车站设备监控系统是地铁车站设备安全管理的其中一种重要手段。受限于显示屏的尺寸,传统的车站设备监控系统无法对车站全局进行直观的监控,只能监控某个具体区域。为解决这一问题,本文提出了实体沙盘与虚拟车站场景相结合的车站设备监控系统。该系统的特点在于能够通过实体沙盘对车站设备进行全局监控。当设备发生故障时,能快速定位到故障设备的位置。同时,虚拟场景作为补充显示,能够为用户呈现可视化的设备故障信息,弥补实体沙盘在细节呈现的不足。实体沙盘与虚拟车站场景之间如何实现信息互联,如何通过控制实体沙盘中的漫游替身来控制虚拟车站场景的变化是该系统实现的关键所在。因此,本文将从实体沙盘的设计与制作、漫游替身的跟踪与定位以及最终实现实体沙盘与虚拟车站场景漫游联动的交互展开研究,具体研究内容包括:(1)研究了实体沙盘的制作方法。实体沙盘的制作包括:以地铁车站三维虚拟场景为原始数据,结合沙盘设计工艺、3D打印等技术制作了地铁车站实物沙盘模型;设计了车站设备的故障模拟模块;在对二维漫游位姿(位置与姿态,下同)和三维漫游位姿进行深入的分析后,提出了漫游替身的概念并设计了一个漫游替身,用于沙盘上的漫游。通过漫游替身的设计,建立了实体沙盘与虚拟场景在漫游上的关联。(2)漫游替身的跟踪与定位方法研究。具体思路是:首先,使用自动白平衡算法作预处理。其次,从基于H-S二维直方图的反向投影和添加旋转尺度估计两个角度对Camshift跟踪算法在应用上进行了改进,从而提高了目标跟踪的鲁棒性。然后,在跟踪窗口中对目标进行基于颜色识别的轮廓检测,计算出目标轮廓质心来作为跟踪的结果。最后,基于透视变换的方法实现了漫游替身在沙盘平面上的定位,并进行了定位精度校正。(3)实体沙盘与虚拟场景联动漫游的交互方法研究。首先,设计了俯仰角控制模块实现了漫游替身观察俯仰角的模拟。然后,结合定位信息、俯仰角以及漫游替身自身的设计,完整的描述了漫游替身在沙盘中漫游位姿的数学模型;分析了虚实场景的映射关系,最终实现了联动漫游的交互,从而把虚拟漫游技术中可视化的优势体现到实物沙盘漫游中。最后,完成了故障模拟模块的通信设计,实现了设备的故障信息在虚拟场景中的同步响应。(4)实体沙盘与虚拟车站场景相结合的车站设备监控系统的搭建。通过运行实例,对漫游替身在沙盘上跟踪及定位的准确性与有效性进行了验证。通过对地铁设备进行简单的故障模拟,验证了实体沙盘与虚拟车站场景联动漫游的交互方式应用于设备故障可视化监控的可行性。