本发明属于虚拟现实技术领域，更具体地，涉及一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统。
背景技术：
VR即虚拟现实技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本技术特征的计算机高级人机界面、并行处理技术、多传感技术、模拟人的视觉、听觉和触觉等感觉器官功能，使得人们沉浸在计算机生成的虚拟环境中并能通过语言、手势等自然方式与之进行互动，创建了一种造人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。
车钩是地铁车辆关键部件之一，其状态的可靠性直接影响地铁运营的安全；按照地铁车辆牵引连挂装置的连接方法不同，可分为自动车钩、非自动车钩和半永久性牵引杆。从车钩组成上，可将车钩分为车钩头、解钩气缸、手动解钩装置、空气管路连接、电钩驱动装置、电钩头、垂直支撑、对中装置、钩尾等部分。常见车钩故障有车钩分离、自动连挂失败、手动解挂失败、自动解钩失败、车钩再对中失败、车钩牵引杆松脱、车钩零件带电流、风管接头泄漏等。
现有的地铁车钩故障处理方法主要采用理论学习和实际操作相结合的方式，枯燥的理论知识不能为检修人员提供直观可见的故障处理措施；另外，由于地铁车钩结构复杂、故障形式多种多样，故障现场单一的故障表现形式不能为检修人员提供全面的学习素材；总之，现有的车钩故障处理学习模式无法为检修人员提供高效的学习方法，无法为地铁车辆运营安全提供良好的保障。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，通过VR技术对不同车钩的各种故障形式的处理过程进行可视化、直观的仿真模拟，实际检修人员不仅能够观看并学习场景中的虚拟检修人员的故障处理操作，还可以通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行实际操作，提高故障处理的动手能力和学习效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，包括故障模拟后台、服务器、VR场景实施平台和控制面板；故障模拟后台、VR场景实施平台和控制面板均与服务器具有通信连接；
故障模拟后台用于存储基础数据，包括车钩模型数据、车钩故障数据、车钩故障处理的动作反馈指令，以及车钩故障处理理论数据；
控制面板用于选择车钩模型和车钩故障形式并生成相应的故障指令；并用于选择由VR场景实施平台提供的虚拟现实场景，生成相应的控制指令；
服务器用于根据故障指令从故障模拟后台中获取对应的车钩模型数据和车钩故障数据，根据控制指令从VR场景实施平台中获取对应的虚拟现实场景，并根据车钩模型数据、车钩故障数据和虚拟现实场景生成相应的车钩故障处理模拟实施场景；
VR场景实施平台用于显示服务器生成的车钩故障处理模拟实施场景，以供检修人员在虚拟现实场景中模拟车钩故障处理。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其车钩故障处理模拟实施场景包括地铁车辆、每节车辆间连接的车钩、车钩组成部分、虚拟操作人员和对应车钩检修工具。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其故障模拟后台包括车钩模型单元、车钩故障单元、数据处理单元、动作反馈单元和基础理论单元；
车钩模型单元、车钩故障单元、动作反馈单元和基础理论单元均与数据处理单元具有通信连接，数据处理单元具有与服务器相互通信的接口；
车钩模型单元用于存储车钩及车钩组件的三维实体模型，以及各类车钩检修工具的三维实体模型；
车钩故障单元用于存储地铁车钩所有可能出现的故障形式及相应的故障指令；
动作反馈单元用于存储各类故障的动作反馈指令及标准反馈动作；
基础理论单元用于存储车钩故障处理理论数据和考题；
数据处理单元用于接收控制面板发送的故障指令，从车钩模型单元中获取车钩模型数据，从车钩故障单元获取车钩故障数据；并用于接收控制面板发送的控制指令，从基础理论单元中获取车钩故障处理理论数据，或从动作反馈单元获取车钩动作反馈指令。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其VR场景实施平台包括场景实施模块和VR设备；场景实施模块和VR设备均与服务器具有通信连接；
场景实施模块用于提供虚拟现实场景，虚拟现实场景包括教学场景、训练场景、考核场景中的一种或几种；
VR设备用于显示服务器生成的车钩故障处理模拟实施场景，并用于使实际检修人员操纵场景中的虚拟操作人员进行车钩故障处理的实际操作。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其VR设备包括VR眼镜和VR手柄，VR眼镜和VR手柄以无线通信方式与服务器连接；VR眼镜用于显示服务器生成的车钩故障处理模拟实施场景；VR手柄用于供实际检修人员操纵场景中的虚拟操作人员进行车钩故障处理的实际操作；
场景实施模块包括教学单元、训练单元和考核单元，教学单元、训练单元和考核单元均与服务器具有通信连接，分别用于提供教学场景、训练场景和考核场景。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其教学单元包括理论教学模块和虚拟操作教学模块；
理论教学模块中存储有预先生成的理论教学场景；服务器根据控制面板发出的控制指令从理论教学模块中获取理论教学场景，并从基础理论单元中获取车钩故障处理理论数据，并根据车钩模型数据、车钩故障数据、理论教学场景和车钩故障处理理论数据生成车钩故障处理模拟实施场景；
虚拟操作教学模块中存储有预先生成的虚拟操作教学场景；服务器根据控制面板发出的控制指令从虚拟操作教学模块中获取虚拟操作教学场景，并从动作反馈单元中获取车钩故障的动作反馈指令；并根据车钩模型数据、车钩故障数据、虚拟操作教学场景和动作反馈指令生成车钩故障处理模拟实施场景。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其训练单元包括理论训练模块和虚拟操作训练模块；
理论训练模块中存储有预先生成的理论训练场景；服务器根据控制面板发出的控制指令从理论训练模块中获取理论训练场景，并根据车钩模型数据、车钩故障数据、车钩故障处理理论数据和理论训练场景生成车钩故障处理模拟实施场景；
虚拟操作训练模块中存储有预先生成的虚拟操作训练场景；服务器根据控制面板发出的控制指令从虚拟操作训练模块中获取虚拟操作训练场景，并根据车钩模型数据、车钩故障数据和虚拟操作训练场景生成车钩故障处理模拟实施场景，供佩戴VR眼镜的实际检修人员通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行故障处理。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其考核单元包括理论考核模块和虚拟操作考核模块；
理论考核模块中存储有预先生成的理论考核场景；服务器根据控制面板发出的控制指令从理论考核模块中获取理论考核场景，并从基础理论单元中获取考题；并根据车钩模型数据、车钩故障指令、考题和理论考核场景生成车钩故障处理模拟实施场景；
虚拟操作考核模块中存储有预先生成的虚拟操作考核场景；服务器根据控制面板发出的控制指令从虚拟操作考核模块中获取虚拟操作考核场景，并根据车钩模型数据、车钩故障数据和虚拟操作考核场景生成车钩故障处理模拟实施场景，供佩戴VR眼镜的实际检修人员通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行故障处理。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，其数据处理单元还用于记录实际检修人员在操作过程中的反馈动作数据，并将其与动作反馈单元存储的标准反馈动作进行对比，自动给出考核评分结果，并通过VR眼镜进行显示。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，还包括显示屏，显示屏与服务器相互通信，用于与VR眼镜同步显示车钩故障处理模拟实施场景和考核评分结果。
优选的，上述地铁车钩故障状态模拟系统，所述VR眼镜还包括视距调节装置和瞳距调节装置。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，建立车钩故障模拟后台，梳理了地铁车钩所有可能出现的故障并分析对应的故障处理措施，生成相应的数据和指令存储在车钩故障模拟后台中，并采用VR技术对地铁车钩故障处理措施进行浸入式模拟，为检修人员提供了清晰直观的学习模式，提高了地铁车辆检修效率和地铁运营安全性。
(2)本发明提供的基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，通过VR场景实施平台提供了教学、训练和考核三种模拟场景，实际检修人员不仅能够在教学场景中观看并学习场景中的虚拟检修人员的故障处理操作，还可以在训练场景和考核场景中通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员以第一人称视角进行故障处理，提高实际操作能力。
(3)本发明提供的基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，能为地铁车钩检修人员提供全面的地铁车钩故障相关理论知识，并对车钩故障处理过程进行可视化、直观的仿真模拟，极大地丰富了车钩检修人员的知识库，有助于提高地铁车钩检修效率，从而保证地铁车辆运营安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统的逻辑框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例所提供的一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，包括故障模拟后台、服务器、VR场景实施平台和控制面板；其中，故障模拟后台、VR场景实施平台和控制面板均与服务器具有通信连接；
故障模拟后台用于存储各类基础数据，包括地铁车辆模型数据、车钩模型数据、车钩故障数据、车钩故障处理的动作反馈指令和标准反馈动作，以及车钩故障处理理论数据等；
控制面板用于选择车钩模型和车钩故障形式，并生成相应的故障指令；并用于选择由VR场景实施平台提供的虚拟现实场景，生成相应的控制指令；
服务器用于根据控制面板发出的故障指令从故障模拟后台中获取对应的车钩模型数据和车钩故障数据，根据控制面板发出的控制指令从VR场景实施平台中获取对应的虚拟现实场景；并根据车钩模型数据、车钩故障数据和虚拟现实场景生成相应的车钩故障处理模拟实施场景；其中，车钩故障处理模拟实施场景中包括地铁车辆、每节车厢间连接的车钩、车钩组件、虚拟检修人员和对应车钩检修工具；不同的车钩故障处理模拟实施场景对应不同的车钩和/或故障形式；
VR场景实施平台用于提供不同的虚拟现实场景，包括但不限于教学场景、训练场景和考核场景三种形式；并用于显示服务器生成的车钩故障处理模拟实施场景，以供检修人员在虚拟现实场景中学习车钩故障处理方法，或进行车钩处理的实际操作；
故障模拟后台包括车钩模型单元、车钩故障单元、数据处理单元、动作反馈单元和基础理论单元；其中，车钩模型单元、车钩故障单元、动作反馈单元和基础理论单元均与数据处理单元具有通信连接；
车钩模型单元用于存储车钩及其组成部分的三维实体模型，以及各类车钩检修工具的三维实体模型；
车钩故障单元用于存储地铁车钩所有可能出现的故障形式及相应的故障指令；
动作反馈单元用于存储各类故障的动作反馈指令及标准反馈动作，即各类车钩检修指令和检修动作；针对不同车钩的不同故障形式，分析了对应的故障处理措施，生成标准反馈动作及对应的动作反馈指令并存储在动作反馈单元中；
基础理论单元用于存储车钩故障处理理论数据和考题，并根据地铁车钩实际使用情况，对理论数据和考题进行实时更新；
车钩模型单元、车钩故障单元、动作反馈单元和基础理论单元均可通过存储器实现，将预先生成的车钩模型数据、车钩故障数据和指令、动作反馈指令或车钩故障处理理论数据等分别存储在对应的存储器中。
数据处理单元用于接收控制面板发送的故障指令，分别从车钩模型单元和车钩故障单元获取车钩模型数据和车钩故障数据并反馈给服务器；并用于接收控制面板发送的控制指令，从基础理论单元中获取车钩故障处理理论数据，或从动作反馈单元获取车钩动作反馈指令并发送给服务器，相应指令在服务器上作出响应；数据处理单元的功能可通过处理器实现。
VR场景实施平台包括场景实施模块和VR设备，场景实施模块和VR设备均与服务器具有通信连接，其中，VR设备以无线方式与服务器建立通信连接；
VR设备包括VR眼镜和VR手柄；VR眼镜用于显示服务器生成的车钩故障处理模拟实施场景；VR眼镜包括视距调节装置和瞳距调节装置，通过调节视距、瞳距，给检修人员更好的观看体验，还能降低长时间佩戴VR眼镜引起的疲劳感和眩晕感；基于VR眼镜的视距调节功能，近视或远视眼使用者佩戴该眼镜后无需再佩戴近/远视眼镜，提高了佩戴VR眼镜的舒适度；
实际检修人员通过VR手柄操纵场景中的虚拟操作人员进行车钩故障处理的实际操作；VR手柄能让检修人员实时调整其在虚拟场景内的漫游位置，从而通过逐步排查，对车钩各部分进行检修；
场景实施模块包括教学单元、训练单元和考核单元，分别用于为检修人员提供教学场景、训练场景和考核场景；通过虚拟现实软件设计教学场景、训练场景和考核场景等不同的虚拟现实场景并将其分别存储在教学单元、训练单元和考核单元中，通过控制面板选择具体的虚拟现实场景并生成对应的控制指令；
教学单元包括理论教学模块和虚拟操作教学模块，理论教学模块和虚拟操作教学模块中分别存储有通过虚拟现实软件设计的理论教学场景和虚拟操作教学场景；
选择理论教学，服务器根据控制面板发出的控制指令从理论教学模块中获取理论教学场景，并通过数据处理单元从基础理论单元中获取车钩故障处理理论数据；然后根据车钩模型数据、车钩故障数据、理论教学场景和车钩故障处理理论数据生成车钩故障处理模拟实施场景；在该场景中，VR眼镜中显示的是车钩故障处理的理论数据，对检修人员进行基础理论知识的培训；
选择虚拟操作教学，服务器根据控制面板发出的控制指令从虚拟操作教学模块中获取虚拟操作教学场景，并通过数据处理单元从动作反馈单元中获取车钩故障的动作反馈指令；然后根据车钩模型数据、车钩故障数据、虚拟操作教学场景和动作反馈指令生成车钩故障处理模拟实施场景；在该场景中，VR眼镜中显示的是由虚拟操作人员执行的车钩故障的模拟检修方案，实际操作人员观看并学习各种车钩故障的模拟检修方案。
训练单元包括理论训练模块和虚拟操作训练模块，理论训练模块和虚拟操作训练模块中分别存储有通过虚拟现实软件设计的理论训练场景和虚拟操作训练场景；
选择理论训练，服务器根据控制面板发出的控制指令从理论训练模块中获取理论训练场景，然后根据车钩模型数据、车钩故障数据、车钩故障处理理论数据和理论训练场景生成车钩故障处理模拟实施场景；检修人员可在该场景中对车钩故障的基础理论知识进行模拟训练；
选择虚拟操作训练，服务器根据控制面板发出的控制指令从虚拟操作训练模块中获取虚拟操作训练场景，然后根据车钩模型数据、车钩故障数据和虚拟操作训练场景生成车钩故障处理模拟实施场景，供佩戴VR眼镜的实际检修人员通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行故障处理；
训练单元的动作反馈是由佩戴VR眼镜的实际检修人员通过VR手柄操纵虚拟现实场景内的虚拟检修人员完成的，而不是通过虚拟检修人员自动完成；
考核单元包括理论考核模块和虚拟操作考核模块，理论考核模块和虚拟操作考核模块中分别存储有通过虚拟现实软件设计的理论考核场景和虚拟操作考核场景；
选择理论考核，服务器根据控制面板发出的控制指令从理论考核模块中获取理论考核场景，并通过数据处理单元从基础理论单元中获取考题；然后根据车钩模型数据、车钩故障指令、理论考核场景和考题生成车钩故障处理模拟实施场景；检修人员在该场景中对车钩故障的基础理论知识进行模拟考核；
选择虚拟操作考核，服务器根据控制面板发出的控制指令从虚拟操作考核模块中获取虚拟操作考核场景，然后根据车钩模型数据、车钩故障数据和虚拟操作考核场景生成车钩故障处理模拟实施场景，供佩戴VR眼镜的实际检修人员通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行故障操作处理；实际检修人员在操作过程中的反馈动作数据通过数据处理单元进行记录，并与动作反馈单元存储的标准反馈动作进行对比，自动给出考核评分结果，考核评分结果在VR眼镜中显示；
实际检修人员通过控制面板选择具体的虚拟现实场景，戴上VR眼镜，使用VR手柄，身临其境的感受车钩故障处理模拟实施场景；实际检修人员在学习、训练、考核单元中相关操作数据保存在数据处理单元中；
本发明实施例所提供的一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，还包括显示屏，显示屏用于与VR眼镜同步显示车钩故障处理模拟实施场景，指导老师和其它操作人员可通过显示屏观看当前检修人员的操作过程，为其提供指导，有利于提高学习效率；显示屏还用于显示实际检修人员的考核评分结果；
本发明实施例提供的一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，具体实施方式如下：
S1：准备工作：所有设备启动，系统进行初始化；检修人员戴上VR眼镜，拿起VR手柄，根据VR眼镜中显示的画面，调整VR眼镜的瞳距和焦距，直至达到最佳观看效果。
S2：选择地铁车钩故障模拟场景：通过控制面板选择车钩模型和故障形式，控制面板通过服务器向故障模拟后台发送故障指令，数据处理单元接收故障指令后从车钩模型单元中获取对应的车钩模型，从车钩故障单元中获取对应的车钩故障指令，并将接收到的车钩模型数据和故障指令输入到服务器；
S3：画面显示：VR眼镜和显示屏同步显示虚拟现实场景画面，该画面上显示不同的场景实施模块供操作人员进行选择；
S4：选择虚拟现实场景实施模块：通过控制面板选择场景实施模块中的具体单元和模块并生成控制指令，服务器根据上述控制指令从场景实施模块中获取对应的虚拟现实场景，然后根据车钩模型数据、车钩故障指令和虚拟现实场景生成对应的车钩故障处理模拟实施场景；
S5：车钩故障处理模拟实施场景生成后，由佩戴VR眼镜的实际检修人员学习车钩故障处理的理论知识，观看由虚拟操作人员执行的车钩故障的模拟检修方案，或者通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行故障处理，实际检修人员的操作动作被数据处理单元记录下来，与动作反馈单元中对应的标准反馈动作进行对比，自动给出评分结果并通过显示屏和VR眼镜同步显示。
本发明提供了一种基于VR技术的地铁车钩故障状态模拟系统，通过VR技术对不同车钩的各种故障形式的处理过程进行可视化、直观的仿真模拟，实际检修人员不仅能够观看并学习场景中的虚拟检修人员的故障处理操作，还可以通过VR手柄操纵场景内的虚拟检修人员进行实际操作，提高故障处理的动手能力和学习效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。