AR技术在信号机科普中的应用

齐超凡 任毅良 唐毅 刘宇晨 盛一禾

摘要：在BIM数字化建模与三维可视化研究的基础上，以轨道交通结构全方位展示为出发点，通过 AR（增强现实）技术创建轨道交通结构综合展示的科普平台，可以极大地改善传统科学普及在时间和空间上的限制，观众能够在虚拟环境下实现对轨道交通结构的认知，了解地铁施工动态演示以及轨道交通的隐蔽工程学习等功能，在科普的安全性、趣味性与可操作性等方面具有明显的优势。

关键词：轨道交通;BIM;AR;智慧科普

一.BIM和AR技术现状

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。建设项目所有参与者在项目全生命周期内，能够在模型中获取构件信息，从而从根本上改变传统的依靠二维图纸进行项目建设和运营管理的工作方式，达到提高设计效率，减少管理风险的目的。

AR（ Augmented Reality Technique）是在VR的基础上发展而来，这是一种基于摄像影像特定位置和角度并且能使用自定义三维图像实时技术，通俗的讲就是体验者通过计算机提供的虚拟模型与真实世界进行无缝融合，使体验更加真实，增强体验者对现实世界的感知效果。当前主流的AR开发平台有ARkit、ARcore、Vuforia 三种。AR 技术的发展得益于VR技术的发展，又通过计算机技术和设备的不断升级和更新换代，衍生出了AR技术。

伴随着被纳入国家 2025 发展规划当中的契机，以及 5G 技术的推进，AR、VR等技术将迎来新一轮的爆发。将BIM 技术结合 AR 应用于轨道交通中，能为行业赋能并带来更大的发展。

二.信号机模型建立

随着 BIM 的发展，工程界对 BIM 的认知越来越深入。BIM 并不是一种软件也不是一项信息化技术，而是一种全新的工作和管理模式，在工程技术、流程、组织结构、管理模式等进行系统性的改革，服务于工程的勘察、设计、施工、运维阶段，实现全生命周期的管理。在此基础上，BIM 所能展现出的六大特征，包括可视化、参数化、一体化、仿真性、协调性。

本研究主要采用 Autodesk 公司产品对建模、模拟等过程进行研究，本研究过程中所使用的軟件之间的联系如图 1 所示。

信号机是铁路及城市轨道交通的轨旁基础设备，以地面信号为主体信号的铁路信号系统，司机必须按照信号机的显示运行;城市轨道交通以车载信号为主体信号，正线区段基本不设信号机，只有在道岔区段，为了调车作业的需要而设置地面信号机。所建立的信号机三维图如图 2 所示。

三.AR的制作

系统选择运行稳定高效的 Vuforia SDK 作为增强现实的开发工具，在 Unity 平台研究多个目标识别技术。核心组件包括摄像机、图片转换器、跟踪器、视频背景渲染器、设备数据库、云数据库、用户定义的目标等。在增强现实的系统开发中的架构如图 3 所示。

在首页点击“增强现实扫一扫”按钮，进入增强现实初始化界面，通过外接摄像头，可扫描并识别 二维识别图。以扫信号机图片为例，通过增强现实技术识别信号机图片，可以展现信号机的模型和结构。如图4所示。

四.结论

在 BIM 数字化建模与三维可视化研究的基础上，以轨道交通结构全方位展示为出发点，通过 AR 技术创建轨道交通结构综合展示的科普平台，可以极大地改善传统科学普及在时间和空间上的限制，观众能够在虚拟环境下实现对轨道交通结构的认知及轨道交通的隐蔽工程学习等功能，在科普的安全性、趣味性与可操作性等方面具有明显的优势，具有潜在的经济价值和实用价值，在一定程度上推动轨道交通信息化科普与智慧化的进程。

参考文献：

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[3]商墩江，刘麦瑞.“互联网”下BIM—AR技术在建筑遗产数据中的可视化研究——鼓浪屿汇丰公馆项目开发[J].城市建筑，2020，17（07）：163-169.

[4]高展望，李荣荣，乔洋，付煲云，吴贝.BIM+AR智慧建造技术的应用研究[J].四川建材，2020，46（09）：101-102.

作者简介：齐超凡，男，汉族，2000.03，本科生，研究方向：铁道工程

资助编号：上海工程技术大学国家级大学生创新训练项目（202110856033）