铁道信号仿真模拟演练培训系统采用单一来源采购的说明
一、 采购人：包头铁道职业技术学院；
采购项目名称：铁道信号仿真模拟演练培训系统；
内容：系统要求应用虚拟现实技术，能仿真现场实际情况，克服目前电务系统设备结构复杂、维修时间紧迫、现场无法演练，电务学习缺乏故障处理经验以及学员集中培训成本高、效率低等突出问题，符合电务设备标准化作业程序，能满足电务系统专业教学特别是新职人员业务学习和设备演练的需求，要求实现学生互交模拟演练仿真操作，三维立体展现场操作、故障处理过程仿真模拟度高。
要求系统通过学、练、考三大教学模式对学生进行全面系统的标准化培训，并且可以实时掌握全体学员的培训情况，实现学教工作的全面管理和控制，在线考试能随机产生三维立体化的仿真考题，彻底改变了使用纸质笔答形式对实际操作技能进行考核的现状，真正考验学习者设备检修和故障处理技能的掌握程度。
二、铁道信号仿真模拟演练培训系统功能及要求：
（一）铁路信号仿真模拟演练培训系统需包括：
1. 室外：“道岔检修”、
2. 室外：“色灯信号机检修”、
3．室外：“25HZ轨道电路检修”、
4. 室外：“ ZPW-200区间轨道电路检修”、
5. 室内：“电源屏检修”、
6. 室内：“计算机连锁设备检修”、
7. 室内：“ TDCS、微机监测设备检修”、
8. 室内：“机械室组合架分线盘检修”、
9．室内：“ ZPW-200区间轨道电路检修”
系统可分为两大部分的教学培训内容：
一是标准化检修作业的培训，包含独立的教学单元107个；二是常见故障处理的培训，包含独立的教学单元72个。
系统涵盖了正线信号工应掌握的九大类电务设备的日常养护和故障处理知识。能对院校学员、学生学习和设备操作提供全面的仿真模拟演练教学。每个模块按照学习模式、练习模式、考试模式进行学习。
学习模式重点以音频、视频、解说等方法对设备工作原理、检修方法进行说明，在该模式中可以自主选择本项检修作业的单项作业步骤进行学习。也可以选择自动播放，将整套标准化作业流程一次性学完。
练习模式重点给学生交互式体验，培养学生动手操作的能力，并适时提示引导，帮助学生掌握标准作业方法。在选择模式界面单击练习模式按钮，进入练习模式。
考试模式主要是检验评价学生的学习效果和动手能力，判断学生是否需要继续进行培训。
系统要求电务检修标准化并符合铁路行业标准，标准化作业流程需实际采信实际现场，标准的工人操作规范影像，直观表现检修标准化作业的全过程，通过检修标准化作业培训，着重培养在校学员了解铁路电务设备的构造、功能和工作原理，全面掌握设备标准化作业程序，做到在学校就能按标准流程及相关技术标准对设备进行日常检修维护，让学生在学校学习期间技能掌握设备维修，为入职后减少故障发生，确保设备安全稳定奠定了良好的基础。同时本培训系统还需完全符合各院校实用教学大纲，具有性价比高，模块全的特点。同时，可根据学校教材和课程安排的实际需要，订制开发教学系统，完全符合学校教学要求，全面提升学校形象和教学质量。
（二）要求应用铁路电务设备几何建模3DMAX技术
1、应用铁路电务设备几何建模3DMAX技术
（1） 空间位置的场景坐标系。
以钢轨轨道的坐标系作为整个场景的世界坐标系，确定钢轨位置以及列车上、下行运行方向后，按现场实际情况确定站台、房屋位置，并且根据站场平面布置图设计道岔开向、岔心位置、岔尖位置、转辙机安装位置、各类杆件位置、道岔跳线位置、各类箱盒、电缆盒位置等。这种建模方式必须结合现场基础建设的经验，按照铁路施工建设时的设备安装顺序进行建模，保证建设好的模型与现场真实情况完全一致，没有疏漏。体现了建模的严谨性、真实性、提高系统仿真程度，符合虚拟现实技术沉浸感的特征。
（2）模型尺度
根据场景表现的需要，按照车站可控视角划分为三个级别的尺度：设备内部尺度、设备集中区尺度、车站全景尺度。每一种尺度代表其特定层级的模型细节以及实时显示的独特内容。
场景的可视化特征尺度表
空间尺度 应用目标 模型细节程度 必要数据
设备内部
尺度 具体设备内部动作原理、设备检修调整、设备故障处理等场景 齿轮、缺口、螺丝、螺母、电缆芯线、接线端子、卡子等 设备内部结构图、产品说明书、设备照片等
设备
集中区
尺度 某个区域内多台设备联合工作时的外部动作原理、设备检修调整、设备故障处理等场景 设备外壳、各类连接杆件、钢轨、道床、以及各设备之间的连接关系 站场平面图、电缆径路图、现场照片等
车站全景
尺度 全景漫游场景以及切换其他视角尺度时的过渡场景 地表、列车、站台、房屋等 站场平面图、车站整体环境照片等

（3） 模型结构及组合连接关系
元器件之间通过组合关系建模可以构成各种组合连接关系。这些连接关系可以使模型的某些部件实现共同移动、旋转、形变等动作、同时为后续定义模型的物理属性以及运动属性提供了基础支持。常见的的组合关系主要包括螺丝与螺母之间的旋转面连接、齿轮咬合之间的啮合面连接、拉伸杆件与转辙机外壳之间的位移变化连接、设备间使用弹簧连接等关系。
在车站整体大场景的建设中，采用全景天空盒手法表现场景时，考虑前、后、左、右、上、下这六个方向的拼接组合关系，以保证场景的空间层次、空间位置、空间相对关系的真实感。
2、应用铁路电务设备纹理映射技术
纹理映射技术可将任意的平面图像覆盖到三维模型表面上，在模型表面形成逼真的色彩花纹，提高计算机生成图形的真实性。采用现场照片作为纹理贴图赋予模型表面是提高场景真实程度行之有效的方法，同时也增强了系统实时显示性。建筑物以及转辙机在车站全景尺度下应用时完全可以使用只有六面的长方形基本体配以设备贴图的方法来显示，并且取得良好的视觉效果。
3、应用铁路电务设备模型优化技术
(1) 层次结构优化
① 通过分析虚拟场景的作用目的，根据位置、组合连接关系、用途等指标对场景及模型进行分类，建立层次结构。
② 在上述基础上，遵照调整层次建模的规则方法对结构进行调整。
(2) 纹理优化
对通过现场采集得到的图像或视频截取的图像进行基本加工处理，根据不同模型尺度的实际要求对图像进行分类精细处理，例如对纹理颜色、纹理像素进行修改或者将多个图像进行纹理拼接组成新的纹理等。
(3) 模型优化
对于三维模型必须消除冗余多边形简化模型面数，同时运用纹理映射代替部分模型、使用实例化和LOD(Level Of Detail, 细节层次)等技术降低场景中模型实际数量。
(4) 场景优化
通过使用纹理映射、实例化、LOD以及外部引用等技术对完整的虚拟场景进行综合性优化，在保证视觉效果的前提下，最大化的降低场景整体多边形数量。
4、应用铁路电务设备二维、三维动画制作技术
采用二维动画等形式表现电气类中的电路动作更为形象直观，因此设备的动作属性可以分为两大类：基本动作属性以及多个设备间连接时的协同动作属性。
（1）基本动作属性
机械设备的实际动作包括位移、旋转、弯曲三种。
① 位移：主要包括杆件的拉伸，尖轨的移动等。实现方法为节点动画。
② 旋转：主要包括螺丝螺母的松紧旋转，齿轮的转动等。实现方法为节点动画。
③ 弯曲：主要包括岔心位置尖轨部位的弯曲变形，各类连接线的弯曲变形等。实现方法为骨骼动画。
机械设备在虚拟现实场景中独有的特殊动作包括显示、隐藏两种。
① 显示：即设备对象在虚拟场景中的可见性，如设备缺点检查场景中多余石碴的显示，设备连接线中内部芯线外露的显示等。
② 隐藏：即设备对象在虚拟场景中的不可见性，如设备缺点检查场景中加锁装置的丢失，各类螺丝、螺母的缺失等。
（2）协同动作属性
协同动作是指两个或两个以上的对象通过空间绑定或物体组合连接等方式共同完成一组动作，参与的对象既可以是基本动作的组合，也可以是动作组合之间的组合。
5、应用LUA脚本语言交互控制及推理编程技术
软件中嵌入Lua脚本语言作为系统规则编制的基本语言，满足快速灵活、易于编制模块化规则函数以及调用规则函数的要求。需完成以下工作：
（1）编写了基于现场实际电务设备物理和电气以及液压特性的人工智能交互推理机制。使系统中的三维模型具有了智能化的动作反馈。
（2）自动适应不同的屏幕分辨率，根据系统分辨率自动调整软件中字体和图像大小。
（3）实现考试系统倒计时，智能判断分数并给出错误位置和原因。
6、应用NET在知识库开发与虚拟现实网络环境的交互控制技术
以运用虚拟现实技术制作出的场景和模型作为知识库的概念知识，运用产生式规则表示方法，采用变量构建事实知识库，采用函数构建规则知识库。需满足如下技术需要：
（1）开发除了以三维模型为基础，能表达电务知识点与三维模型状态之间对应关系的知识库。
（2）提供便捷高效的知识管理手段，按照模块化思想组织知识库结构。
（3）可以表达三维模型之间的关系以及描述和记录模型事实状态。
（4）后续推理机构可以方便的进行知识的调用。
7、应用三维立体投影技术
运用3D vision 2技术，实现三维场景的立体可视化，充分展现出3D技术的优越性，使使用者有身临其境的感觉，对使用者的吸引力大大增强，达到了虚拟现实系统对沉浸感的要求。
8、基于专用网络的教育管理平台
可以发布学习任务，安排阶段性学习内容。自动对学习的时间、学习时长、学习的内容进行记录，并在管理机上实现统计排序功能，为教育管理部门提供有效的管理手段和详实的学习情况统计数据。
9、在线随机考试评判系统
类似驾驶执照的理论考试方法，可以在申请考试后，从三维仿真题库中随机抽取5个教学模块的考试部分形成一次仿真模拟演练的考试，在规定时间内，在三维场景中模拟实际作业过程或处理设备故障。完成后分别对5个模块进行评分，给出最终综合分数，并统计全体参加考试人员的考试成绩，提供排序功能。
10、操作方式
触摸屏技术使用广泛，可以为软件的使用带来更好的体验。软件应在支持通常鼠标、键盘操作的基础上，同时支持电脑屏幕触摸操作功能，为使用过程提供更加丰富的体验感觉。
11、运行环境
软件可以在当前主流的电脑配置上流畅运行，支持较新版本的windows系列操作系统，例如Windows 7、Windows 8操作系统，使用可靠的商业数据库管理软件保存数据，例如：MS SQL Server。
三、 采用单一来源采购方式的原因及相关说明
由于前期在包头市政府招标网进行了本项目的公开招标，开标时应标的厂商只有一家，未能成功。分析招标失败的原因主要是由于铁路信号特有行业市场小，从事铁路信号仿真模拟开发的厂商全国范围内很少，能够满足学院培训要求具有成熟商业化的产品更少，开标时应标的只有一家，因此只能采用单一来源采购。
四、 拟定的唯一供应商名称：内蒙古呼铁高新技术发展有限责任公司。
地址：呼和浩特市金川开发区金二道科技园公寓楼303室
五、 专业人员对相关供应商因专利、专有技术等原因具有唯一性的具体论证意见，以及专业人员的姓名、工作单位和职称

1. 知识产权证明（共8份附1）
（1）计算机软件著作权1项。
（2）计算机软件登记7项。

2．主要应用证明（共10份附1）
（1）呼和浩特市机械工程职业技术学院使用报告
（2）北京铁路局应用证明
（3）沈阳铁路局吉林电务段应用证明
（4）郑州铁路局郑州电务段应用证明
（5）南宁铁路局柳州电务段应用证明
（6）集通铁路公司应用证明
（7）呼和浩特铁路局包头电务段应用证明
（8）呼和浩特铁路局电务处使用报告
（9）呼和浩特铁路局呼和电务段使用报告
（10）包头电务段社会及经济效益证明

3．其他证明(共3份附1)
（1）呼和浩特铁路局科学技术委员会关于颁发2011年度局科技进步奖增收节支合理化建议和技术改进奖的通知，文件编号：呼铁科委[2012]30号。
（2）呼和浩特铁路局科学技术委员会关于颁发2012年度局科技进步奖增收节支合理化建议和技术改进奖的通知，文件编号：呼铁科委[2013]19号。
（3）科技查新报告。

论证意见：学院组织相关专业的教学和管理部门的专家对内蒙古呼铁高新技术发展有限责任公司开发的“铁道信号仿真模拟演练培训系统”通过资质、业绩、产品现场演示等多方进行了论证。认为其主要功能能够满足我院的教学需要，产品防真度高符合现场实际。解决教学培训中真实环境安全要求高不能现场培训的难题。产品在多方面具有首创性和突破性，未见国内有同类成熟产品，因此是唯一的选择。
专家名单：任双喜包头铁路职业技术学院 高级讲师
李晋刚包头铁路职业技术学院 实验师
张进利包头铁路职业技术学院 讲师




包头铁道职业技术学院
2014年9月25日