仿真探索二十载?筑梦交通新时代

刘有婷

随着我国经济的发展，城市化速度的加快，我国城市轨道交通与公路交通也得到了快速发展。四通八达的地下与地上交通网络，在方便人们生活的同时，也让人们对车辆的安全驾驶提出了新的要求。

当前，互联网、大数据、区块链等数字化技术已经融入人类生活。身处数字化时代，如何利用当今先进的技术服务于车辆安全驾驶，一直是西南交通大学电气工程学院副教授苏虎奋斗的科研目标，而他主要从事的系统仿真领域的科研工作就為这一目标的实现提供了可靠的技术保障。

在苏虎看来，车辆驾驶仿真研究具有理论和实用的意义。计算机仿真技术的逐渐成熟，使得虚拟现实等技术应用于驾驶仿真系统中成为可能。利用先进的计算机仿真技术，不仅可以提高传统驾驶模拟器的性能，还可以使列车或汽车驾驶员对驾驶环境有更为逼真的体验，优化其操纵工作。从1999年起，苏虎就开始致力于列车驾驶仿真器、汽车驾驶仿真器的研究、开发工作，如今已逾二十载。“仿真，包括轨道交通或者汽车的仿真，实际上就是利用计算机仿真技术，在数字世界中构建出一个虚拟的环境。”他介绍说。而就是在这虚拟的一方天地中，苏虎开拓了属于自己的科研世界。

脚踏实地的逐梦之路

受到父母在铁路部门工作的影响，苏虎从小就对轨道交通领域有着特殊的情感。因此，在高考报志愿时，他毫不犹豫报考了我国的老牌铁道院校——西南交通大学，并以优异的成绩如愿考入该校，成为西南交通大学自动控制专业的一名学生。

本科毕业后，苏虎曾在铁路局工作过一段时间，怀着对更加先进的交通领域知识的向往，他决心回到母校西南交通大学继续攻读研究生学位。研究生阶段，苏虎主要从事图像处理的相关研究工作。在这一方向中，他主要通过图像压缩的相关技术，服务于我国铁路检测领域。通过多年的专业学习，苏虎在图像处理研究中积累了一定的经验，并坚定了自己今后在相关科研领域驰骋开拓的决心。

1999—2002年，苏虎开始攻读西南交通大学的博士研究生。在这一阶段，他幸运地遇到了自己的恩师——我国从事列车仿真领域的老专家周美玉教授，在她的引导下，苏虎了解到：视景系统是列车仿真器的重要组成部分，而视景系统与图形图像的相关技术有着密切联系，且与他之前的研究兴趣十分一致。在这一背景下，苏虎便开始追随周教授开展列车仿真器中视景系统的相关研究。

事实上，从20世纪后期至今，视景系统已历经几十年的发展。“早前的视景系统主要通过拍摄一些铁路沿线视频，然后再通过视频可控播放技术实现轨道场景的动态仿真。”苏虎说。但是这一研究方向经过多年的发展，几乎已经走到了尽头。在导师的引导与启发下，苏虎决心从图像相关研究方向转换到图形方向。在这一过程中，他成功地将列车视景系统技术由视频可控播放技术升级到了基于计算机图形学的计算机图像生成（CGI）技术，并成为国内完成这一技术升级工作的第一人。

创新列车/汽车驾驶仿真研究

进入21世纪，我国轨道交通进入大发展时期。在这一背景下，很多大城市都建立了属于自己的轨道公司，大批轨道交通从业人员亟待培训。彼时，我国从事列车仿真器领域研究的科研人才匮乏。2003年从西南交通大学载运工具运用工程专业博士毕业后，苏虎毅然决然留在母校继续开展工作，立志通过自己的研究为祖国列车仿真器的研制做出更多科研贡献。

然而，这条道路并不是一帆风顺的。留校之初，一系列问题就接踵而来。当时，国内列车仿真器主要为我国的铁路部门服务，而地铁在我国的大城市刚刚开始兴起。在这一背景下，深圳地铁准备采购一套性能先进的列车驾驶仿真器进行司乘人员的相关培训，而苏虎及其研究团队便接下了开发全国首套分布式全功能列车驾驶仿真培训系统——深圳地铁一号线列车驾驶模拟器的重任。

为了完成这一任务，苏虎和研究团队成员还曾前往上海和香港的地铁进行实地调查。当时，上海地铁从德国KWM公司引进了一套昂贵的仿真设备，价格高达2000多万元人民币。世界列车仿真器排名第一的法国Corys公司对中国市场也是虎视眈眈。“如果我国的地铁仿真设备一直依赖国外，不仅要承担沉重的经济负担，也不利于我国的自主创新事业发展。”苏虎说。在这一现状下，他和研究团队决心研发一套比肩国外先进水平的仿真设备来对国内仿真设备进行更新换代。

虽然前行的道路步履维艰，但是苏虎及研究团队成员并没有被眼前的困难打倒。在准确获取深圳地铁的信息需求之后，苏虎团队便开始制订研究方案，并把他们所知的世界范围内先进仿真器技术进行了透彻研究。经过大半年时间的调研与探索，他们了解到这些先进列车仿真器所采用的一些相关技术及基本思路。在借鉴了飞行仿真以及军事仿真的相关技术、标准及方法的基础上，苏虎团队成功设计了分布式架构的列车仿真系统，提出了全功能列车驾驶仿真器技术规范及指标要求，并实现了仿真教学主动观摩理念，得到了相关地铁专家的一致好评。经过实践验证，苏虎团队所研发的列车仿真系统，达到国际先进水平。而这台仿真设备系统的开发成果，也为国内地铁列车仿真器提供了标杆和样本。“至此，国内的列车仿真器终于摆脱了对国外技术设备的依赖，而深圳地铁列车仿真系统的相关方案、模式，一直供业界沿用至今。”苏虎自豪地说。

在相关科研基础的支撑下，苏虎还主持完成了重庆公共交通职业技术学院等十余个高职院校的列车驾驶仿真器项目，其中重庆项目还接受了国家领导人视察。在将研究落到实处的过程中，他从事仿真系统研究的幸福感也愈加浓烈了。

在列车仿真系统研究之外，汽车仿真系统研究苏虎也有所涉及。“汽车的仿真与地铁列车有所不同，它不像地铁列车的仿真系统动辄就是几百万甚至上千万。汽车的仿真系统是有严格的经费限制的，如果成本太高，就会造成市场的流失。”苏虎说。而相较于列车沿着轨道行驶，汽车行驶的自由度更大，因此仿真计算也更为复杂。在这种情况下，苏虎及其科研团队开发了相关的底层算法，解决了汽车行驶中交通流与模拟器的实时交互问题，并发表了相关的专利成果与理论文章。在相关科研技术的支撑下，他还主持完成三部委联合科技行动计划“道路交通安全”项目课题五的汽车驾驶模拟器子课题，项目成果入选国家“十一五”重大科技成就展，CCTV新闻联播、新华网等媒体对相关成果予以了报道。

将研究蔓延到内地之外

从学习到超越，苏虎及其科研团队一步一个脚印，走出了一条属于自己的特色研究之路。在坚实的科研成果支撑下，他们逐步在领域内打响了自己团队的品牌效应，并吸引到香港地铁公司MTRC（以下简称“MTRC”）的关注。

MTRC拥有多条地铁线路、十余种型号的列车、上千名地铁列车司机。为了对司机进行列车驾驶技能、应急处置能力培训，MTRC采购了多种型号的列车仿真器。

在此之前，MTRC所采购的列车仿真器供应商均为英国、日本等发达国家。在了解到苏虎团队所做相关工作后，MTRC随即与他们取得了联系，并进行了相关的技术考察，对苏虎团队所做的工作予以了肯定。在当时香港轨道交通事业发展迅速的大背景下，MTRC决定在观塘线、荃湾线等线路引进C型列车后，拟采购C型车仿真器，并对原有的机场线、东涌线的CAF型列车仿真器进行升级改造。在这一背景下，MTRC将这两个项目合并为一个招标项目，向国际知名的仿真器供应商发出了招标邀请，同时也邀请了苏虎团队参加。

在研究方案中，相较于国外方案及原有系统中的视景子系统采用昂贵的SGI工作站。苏虎团队设计了分布式体系结构的PC工作站集群实现高逼真的视景仿真，实现了多通道画面同步，取得了良好的效果。除此之外，他们建立了整车的逻辑仿真模型、动力学模型，提高了车辆仿真性能与逼真度，不但可训练正常行车，还对各类复杂的非正常工况进行仿真，提升了训练效果。经过激烈的角逐，苏虎团队不负所望，一举中标。

通过研究合作，苏虎研究团队打开了内地与香港在相关科研领域交流的窗口，并受到了香港地区相关领域的极大认可，先后承担了MTRC的Q型、K型、屯门轻轨等多型列车仿真培训系统的研发工作。在良好的合作契机之下，他们还顺利与香港警察部队进行了相关项目的友好合作。

当时，香港警察部队为提高警务驾驶能力，拟采购一套冲锋车仿真器、一套警用摩托车仿真器。需要制作多个街区、山区、高速公路的高逼真度仿真訓练场景，并完成数百个突发事件仿真、数十种警务仿真训练任务。美国、法国等国家的多家知名企业参与了竞争。

在了解到香港警察部队的需求后，苏虎团队提供了完善的技术方案、周到的服务保障及合理的价格，并顺利赢得这个合同。在此之后，他们通过研究开发了高精度的超微观仿真模型，实现了大规模交通场景中复杂交通流的实时仿真，实现了普通交通参与者、目标任务对象与仿真器主车对象的实时交互。他们还设计实现了用于摩托车仿真器七自由度运动的仿真系统，受到了香港警察部队的肯定与一致好评。

春风化雨育人才

孜孜不倦学者路，矢志不渝育桃李。苏虎深知：要想使科学研究有延续性的发展，科研传承必不可少。从2003年留校参加工作至今，苏虎扎根教学领域，已成功培养硕士研究生20余名。从一名初入科研与教学领域的学者，到如今成为一名具有丰富经验的科研人与教学引领者，苏虎一直在用自己的行动，为祖国的科研事业点燃星星之火，培养后继之才。

如今，每每想起自己的博士生导师，苏虎都心怀感恩。“周美玉教授不仅在研究的大方向及科研基础的研究上，都给予我很好的引领与帮助，在生活中，她也是一位宽厚待人的长者。”苏虎说。一位良师对于学生的影响是潜移默化的，更是持久而又深远的，而苏虎也想成为这样的一位引领者。

从学生时代一路走来，苏虎很清楚很多学生从本科进入硕士阶段，都会经历一段迷茫的时期，会经常困惑自己需要做什么。这时候，就需要老师对学生进行引领。在苏虎看来，研究生在学校两年多的时间是短暂而又宝贵的。如若想要在今后的事业中有所开拓，一定要将自己的格局打开，开阔自己的视野，及早地做好人生规划。作为师长，苏虎认为，老师有责任帮助和引导自己的学生，让他们将自己的人生目标和理想结合起来，朝着自己所设定的方向努力。在日常的研究学习中，他也尽可能地帮助自己的学生学习、掌握科学研究的基本方法，加强其对研究工作的深入认识;在相关专业基础上，给予学生在求职和就业方面的相关指导等。如今，苏虎培养出来的学生，已经扎根在祖国的各行各业，为国家的建设和发展发挥自己的长处和力量。

随着时代的进步，仿真系统领域的相关技术也在不断更迭。未来，苏虎也希望在研究领域中有一些新的尝试——将一些领域新技术应用到列车/汽车仿真系统中。例如：在自动驾驶车辆的仿真环境测试中，运用相关技术为自动驾驶测试和相关的交通系统测试提供支撑平台等。

道阻且长，兴则将至。“我们的工作就是为社会创造更大的价值，去推动相关领域的发展。”如今谈起自己的初心与理想，苏虎的内心依然坚定。