仿真模型范文

导语：如何才能写好一篇仿真模型，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

    概念模型作为真实世界向仿真实现转换的一个阶段,在仿真系统的开发中发挥着极其重要的作用,但前提是其本身是正确且可信的。概念模型表达真实世界的可信程度如何,是否建立了正确的模型,这些问题往往需要通过概念模型验证来实现。概念模型验证是确保仿真可信度的基础。目前国内外对于概念模型验证已有一些研究成果。美国国防部建模与仿真办公室(DMSO)颁布了VV&ARPG,用于指导仿真系统的校核、验证和确认(Verification,ValidationandAccreditation,VV&A)工作。许多仿真界的专家如OsmanBalci、DaleK.Pace、RobertG.Sargent等也在论文中讨论了概念模型的验证问题[1-3]。从目前的研究情况来看,关于概念模型验证的层次、内容和标准等问题讨论得较少,许多学者都给出了概念模型验证的方法,但对于如何选择这些方法、如何将验证方法与验证的内容相关联等问题研究得较少。因此,本文将在综述国内外概念模型验证方法的基础上,重点探讨概念模型验证方法的选择问题。

    2概念模型验证概述

    2.1概念模型验证的定义和任务概念模型验证(ConceptualModelValidation,CMV)是仿真系统VV&A过程中的重要阶段和基本活动,其目的和结果是为了得到优质的概念模型。概念模型验证试图发现并纠正概念建模阶段中出现的错误,确保问题域的特征和结果都全面而准确地得到认可。在明确了概念模型验证的作用后,可以对其定义如下:定义1:概念模型验证是以概念模型为输入,概念建模和验证人员采用一定的验证方法和验证工具,在领域专家的共同参与下,通过一系列检查、比较、验证和修改等活动,最终得到优质概念模型的过程。概念模型验证的主要任务是根据特定的建模目的和目标,考察概念模型在其作用域内是否准确地代表了实际系统,确定模型描述真实世界预定目的的程度,也就是说模型的输出在多大程度上与人们对真实世界相关对象领域的理解一致。概念模型验证的具体任务是检验概念模型的完备性、一致性、正确性。完备性是指所构建的概念模型对系统完成使命是否充分;一致性是指所构建的概念模型是否相互一致且不相互矛盾;正确性是指所构建的概念模型是否保证正确完成系统使命。

    2.2概念模型验证的层次和内容概念模型验证具有一定的层次性。罗爱民博士在博士论文中基于认识论以及信息科学理论指出,系统的体系结构所蕴含的信息包括三个层次:语法信息、语义信息和语用信息[4],以语法、语义和语用这三个层次来划分体系结构分析与验证。本文采纳罗爱民论文的分法,将概念模型验证划分为语法层概念模型验证、语义层概念模型验证和语用层概念模型验证三个层次。下面针对每个层次的特点,分析其具体的验证内容:1)语法层概念模型验证是指从概念模型的描述样式来考虑,只注重概念模型在形式上的正确与否,而不关心概念模型的实质内容。根据概念模型的描述方法和语言不同,语法层验证的内容和重点也各不一样[5]。2)语义层概念模型验证是指检查概念模型是否客观地反映了真实世界中的过程、实体、交互等要素,在语义上是否有冲突,是否符合逻辑。它主要包括:语义的正确性、语义的完整性和语义的一致性。语义正确性验证是指在模型中的对于待开发系统的功能、行为、性能的表述必须与用户对目标系统的期望相吻合,即分析模型中所描述的每一项内容都代表了对于待开发系统的真实要求;语义完整性验证是指检查概念模型所表达的内容是否完整,是否缺少相关的描述要素;语义一致性验证是指检查描述系统各种特征的概念模型是否存在不一致的现象。3)语用层概念模型验证是指在语法、语义层次的信息都正确、一致、完备的前提下,检查概念模型所发挥的效用是否满足需求以及满足需求的程度。由于概念模型处在仿真系统开发的初期阶段,对功能的验证很难进行。容易陷入两难境况:一是陷入冗余和琐碎,一是遗漏重要需求。充分且必要的功能要求的界限很难把握,缺少严格的判断标准。目前主要是人工审阅,依靠专家的经验来主观判定功能需求的正确性和完备性[6]。

    3概念模型验证方法的现状分析目前,国内外已经有很多关于概念模型验证方法的研究成果。美国国防部(DoD)建模与仿真办公室(DMSO)在VV&ARPG中总结了76种验证方法[7]。许多仿真界的专家如OsmanBalci、DaleK.Pace、RobertG.Sargent等也在论文中讨论了概念模型的验证方法[1,2,3,8]。通过总结,可以将概念模型的验证方法分为专家评审法、折衷分析法、形式化验证方法和可执行验证方法四类。

    3.1专家评审法专家评审法是目前广泛使用的概念模型验证方法。该方法实施的主要过程是:组织一个由领域专家组成的评审小组,专家依据自己的知识和经验,采用阅读的方法检查概念模型的设计文档。这种方法虽然比较常用,而且简单易行,但它存在着以下三个主要问题:第一,难以处理大型、复杂的概念模型文档。对于大型的仿真系统,其概念模型可能是一份多达几百页的文档。面对这样庞大的文档,由于精力问题,极少有人能够认真地检查每一部分、每一细节,从而使得概念模型验证过程仅仅是一种形式,不能达到其原本目的。第二,这种方法的主观性较强,往往由于专家的知识结构、经验水平等因素影响,验证结果存在一定偶然性。第三,验证过程需要较长的时间。组织多人参加的评审会议,由于受时间、地域等因素限制,往往比较困难。同时,多个专家对于许多问题难以达成一致意见,这也在一定程度上延长了验证的过程。

    3.2折衷分析法折衷分析法是由美国卡内基梅隆大学软件工程研究所首先提出的,该方法可以用于对概念模型的各种非功能性指标(如性能、可更改性、可靠性、安全性等,也称为质量属性)进行折衷分析。该方法的优点是在系统各类相关角色的参与下,确定各类质量属性的一个折衷方案,有利于模型设计在相关各方达成共识;但其缺点是建立与实际系统吻合的质量属性模型非常困难,但却是得出正确评价结果的关键,另外,该方法无法对模型的行为特性进行验证[9-10]。

    3.3形式化验证方法形式化验证方法是通过严格的逻辑运算或推理来发现概念模型的问题,是最精确、最严格的方法。对于采用严格的数学定理表达式描述的概念模型,一般采用这种方法。比较常见的形式化验证方法有:基于Statecharts的形式化验证方法[11]、模型检测方法(ModelChecking)[12]、基于本体的形式化验证方法[13]等。形式化验证方法的优点是具有严格的语义规则,验证过程严密,不过也存在以下不足:一是因为研究比较初步,还只是侧重于完备性、一致性等比较容易的验证内容,但是对于逻辑性、合理性等比较复杂的验证则没有涉及;二是定义在核心实体上的验证规则很不全面,而且依赖于体系结构的形式化描述,不具有通用性。目前对于形式化验证方法的研究还比较少,研究深度也不够,不过该方法的精确性和严密性等特点也决定了它将是以后概念模型验证方法研究的主要发展方向。

    3.4可执行验证方法可执行验证方法是一种人机交互的验证方法,模型按照过程逻辑进行“执行”,其结果正确性依赖领域专家的判断。该方法首先由乔治?梅森大学系统体系结构实验室提出的,可以用于验证模型的逻辑性、合理性等动态特性,即侧重于模型验证的语法和语用层次。其基本思路是以概念模型为基础,转换为某种可执行模型(如有色Petri网(CPN)、增强型功能流框图等),添加某些信息后,运行该可执行模型,验证概念模型描述中的动态行为是否按预期的顺序执行,是否有逻辑冲突,能否达到预期的效果,另外,还可以通过模型运行收集数据,对概念模型的部分性能参数进行评价。目前关于可执行验证法主要有三种思路,分别从不同方面对概念模型的动态行为进行验证:思路一:从概念模型的结构化描述中,利用活动模型、数据模型的组合构建CPN可执行模型[4,14]。其主要思想是以IDEF0进行结构化描述,把每个活动变为Petri网的转移,每个连接两个活动的IDEF0箭头用“弧线-位置-弧线”来替换,信息用于规定令牌的颜色设置,最后通过CPN模型的执行结果来判断其是否符合需求。由于IDEF0是静态模型,缺少对输入数据、输出数据等时序关系的描述,因此,在生成对象Petri网模型中,缺少相关信息,需要人工干预的因素较多。思路二:从基于UML的概念模型面向对象描述中,利用UML的类图、活动图、协作图的组合构建CPN可执行模型。其主要思想是首先将UML类图中的类转化为两种类:一种是只有属性没有操作的“属性类”,另一种是只有操作没有属性的“操作类”,如果一个类既有属性又有操作,则要转换成两个类;然后将关联类置换为位置,关联类中属性设置为位置中令牌的颜色,又将操作类置换为转移,如果类中有多个操作,则可建立转移的子转移;再次是根据协作图或活动图确定弧线的方向,最后利用规则模型中的规则产生弧线标识、规则模块。该方法相对于思路一的优势在于:CPN模型中的位置、转移和令牌的设置都来源于类图,而第一种思路则来源于不同的模型,增加了模型的构造难度,但该思路的缺点是UML的描述方法不如结构化的描述方法形象直观,而且UML类图和IDEF0模型类似,也是静态模型,需要较多的人工干预。思路三:利用相关软件实现概念模型的可执行验证,例如Telelogic公司的TAUG2软件。这种思路提出了将不同作战节点的状态图进行连接,然后根据不同的想定将其以时序图的方式进行执行,具有一定的可操作性和实用性,但其主要问题是无法对概念模型的行为特性进行完整的评价,且该方法只能以UML的描述为基础,不具有通用性。

篇2

关键词： 玫瑰线； 轨迹； 仿真实验； Mathematica软件

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）04-01-03

Model of rose curve trajectory and simulation experiment

Wang Fugui1， Wang Jianwei2

（1. College of Arts and Sciences， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801， China；

2. College of Information Science and Engineering， Shanxi Agricultural University）

Abstract： The model of rose curve trajectory is given in this paper in which it is proven theoretically. A simulation experiment has been done using mathematical software. Both the theory and experiment indicate that when ， ρ=acosnθ can be achieved. The formation rule of the rose curve is revealed based on motion. Theoretical evidence for related mechanical drawing is provided.

Key words： rose curve； trajectory； simulation experiment； Mathematical softwares

0 引言

玫瑰线的极坐标方程为ρ（θ）=acosnθ，如ρ（θ）=acos3θ表示3叶玫瑰线，ρ（θ）=acos2θ表示4叶玫瑰线等[1，2]。由于玫瑰线的曲线美观，所以使用玫瑰线可以设计出许多非常漂亮的几何图案[3]。许多学者对玫瑰线的几何特性作了研究，熊作朝先生研究了玫瑰线的周长[4]，潘陆益先生等研究了玫瑰线的花瓣数及周期性等[5，6]，李星秀先生等研究了逐点生成算法[7]。玫瑰线有许多实际应用，如扫描瞬时视场[8]，安全底纹的设计[9]等。本文建立了玫瑰线的轨迹模型，并使用Mahtematica程序设计语言编写了玫瑰线轨迹仿真程序[10，11]。

1 轨迹模型

1.1 模型描述

如图1所示，设动圆半径为，动圆圆心初始位置为A（，0），动圆上的动点Q的初始位置为B（a，0），动圆的圆心P绕着原点O（0，0）匀速公转，角速度为ω（ω>0时为逆时针旋转，ω

1.2 模型证明

由于P点旋转的角速度为ω，Q点旋转的角速度为kω，故在t时刻时∠AOP=ωt，∠BPQ=kωt，如图2所示。所以动点Q在t时刻的直角坐标为：

⑴

t时刻Q点与原点之间距离平方为：

⑵

假设t时刻Q点在极坐标系下的极角为θ（t），则

⑶

当t充分小时，与均位于第1或第4象限，故。

取，从而有：

⑷

下面验证对于任意的时刻t时，⑷式均成立。现把⑷式转换为直角坐标系下坐标。

⑸

⑹

由⑸式与⑹式可知，Q运动轨迹的极坐标方程为

⑺

1.3 模型应用

从⑺式知，模型中的参数k取不同的值，将得到不同的玫瑰线轨迹。令，得，故当模型中的参数时，即得到模型中Q点的运动轨迹为玫瑰线ρ（θ）=acos（nθ）（n≠1）。

2 仿真实验

2.1 仿真程序

我们在Mathematica7.0环境下编写了模型仿真函数roseLineTrajectory，函数roseLineTrajectory输出动点Q的运动轨迹。源代码如下：

roseLineTrajectory[a_， k_， Dynamic[t_]] ：=

DynamicModule[{angleCalc， p， q， tt， g}，

g[] ：= （p = RotationMatrix[t].{a/2， 0}；

（*点P在t时刻位置*）

q=RotationMatrix[k t].{a/2， 0}；

（*点Q在t时刻相对于P点的偏移量*）

Show[Graphics[{{Dashed， Circle[{0， 0}， a/2]

（*P点运动轨迹*）}，

{Dotted， Circle[p， a/2]}，

Circle[p， a/2， {Min[k t， 0]， Max[k t， 0]}]，

Circle[{0， 0}， a/2， {Min[0， t]， Max[0， t]}]，

PointSize[Medium]，

Point[p]，

Point[p+q]，

Arrow[{{0， 0}， p}]， Arrow[{p， p + q}]}，

PlotRange->{{-a-0.1， a+0.1}，{-a-0.1，a+0.1}}，

Axes -> True，

AxesLabel -> {x， y}]，

ParametricPlot[

RotationMatrix[u].{a/2， 0} +

RotationMatrix[k u].{a/2， 0}， {u， -10^-8， t}，

PlotStyle -> Thick，

PerformanceGoal -> "Quality"]]）；

LocatorPane[Dynamic[tt，

（angleCalc @@ Normalize /@ {#， tt}） &]，

Dynamic[g[]]， Appearance -> None]，

Initialization ：> （tt = {1， 0}； t = 0；

angleCalc[newp_， oldp_] ：= （t = t +

ArcCos[newp.oldp] Sign[Cross[newp].（newp-oldp）]；

tt={Cos[t]， Sin[t]}））

]

2.2 仿真程序测试

要得到3叶玫瑰线轨迹，可取参数k=-2，故调用模型仿真函数如下：

roseLineTrajectory[1， -2， Dynamic[t]]

输出仿真交互界面如图3所示。

使用鼠标在图3中拖动点P，可使点P绕原点旋转，程序将动态地输出动点Q所划过的轨迹，如图4所示。

当P点旋转一周以上时，得到Q点的运动轨迹为一条封闭的3叶玫瑰线ρ（θ）=cos（3θ），如图5所示。

取参数时，输入：

roseLineTrajectory[1， -4/3， Dynamic[t]]

可得到如图6所示的7叶玫瑰线。

3 结束语

本文建立了玫瑰线的轨迹模型，对模型进行了计算机仿真实验，通过实验验证了理论的正确性。通过调整模型中参数k的值，可以得到不同的玫瑰线轨迹，故该模型可以应用于机械绘制任意玫瑰线，可使玫瑰线的应用更加广泛。

参考文献：

[1] 同济大学数学教研室.高等数学上册（第4版）[M].高等教育出版社，1996.

[2] 李亿民.关于多叶玫瑰线的一个注记[J].山东理工大学学报（自然科学版），2009.23（2）：88-90

[3] 杨涛，王坤茜，徐人平等.函数图形中的玫瑰线在纺织中的应用[J].毛纺科技，2008.10：40-43

[4] 熊作朝.关于玫瑰线周长的一个恒等关系[J].思茅师范高等专科学校学报，2011.27（3）：13-14

[5] 潘陆益.玫瑰线及其应用研究[J].计算机应用与软件，2008.25（10）：236-238

[6] 金义明，张三元.广义玫瑰线及其应用[J].计算机应用研究，2004.3：170-171

[7] 李星秀，康宝生.玫瑰线和普通旋轮线的逐点生成算法[J].计算机工程与设计，2006.27（5）：746-748

[8] 张磊，裘雪红.一种新的确定"玫瑰线"扫描中瞬时视场的方法[J].红外技术，2003.25（1）：44-47

[9] 亓文法，李晓龙，杨斌等.动摆线及其在安全底纹设计中的应用[J].计算机辅助设计与图形学学报，2008.20（2）：267-272

篇3

“俄罗斯现代级Ⅱ型导弹驱逐舰”模型的构件均由塑料注塑而成，所有零件都在注塑件模板上。尽管大多数零件需要涂胶进行组装，但尚有一些零件是通过紧密配合组装的，如炮台、甲板等可随时拆卸转动。在制作过程中，用胶粘接小零件时，涂胶要尽量少，可用针、牙签蘸取胶水再涂在粘接点上；粘接微小零件时，可用镊子夹着，并注意手要稳、防止夹取物崩掉。

单个零件的喷涂（图1～图7）应在粘接之前，遵循“先上色后粘接”原则。上色时，可先为模板上色，待干后再将零件剪下来粘接；也可将零件剪下修饰后，用镊子夹住一个个上色；或把小零件先胶粘于相应位置再进行喷涂，如果粘接点上有漆则应先用刀刮掉。

塑料模型一般用塑料喷涂颜料喷涂上色，优点是喷涂效果好，缺点是需使用气泵和喷笔，成本较高。初学者可用罐喷漆进行喷涂，虽然效果不很理想，但成本低。

“俄罗斯现代级Ⅱ型导弹驱逐舰”模型除了船体的水下部分需要套色喷涂，其余部分均为单一上色。

喷漆上色的第一道工序，是用底漆喷一遍（田宫自喷漆B-505-1000漆号）。第一次喷涂既要薄还要均匀，这样干得快，有利于第二次和第三次的喷涂。通过三次喷涂，模型的颜色会均匀、光泽度好。

船体的水下部分需要套色喷涂。喷涂前先把不上色的部分用胶带遮住，注意胶带边缘粘贴密实，不要留有缝隙和褶皱。为达到最好的上色效果，喷涂的地方可用刀或细砂纸先修整磨平，颜料则要少喷、勤喷，防止一次性喷漆过多留下流淌痕迹，影响外观质量。待颜料干后，把遮挡胶带取下。取下时切忌快速撕拉，应沿着上色边缘轻轻将其向外翻转，这样喷涂上的色皮就不容易被撕掉了 。

对仿真模型来说，除了准确的拼装外，正确的涂装同样十分重要，也是整个模型制作的关键步骤。喷涂上色时需要注意几点。

第一点是喷涂时各种颜料的粘稠度。模型上色时，既要让喷涂的涂层薄而匀，又不至影响零部件的精细程度，因此粘稠度要调配得适当。较稠涂料喷出的涂层十分粗糙，用高倍放大镜看时表面都是细小的颗粒，影响模型美观，此时可在颜料中加入适量稀释剂。

第二点是喷枪或喷笔与模型的距离。如果太近，会因漆量过多导致颜料下淌；如果太远，则会造成颜料的浪费。

第三点是套色喷涂时的上色顺序。若喷涂带迷彩的舰船模型，遮挡物非常关键。一般可选择低粘度的胶带纸，如电工用胶布、不干胶纸等，模型商店则有专门的遮挡用纸出售。喷涂迷彩时要仔细研究喷涂颜色的顺序，即先喷什么颜色，后喷什么颜色。顺序不合理会造成遮挡困难和重复施工。

喷涂小零部件时可用镊子夹住进行。相同颜色的零件，最好粘在贴有双面胶的木片或纸板上一起喷涂。而且，要注意粘牢零部件，否则它们容易被喷枪的高压气流吹走，造成丢失。

小零部件的组装

组装小零部件时，也可用镊子进行。为了不使模型零件漆层表面损坏，可在镊子尖处用布胶带（俗称橡皮膏）缠绕一下。装配较大的零部件时，则应戴布质细线手套，防止污染模型表面。万一发现有些零部件涂装失败，可用涂料的稀释剂将涂层洗去，再重新喷涂。如果发现零件上有细小漏漆的地方，可用毛笔蘸取颜料补漆。在两种漆层交界的部位，如有一种漆多余，则可用另一种颜色的漆遮挡，或用极细的水砂纸磨掉。

在模型套材的装配图中，标有模型各处颜色的标号和要求。同一品牌的模型颜色标号可从该模型厂家出品的模型样本或手册中查找。如有需要调配的涂料颜色，应尽量达到说明书中的要求。

模型上的天线，可充分利用模型套材，如不同直径的细棍、细丝，用“拉丝”方法获得。具体做法是：在模型塑料框架上取一小段塑料棍，先用蜡烛或酒精灯微微加热，然后用双手将其轻轻拉长，一条粗细均匀的细丝就做成了。当然也可选用其他材料，如塑料片、金属片、金属丝、金属管等，通过粘制或焊制而成。舰艇模型上的雷达天线、栏杆等，可先用金属丝焊制（图8），涂装后再与主体装配。

模型船体的总体组装

把模型船体和甲板上建筑的每个零部件都粘接完成后，即要对其进行整体组装。组装前先把电源部分安装完毕，打开开关调试好。对整体进行组装时，需关注模型的美化装饰（图9），上甲板时应特别注意在组合边缘处涂上硅胶，保证不漏水。至此，一条完整的F4模型就完成了，接下来便可开始航行训练。

篇4

关键词：后勤仿真；后勤保障行动；组件化

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）001-0096-02

0引言

当前，后勤模拟已成为后勤训练、后勤保障方案验证、后勤装备论证等必不可少的手段。通过模拟，可以得到与现实系统全似或相似的仿真系统，利用仿真系统的可重复性和可调整性来研究有关的后勤问题值得关注。实践证明，后勤仿真模型作为后勤模拟仿真系统的核心，其质量对模拟仿真和训练效果起着至关重要的作用。

我军后勤已经开发出了各种专业的模拟系统，积累了不同种类的后勤专业模型，例如后勤指挥模拟系统、油料保障模拟系统、卫勤保障模拟系统等。这些模拟仿真系统和模型种类繁多、专业性强、结构复杂、涵盖面宽，为我军后勤的模拟仿真建设提供了有力的支持。20世纪90年代后，现代高新技术武器广泛进入作战领域，使得战争形态、作战环境发生了重大变化，由此引发了作战样式、作战方法和后勤保障的革命性变化，这一切向我军的军事斗争准备后勤保障问题研究和后勤仿真模拟训练，以及后勤保障仿真模型的研究工作提出了严峻的挑战。

1后勤仿真模型体系结构

原后勤仿真模型体系的特点是模型没有独立性、与应用紧密结合、相关性强。新的后勤仿真模型体系结构划分为5个层次：粒度层、形式层、功能层、用途层、表达层。

（1）粒度层：元模型、实体模型、动作模型、任务模型、系统模型。

元模型是粒度最小的模型，也称颗粒模型。分物元模型、动元模型和数元模型。物元模型有燃烧室、变速箱、管线等模型；动元模型有气动模型、散布模型、探测模型、流模型；数元模型有数学函数、基本方程式等。

实体模型是最小的受控后勤行动单元模型。如各类运输工具、装卸设备、手术台、单兵等。

动作模型是最基本的战术科目模型。如抽组、各类运输保障、加油、装载、卸载、手术等。

任务模型是完成预定的后勤保障行动模型，如派出运输分队、前送物资、前接伤员等。

系统模型是复杂系统模型，分为单专业模型和多专业综合模型。单专业模型有后勤指挥和后勤各专业勤务保障模型系统，多专业综合模型有联合作战后勤综合演练保障模型系统等。

（2）形式层：概念模型、数学模型、逻辑模型、程序执行模型。

概念模型：对客观世界的第一次抽象，用文字方式定性描述。

数学模型：对客观世界的第二次抽象，用数学符号方式定量描述。

逻辑模型：对客观世界的第二次抽象，用逻辑符号方式定量描述。

程序执行模型：对客观世界的再现，用视觉、声觉、嗅觉、味觉、触觉等人类感官能感受的方式描述。

（3）表达（描述）层：实物模型、机电模型、外观几何模型、数字解析模型。

实物模型：用按比例缩放方式对客观事物再现的模型。

机电模型：用机械和电器设备对客观事物再现的模型。

虚拟几何模型：用三维动画或虚拟现实方式对客观事物再现的模型。

数字解析模型：用数学式和逻辑式方式对客观事物描述的模型。

（4）功能层：优化计算模型、判断决策、行动仿真模型、效果评估模型。

计算模型：用于战术或后勤勤务计算的数学模型。

判断决策：用于后勤指挥决策计算的优化模型。

行动仿真模型：用于后勤保障行动模拟的仿真模型。

效果评估模型：用于评估后勤训练效果或后勤保障效果的计算模型。

（5）应用层：后勤指挥模拟训练及后勤专业模拟训练等。

2后勤仿真模型柔性构造技术

在柔性模型框架下，调用不同粒度的多个模型，依据其相互间的依赖或控制关系，根据军事知识和规则建立逻辑关联，形成仿真应用系统，最终实现仿真应用。

模型的基本组成形式是：输入口、输出口、控制口、基础环境和模型本体。分别包括：输入口：输入模型运行必需的初始数据或信号；基础口：提供模型运行所需的公共数据；控制口：输入运行控制指令或数据；输出口：输出结果数据或情况报告。

模型一般由柔性框架和多个元模型及下级模型组件，按照内在关系和运行规则组合构成。柔性框架依据任务，按照军事规则和知识，顺序调度相关模型组件，形成模型功能。

3基于组件化的后勤仿真模型构建

3.1构建组件化的后勤仿真模型基本思路

面向对象技术（ObjectOriented）尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题，具有对象封装性和类的继承性，开发的软件具可复用、易扩展、易维护、易集成等特性。

随着软件科学的进一步发展，要求软件能在更为广阔的环境中应用，面向对象的思想已经难以适应这种分布式软件模型，于是组件设计思想得到了迅速的发展。组件技术的基本思想是：将大而复杂的软件应用划分为一系列功能独立、可先行实现、易于理解、开发和调整的组件。

比较成熟的组件技术规范有：OMG（ObjectManangementGroup，对象管理组织）颁布的CORBA（公共对象请求构架）、微软公司推出的组件对象模型DCOM/COM、SUN的JavaBeans。

构建组件化后勤仿真模型具有下列优点：①组件可以先行开发，提高模型的开发效率；②各个组件提供标准化接口，对模型的开发进行了规范；③后勤各专业对组件模块的开发实行分工负责，避免开发的不必要重复，提高组件的可重用性，降低开发成本。

3.2构建组件化后勤仿真模型的步骤

构建组件化后勤仿真模型分为下列3个阶段：

（1）需求分析阶段。通过需求分析确定系统的总体目标，并把系统划分成一系列易于实现和维护的模型组件。

（2）组件模型的设计与实现阶段。主要建立模型，进行模型验证、校核和确认（VV&A），设计和定义模型组件的接口。

（3）模型组件的使用管理阶段。主要是进行组件入库，通过调用组件的接口实现组件的使用。

3.3构建基于组件化的后勤保障行动模型

通过吸收组件思想，将模型系统划分成一系列模型模块；然后通过模型的实现工具OMDT和编程语言，把模块实现为标准的组件，并将各组件存入模型库；再通过选择组件，调用组件的接口，以使用模型组件提供的全部或者部分功能，从而实现后勤模型系统的特定功能。

建立标准科学、规范合理和标准统一的各类后勤专业不同应用层次的仿真模型库，能够全方位支撑学院研究性演习、示范性演习和检验性演习、想定作业、战例研究等实践性教学方式，在学院综合演习中，实现对后勤指挥活动和环境进行模拟仿真，模拟后勤所属分队执行后勤保障任务，辅助后勤各专业的勤务计算以及任务预计等功能，达成练谋略、练指挥的训练目的。在军队院校联合演习中，实现与其它军兵种模型之间的数据交互，在联训中体现后勤对作战的制约作用。

参考文献：

篇5

关键词：沙盘仿真模型；建筑材料管理；节约成本

在城镇化进程不断加快的背景中，建筑工程的数量发生了显著增加。在这种情况下，建筑材料管理工作逐渐暴露出一些问题。对于建筑企业而言，这些问题的存在不仅会增加采购建筑材料的成本支出，还会对其经济利润的获取产生干扰作用。因此，应在充分意识到当前建筑材料管理不足的基础上，引入新的管理模式与方法。

1建筑材料管理现状

由于受到管理方法不当、管理观念不合理等因素的影响，当前我国的建筑材料管理工作中仍然存在一些问题，如建筑材料浪费、建筑材料储存环节出现质量问题等。这种状况对建筑工程施工产生了一定的干扰作用，甚至影响建筑企业的经济效益。在这种情况下，提升建筑材料管理质量的重要性不言而喻。

2沙盘仿真模型在材料管理中的应用

2.1采购管理方面。从成本角度来讲，建筑材料在整个建筑工程项目成本中所占的比重约在40%左右。因此，对于建筑企业而言，建筑材料的采购无疑是其主要支出项目之一。当建筑材料采购量远远超出工程施工需求或材料使用过程中存在材料浪费等问题时，将引发资源浪费。为了改善这种状况，可将沙盘仿真模型引入建筑材料的实际管理工作中。在制定建筑材料采购计划前，根据当前建筑工程的实际施工需求及相关信息，建立基于材料的沙盘仿真模型。确保沙盘模型与实际状况符合后，参照沙盘仿真模型修正现有采购计划中的不足，提升采购计划与建筑材料需求之间的契合性水平，以降低采购环节的资金投入，保障建筑企业的利益不受损害。2.2储存管理方面。结合我国传统建筑材料的储存管理工作来看，由于受到管理疏忽、管理方法不当等因素的影响，部分建筑材料进入工程施工现场前，会产生不同程度的损坏及缺失问题。为了改善这种状况，提升储存管理质量，可将沙盘仿真模型引入储存管理的数据信息录入环节中，将传统的纸质记录或信息化记录模式转化为双重记录模式：即在运用计算机录入相关建筑材料数据的同时，构建储存材料信息的沙盘仿真模型，为储存管理人员提供更加直观、立体的信息成果。在日常工作中，管理人员可通过沙盘仿真模型迅速判断各种建筑材料的剩余量，抑制储存管理中的偷窃材料或不恰当储存导致材料损坏问题。例如，在建立沙盘仿真模型时，可根据各类建筑材料水泥、工程塑料、木材等的储存条件要求，将其在模型中表示出来。在储存条件检查过程中，管理人员可迅速完成沙盘仿真模型与建筑材料储存条件要求的对比，进而检查出不恰当的储存条件问题，保障各类建筑材料的储存质量。2.3使用管理方面。传统建筑材料使用管理要求管理人员按照限额领料制度，细化完成每一种建筑材料的领取及使用记录。这种管理模式耗时较长，且很容易产生漏洞及问题。在建筑材料管理中引入沙盘管理模型后，可将传统的使用管理调整为模型动态化变更管理。当施工单位提出某种或多种建筑材料的使用申请后，管理人员可以直接对当前沙盘仿真模型进行调整。在整个建筑工程施工过程中，施工单位提交申请后，管理人员能够迅速通过沙盘仿真模型判断其所需建筑材料的剩余量，并及时制定采购计划[1]。若施工单位存在虚报材料消耗量、故意隐瞒材料使用状况等问题时，沙盘仿真模型可以为管理人员的判断提供可靠的参照依据，进而提升建筑材料的使用率，保障建筑企业的经济利益不受损害。2.4材料整理方面。当建筑工程项目进入竣工阶段时，建筑材料管理的工作量将迅速增加。在这一期间，管理人员需要负责完成建筑工程项目建筑材料计划使用量、材料实际使用量的核对，总结二者产生差距的原因；分类统计剩余的建筑材料，并开展材料入库工作；开展建筑残料、废料的处置与清理工作，在节约工程项目材料成本的同时，提升建筑工程项目施工的环保性水平。出于缩短竣工阶段建筑材料整理工作时间、提升管理工作效率的目的，可运用沙盘仿真模型对这项工作进行改善与优化。例如，可分别于建筑工程项目施工前、施工开始时，建立建筑材料计划使用沙盘仿真模型及动态性材料实际使用模型。相对于竣工阶段的繁琐性核对工作而言，沙盘仿真模型可有效缩短管理人员的核对时间，且核对过程中错误的几率将显著降低。

3沙盘仿真模型的应用策略

3.1管理人员培训策略。目前，传统建筑材料管理工作对管理人员的专业性要求相对较低。相比之下，基于沙盘仿真模型的建筑材料管理则对管理人员提出了较高的要求。为了保障沙盘仿真模型的有效应用，需根据管理人员的专业性水平、知识基础等要素，开展沙盘仿真模型应用的针对性培训工作。从沙盘仿真模型的介绍、应用优势入手，结合实例演示帮助管理人员建立正确的认知，更新其管理观念，使其对沙盘仿真模型管理模式形成一定的认同[2]。为了保证培训效果，还根据建筑企业的实际建筑材料管理需求，设置考核问卷，评估管理人员的学习质量，为沙盘仿真模型在建筑材料管理的应用奠定良好的基础。3.2强化施工监管策略。除了采购管理与储存管理外，后期的材料使用管理及核对管理直接受到建筑工程施工状况的影响。当施工单位并未按照建筑材料使用计划进行施工时，将会为材料管理工作带来一定的难度。因此，在引入沙盘仿真模型这种新型管理模式的同时，还应该加强对建筑工程施工监管工作的重视，协同材料外部管理与工程内部使用管理，缩小材料实际消耗与预期材料使用计划间的差距，间接提升沙盘仿真模型管理模式的管理效率。当监管中发现问题时，应在询问材料管理人员的建议后，采取适当的措施进行纠正，以提升建筑材料的利用率，遏制材料浪费等问题的发生。

4结束语

沙盘仿真模型的引入可以有效改善建筑材料管理质量，提升管理工作的效率。沙盘仿真模型的应用具体体现在建筑材料的采购管理、储存管理以及使用管理等方面。为了促进沙盘仿真模型作用的有效发挥，需要借助管理人员培训策略、强化施工监管策略，为这种新型管理模式的引入营造良好的环境。

作者:陈立峰 单位:江苏省徐州技师学院

参考文献：

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关键词：地铁列车；空气制动；仿真模型；AMESim软件

地铁列车中使用的制动系统是空气制动系统，该系统通常采用微机控制，通过直通电进行空气制动。地铁制动系统中包括下列几个主要的组成部分：制动指令发出与传输单元、BCU（制动控制）单元、基础单元以及供风单元。传统的列车空气制动系统对其进行制动特性检验时，往往采用的是实际试验方法。近年来，仿真模拟技术受到了更多的欢迎。国内外的专家学者们利用MATLAB软件和数值分析方法构建出了具体的数学模型，发明了全新的针对性气路仿真软件AMESim。下面我们对典型的制动系统进行AMESim仿真模拟，并进行相应的试验验证。

1.空气制动系统

地铁列车采用的制动系统通常为电空直通系统，是一种典型系统的的原理模型。整个系统中包括控制气路以及动力气路两大部分，其中，控制气路中有制动、缓解、紧急电磁阀以及空重车阀组成，通过控制各个电磁阀完成在中继阀上方预控不同压力的任务；动力气路中包括中继阀、副风缸、管道以及制动缸，中继阀可以通过打开和关闭制动缸控制气路，进而达到缓解和制动的基本作用。

当地铁列车收到司机室传来的常用制动指令时，BCU就可以根据具体的制动要求以及气压实时调整具体的压力输出，空气进入到制动缸以后制动缸中的活塞开始作用于闸片，进一步对踏面进行制动作用，通常这种制动发生在车速小于12km/h的低速过程中，整个制动过程中会有拖车动作。若是地铁列车收到紧急停车指令，那么BCU将会输出最大压力，进行摩擦制动。另外，停放制动通常用在防止遛坡事故中。所以，分析地铁列车的空气制动系统，主要分析重点应该是气制动回路。

2.仿真模型的构建

2.1基本原理

AMESim软件中有多个元件库，包括电子、液压、气动、控制、机械等等，根据标准气动元件的组合搭配，可以建立起相应的列车空气制动系统模型，并不需要相对复杂的数学方程。

模型构建的基本原理基于三个基本单元，包括容性、阻性以及感性单元。其中，容性单元中有着气体的容腔，模型传热期间其内部气体便会发生相应的动态变化，所以，容性单元的模拟模型是瞬时的。具体的压力变化如式（1）所示：

（1）

式中，p表示的是容腔中的气体产生的压力， 分别表示有气体质量、温度、体积变化导致的容腔气体产生压力。

阻性单元中不包含容腔，那么不涉及传热效应，气体压强和温度瞬间表示如式（2）所示：

（2）

式中，qm表示阻性单元的质量流量， 表示元件两端的压差，两者呈非线性关系。

感性单元则主要用于描述气体具体的宏观运动状态和惯性，管道中的气体运动特性可以通过伯努利方程表达。但是，通常情况下，气体具有的质量以及黏性都很低，惯性效应并不予以考虑。

2.2模型构建

空气制动系统比较复杂，系统中涉及到的紧急、制动、缓解电磁阀可以统一采用通用型电磁阀代替，但是中继阀以及空重车阀仍然需要进行二次开发模拟。采用AMESim软件，依据上文中的基本原理，可以构建出空气制动系统的基本模型。模型中包含了系统中涉及到的所有元件装置，信息流有气动和控制信息，气动信息由管路相连接，控制信息可以通过电磁阀控制。另外，f（x）表示的是空重车阀的输出信号，其变化与空气弹簧的压力值有关。

EP单元为控制阀，可以根据制动指令调节中继阀中的CV；空重车阀则表现出受到车辆载重的影响，CV压力的具体变化；中继阀的作用是将压缩空气的具体流量进行放大，可以等效为活塞缸，两边分别是制动缸产生压力以及CV压力。另外，对于该系统中的管路、风阀、防滑阀等元件，由于其容积变化相对较小，可以采用固定容积进行模拟。

3.结果验证分析

构建出仿真模型以后，便可以进行实际工况模拟，常见的工况包括常用制动、紧急制动以及阶段制动。设计常用制动压力CV为250kPa，时间为10s，将0-2s规定为缓解，2-6s规定为常用制动，6s以后则规定为再次缓解直到仿真结束，根据常用制动模拟仿真结果可以看出，CV压力的变化要快于制动缸压力响应速度。出现这种现象，是因为中继阀会受到结构中产生的背压，同时，在制动缓解时CV压力同样下降速度要快于制动缸的压力，二者之间出现的最大延时不大于0.5s。

紧急制动模拟时，将CV压力设计为500kPa，根据仿真结果发现CV压力变化与常用制动的变化趋势是相同的，但是制动缸的压力上升速度要大于常用制动工况。

阶段制动工况下，设计仿真时间为20s，发现0-2s为缓解，2-12s表示阶段制动，12s以后则是再次缓解直到仿真结束，结果显示该过程中，制动缸压力反应慢于CV压力。经对比分析，该结果和常用制动以及紧急制动的结果是相同的。

4.结语

地铁列车空气制动系统经过仿真模拟后，经试验验证，发现常用制动以及紧急制动的制动缸压力变化时间比仿真时间长1/10，满足系统的功能条件。制动结束以后，中继阀内部元件可以起到有效的阻尼租用，进而误差并不影响列车的正常使用。

参考文献：

[1]左建勇，王宗明，吴萌岭.地铁列车空气制动系统仿真模型[J].交通运输工程学报，2013（02）.

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关键词：雷诺应力模型；标准k-ε模型；有限体积法；计算流体力学；轿车；外流场

中图分类号：U467.13；TP391.9；TB115；O35文献标志码：A

Modeling and simulation on outer flow field around sedan based on RSM

ZHU Hui, YANG Zhigang

(Shanghai Automotive Wind Tunnel Center, Tongji Univ., Shanghai 201804, China)

Abstract：The outer flow field over sedan is modeled and simulated based on Reynolds Stress Model (RSM) and Finite Volume Method (FVM). 3D steady numerical simulation is carried out for 1∶1 sedan model in 20 m/s velocity value. Especially, the mesh structure, boundary condition and choice of pressure-velocity coupling are specified. By comparison with the results of experiment and standard k-ε model simulation, it is showed that RSM model is better than standard k-ε model when they are adopted to simulate the separated outer flow field around sedan. The results are significant for the study of outer flow field over vehicles.

Key words：Reynolds stress model; standard k-ε model; finite volume method; computational fluid dynamics; sedan; outer flow field

0引言

空气动力学指标是轿车最重要的参数之一.[1]车辆空气动力学仿真借助计算流体力学(Computional Fluid Dynamics, CFD)方法研究车辆空气动力学的特性(如“六分力”等).目前计算结果和实验结果之间存在的误差[2]可能由紊流模型和数值特征(网格类型和数量、数值方法、计算方案)所引起或由二者结合所致.

本文采用数值建模仿真法，通过比较两种湍流模型(雷诺应力湍流模型(Reynolds Stress Model, RSM)和标准k-ε模型)的计算结果，并与风洞实验结果进行验证，揭示在描述轿车车外流场的分离特性时RSM模型优于标准k-ε模型.

1湍流模型

计算实践表明：对于三维性和各向异性较强，并伴有流动分离的流场(如航空叶轮机械、旋风分离设备、化学反应装置等)，虽然RSM模型计算量较大，但其计算结果优于标准k-ε模型.[4，5]

文献[6]将汽车尾迹中漩涡形成的机制归纳为5类，皆体现大分离和各向异性的特性，加之车体近壁面的特性，使得汽车绕流的数值和实验分析非常复杂.标准k-ε模型在模化时引入各向同性假设，势必对流动中强各向异性的特点体现不足.基于以上分析，本文采用RSM和标准k-ε两种模型对轿车外流场进行研究.

2几何模型及网格说明

为使计算结果具有普遍性(不局限于具体产品)，采用如图1所示的轿车1∶1简化模型(忽略车窗、后视镜和车门把手等表面附件)，其长、宽、高分别约为4.6，1.7，1.6 m.

空间计算区域，长22 m，宽10.4 m，高5.4 m.x正向为从左到右的空气流动方向, y正向为从左到右横截方向, z正向垂直向上.网格划分是数值分析过程中的重要环节之一，其形式直接影响结果的合理性和精度[7，8].本文基于有限体积法(Finite Volume Method, FVM)对计算区域进行划分和流场计算，所以网格方案为关键技术之一.为减轻数值黏性的影响，计算区域为2个长方型区域，为不等间距结构六面体网格，内部为四面体非结构化网格.为了节约CPU时间，在流场变化较为剧烈的地方采用较密的网格,以提高计算精度,而在车体以外较远区域采用较稀的网格，总数320万单元.具体见图2.

3物性、边界条件及迭代方法

由于模拟计算的空气流速较小,空气的可压缩性可以忽略，即认为空气的温度、黏性和参考压强不变,表1列出计算条件下的各种参数值.

出口采用压力出口边界条件，表压取0 Pa.K，ε及雷诺应力的取法与进口类似.

地面和车身皆采用无滑移边界条件，其目的是与实验情况保持一致.计算域回型面采用对称边界.

迭代方法采用PATANKER[9]和SPALDING于1972年提出的分离式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)算法，其核心为“猜测―修正”过程，在交错网格的基础上计算压力场，得出速度场，反复修正，从而达到求解控制方程组的目的.具体计算步骤见图3.

4计算结果

(1)从对轿车外流场模拟的整体图谱看，两种模型给出的信息较为吻合.与文献[6]所给出的测试图谱比较，可见两种模型对轿车外流场的总体描述(压力梯度、速度等的分布)是可信的.

(2)轿车外流场的特征为：在前脸处存在气流滞止区，由此气流分开绕流车体，下部气流由于地面、车底部和车轮的相互作用，情况比较复杂；上部气流在绕流车体时，于发动机罩和挡风玻璃之间发生局部气流分离；气流经过顶盖向后发展，与从车底部上卷气流相互作用，在车体尾部发生较大分离；其涡形态，根据剪切层相互作用模型描述为车身尾部上下两剪切层卷起一对上下漩涡，两涡继续向下游发展，以马蹄涡的形式存在于分离区内.

(3)通过图6～8之间及表2的比较可见，在同等网格质量条件下，具有各向异性特质的RSM模型在描述具有明显分离特性的轿车外流场时，要优于具有各向同性特质的标准k-ε模型.所以，RSM结合FVM对车辆外流场研究具有借鉴意义.

参考文献：

[1]姜乐华, 符正气. CFD在汽车空气动力学研究中的应用[J]. 湖南大学学报：自然科学版, 1997, 24(4): 52-56.

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[3]陈义良. 湍流计算模型[M]. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 1991.

[4]HOGG S, LESCHZINER M A. Computation of highly swirling confined flow with a Reynolds stress turbulence model [J]. AIAA J, 1989, 27(1): 57-63.

[5]CHOI Y D, LAUNDER B E. Numerical computation of turbulence flow in a square-section 180 degree bend [J]. J Fluids Eng, 1989, 111(1): 55-68.

[6]傅立敏, 张群锋, 靳春宁. 汽车尾迹涡的形成及其控制[J]. 汽车工程, 2000, 22(1): 13-16.

[7]杜平安. 自动分网中的几何模型处理方法[J]. 计算机辅助工程, 1999, 8(4): 23-28.

[8]张立文, 齐少安, 刘承东, 等. 一种用于传热计算的有限元网格自动剖分方法[J]. 计算机辅助工程, 2001, 10(4): 68-72.

篇8

关键词：空气系统 实时仿真 不可压流体

中图分类号：O351.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0136-02

1、引言

航空发动机空气系统是关系到发动机热端部件冷却的内流系统[1]。空气系统通常是从压气机的适当位置抽取空气，通过发动机主通道的内侧和外侧的各种流动元件按设计的流路及要求的流动参数（压力，温度和流量）流动并完成规定的各项功能：供给并控制涡轮冷却叶片的冷却空气，保证叶片冷气进口具有要求的压力和温度；冷却涡轮转子、静子等热端部件，保持工作时允许的温度状态；控制压气机盘轴的温度状态；为轴承提供封严空气；阻隔高压热气入侵等。因此空气系统在航空发动机设计中举足轻重。

航空发动机空气系统一直以稳态计算为主，一般留有很大域度。随着航空发动机的发展，稳态计算已经不能满足需求，空气系统精确化设计成为一个不可避免的问题。民用适航规章CCAR33部中有多个条款涉及到对航空发动机空气系统的要求。

适航标准要求空气系统设计中必须考虑飞行包线内的工作特性，并且尽可能保证航空发动机在整个工作循环中能过正常工作。这些要求都需要对空气系统的设计进行瞬态设计，准确掌握其在整个工作循环中的工作状态，避免局部失效和瞬间失效，同时也可以为结构、传热等设计提供详细的数据，便于其他部分的设计。因此空气系统的实时仿真是亟待解决的问题。

2、空气系统瞬态计算方法

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【关键词】RePast 逃生模型 仿真

1 引言

煤炭行业是我国从业人数众多的行业之一，与此同时，煤炭行业也是事故多发的行业之一。因此煤矿安全逃生就成为国内外研究者重点研究的一个问题，在我国尤其具有重大的研究意义。疏散模拟软件、数W建模、虚拟现实技术和计算机建模技术等是研究煤矿安全问题常见的研究方法。

2 模型简介

RePast由芝加哥大学社会科学计算研究中心[11]开发研制，是一个开源的仿真工具，支持Java语言，主要用来给复杂性个体行为建模。

矿井逃生模型中涉及到了RePast仿真的三要素：模型对象（Model Object）、空间对象（Space Object）和主体对象（Agent Object），在该模型中分别由CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三个类实现。CoalMineModel类是模型对应的仿真程序的起点，实现模型的控制，它是最优先执行的。CoalMineSpace类为模型中的Agent提供空间活动环境，CoalMineAgent类实现模型中Agent的各种设置（如种类、属性等）和Agent的控制。

包括CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三个类的矿井逃生模型仿真程序包括Private void buildModel()方法、Private void buildDisplay()方法和Private void buildschedule()方法。

Private void buildModel()方法用于创建模型运行的环境，包括主体对象和环境对象两种。利用Private void addAgents()方法可以在模型中添加numAgents个Agent，再利用Private voidbuildModel()方法导入井下巷道地图。除此以外，还可以在模型中设置灾害的初始发生坐标，避灾点和出口位置等信息。

Private void buildDisplay()方法用于创建显示界面和图表。模型中需要显示的主体和图表都是通过这个方法进行显示的。模型运行起来后，其显示界面是一个二维的网格结构，每一个网格代表一个Agent可以移动到的位置，因此每一个网格都有对应的坐标。在Private void buildDisplay()方法中，可以记录和报告Agent的活动状况；图表用来记录模型中每一个“tick”（RePast仿真平台中的时间单位）所对应的参数的值，在本模型中主要是同来统计逃生的Agent数量。通过Displaysurface对象可以实现显示界面，Displaysurface对象通常放在一个预定义的setup()方法中，此方法常用来对模型进行参数配置。

Private void buildschedule()方法建立改变模型状态的时间表，即模型在什么时间运用什么方法调用什么对象。在模型中，每运行一个“tick”,显示界面和图表都会相应地进行更新，本模型中用于记录每一个时间段Agent的情况及灾害的蔓延情况。

CoalMineAgent类实现Agent的活动，包括Agent的初始化、访问控制、所在空间的更新、Agent移动的方向矢量设置、Agent的显示以及状态报告等内容。CoalMineAgent类中包括了public void step()、public void setVxVy()、public void draw()、public void report()等方法，实现了Agent的设置、显示和状态报告等内容。

CoalMineSpace类实现模型中空间活动环境的初始化、灾害的初始发生地、Agent在空间中的初始化分布等情况设置。在空间活动环境中，每一个栅格都有一个对应的坐标，可以用（x，y）来表示，Agent就在这样的栅格单元上活动，其坐标与栅格单元的坐标相对应。CoalMineSpace类包括了public void setFire()，public boolean addAgent()，public int getTypeAt()，public boolean moveAgentAt()等方法，分别实现灾害初始发生地的设置、Agent的添加、灾害类型的设置及Agent的移动位移的设置。

除了以上三个主要的类以外，还有两个类Disaster和Point，用于设置灾害的基本信息和空间环境中的避灾硐室及出口位置等信息。

3 模型的仿真结果

矿井逃生模型的运行界面如图1所示。

模型界面包括六部分，分别是：

（1）RePast仿真平台工具条，位于模型界面的最上方，实现对模型的运行控制；

（2）Coal Mine Display，模型运行的显示界面，显示模型运行过程中的各个“tick”的状态；

（3）RePast Output输出窗口，输出模型运行过程中的统计数据；

（4）fireInSpace窗口，统计火灾蔓延情况；

（5）Coal Mine Model Setting窗口，设置和显示模型中的参数；

（6）Amount Of Agent In Space窗口，火灾发生时Agent的逃生情况统计。从图3的（6）窗口中可以看出，大部分Agent在火灾蔓延到自己所处的工作面时已经实现成功逃生。

4 结束语

本文利用基于RePast的仿真平台对矿井逃生模型进行仿真，给研究煤矿安全问题提供了一个新视角。利用该模型能够较好的实现井下逃生。下一步的研究将是对Agent的种类和决策及模型的运行规则加以细化，并将针对不同灾害类型和Agent生成不同的逃生路线。

参考文献

[1]Cotton S,Dennison-Johnson,A., Giraldo, L.Mine Escape Vehicle (MEV) concept development [C].// SME Annual Meeting and Exhibit 2010, February 28, 2010 - March 3, United States, 2010:206-209.

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[4]Papastefanou,Constantin.Escaping radioactivity from coal-fired power plants (CPPs) due to coal burning and the associated hazards:A review[J]. Journal of Environmental Radioactivity(S0265-931X), 2010,101(03):191-200.

[5]肖勇杰,封l兵,晁媛.基于LBM算法的大规模人群疏散研究[J].计算机技术与发展,2011,21(07):21-24.

[6]汪云甲,伏永明.矿井巷道三维自动建模方法研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2006,31(12):1097-1100.

[7]仵自连,王德勇,樊继.虚拟矿井生产仿真系统的分析与设计[J].微计算机信息,2006,22(26):308-310.

[8]蔡林沁.基于Agent的煤矿智能虚拟环境研究[D].中国科学技术大学,2007.

[9]蔡丽,童敏明.基于多Agent技术的煤矿安全生产执行系统设计[J].煤炭科学技术,2009,37(03):90-92.

[10]张俊瑞,邓曦辉.基于多Agent的井下逃生仿真模型[J].电脑开发与应用,2012,25(04):27-28.

[11]郝成民,刘湘伟,郭世杰.Repast:基于Agent建模仿真的可扩展平台[J].计算机仿真,2007,24(11):285-288.

作者简介

张俊瑞，女，硕士研究生学历。主要研究方向为智能软件技术。

王秀华，女，硕士学位。主要研究方向为数据库与智能信息处理。

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关键词：元胞传输模型；元胞密度；交通流量；回滞现象

中图分类号：TP391；U491 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）11-0046-02

0 引 言

随着社会经济的发展，交通运输问题越来越成为人们关注的焦点，交通仿真模型应运而生。利用交通仿真可以预测交通流在各种交通管理方案下的特性变化，从而对管理方案进行评价和改进。其中，宏观模型尤其是元胞传输模型，可以较好地模拟出激波、排队形成、排队消散以及多路段间的相互影响等交通动力学特性。

元胞传输模型的研究仿真主要集中于元胞长度不变，流量-密度的关系图为理想的三角形，即无回滞现象。但是在实际中，城市路段多且长度较短，长短不一；此外，路段中的普通段和引道段长度不一样。对于这两种情况，可以直接利用可变元胞传输模型建立不同长度的元胞，并且流量-密度的关系图中存在亚稳态区，此区域的存在导致了回滞现象的发生。而这两点将是本文研究的核心内容。

1 路网选择与符号定义

在一个含有匝道的双向四车道的高速公路上，为了模拟高速公路上的交通流，将现实路网划分如图1所示的由相互连接的长度可变的同质小段（元胞）构成的计算机仿真路网。

在道路状态演化时间T内，对t∈[0，T]引入如下变量：

L（i）：元胞i的长度，每个元胞的长度等于自由流交通在一个单位时间内行驶的距离。元胞长度一般选择为100～1000 m；

m：元胞数，本文m=13；

λ：元胞i的车道数，本文λ=2；

ρi（t）：t时刻元胞i的密度，单位是辆/km；

ρc1：流量密度关系中，车辆由自由流转向拥挤的临界密度；

ρc2：流量密度关系中，车辆由拥挤转向自由流的临界密度；

v：自由流速度，本文中每个元胞的自由流速度相等，单位为km/h；

ω：拥挤波波速，单位是km/h；

ρJ：拥挤密度，单位是辆/km；

qmax：元胞的最大通行能力，单位是辆/h；

Si（t）：t时刻元胞i-1流向元胞i的车流量，即发送量；

Ri（t）：t时刻元胞i能够接受的车流量，即接收量；

fi（t）：t时刻元胞i-1能够流入元胞i的实际车流量；

fi+1（t）：t时刻元胞i能够流入元胞i+1的实际车流量；

Si（t）：t时刻驶出匝道车流量；

ki（t）：t时刻元胞i的状态。

2 考虑回滞现象的可变元胞传输模型

元胞传输模型是由LWR理论离散并求解该模型得到的。CTM假定流量与密度服从三角形形式的函数关系。实际上，自由流区与拥挤区不是完全孤立的，两者之间存在着相互重叠的部分，这一区域成为亚稳态区。在该区域内，车流有可能处于自由流状态，有可能处于拥挤状态。亚稳态区域的存在导致了回滞现象的发生，即自由流到拥挤流相变时的车流密度往往高于拥挤流到自由流相变的车流密度。本文对亚稳态区域导致的回滞现象做了进一步的说明。

考虑回滞现象的流量-密度关系图中，定义ki（t）为第t个时刻元胞i的车流状态。假定ki（t）=0时，表示此元胞在此时刻处于自由流状态。当t时刻i元胞的密度大于ρc2时，ki（t）=1；当t时刻i元胞的密度小于ρc1时，ki（t）=0；否则，密度处于两临界密度之间时，ki（t）=ki（t-1）。即：

而元胞密度可以根据离散化迭代公式计算得到。

3 仿真流程设计

根据考虑回滞现象的可变元胞传输模型，在Matlab环境下建立交通流计算机仿真流程。在仿真中，用连接路段的交通流量和密度来模拟路网上的交通流状况。在仿真开始前根据高速公路上的实测数据初始化交通仿真路网所需的交通流仿真参数。仿真过程主要分为流量计算、更新模块和密度计算。

在仿真中，利用外循环仿真一段时间的车流状况，外循环次数为仿真总时间与仿真步长dt的比值取整。在可变元胞传输模型中，仿真步长dt应该取元胞长度与自由流速度的比值中的最小值，这样便可以更精确地模拟出交通流情况。在第一个循环体内，考虑回滞现象的流量与密度的关系图，根据公式计算并执行每个节点的实际流量，并记录流入每个元胞的净流量；在第二个循环体内，根据LWR模型连续方程的离散化公式，执行每个连接路段的车流密度。重复执行上述两个模块，直到判断外循环结束。最后画出流量与密度的二维、三维图，以便进行分析。

4 仿真与结果分析

采用可变元胞传输模型进行仿真，仿真对象为36.56 km的一段西安高速公路。利用可变元胞传输模型的原理将此段高速公路分为由32个元胞组成的模型，则此路段的元胞长度的集合为：

L={0.96，1.0，1.12，1.12，…，1.12，1.12，1.0}km

且第19个节点处有分流匝道。其中，拥挤密度为480辆/km，自由流速度为39 km/h，路段的最大通行能力为774辆/ （h·车道），分流系数为0.5，进入仿真路网进口的平均车流量为1200辆/h。其仿真结果如图2所示。

5 结 语

本文设计的仿真流程是基于可变元胞传输模型，在此基础上模拟道路交通分、汇流对道路交通流的影响。采用长度可变的元胞，并考虑回滞现象，可以更精确地模拟实际的道路交通流现象，更接近实际，因而可以仿真在不同交通管理方案下主干道交通流的变化和不同交通管理方案下主干道交通流的变化以及进行不同服务水平下收费站的瓶颈效应等交通仿真。

参 考 文 献

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