一种基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台的制作方法

1.本发明涉及城市轨道智能交通领域，尤其涉及一种基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台。


背景技术：

2.随着科技的不断进步，轨道交通已成为城市交通的重要组成部分。如何提高城市轨道交通系统的安全、高效和稳定性成为当前研究的热点问题。在列车及其系统进行实际交付运营之前，需要对其进行广泛且深入的验证和测试。
3.目前轨道交通系统测试验证主要有纯虚拟仿真、实物测试和半实物仿真三种方法。 纯虚拟仿真具有高性价比、低风险、可定制、可重复等特点，但研发成本高、准确性存疑、缺乏真实世界的反馈，因此在一定程度上存在真实性问题，包括测试场景的真实性、数据来源的真实性、列车动力学仿真的真实性。实物测试可真实反映列车的实际工作条件，但可能不安全、低效且不可重复。 半实物仿真结合了纯虚拟仿真和物理测试的优点，但只允许实时仿真，不能进行离线仿真。
4.本发明提出虚实交互仿真测试，其结合了上述三者的优势，不但可以实现实时仿真，还可以实现离线仿真。虚实交互中的“实”指实际的列车、实际轨道交通环境等；而“虚”指虚拟列车、虚拟轨道交通环境（虚拟场景）等。“交互”是指实物与虚拟物之间的信息交互。利用数字孪生技术将实际列车姿态信息与状态信息离线或实时映射至虚拟列车中，同时构建基于真实信息与虚拟信息的混合仿真空间。通过虚实信息交互，实现城市轨道交通的测试验证评估。
5.基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台为城市轨道交通仿真验证提供了一种新的方法，在轨道交通测试领域具有广阔的应用前景。 随着数字孪生技术和虚实交互技术的发展，可以进一步提高平台的准确性和可靠性，有效保障轨道交通的安全和效率。
6.本发明可以帮助轨道交通企业对轨道交通的各种应用场景进行测试和验证，为轨道交通的设计和改进提供准确可靠的数据，提高轨道交通的综合能力。


技术实现要素：

7.为实现上述目的，本发明提供了一种新型的城市轨道交通仿真验证平台，通过虚实交互的方式，使仿真更加逼近实际，提高了仿真的可信度和有效性。同时，通过对仿真结果的评估，有助于提高轨道交通系统的运行效率和安全性。本发明具体采用如下技术方案：一种基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，该平台包括计算引擎，用于处理仿真和模型的运算，提供高效的计算能力；存储系统，用于存储仿真和模型的数据，采集的数据及处理后的数据，并且管理数据的存取，其支持对历史数据和实时数据的快速访问和查询，并能够进行数据备份和恢复；数据采集与传输接口，用于从真实的场景中获取数据，并能够实时传输数据到仿真平台中进行处理和分析；
数据处理器，用于将采集到的数据进行处理，包括数据清洗、数据预处理、数据转换等；人机交互接口，负责处理用户与仿真平台的交互，提供用户友好的操作界面；其特征在于，该平台还包括场景管理器，负责管理仿真场景的生成和配置，通过预先定义的场景模板，方便用户定义和管理仿真场景；模型管理器，负责管理仿真模型的生成和配置；推理模块接口，负责处理推理模型的输入和输出，并通过接入强化学习算法完成自动驾驶等任务；虚实交互管理器，负责管理仿真场景和实际场景之间的交互，将虚拟环境与现实环境融为一体；评估管理器，负责评估仿真结果的准确性和合理性，并出具评估报告；任务管理器，用于管理并控制仿真中的各种任务和进程，跟踪和监控正在运行的任务，包括模型的构建和仿真运行，数据的处理和分析等；其还提供资源分配和管理，例如分配计算资源和内存，并设置任务优先级，以便在需要时优先处理关键任务。
8.优选的，所述场景管理器具体包括如下模块：场景定义模块，其支持多种任务场景的定义，包括定义场景类型、场景参数、场景元素、场景数据等；所述多种任务场景包括列车运行的场景和紧急制动的场景，针对所述列车运行的场景，场景定义模块定义列车速度、加速度、运行轨迹等参数；针对所述紧急制动的场景，场景定义模块定义制动距离、制动时间等参数；场景调度模块，其根据场景类型、场景优先级、场景执行状态执行多种任务场景的调度；根据不同的场景按照固定的时间间隔或事件触发来执行，或者按照紧急情况的优先级高低来执行，或者按照固定任务顺序执行；场景实现模块，其根据场景元素、场景数据、场景交互进行多种任务场景的实现；针对列车运行的场景，调用列车模型、运行控制算法等元素，同时与紧急制动场景交互；针对紧急制动的场景，调用列车制动模型、制动控制算法等元素，同时与列车运行场景交互；场景管理模块，其根据场景创建、场景销毁、场景信息获取进行多种场景的管理；其支持场景的动态创建和销毁，以及对场景信息的获取和展示，包括当前场景状态、场景执行进度、场景执行结果等信息。
9.优选的，所述虚实交互管理器具体包括虚部数据接口，实部数据接口，任务信息接口，交互中心；虚部数据接口接收虚拟环境产生的数据，包括虚拟列车的速度、加速度、位置、障碍物的位置等；实部数据接口接收真实环境的信息，包括真实列车的速度、加速度、位置等；任务信息接口接受来自任务管理器下发的任务信息，任务信息规定了虚实如何进行交互；交互中心根据任务信息、虚部数据、实部数据，完成虚实交互；交互中心在双向信息传递的基础上，完成多种情形的虚实交互功能，所述虚实交互功能包括对应型虚实交互和非对应型级别虚实交互；
所述对应型虚实交互为实物列车a和虚拟列车b一一对应交互；虚部数据接口接收虚拟列车b的数据信息，实部数据接口接收实物列车a的数据信息；所述非对应型虚实交互，为实物列车a和虚拟列车c或d并非一一对应的进行交互，虚拟列车c或d和实物列车a共同完成任务，虚部数据接口接收虚拟列车c或d的数据信息，实部数据接口接收实物列车a的数据信息；交互中心根据任务信息的要求，将以上收集虚实信息进行整合，然后将整合的信息通过接口反馈给相应的列车，进而更新列车自身的信息。
10.优选的，所述虚实交互管理器设置有虚拟编组测试；所述虚拟编组测试的步骤如下：（4.1）通过人机交互接口向任务管理器下发虚拟编组测试任务；（4.2）场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b、c、d并搭建虚拟编组场景；（4.3）读取任务管理器的任务指令，指定虚拟列车b为实物列车a的数字孪生体；（4.4）虚拟列车c、d通过调用推理模块或者从存储系统读取运行所需数据；（4.5）实物列车a经过数据采集与传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与虚拟列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行；（4.6）读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成虚拟编组测试任务，虚实交互管理器处理虚拟列车b与列车c、d的交互；（4.7）评估管理器，输出虚拟编组测试任务的评估报告；（4.8）读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
11.优选的，所述虚实交互管理器设置有列车极限追踪测试；所述列车极限追踪测试的步骤如下：（5.1）通过人机交互接口向任务管理器下发列车极限追踪测试任务；（5.2）场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b、c并搭建列车极限追踪场景；（5.3）读取任务管理器的任务指令，指定虚拟列车b为实物列车a的数字孪生体；（5.4）虚拟列车c通过调用推理模块或者从存储系统读取运行所需数据；（5.5）实物列车a经过数据采集与传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与虚拟列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行；（5.6）读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成列车极限追踪测试任务，虚实交互管理器处理列车b与虚拟列车c的；（5.7）评估管理器，输出列车极限追踪测试任务的评估报告；（5.8）读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
12.优选的，所述虚实交互管理器设置有障碍物检测测试；所述障碍物检测测试的步骤如下：（6.1）通过人机交互接口向任务管理器下发障碍物检测测试任务；（6.2）场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b及其前进方向轨道上的障碍物，搭建障碍物检测场景；（6.3） 读取任务管理器的任务指令，指定虚拟列车b为实物列车a的数字孪生体；
（6.4）实物列车a经过传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与虚拟列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行；虚拟列车b检测到前方障碍物信息后，经信息传输给实物列车a，实物列车a将实际运行信息传输给虚拟列车b；（6.5）读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成障碍物检测测试任务，即虚拟列车b能够及时制动，防止撞上障碍物，虚实交互管理器处理列车b与障碍物的交互；（6.6）评估管理器，输出障碍物检测测试任务的评估报告；（6.7）读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
附图说明
13.图1 是本发明结构组成示意图。
14.图2 是虚实交互管理器结构示意图。
15.图3是虚拟编组测试示意图。
16.图4是列车极限追踪测试示意图。
17.图5是障碍物检测测试示意图。
实施方式
18.基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台的优点在于尽可能地减少物理测试，同时弥补物理测试的局限性，如外部环境不可准确估计、测试场景不可重复、测试成本高昂、测试风险大等。 虚实交互的测试验证技术可以在软件层面实现数字孪生的真实列车与虚拟轨道交通环境的融合测试，实现安全、高效、便捷的轨道交通综合能力测试。
19.本发明的关键在于：通过将真实环境和仿真环境进行有机结合，实现对城市轨道交通系统运行状态的仿真验证，平台结构如图1所示。
20.真实列车及场景：即现场的真实环境，包括真实的列车、轨道等。
21.计算引擎：负责处理仿真和模型的运算，提供高效的计算能力。由于仿真平台需要处理大量的数据和计算复杂的运算，因此计算引擎需要具备高效的计算能力，支持多线程和分布式计算，并能够快速响应用户操作和请求。此外，计算引擎还需要支持多种模型和算法，以满足不同的仿真需求。
22.存储系统：负责存储仿真和模型的数据，采集的数据及处理后的数据，并且管理数据的存取。存储系统需要支持大规模的数据存储和管理，并具备高可靠性和安全性。存储系统需要支持对历史数据和实时数据的快速访问和查询，并能够进行数据备份和恢复。同时，存储系统还需要支持多种数据格式和数据结构，以便于数据处理和分析。
23.数据采集与传输接口：采集接口负责从真实的场景中获取数据，传输接口负责数据双向传输。数据采集与传输接口需要能够从各种传感器和设备中获取数据，并能够实时传输数据到仿真平台中进行处理和分析。同时，数据采集与传输接口还需要支持多种数据格式和数据协议，并具备高可靠性和安全性。
24.数据处理器：负责将采集到的数据进行处理，包括数据清洗、数据预处理、数据转换等，使得数据适合在仿真验证平台中使用。数据处理器还需要支持多种数据类型和数据格式，并能够进行实时数据处理和分析。
25.场景管理器：负责管理仿真场景的生成和配置。具体来说，场景管理器负责定义、组织和管理仿真场景。它可以通过预先定义的场景模板，方便用户定义和管理仿真场景。
26.模型管理器：负责管理仿真模型的生成和配置。模型管理器需要能够根据用户需求快速生成和配置仿真模型。模型管理器需要支持多种模型类型和模型库，并能够进行模型参数的自定义和调整。
27.推理模块接口：负责处理推理模型的输入和输出，此接口可以通过接入强化学习等算法完成自动驾驶等任务。
28.虚实交互管理器：负责管理仿真场景和实际场景之间的交互。将虚拟环境与现实环境融为一体。
29.评估管理器：负责评估仿真结果的准确性和合理性，并出具评估报告。估管理器的主要目标是帮助用户评估仿真结果的质量和可靠性。
30.任务管理器：任务管理器通常用于管理并控制仿真中的各种任务和进程。它可以跟踪和监控模拟中正在运行的任务，包括模型的构建和仿真运行，数据的处理和分析等。任务管理器还可以提供资源分配和管理，例如分配计算资源和内存，并设置任务优先级，以便在需要时优先处理关键任务。
31.人机交互系统：负责处理用户与仿真系统的交互，提供用户友好的操作界面。
32.场景管理器的设计是该平台的一个重要组成部分，轨道交通系统的测试和验证需要完成多种复杂的任务场景，如列车运行、紧急制动等。因此，场景管理器需要支持多种任务场景的定义和实现，并能够快速、准确地完成任务。为此，场景管理器需要实现任务场景的定义和调度，从而实现测试和验证任务的高效完成。
33.场景管理器包含以下功能：1. 场景定义：场景管理器支持多种任务场景的定义。定义场景需要考虑场景类型、场景参数、场景元素、场景数据等多个方面。例如，针对列车运行的场景，需要定义列车速度、加速度、运行轨迹等参数；针对紧急制动的场景，需要定义制动距离、制动时间等参数。
34.2. 场景调度：场景管理器需要支持多种任务场景的调度。调度场景需要考虑场景类型、场景优先级、场景执行状态等多个方面。例如，某些场景需要按照固定的时间间隔或事件触发来执行；某些场景需要在其他场景执行完毕后才能执行；某些场景需要在紧急情况下立即执行，优先级较高。
35.3. 场景实现：场景管理器需要支持多种任务场景的实现。实现场景需要考虑场景元素、场景数据、场景交互等多个方面。例如，针对列车运行的场景，需要调用列车模型、运行控制算法等元素，同时需要与其他场景交互，如与障碍物碰撞场景交互，针对紧急制动的场景，需要调用列车制动模型、制动控制算法等元素，同时需要与列车运行场景交互。
36.4. 场景管理：场景管理器需要支持多种场景的管理。管理场景需要考虑场景创建、场景销毁、场景信息获取等多个方面。例如，场景管理器需要支持场景的动态创建和销毁，以及对场景信息的获取和展示，如当前场景状态、场景执行进度、场景执行结果等信息。
37.虚实交互管理器将虚拟环境与现实环境融为一体，实现了真实场景和仿真场景的有机结合，增强了仿真验证的真实性和可信度，其结构如图2所示。
38.虚实交互管理器包含虚部数据接口，实部数据接口，任务信息接口，交互中心。
39.虚部数据接口接收虚拟环境产生的数据，如虚拟列车的速度、加速度、位置、障碍物的位置等实部数据接口接收真实环境的信息，如真实列车的速度、加速度、位置等。
40.任务信息接口接受来自任务管理器下发的任务信息。任务信息规定了虚实如何进行交互。
41.交互中心根据任务信息，虚部数据、实部数据，完成虚实交互。交互中心在双向信息传递的基础上，可支持完成多种情形的虚实交互功能，如对应型虚实交互，非对应型级别虚实交互。
42.对应型虚实交互，即数字孪生级别的虚实交互，实物和虚拟一一对应交互，如在列车极限追踪测试中（见下面例子），列车a和列车b为对应型虚实交互，虚部数据接口接收列车b的数据信息，实部数据接口接收列车a的数据信息。交互中心根据任务信息的要求，将以上收集虚实信息进行整合，然后将整合的信息通过接口反馈给相应的列车，进而更新列车自身的信息。
43.非对应型虚实交互，这种交互方式指虚拟和实物进行交互，共同完成某一项任务，如在虚拟编组测试中（见下面例子），列车a和列车c（或列车d）的交互为非对应型虚实交互。上述车之间需要互相交互才能感知对方的存在，进而完成相应测试任务，虚部数据接口接收列车c（或列车d）的数据信息，实部数据接口接收列车a的数据信息。交互中心根据任务信息的要求，将以上收集虚实信息进行整合，然后将整合的信息通过接口反馈给相应的列车，进而更新列车自身的信息。如列车a通过信息交互可以感知前方和后方列车的位置信息、速度信息等。
44.下面以虚拟编组运行测试、列车极限追踪测试和障碍物检测测试为例进行阐述。
45.1 . 如无特殊说明，下面提到的列车包含其相应系统，如车载系统等2 . 下面示例中，均生成了实物对应的数字孪生体，该步骤是可选的，如果不产生数字孪生体，则虚实交互仅使用虚实交互管理器中的非对应型虚实交互功能。
46.一、虚拟编组测试在虚拟编组测试中，如果进行实物测试，需要采购多辆列车，投入较大，且测试安全性无法得到有效保障。如果使用虚拟仿真技术，则因为列车复杂的动力学难以建模，因此可能造成测试结果不准确。但是如果采用虚实交互方式进行测试，则可以避免上述情况。
47.如图3所示。列车a为真实列车，列车b、c、d为虚拟列车，其中，列车b为列车a的数字孪生体，列车c、d为纯虚拟列车。虚拟编组测试指列车a（列车b）、列车c、列车d组成一个编组，进而测试整个编组运行是否符合预期。
48.进行虚实交互方式进行虚拟编组测试的步骤如下。
49.1 . 通过人机交互接口向任务管理器下发虚拟编组测试任务。
50.2 . 场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b、c、d并搭建虚拟编组场景。
51.3 . 读取任务管理器的任务指令，指定列车b为列车a的数字孪生体。
52.4 . 列车c、d通过调用推理模块或者从存储系统读取运行所需数据。
53.5 . 列车a经过数据采集与传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行。
54.6 . 读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成虚拟编组测试任务，虚
实交互管理器处理列车b（列车a）与列车c、d的交互。因为列车b是列车a的数字孪生体，因此列车b与列车c的交互，也可以看做列车a与列车c的交互。
55.7 . 评估管理器，输出虚拟编组测试任务的评估报告。
56.8 . 读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
57.在整个上述过程中，计算引擎提供算力，支持仿真模型的运行，人员可以通过人机交互接口进行干预。通过读取整个测试过程产生的数据可以完成离线仿真。
58.二、列车极限追踪测试在列车极限追踪测试中，如果进行实物测试，即让两列真实的列车在轨道上运行，则一旦列车发生相撞，后果不堪设想。如果使用虚拟仿真技术，则因为列车复杂的动力学难以建模，因此可能造成测试结果不准确。但是如果采用虚实交互方式进行测试，则可以避免上述情况。
59.如图4所示。列车a为真实列车，列车b、c为虚拟列车，其中，列车b为列车a的数字孪生体，列车c为纯虚拟列车。列车极限追踪测试指列车b（列车a）极限追踪列车c。
60.进行虚实交互方式进行列车极限追踪测试的步骤如下。
61.1 . 通过人机交互接口向任务管理器下发列车极限追踪测试任务。
62.2 . 场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b、c并搭建列车极限追踪场景。
63.3 . 读取任务管理器的任务指令，指定列车b为列车a的数字孪生体。
64.4 . 列车c通过调用推理模块或者从存储系统读取运行所需数据。
65.5 . 列车a经过数据采集与传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行。
66.6 . 读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成列车极限追踪测试任务，虚实交互管理器处理列车b（列车a）与列车c的交互。因为列车b是列车a的数字孪生体，因此列车b与列车c的交互，也可以看做列车a与列车c的交互。
67.7 . 评估管理器，输出列车极限追踪测试任务的评估报告。
68.8 . 读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
69.在整个上述过程中，计算引擎提供算力，支持仿真模型的运行，人员可以通过人机交互接口进行干预。通过读取整个测试过程产生的数据可以完成离线仿真。
70.采用虚实交互方式进行测试，即使列车b（列车a）速度过快，撞上列车c，也不产生破坏，因为列车c是虚拟列车。在真实环境中列车a前方并无列车c。
71.三、障碍物检测测试如果将真实的障碍物放置在轨道上，那真实的列车一旦撞上去则会引发严重后果，因此可以采用放置虚拟障碍物的方式，即真实的列车在有障碍物的虚拟场景中运行，虚拟场景与真实的列车进行信息交互，列车感知的障碍物是虚拟场景中障碍物而非实际的障碍物，这样做的好处是即使列车刹车不及时，撞上的是虚拟障碍物因此不会对列车造成伤害。
72.如图5所示。列车a为真实列车，列车b为虚拟列车，列车b为列车a的数字孪生体，列车b前方的物体为障碍物。障碍物检测测试指列车b（列车a）在能够及时检测到前方的障碍
物并及时停车，避免与障碍物相撞。
73.进行虚实交互方式进行障碍物检测测试的步骤如下：1 . 通过人机交互接口向任务管理器下发障碍物检测测试任务。
74.2 . 场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b及其前进方向轨道上的障碍物，搭建障碍物检测场景。
75.3 . 读取任务管理器的任务指令，指定列车b为列车a的数字孪生体。
76.4 . 列车a经过传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行。列车b检测到前方障碍物信息后，经信息传输给列车a。列车a将实际运行信息传输给列车b。
77.5 . 读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成障碍物检测测试任务，即列车b（列车a）能够及时制动，防止撞上障碍物。虚实交互管理器处理列车b（列车a）与障碍物的交互。
78.6 . 评估管理器，输出障碍物检测测试任务的评估报告。
79.7 . 读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
80.在整个上述过程中，计算引擎提供算力，支持仿真模型的运行，人员可以通过人机交互接口进行干预。通过读取整个测试过程产生的数据可以完成离线仿真。
81.采用虚实交互方式进行测试，即使列车b（列车a）制动失败，撞上障碍物，也不产生破坏，因为障碍物是虚拟的。在真实环境中列车a前方并无障碍物。

技术特征：
1.一种基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，该平台包括计算引擎，用于处理仿真和模型的运算，提供高效的计算能力；存储系统，用于存储仿真和模型的数据，采集的数据及处理后的数据，并且管理数据的存取，其支持对历史数据和实时数据的快速访问和查询，并能够进行数据备份和恢复；数据采集与传输接口，用于从真实的场景中获取数据，并能够实时传输数据到仿真平台中进行处理和分析；数据处理器，用于将采集到的数据进行处理，包括数据清洗、数据预处理、数据转换等；人机交互接口，负责处理用户与仿真平台的交互，提供用户友好的操作界面；其特征在于，该平台还包括场景管理器，负责管理仿真场景的生成和配置，通过预先定义的场景模板，方便用户定义和管理仿真场景；模型管理器，负责管理仿真模型的生成和配置；推理模块接口，负责处理推理模型的输入和输出，并通过接入强化学习算法完成自动驾驶等任务；虚实交互管理器，负责管理仿真场景和实际场景之间的交互，将虚拟环境与现实环境融为一体；评估管理器，负责评估仿真结果的准确性和合理性，并出具评估报告；任务管理器，用于管理并控制仿真中的各种任务和进程，跟踪和监控正在运行的任务，包括模型的构建和仿真运行，数据的处理和分析等；其还提供资源分配和管理，例如分配计算资源和内存，并设置任务优先级，以便在需要时优先处理关键任务。2.如权利要求1所述的基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，其特征在于，所述场景管理器具体包括如下模块：场景定义模块，其支持多种任务场景的定义，包括定义场景类型、场景参数、场景元素、场景数据等；所述多种任务场景包括列车运行的场景和紧急制动的场景，针对所述列车运行的场景，场景定义模块定义列车速度、加速度、运行轨迹等参数；针对所述紧急制动的场景，场景定义模块定义制动距离、制动时间等参数；场景调度模块，其根据场景类型、场景优先级、场景执行状态执行多种任务场景的调度；根据不同的场景按照固定的时间间隔或事件触发来执行，或者按照紧急情况的优先级高低来执行，或者按照固定任务顺序执行；场景实现模块，其根据场景元素、场景数据、场景交互进行多种任务场景的实现；针对列车运行的场景，调用列车模型、运行控制算法等元素，同时与紧急制动场景交互；针对紧急制动的场景，调用列车制动模型、制动控制算法等元素，同时与列车运行场景交互；场景管理模块，其根据场景创建、场景销毁、场景信息获取进行多种场景的管理；其支持场景的动态创建和销毁，以及对场景信息的获取和展示，包括当前场景状态、场景执行进度、场景执行结果等信息。3.如权利要求1所述的基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，其特征在于，所述虚实交互管理器具体包括虚部数据接口，实部数据接口，任务信息接口，交互中心；虚部数据接口接收虚拟环境产生的数据，包括虚拟列车的速度、加速度、位置、障碍物的位置等；
实部数据接口接收真实环境的信息，包括真实列车的速度、加速度、位置等；任务信息接口接受来自任务管理器下发的任务信息，任务信息规定了虚实如何进行交互；交互中心根据任务信息、虚部数据、实部数据，完成虚实交互；交互中心在双向信息传递的基础上，完成多种情形的虚实交互功能，所述虚实交互功能包括对应型虚实交互和非对应型级别虚实交互；所述对应型虚实交互为实物列车a和虚拟列车b一一对应交互；虚部数据接口接收虚拟列车b的数据信息，实部数据接口接收实物列车a的数据信息；所述非对应型虚实交互，为实物列车a和虚拟列车c或d并非一一对应的进行交互，虚拟列车c或d和实物列车a共同完成任务，虚部数据接口接收虚拟列车c或d的数据信息，实部数据接口接收实物列车a的数据信息；交互中心根据任务信息的要求，将以上收集虚实信息进行整合，然后将整合的信息通过接口反馈给相应的列车，进而更新列车自身的信息。4.如权利要求3所述的基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，其特征在于，所述虚实交互管理器设置有虚拟编组测试；所述虚拟编组测试的步骤如下：（4.1）通过人机交互接口向任务管理器下发虚拟编组测试任务；（4.2）场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b、c、d并搭建虚拟编组场景；（4.3）读取任务管理器的任务指令，指定虚拟列车b为实物列车a的数字孪生体；（4.4）虚拟列车c、d通过调用推理模块或者从存储系统读取运行所需数据；（4.5）实物列车a经过数据采集与传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与虚拟列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行；（4.6）读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成虚拟编组测试任务，虚实交互管理器处理虚拟列车b与列车c、d的交互；（4.7）评估管理器，输出虚拟编组测试任务的评估报告；（4.8）读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。5.如权利要求3所述的基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，其特征在于，所述虚实交互管理器设置有列车极限追踪测试；所述列车极限追踪测试的步骤如下：（5.1）通过人机交互接口向任务管理器下发列车极限追踪测试任务；（5.2）场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b、c并搭建列车极限追踪场景；（5.3）读取任务管理器的任务指令，指定虚拟列车b为实物列车a的数字孪生体；（5.4）虚拟列车c通过调用推理模块或者从存储系统读取运行所需数据；（5.5）实物列车a经过数据采集与传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与虚拟列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行；（5.6）读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成列车极限追踪测试任务，虚实交互管理器处理列车b与虚拟列车c的；（5.7）评估管理器，输出列车极限追踪测试任务的评估报告；（5.8）读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。
6.如权利要求3所述的基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台，其特征在于，所述虚实交互管理器设置有障碍物检测测试；所述障碍物检测测试的步骤如下：（6.1）通过人机交互接口向任务管理器下发障碍物检测测试任务；（6.2）场景管理器调用模型管理器生成虚拟列车b及其前进方向轨道上的障碍物，搭建障碍物检测场景；（6.3） 读取任务管理器的任务指令，指定虚拟列车b为实物列车a的数字孪生体；（6.4）实物列车a经过传输接口、数据处理器与虚实交互管理器完成与虚拟列车b互相传输信息，实现信息共享，同步运行；虚拟列车b检测到前方障碍物信息后，经信息传输给实物列车a，实物列车a将实际运行信息传输给虚拟列车b；（6.5）读取任务管理器任务指令，控制虚实交互管理器完成障碍物检测测试任务，即虚拟列车b能够及时制动，防止撞上障碍物，虚实交互管理器处理列车b与障碍物的交互；（6.6）评估管理器，输出障碍物检测测试任务的评估报告；（6.7）读取任务管理器任务指令，判断是否需要存储整个测试过程产生的数据，如果需要存储，则调用存储系统。

技术总结
本发明提供了一种基于虚实交互的城市轨道交通仿真验证平台。通过采用虚实交互技术构建城市轨道交通仿真验证平台，实现真实场景与虚拟场景之间的联动和反馈功能，进而完成城市轨道交通各项任务的仿真测试和验证。通过引入虚实交互技术，使仿真更加逼近实际，提高了仿真的可信度和有效性，解决了以往仿真方法的各种弊端，为城市轨道交通仿真和验证问题提供了新的解决方案，对城市轨道交通系统的研发、设计、测试和调试具有重要意义。计、测试和调试具有重要意义。计、测试和调试具有重要意义。


技术研发人员：魏运 杨军 赵华伟 陈炎 程晏 臧烁 张岚 朱鸿涛 禹丹丹 陶宇龙 谢莎婷 赵丽媛 郭浩 赵晔
受保护的技术使用者：北京市地铁运营有限公司技术创新研究院分公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/6/7