面仿真结果数据的抽象性和非直观性,KLAASSENS等[3]提出基于三维仿真技术的码头作业仿真系统;另外,HORSTHEMKE等[4]论述三维图形技术在港口仿真中的应用与意义.国内很多学者也对特定领域内组件式仿真方法展开研究.段作义等[5]提出基于构件的航空工业分布式虚拟现实系统,研究各组件之间的通信语义和语法;李春雁[6]阐述应用已有可视化组件进行仿真的方法,采用Arena软件实现大窑湾集装箱码头二维仿真系统.显然,上述研究或实现大多是针对某一集装箱码头的仿真系统,没有说明不同装卸工艺下集装箱码头三维仿真系统的组件体系结构,不仅开发周期长、总体成本高,且不能满足不同码头三维仿真系统的快速构建需求.

通过对不同集装箱码头功能节点的分析,本文提出1种可快速构建集装箱码头三维仿真系统的软件体系结构,允许通过多个具有不同功能的仿真组件协同实现特定业务的仿真需求,从而大大提高集装箱码头三维仿真系统的开发效率.

2 集装箱码头三维仿真组件模型

2.1 集装箱码头业务描述

集装箱码头物流系统由集装箱、船舶、装卸设备、泊位、堆场和通信设施等客观对象组成.按照集装箱流通的方向,集装箱码头作业过程主要包括进口卸船、进口提箱、出口集港和出口装船等4种作业类型.[7]不同集装箱装卸工艺下集装箱物流的表达形式与仿真过程存在较大差别.图1为自动化集装箱码头,与常规集装箱码头相比,其装卸工艺由岸桥、低架桥和地面平板小车等自动化装卸设备构成,不同装卸工艺决定集装箱码头三维仿真对象及其相图 1 自动化集装箱码头

示意图

互之间协作机制的不同.因此,有必要设计1种可灵活组装且适合不同装卸工艺要求下的柔性三维仿真系统构建方法,从而满足自动化装卸工艺和混合装卸工艺等不同类型集装箱码头的三维实时仿真要求.

2.2 仿真组件粒度划分

组件是应用系统可分离的部分.[8]仿真组件是指能够通过互换和搭配完成仿真系统特定功能模块的封装部分.集装箱码头三维仿真组件在满足仿真功能性要求的前提下,必须同时满足高内聚、低耦合的组件设计原则.仿真组件的合理划分是仿真软件实现过程中可操作性的决定性因素.划分粒度过小容易导致仿真组件装配过程复杂,不利于开发效率的提高;划分粒度过大则会使仿真组件的柔性变小,失去可复用的设计目标.每类组件可以派生或者泛化其子类组件,最终给出集装箱码头三维仿真组件体系结构,见图2.

图 2 集装箱码头三维仿真组件体系

(1)静态布局组件.该组件可派生出静态非资源组件和静态资源组件2类.前者指构成集装箱码头三维静态虚拟场景的对象,但不参与仿真过程计算,如码头内部路灯、路障及候工楼等,并且用户可通过拖拽实现快速虚拟场景搭建;后者用于描述构成集装箱码头三维静态虚拟场景但参与仿真过程计算的对象,如箱区、泊位及集卡车道等资源设施.

(2)码头装卸设备组件.该组件包含与集装箱码头各种装卸工艺相关的装卸搬运设备,其直接派生出子类岸边装卸设备组件、堆场装卸设备组件和水平运输设备组件,而其中的堆场装卸设备组件又可派生出轮胎吊和轨道吊等组件,其关系见图2.

(3)码头装卸对象组件.用于描述码头内部流通的集装箱,如20英尺箱和40英尺箱等.

(4)码头操作组件.对集装箱码头管理与决策的功能性封装,通过对集装箱码头业务的分析,将业务逻辑大致划分为调度与计划2类.该组件描述的是非可见对象,因此必须允许设计时设置可视化属性.

(5)运动学解算组件.集装箱码头虚拟现实系统涉及大量动态元素的实时运动仿真,如桥吊吊箱过程中的大小车运动状态描述与控制、着箱碰撞分析等.

(6)数据访问组件.将对Access,SQL Server和Oracle等数据库的访问进行封装,隐藏其实现细节,只提供功能接口;同时该组件提供其他组件读取不同数据格式三维模型文件功能.

(7)通信接口组件.提供不同应用程序之间的数据互访功能,其他组件可利用该组件获取外部数据,从而驱动仿真系统.

(8)图形渲染组件.对三维仿真中必须的三维空间进行渲染输出,允许平移、旋转和缩放等基本三维空间操作,为更好适应二维平面仿真需求,图形渲染组件重载部分图形输出函数,达到平面二维仿真的目的.可以通过基于Vega的漫游引擎[9]实现该组件.

2.3 仿真组件实现

遵循将数据和功能封装的原则,仿真组件的核心是提供三维仿真系统所需功能的接口,且各仿真组件之间可以通过接口相互操作.仿真组件实现的关键在于接口与实现分离,其本质是提供集装箱码头物流系统各节点的功能和服务,满足用户的可视化仿真需求.仿真组件对其他仿真组件或者外部程序提供统一的功能接口,但无法访问组件的内部结构.被封装的仿真对象以组件标准提供特定的仿真功能,并通过自身接口与外部程序实现数据交互协作,具体形式如函数、属性和方法等.图3为集装箱码头装卸设备三维仿真组件体系.设备组件成员变量包括Id,位置(x,y,z)和运载集装箱(ContainerArray);方法包括大车移动(WMove)和小车移动等(HMove)等.岸桥、场桥和集卡作为集装箱码头作业的3种主要设备,既继承其父类部分变量、方法,又根据物理特性增加相应成员,如岸桥成员变量同时说明岸桥所处泊位号和场桥所在的场箱贝.

图 3 集装箱码头装卸设备三维仿真组件体系

3 集装箱码头三维仿真组件平台

3.1 组件协作机制

为实现复杂的集装箱码头三维仿真系统,必须设计正确的组件调用机制,合理部署上述仿真组件.各组件作为客户端调用其他组件定义好的接口进行数据交互操作.根据不同装卸工艺下仿真系统功能上的实际需求,选择相关仿真组件进行相互协作实现集装箱码头整体仿真流程,组件协作机制见图4.图 4 仿真组件协作机制

低架平板小车、低架起重小车和地面平板小车等所有装卸设备都需要引用装卸对象组件,通过与装卸对象组件的协作实现各自状态参数的改变,最终以动态元素运动仿真的形式反映到仿真中.

3.2 三维仿真组件部署结构

合理部署组件对成功开发集装箱码头三维仿真系统至关重要.通过抽象分析系统功能,将组件体系划分为3个层次,见图5.数据获取层包含数据访问组件和通信接口组件,用于获得仿真所需的驱动数据支持业务逻辑层相应的调度计算;业务逻辑层包含码头操作组件、静态布局组件、码头装卸设备组件和码头装卸对象组件,通过业务逻辑组件中的计划和调度等组件实现驱动装卸设备、资源计算等三维仿真驱动功能;用户表示层用于向用户呈现可视化的虚拟场景,如三维图形、仿真统计等,同时允许用户进行必要的人机交互,形成人在回路的实时仿真系统.

图 5 三维仿真组件部署结构

4 三维仿真实例

4.1 基本数据准备

在自主研发的集装箱码头三维仿真组件基础上,结合本文所述仿真系统体系结构,以某公司自动化集装箱码头三维仿真系统构件过程为例说明本文所述方法的具体实现.该码头岸线长度372 m,其设备配置见表1.

表 1 自动化码头设备表编号类型数量/台1岸桥42地面平板小车143低架桥起重小车104低架桥平板小车105轮胎吊146低架桥64.2 组件应用部署

依据该码头实际装卸工艺要求选择合理的组件,按照正确调用机制进行组件部署,以可视化方式设置不同组件对象的仿真参数(见图6),最后按照营运数据驱动和调用各虚拟场景对象的方法函数及事件响应,完成各仿真对象之间的协作运行,当然仿真对象的各参数在运行过程会实时变化.

图 6 可视化参数设置界面

该三维仿真系统对自动化码头生产作业过程中产生的数据以三维虚拟场景的形式可视化,实时再现码头作业流程与现状.系统不仅为码头快速调度提供实时机械位置信息,同时为高层决策提供形象直观的码头全景.最后实现的仿真系统见图7.

旅游产品仿真研究论文范文第2篇

摘  要：将三维动画仿真系统用于抽水蓄能电站安全教育培训，可以更直观，清晰地展现出设备安全，检修等多种信息。本文用该系统演示了溧阳抽水蓄能电站的整体布局介绍、安全警示标志学习、电气与机械部分的注意事项等，描述了在抽水蓄能电站检修管理时的操作规范，注意事项，安全交底等内容，凸显出通过三维仿真技术来进行电站检修管理培训的优势，把现场实操总结的经验通过三维仿真技术还原并进行加工展示，达到对更多员工的安全教育仿真培训工作，为其它类似仿真培训系统的建设提供参考和依据。

关键词：抽水蓄能电站  三维可视化  检修管理  仿真培训

Application of Safety Education Simulation in Pumped                Storage Power Station

XIE Mingjie1   CHENG Shuguan2  ZHONG Ming1  LIANG Li1  XIAO Xianzhao1

（1.Jiangsu Guoxin Liyang Pumped-storage Power Generating Co. Ltd， Liyang，Jiangsu Province，211108 China;2.Ming Zhu Water and Hydropower Construction Co. Ltd，Sanmenxia，He’nan Province，472000 China）

抽水蓄能电站在机组的运行及控制等方面与传统的水电站存在着差别，其系统規模的增大，机组的复杂性和先进性的提高，使得运检人员无法得到全方位的模拟培训[1]。例如，在运行人员的岗位培训时，不能对运行的电站系统设备进行实际操作试验，在一些危险地方检修不便时，更不允许人为设置一些故障让学员观察并进行处理;在工作人员安全教育培训时，由于现场拍摄视频不清晰，很难表达出电站的整体的效果，达不到安全教育培训的目的。这就需要有一种现代化的培训方式应用于抽水蓄能电站，使得电站的运行维护和检修人员对电站有一个全面，系统，有效的认知[2-4]。

三维仿真技术是现代化培训工具的发展趋势，研究三维仿真技术，建立抽水蓄能检修培训系统，能够将仿真对象的内部结构，运行方式展现的更直观，真实性高，模拟画面清晰，将很大程度提升运行维护和检修相关技术人员的技术水平及安全意识[5-7]。本文根据溧阳抽水蓄能电站的三维仿真视频成果，凸显出通过三维仿真技术来进行电站检修管理，安全教育培训的优势，把现场实操总结的经验通过三维仿真技术还原并进行加工展示，达到对更多员工的安全教育培训工作。

1  电站工程概况展示子系统

江苏溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市平桥镇伍员山，电站主要分成上水库、下水库、地面开关站及地下厂房四大部分。地下厂房为地下洞室结构，主要分成有主厂房、副厂房、主变洞、尾闸洞及各排水廊道等;主厂房分成发电机层、母线层、水轮机层、蜗壳层，主厂房与副厂房相邻布置，副厂房与主变洞通过联系廊道连接，主变洞与尾闸洞通过消防联系廊道连接。

从溧阳抽水蓄能电站的基本布置组成与作用、在电网中发挥的作用，抽水以及发电原理与常规水电站之间的差别等方面，将安全教育仿真分为电气安全技术交底，电气检修安全交底，机修安全技术交底，机械检修安全交底，人员进场安全教育五个部分;由于涉及的设备种类繁多，相应的展现形式必须和检修操作规程相结合，做到有针对性的描述每个设备的检修要点和管理培训。按上述五大部分进行培训内容分类索引，实现不同知识的安全教育培训。

2  电气安全技术交底

通过三维检修场景内动画适当的检修场照片展示以及相应的文字标识，展现出现场检修作业管理的基本要求和措施，具体应用情况如下。

（1）以检修作业的三维场景为背景，描述后期包装展示及检修工作完成后的各项注意事项等。

（2）三维展示风洞口动画，以风洞为背景，后期包装展示对应的图片和文字，描述发电机工作的注意事项等。

（3）以系统图为背景，三维展示气体泄漏的检查动画、电机电源检查动画、检查开关连接动画和螺丝紧固动画，描述15.75kV系统工作的注意事项等。

（4）三维展示工作现场，主变电设备以及三维模型展示结合后期包装展示控制柜断电检修来描述主变系统的工作注意事项和自动化、电气二次盘柜检修工作的注意事项等。

在进行电气安全技术交底的过程当中，由于电气设备的种类繁多，试验的内容覆盖面广，使得现场培训的难度较大，达不到完整的培训效果，通过三维仿真动画，用三维立体的形式形象展现出了每种设备的内部结构，主要部件，能够使工作人员全面具体的掌握设备的内部结构和工作原理。同时，能够清晰地描述试验现场的试验条件和试验背景，最重要的是在培训过程当中能够保证工作人员和实验设备的安全，更好的落实安全教育仿真在抽水蓄能电站的应用。

3  电气检修安全交底

江苏溧阳抽水蓄能电站电气检修主要包括主变压器检修、厂用电检修、发电机出口设备检修、GIS检修、励磁系统检修、监控系统检修、继电保护系统检修及其它涉及电气部分的检修，具体应用情况如下。

（1）主变压器检修：包括三维主变顶部及顶部场景内防坠措施的动画，三维检修场景内脚手架搭设动画，三维表现消防带挪移动画，以及三维表现硅胶更换、取油样动画等。

（2）厂用电检修：用文字描述三维表现厂用电检修场景动画，包括高压开关柜清理时注意事项动画，电缆试验动画及注意事项，以及用盘柜清理注意事项等。

（3）发电机出口设备检修：三维展示发电机出口设备检修区域带电设备的隔离、检修动画，断路器检修、隔离措施的动画，励磁变内部清理的注意事项，以及电流互感器检查或试验时的防坠措施等。

（4）GIS检修：三维展示GIS设备场景的防坠措施动画，以及出现场设备检修场景时的注意事项等。

（5）电气二次设备检修：三维展示盘柜及验电动画，励磁系统检修时的安全隔离动画，二次盘柜清理、端子紧固时的注意事项，以及后期包装展示防止误动的措施等。

通用部分主要包括：施工人员的三维模型展示、三维动画展示工器具的检查 、三维动画展示作业现场的照明，同时后期包装非专业照明设备与可照明的工具，然后展示三维检修场景以及一系列三维模型检修展示动画。

通过电气检修安全交底的三维仿真动画，对设备管理和检修过程标准化，能够使工作人员规范和系统的学习掌握对各种电气设备进行电气检修的标准化作业流程，提高设备检修管理的效率和准确度，大幅度节约检修成本，并且能够在安全教育仿真系统中，将仿真培训和实操培训相互结合，使培训生动形象，提高实际操作的安全性，养成良好的安全行为习惯，提升培训质量和培训效果。

4  机械安全技术交底

溧阳抽水蓄能电站机械设备主要包括发电电动机、水泵水轮机、球阀、调速器、尾水闸门及机组技术供水等辅机系统。通过三维仿真动画，描述水泵水轮机工作的注意事项，调速器、球阀、尾闸系统工作的注意事项，以及辅助系统工作的注意事项等，具体应用情况如下。

（1）现场检修作业管理的基本要求和措施：以检修作业的场景为背景，展现出后期包装安全隔离措施的执行，各工器具的图片并以文字说明如何处理不合格的工器具，以及用三维分画面展示蜗壳、尾水及压力器的照明动画等。

（2）水泵水轮机工作的注意事项：三维展示进入水轮机的动画，画面切换至机组放空动画;三维展示水车室、蜗壳、尾水入口处图片;三维动画展示检修人员入水车室，顶盖孔洞的封堵动画，元件、设备的保护措施;以三維场景蜗壳和尾水管为背景，后期包装注意事项的文字;三维展示导叶间隙动画，尾水管检修平台的搭设，尾水管检查动画，以及相关设备的安全防护装置;以三维水轮机场景为背景，后期包装展示电焊和消防器材的图片;双屏以三维动画展示蜗壳、尾水管的三维场景等。

（3）调速器、球阀、尾闸系统工作的注意事项：三维展示调速器、球阀、尾闸系统场景的图片，以及后期包装油压装置泄压、电气隔离的图片;三维展示电磁阀的拆卸动画并展示相应的注意事项，油水气管路的三维场景，拆卸动画，压力油罐的检修场景以及压力油罐场景内脚手架搭建、安全绳使用的动画;以三维油罐、回油箱的场景为背景，展示后期包装相关注意事项;三维展示油泵检修场景，后期包装润滑脂和电机接线的图片等。

（4）辅助系统工作的注意事项：以多画面展示相关系统的三维场景，三维展示调相压水汽罐的压力表动画;三维展示油水过滤器的清扫动画，电机检修前的验电动画，后期包装润滑脂的图片，电机接线回装动画，以及调相压水系统的场景内脚手架的搭设动画等。

在进行机械安全技术交底的过程当中，由于机械设备普遍体积较大，价格昂贵，操作复杂，使得操作和学习此类设备很不方便，针对这种实际情况，通过机械安全技术交底的三维仿真动画，将大型机械设备的三维模型，载入到三维虚拟场景当中，工作人员可以对大型机械设备的三维场景进行任意角度的观览，更好的落实安全教育仿真在抽水蓄能电站的应用。

5  机械检修安全交底

江苏溧阳抽水蓄能电站机械检修主要包括发电机检修、水轮机检修、调速器系统检修、进水球阀系统检修，三维仿真具体应用情况如下。

（1）发电机检修：通过三维展示发电机系统检修时的注意事项及发电机内部的动画等。

（2）水轮机检修：通过三维展示水车室、蜗壳、尾水管的场景及盖板起吊动画和蜗壳、尾水管动画的注意事项。

（3）调速器系统检修：通过三维展示检修场景的安全隔离措施，及带压部位压力的展示等动画。

（4）进水球阀系统检修：通过三维展示进水球阀及其检修场景，以画中画展现各部位场景以及防坠措施。

通用部分的应用情况主要包括：三维展示作业场景，检修区域动画，设备外壳接地动画，电气工具切断电源动画，管道法兰和阀门的螺丝的矫正动画，上、下交叉作业场景的安全措施等动画;以三维检修场景为背景，展示后期包装禁止事项的图片，并以文字包装说明相关的注意事项;以千斤顶为背景，不正确的使用方法以画中画形式展现;以三维高空作业场景为背景，并以文字包装说明等。

通过对机械检修安全交底的三维仿真动画，能够使工作人员规范和系统的学习掌握对各种机械设备进行机械检修的标准化作业流程，提高机械设备检修管理的效率和准确度，有利于大幅度的节约检修成本。同时，本系统应用于检修人员的培训，提高了培训质量，凸显了安全教育仿真在抽水蓄能电站应用的好处。

6  人员进场安全教育

人员进场安全教育的三维仿真动画主要包括安全管理，现场文明环保以及应急管理三部分，具体应用情况如下。

（1）安全管理：三维进场场景的全景展示，包括刷卡区、限速牌的特写镜头，后期包装人员照片;以三维厂区图为背景，后期包装展示各安全措施;以三维工作现场为背景，后期标注禁止的事项;三维场景展示蜗壳、锥管、回油箱、油罐场景，物孔围栏，单位标识严禁的注意事项;及以电站现场为背景，展示电站管理制度等。

（2）现场文明环保：三维展示工作区域内的相关防护动画，货架及相关注意事项的动画;以检修场景为背景，重点的文字标示等。

（3）应急管理：三维展示主厂房的位置信息，地方厂房的照明场景、人员携带手电入厂和停电后的撤离动画，厂房内的电器设备、人员触电和断开电源的动画，以及利用视频或图片按照文字描述对心肺复苏的操作流程展示等。

通过对安全管理、现场文明环保以及应急管理三部分的三维动画仿真演示，描述了进场场景的全景，电站管理制度，工作区域内的相关防护动画，以及人员应急安全管理。凸显了对从业人员进行安全生产教育培训的必要性，保证从业人员具备必要的安全生产知识，熟悉有关的安全生产规章制度和安全操作规程，掌握本岗位的安全操作技能。

7  結语

本文以溧阳抽水蓄能电站为模拟对象，通过三维动画仿真演示电站的整体布局介绍，安全警示标志的学习，以及电气与机械部分的注意事项，展现了三维仿真在抽水蓄能电站管理培训中的应用效果。

三维仿真技术可以使技术人员迅速了解抽水蓄能电站，通过三维虚拟检修环境，将现实场景通过三维形式展现出来，操作人员可实现检修设备和检修场景的全方位查看，近距离了解大型设备的内部结构细节，工作原理以及检修过程，同时也避免了人员与现场设备的直接接触，避免一些不必要的事故发生，达到更好的安全教育培训的目的。

参考文献

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旅游产品仿真研究论文范文第3篇

摘 要： 介绍了光纤通信实验教学中的5个OptiSystem仿真实验，给出了每个实验项目的仿真模型及模型中的参数设置，简要分析了仿真实验结果。结果表明，OptiSystem仿真实验有利于学生对光纤通信课程教学中抽象的理论知识的理解。

关键词： OptiSystem； 光纤通信； 仿真； 实验教学

0 引 言

光纤通信是一门理论性和实践性都很强的电子信息类专业课程，涉及光学、电磁场及通信等多方面理论基础知识和光纤光缆、光器件光端机、光纤通信系统设计及网络等实践应用问题。光纤通信实验一方面可以帮助学生直观形象地理解抽象繁冗的理论教学内容，另一方面用以提高学生的实际工作技能，为从事实践技术工作奠定必要基础。光纤通信实验的内容通常有：光纤接续、OTDR测量光纤参数、LD（LED）光谱特性测量、光纤接收发送系统实验等[1-2]。从帮助学生理解理论教学内容的角度看，采用OptiSystem仿真技术更具优势[3-4]。OptiSystem是一款创新的、发展迅速的强大软件设计工具，用户可使用该工具对从 LAN、SAN、MAN 到超长距离等众多光网络的广谱物理层中的几乎所有光学链路进行规划、测试仿真。它可以提供从元件到系统级别的传输层光通信系统设计和规划，并且能够直观地呈现分析和方案，可以最大程度地降低时间要求和光学系统、链路和元件的设计相关成本[5]。

1 OptiSystem仿真实验

为配合光纤通信课程教学内容的学习，本研究选取了光纤的色散[6]、激光器的调制频率特性、掺铒光纤放大器、光接收机及WDM系统[7]等5个OptiSystem仿真实验。

1.1 光纤的色散实验

光纤介质的非线性使接收的光脉冲包络的形状会发生变化，引起传输波形的展宽。本研究用以考察光纤的群速度色散（GVD）对高斯脉冲传播的影响，仿真模型如图1所示。在仿真模型中：Bit rate=40 Gb/s；Optical Fiber参数：length=2.812km，Reference wavelength=1550nm，Beta2=-20（ps）2/km。

仿真结果：输出脉冲宽度T（z）随传播方向z按公式（1）增加，输出峰值功率按公式（2）变化。

光纤的群速度色散（GVD）对高斯脉冲传播的仿真结果如图2所示。由图2可以看出，输出脉冲比输入脉冲展宽了，而峰值下降了。

1.2 激光器的调制频率特性实验

在高速光纤传输系统中，当对半导体激光器进行直接调制时，调制频率必须小于激光场的弛豫频率，而弛豫频率随半导体激光器的偏置电流的增大而增高。通过这一实验可以观察当偏置电流变化从而改变弛豫频率时，高速光纤传输系统的性能变化情况[8]，仿真模型如图3所示。图3中，Ith=33.45mA，τsp=1ns，τph=3ps，I0=IB=40mA，Sequence length 128 bits，Samples per bit 512。

仿真结果：在直接光强度调制下弛豫频率与有源区内的电子寿命和谐振腔内的光子寿命的关系为

根据仿真模型设定的参数可以得到弛豫频率fres≈1.3GHz。图4给出了系统性能与调制频率的关系。当调制频率为1.3GHz时如图4（a）所示；当调制频率为5GHz时如图4（b）所示。由图4可看出，当调制频率高于弛豫频率后，系统性能严重变坏。

1.3 掺铒光纤放大器（EDFA）实验

EDFA在各种光纤通信系统中得到广泛应用，如副载波CATV系统、WDM或OFDM系统、相干光通信及孤子通信系统等。本研究用于分析EDFA的频率特性和噪声性能[9]，仿真模型如图5所示。在仿真模型中掺铒光纤参数：Length 7m，Core radius 2.2m，Er metastable lifetime 10ms，Er doping radius 2.2m，Er ion density 1e+025m3，Numerical aperture 0.24。

仿真结果如图6所示。图6中，（a）为CW激光器的频率与EDFA增益的关系曲线，（b）为信号输入功率与EDFA增益曲线，（c）为功率噪声曲线。

1.4 光接收机实验

光接收机主要的性能指标是灵敏度和动态范围。本研究的目的是了解光接收机灵敏度与误码率的关系及灵敏度与最小输入功率的关系[10]，仿真模型如图7所示。

实际光接收机灵敏度的计算比较复杂，可粗略表示为

仿真结果如图8所示。图8中，（a）是衰减与Q因子的关系曲线，（b）是衰减与误码率曲线。

1.5 WDM系统实验

波分复用是光纤通信系统扩大传输容量，提高传输速率的主要途径之一，仿真模型如图9所示。图9中，利用Mach-Zehnder调制器进行外调制，16路复用，光发射器参数：Bit rate 40Gb/s。线路由50km单模光纤与10km色散补偿光纤构成循环单元，采用掺饵光纤放大器。解复用器参数：Bandwidth 8e+010Hz，Depth 100dB，Filter type Bessel，Filter order 6。图10为WDM系统实验仿真结果，图中给出了解复用器之前光纤线路之后的光谱图，图中较低的部分为噪声部分。

2 结束语

本文根据光纤通信课程的理论教学内容选出了上述5个仿真实验作为实验教学项目。实践表明，OptiSystem仿真实验直观明了，可以反复观察练习，提高了学生的学习兴趣，有利于学生对抽象的光纤通信理论教学内容的理解，同时可以节省较高的实验费用，在实验教学中取得了较好效果。

参考文献：

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[4] 杨絮，朱一峰，陈桂芬. 光纤通信系统仿真技术在实验教学中的应用[J]. 中国科教创新导刊，2009（34）：48.

[5] Optiwave Corporation.OptiSystem 7.0：OptiSystem User’s Reference. 2008.

[6] 胡章芳，席兵. 光纤通信系统的计算机仿真[J]. 电脑开发与应用，2005，18（9）：11-12.

（责任编辑：徐兴华）

旅游产品仿真研究论文范文第4篇

关键词：仿真系统;轨道交通;培训;教学;功能设计

引言

近年来，随着我国国民经济的持续快速发展，城市化进程的不断加快，轨道交通因其无污染、低噪音、高速度等等优点，被越来越多的城市采用，已经成为现代化城市建设的标志之一。城市轨道交通是指利用轨道作为车辆导向的运输方式。并以客运为主，以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称，一般包括有轨电车、地铁，轻轨交通、单轨交通和市郊铁路5种子系统。然而由于轨道交通行业的特殊性，操作人员既不能在运行着的系统或设备上进行实际操作试验，也不允许人为地设置学员观察处理，这就使得操作员难以在变电站的正常操作及事故处理中得到炼。传统采用的方法是通过书本讲授，在图纸或模拟板上练习操作和进行习，以培养运行人员的操作技能以及处理事故的能力，虽都起了一定的作缺乏真实感，培训效果不佳，一旦事故来临，因运行人员见得不多，往往乱，不知所措，常常处理不当，造成事故扩大。为了解决上诉传统培训过程中所出现的问题，我们设计了改仿真培训系统，伴随着计算机技术、系统工程与科学的迅速发展，仿真技术已经渗透到各行各业，并发挥着重要作用。因此，仿真培训是一种现代化的、高效率的培训手段，是提高操作工技能的一种有效途径。

采用先进的计算机系统模拟轨道交通的供电系统的运行模式，正常状态下的的倒闸作业以及事故状态下的处理手段，该系统建立的目的是为了培训从事轨道交通的员技术操作技能和在设备维护人员的故障判断能力，通过仿真培训，使工作人员短期内掌握日常正常操作和常见异常状态下的出来操作流程，掌握设备的操作流程和异常设备的处理方法。

1轨道交通仿真系统的硬件结构

仿真培训系统主要包括教师机、学员机、模型服务器三个部分，结构如图1所示。殊需要，教员和学员，不应该是“一对一”的关系，而是应该能同时满足几位甚至几十位学员同时独立地接受仿真培训，故采用“一对多”的方式，教员通过教员机给各个学员下达指令，学员在独立的学员机上完成操作。教员站与学员站通过互联网连接。

仿真培训系统采用了C/S结构，运算服务器是实现各种逻辑运算的核心设备，在系统仿真运行过程中，它将实时实现自动进路办理、进路搜索、进路解锁、列车自动驾驶、自动防护、车流管理等的运算功能。运算服务器采用高性能的工作站或计算机充当，教师机和学员机使用普通PC机。

2轨道交通仿真培训系统的软件结构及功能

本仿真培训系统的软件有应用服务器、教员机和学员机上的软件部分组成，这些软件之间相互协调工作，最终实现仿真培训的目的。客户端与服务器端的数据交互采用OPC通信技术。模型服务器端配置有工艺模拟软件，可动态响应教师机和学员机的操作指令，产生仿真数据。

2.1学员机结构及功能

学员机由多台PC机组成，主要进行轨道交通的理论学习，以及培训技术人员操作技能和故障判断能力，主要包含以下几个功能。

2.1.1顯示功能

(1)显示教员站发送过来的各种信息提示

(2)查看图纸功能：在屏幕的右上方设置了查看按钮，方便学员随时查看故障信息以及图纸，使学员能够通过图纸更快捷的找到故障。显示主控系统的示意简图及电力设备机电设备，备报警设备示意图等根据操作处理模块传送来的数据信息在对应工作站界面的示意图上设置不同的颜色或符号更直观地表示状态的变化动态反映出系统的运行情况。

2.1.2报警功能

当教师选择题目并确认出题结束后，学员机弹出所对应故障的报警界面，并将运行人员需对检修人员提供的信息显示给学员，方便学员对故障的判断，学员了解题目后，选择“开始答题”。

2.1.3操作模块

负责响应学员的操作命令，通过对学员的各项操作进行采集后，传给逻辑运算服务器，实现相应的逻辑运算。

2.2教员机结构及功能

2.2.1系统管理功能

教师可以对学员机和教员机的IP地址及输出端口令进行修改，设置教员机和学员机的密码，增加题目或修改已有故障题目，以及教师机可发送信息的编辑工作。

编制多种教案，灵活设置各种事件，选择各种教案进行演示、培训考核和研究。

2.2.2教师出题功能

各种障碍或异常情况的设置，故障设置：可利用鼠标在教练机界面的示意图上选定单个或多个系统部件发生故障或异常通过该模块处理使所选部件的状态信息发生相应变化传送至图形显示模块同时生成故障操作参考即故障的相应处理流程传送至评分模块。

2.2.3显示功能

显示主控系统的示意简图及电力设备机电设备，备报警设备示意图等，根据操作处理模块传送来的数据信息在对应工作站界面的示意图上设置不同的颜色或符号更直观地表示状态的变化动态反映出系统的运行情况。

2.2.4教师演示功能

教师可以选择所要启动的学员机和要演示的题目，确定出题以后，被选中的学员可以通过学员机的屏幕或者是大屏幕投影学习教师在教师机上的整个操作过程。

2.2.5教师机监控功能

当教师出题结束后，教员机自动转到监视界面，可以通过窗口统一监视或单窗口分别监视学员的操作情况，并可以对学员发出警告和其他提示信息，若学员出现严重错误，教师可以直接结束学员答题。

干预学员的操作过程，培训过程中，教员可以方便的设置、修改、插入、保存和删除各种事件、下达调度命令。

3系统特色

3.1学习模式

3.1.1教学模式

教学模式，主要包括轨道交通领域的信号、通信、电力、环境与设备系统、防灾自动报警系统、自动售票、屏蔽门、乘客资讯等系统的自动化技术的讲解，可以通过教员制作课件，通过讲课模式或是实际演示来实现这些轨道交通知识的讲解。还可以通过监控软件，使得一个指导教师能够同时指导多个学生的操作，各个学员可以同时独立通过各自学员台访问教师台，观看教员的实验演示，教员也可以随意切方便的通过监控软件查看学员的仿真实验操作窗口。

3.1.2自学模式

在学员机加上教师教员系统，便于学生把课堂上教员设计的教案重演，达到自我学习目的，且每个学员之间互不干预。

3.2培训模式

培训内容以关联的方式存放，这样使学员在学习某个部分的内容时，可以调用其他部分的内容，例如：在培训轨道交通的供电设备维护界面时，可以通过点击设备名获得该设备的电路图等相关内容，这种关联方式与人脑的思维关联性相似，所以更适合培训的需要。

在该系统的培训中，为了使仿真过程更加趋于现实环境，

我们还设计了两种培训模式：分工培训和协作培训，分工培训，就是学员独自完成教员分配分任务，以下是对协作培训的具体介绍。

协作培训。轨道交通中，许多工作需要多人协同完成，故培养和提高工作人员的协作能力是及其必要的，在该仿真培训系统中，引入轨道交通系统的协作特点，实现协作式培训，提高了仿真系统的真实性。

协作培训包括协作学习和协作操作，协作学习是通过小组或团队的形式组织学习，学员A解决问题时，学员B担任教员，其他学员观测他们解决问题的方法及过程，注意他们解决问题的技巧以及在该过程中的不足。协作操作是模拟现实中值班人员协同完成操作任务的一种演习。图3是以地铁中倒闸为例，实现学员的协作操作。

为实现协作机制，采用OPC技术实现学员间操作信息的传输，使客户端与服务器端通过OPC实现网络间的连接和数据通信，

4结语

综上所述，本文利用了计算机仿真技术，设计了一个轨道仿真培训系统，阐述了仿真培训系统的体系结构、软件结构和主要功能，轨道交通仿真系统为轨道交通的工作人员提供了一套生动的培训教材，强化了操作人员和维护人员对新设备新技术的学习能力，提高了工作人员的技术水平，提高了轨道交通的运行的安全性。通过仿真培训，可以缩短工人的技术培训时间，提高在岗职工技术素质和处理事故的应变能力。

再者，这种方法使培训效果与实际需要相吻合，又避免了对现实作业的干扰，对于一些特殊的领域还有助于节省费用，减少危险。如宇航员、深海潜水员、各种运输工具的驾驶员等，仿真培训正在越来越多的工作中广泛运用。

参考文献

[1]张炳达，邓粟，刘长胜.实物性与虚拟性相结合的变电站培训仿真系统[J]天津大学学报，2003 36(1)122 123

[2]吴超，何正友，钱清泉.地铁主控仿真培训系统的初步研究[J]交通运输工程与信息学报，2005 3(3)106-107

[3]王旭，張媛媛.变电二次设备仿真培训系统平台的设计与实现[J]

东北电力技术2005(2)48-48

[4]罗剑波，王元林.变电站培训仿真系统[J]电力系统自动化19972l(11)

[5]梁志坚，韦化，张伯明等.基于DTS的仿真教学试验系统的开发和应用电力系统及其自动化第二十一届学术年会论文集[c]

旅游产品仿真研究论文范文第5篇

整流电路是电子电路的一个基础电路, 其功能是把交流电变换成直流电, 它的身影在各类电子电器中无处不在。而中职电子技术的入门电路就是整流电路, 因而它的学习是非常重要的, 它是中职学生通往电子技术的大门。那么这一课题如何才能让学生学得更好呢?传统在黑板上讲理论学生兴趣不高, 能理解透彻的学生也是少数。但如果把仿真软件应用于教学之中, 便可大大提高教学效果。下面我们将电子电路仿真软件Multisim 10用于整流电路的教学中, 来说明这一问题。

1半波整流电路

1) 在Multisim 10中绘出半波整流电路。整流原理分析:当正弦交流电通过变压器T1时, 若次级绕组的感应电动势上 (+) 下 (-) , 则整流二极管D1正偏导通, 则电流的流向为:3D14R10。若次级绕组的感应电动势上 (-) 下 (+) , 则整流二极管D1反偏截止, 负载R1中没有电流通过。因此在正弦交流电所有正负半周, R1上得到的只有自上而下的电流, 即在R1上获得了直流电。但由于有一个半周的交流电没有通二极管D1, 负载R1上只得到了半个周的交流电, 所以为半波整流。

2) 软件仿真。波形观察:在图1中接上虚拟示波器进行仿真实验, 并对示波器进行设置, 启动仿真, 便可观察到负载电阻R1两端的波形图, 如图2。

显然R1上得到的是脉动直流电。

电压测量:在T1次级绕组和R1两端分别并接上虚拟交流数字电压表U1和虚拟直流数字电压表U2, 如图3。

启动仿真开关, 则两表的读数立即显示出来, U1=69.570V, U2=31.009V, 且U1/U2=31.009V/69.570V≈0.45, 和教材上结论一致!

2桥式整流电路

1) 在Multisim 10中绘出桥式整流电路, 如图4。为了讨论方便, 正弦波信号源、变压器、负载电阻的参数均和图1设置一致。

整流原理分析:当正弦交流电通过变压器T1时, 若次级绕组的感应电动势上 (+) 下 (-) , 则整流二极管D1、D3正偏导通, D2、D4反偏截止, 则电流的流向为:3D15R10D34。若次级绕组的感应电动势上 (-) 下 (+) , 则整流二极管D2、D4正偏导通, D1、D3反偏截止, 则电流的流向为:4D25R10D43。所以在交流电的整个周期内, 负载电阻R1都得到至上而下的单方向电流, 从而在R1上获得了直流电。且在此整流电路中, 交流电的正负半周均通二极管到达负载, 所以为全波整流。

2) 软件仿真。波形观察:在图4中接上虚拟示波器, 并对示波器进行设置, 启动仿真, 便可观察到负载电阻R1两端的波形图, 如图5所示。

显然R1上得到的是脉动直流电, 但和半波整流电路相比, 桥式整流电路负载上得到的半波数量是半波整流的2倍。所以相同条件下, 桥式整流电路输出电压大小也是半波整流的2倍。

当然, 虚拟示波器除了观察波形外, 还能测出电压瞬时值、最大值等。比如在图5中, 输出电压的最大值为显示为97.248V (约15ms时) , 极为方便。

电压测量:在T1次级绕组和R1两端分别并接上虚拟万用表XMM1和XMM2, XMM1测T1次级绕组交流电压有效值U1, XMM2测输出端的直流电压值U2, 如图6。

如图7U1=69.57V, U2=61.684V, 且U2/U1=69.57/61.68≈0.9, 和教材中结论一致。对比数据, 可以看出:相同条件下, 桥式整流输出电压平均值比半波整流约提高了一倍。

所以, 把仿真软件应用于整流电路的教学中, 分析问题会十分方便, 学生学习兴趣会大大提高, 对知识的理解和认识会更加深入。当然, 其它教学内容也可灵活将仿真软件置入教学之中, 同样会收到很好的效果。诚然, 学生要学到本领, 离不开真正项目的实验, 但如果将理论教学, 项目实验操作, 模拟实验几者结合起来, 教学会更加方便灵活, 教学效果也就不言而喻了。

摘要：项目实验教学在中职教学中起着非常关键的作用, 用仿真软件实验教学也是项目教学的一种, 仿真实验教学既形象, 又直观, 更能达到创设情景启发思维的目的。用仿真软件Multisim 10学习整流电路就是一种非常好的模拟项目教学方式。

旅游产品仿真研究论文范文第6篇

摘要：为了提高“通信电子线路”课程实践教学的教学质量，对该课程实践教学进行了研究和改革,在原来实验教学的基础上，增加虚拟实验项目的开发，用SystemView软件搭建仿真系统，通过对相关参数的设置,分析了系统的波形和频谱，达到良好的实验效果，加深了学生对课程的理解，培养了学生的创新精神。

关键词：通信电子线路；实践教学；虚拟实验

Research of Systemview Used in Simulation of Communication Electronic Circuit Course

MAO Hong-yan

(Shenyang Institute of Engineering, Shenyang 110136, China)

Key words: communication electronic circuits; system view; simulation

通信電子线路是通信工程、电子信息工程等相关专业的一门重要的专业基础课，它以“信号与系统”、“电路分析’，、“低频电子线路”等课程为基础，研究的主要内容是:高频小信号放大器、功率放大器、振荡器、调制与解调器与混频器、反馈控制电路等的工作原理与分析方法。通过学习通信设备中常用电路的原理、组成、性能分析和设计方法，获得通信电子线路的基本理论、基本方法和基本技能，具有通信电路系统的分析和设计能力。

以前的通信电子线路的教学方式,主要采用理论教学+验证实验的方式。理论教学完成在课堂上,对各单元电路的电路构成和原理、元件参数计算和设计等方面进行讲解。在验证实验中,学生通过各种高频通信实验箱,按照实验指导书进行连接,之后通过示波器、毫伏表等设备,观测输出信号,得出实验结果。在实验中,学生的主要工作就是将输入信号接入电路中,得出测量结果，而对电子线路的相关问题分析不深入。

我们对“通信电子线路”课程的实践教学进行改革，在演示性和验证性实验基础上，增加了虚拟实验项目的开发,将动态仿真软件应用于通信电子线路的实验教学中,从而为学生提供通信系统开发、设计、调试的平台，帮助学生更好地理解和掌握通信电子线路原理。

1System View软件介绍

Systemview是美国ELANIX公司推出的软件，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化软件环境，利用此软件可以构造出各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，可用于各种线性或非线性系统的设计和仿真。SystemView属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真与分析，软件配置了大量图符块库，用户很容易构造出所需的各种仿真系统，并可以分析时域波形图、眼图、功率谱、星座图和各类曲线。[4]

SystemView的库资源十分丰富，包含若干图标的基本库（MainLibrary）及专业库（OptonalLibrary），基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通信、逻辑、数字信号处理、射频/模拟等；它们特别适合于通信系统的设计、仿真和方案论证；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析[4]。

在系统设计和仿真分析方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便的控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。

2SystemView在《通信电子线路》中的应用

通信电子线路课程中，有一些通信和电子线路的原理不好理解，应用仿真软件做通信系统的仿真，帮助学生更好地理解和掌握通信电子线路原理。在虚拟实验项目的开发中，通过计算机仿真软件对所学内容进行模拟实验，我们在教学中使用的是SystemView。在通信电子线路课程中，像幅度调制、解调一章内容，可对各种调制、解调用SystemView建立系统分析。其它内容如：频率调制、解调、反馈控制电路、锁相环路、超外差式收音机系统等等都可用SystemView建立仿真系统来进行分析。

在仿真过程中,主要完成元器件和仪器的选择,设置相关的参数,并按照系统构成进行线路的连接,实现系统特性的仿真。通过此仿真软件,能非常方便地将系统原理图设计、仿真、运行等过程融为一体,组成计算机实验平台。SystemView具体的仿真步骤如下：建立通信系统的数学模型;从各种功能库中选取或拖动图符,构建通信系统;设置系统的定时参数;据系统性能指标,对各模块参数设置并调整参数；行仿真系统，过分析窗口、波形、频谱来观察分析结果[5]。

3SystemView的应用实例

为了更好地说明问题，下面以通信电子线路课程中幅度调制、解调来进行仿真和分析，幅度调制、解调是通信电子线路课程的重要内容。

3.1 AM系统调制及包络解调仿真

在SYSTEMVIEW中，按照AM系统调制及包络解调流程图放置各个元器件，，设定其相应参数并连线，建立仿真系统如图1所示：设置载波的振幅为1V，频率为10HZ，调制信号振幅为1V，频率为100HZ，直流分量的设置：双击Source，选择Noise按钮，在出现的元件列表中选择PN Seq，设置幅度为0.5V，理想低通滤波器最低截止频率设定为100HZ，

图1 AM系统调制包络解调流程图

点击“运行”图标后运行系统，运行无误后，点击查看波形图标查看各部分的时域波形。各部分输出时域波形分别如图2所示：

图2 AM系统各部分波形图

由图2可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；用相干解调法解调出来的信号（c图）与基带信号（a图）基本一致，实现了无失真传输。

3.2 DSB系统调制及相干解调仿真及结果

在SYSTEMVIEW中，按照DSB系统调制及解调流程图放置各个元器件，设定其相应参数并连线，完整的系统图如图3所示：

图3 DSB系统调制相干解调流程图

点击“运行”图标后运行系统，运行无误后，点击查看波形图标查看各部分的时域波形。频域波形各部分输出波形时域分别如图4所示：

图4 DSB系统调制、解调各部分时域波形图

由图4可以看出，在波形上，已调信号的包络不再与原基带信号的变化规律一致，不能用包络检波来恢复，用相干解调法来解调，解调出的信号与基带信号基本一致，只是在时域上有一定的延时，但也实现了无失真传输。

4结论

通过以上分析可见，工程技术人员利用SystemView进行通信仿真很方便，只需要考虑系统的设计要求指标，不必花太多时间去编程来建立仿真模型。在设计过程中，能快捷地实现各种通信系统的仿真实验，根据各模块的对话窗口来设置合理参数,并对系统进行调试、通过分析窗口来观测相应的波形，从而验证系统的正确性。仿真实验比用硬件实验节省经费、易改变实验参数，在教学中采用仿真实验，可发挥学生想象力来设计实验，通过实验结果分析，改进实验，从而培养学生的创新精神。

参考文献：

[1]朱颖莉.高频电子线路实验教学改革的探索[J].高校实验室工作研究,2008(12).

[2]廖惜春.基于工程应用的“高频电子线路”课程教学研究[J].电气电子教学学报,2007,4(5):12-14.

[3]毛红艳,苏苇,王蓉.基于MATLAB计算机仿真在通信教学中的应用[J].沈阳工程学院学报,2007(3).

[4]孙屹.SystemView通信仿真开发手册[M].北京:国防工业出版社,2004.

[5] SystemView使用手册[M].美国:Elanix公司,1998.