AR技術(shù)在信號機科普中的應(yīng)用

齊超凡 任毅良 唐毅 劉宇晨 盛一禾

摘要：在BIM數(shù)字化建模與三維可視化研究的基礎(chǔ)上，以軌道交通結(jié)構(gòu)全方位展示為出發(fā)點，通過 AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)創(chuàng)建軌道交通結(jié)構(gòu)綜合展示的科普平臺，可以極大地改善傳統(tǒng)科學(xué)普及在時間和空間上的限制，觀眾能夠在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)對軌道交通結(jié)構(gòu)的認知，了解地鐵施工動態(tài)演示以及軌道交通的隱蔽工程學(xué)習(xí)等功能，在科普的安全性、趣味性與可操作性等方面具有明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：軌道交通;BIM;AR;智慧科普

一.BIM和AR技術(shù)現(xiàn)狀

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立起三維的建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。建設(shè)項目所有參與者在項目全生命周期內(nèi)，能夠在模型中獲取構(gòu)件信息，從而從根本上改變傳統(tǒng)的依靠二維圖紙進行項目建設(shè)和運營管理的工作方式，達到提高設(shè)計效率，減少管理風(fēng)險的目的。

AR（ Augmented Reality Technique）是在VR的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，這是一種基于攝像影像特定位置和角度并且能使用自定義三維圖像實時技術(shù)，通俗的講就是體驗者通過計算機提供的虛擬模型與真實世界進行無縫融合，使體驗更加真實，增強體驗者對現(xiàn)實世界的感知效果。當前主流的AR開發(fā)平臺有ARkit、ARcore、Vuforia 三種。AR 技術(shù)的發(fā)展得益于VR技術(shù)的發(fā)展，又通過計算機技術(shù)和設(shè)備的不斷升級和更新?lián)Q代，衍生出了AR技術(shù)。

伴隨著被納入國家 2025 發(fā)展規(guī)劃當中的契機，以及 5G 技術(shù)的推進，AR、VR等技術(shù)將迎來新一輪的爆發(fā)。將BIM 技術(shù)結(jié)合 AR 應(yīng)用于軌道交通中，能為行業(yè)賦能并帶來更大的發(fā)展。

二.信號機模型建立

隨著 BIM 的發(fā)展，工程界對 BIM 的認知越來越深入。BIM 并不是一種軟件也不是一項信息化技術(shù)，而是一種全新的工作和管理模式，在工程技術(shù)、流程、組織結(jié)構(gòu)、管理模式等進行系統(tǒng)性的改革，服務(wù)于工程的勘察、設(shè)計、施工、運維階段，實現(xiàn)全生命周期的管理。在此基礎(chǔ)上，BIM 所能展現(xiàn)出的六大特征，包括可視化、參數(shù)化、一體化、仿真性、協(xié)調(diào)性。

本研究主要采用 Autodesk 公司產(chǎn)品對建模、模擬等過程進行研究，本研究過程中所使用的軟件之間的聯(lián)系如圖 1 所示。

信號機是鐵路及城市軌道交通的軌旁基礎(chǔ)設(shè)備，以地面信號為主體信號的鐵路信號系統(tǒng)，司機必須按照信號機的顯示運行;城市軌道交通以車載信號為主體信號，正線區(qū)段基本不設(shè)信號機，只有在道岔區(qū)段，為了調(diào)車作業(yè)的需要而設(shè)置地面信號機。所建立的信號機三維圖如圖 2 所示。

三.AR的制作

系統(tǒng)選擇運行穩(wěn)定高效的 Vuforia SDK 作為增強現(xiàn)實的開發(fā)工具，在 Unity 平臺研究多個目標識別技術(shù)。核心組件包括攝像機、圖片轉(zhuǎn)換器、跟蹤器、視頻背景渲染器、設(shè)備數(shù)據(jù)庫、云數(shù)據(jù)庫、用戶定義的目標等。在增強現(xiàn)實的系統(tǒng)開發(fā)中的架構(gòu)如圖 3 所示。

在首頁點擊“增強現(xiàn)實掃一掃”按鈕，進入增強現(xiàn)實初始化界面，通過外接攝像頭，可掃描并識別 二維識別圖。以掃信號機圖片為例，通過增強現(xiàn)實技術(shù)識別信號機圖片，可以展現(xiàn)信號機的模型和結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

四.結(jié)論

在 BIM 數(shù)字化建模與三維可視化研究的基礎(chǔ)上，以軌道交通結(jié)構(gòu)全方位展示為出發(fā)點，通過 AR 技術(shù)創(chuàng)建軌道交通結(jié)構(gòu)綜合展示的科普平臺，可以極大地改善傳統(tǒng)科學(xué)普及在時間和空間上的限制，觀眾能夠在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)對軌道交通結(jié)構(gòu)的認知及軌道交通的隱蔽工程學(xué)習(xí)等功能，在科普的安全性、趣味性與可操作性等方面具有明顯的優(yōu)勢，具有潛在的經(jīng)濟價值和實用價值，在一定程度上推動軌道交通信息化科普與智慧化的進程。

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作者簡介：齊超凡，男，漢族，2000.03，本科生，研究方向：鐵道工程

資助編號：上海工程技術(shù)大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（202110856033）