高速铁路联锁调度一体化实训方案研究与应用

夏进波 王 勇

(四川瑞云信通科技有限公司， 成都 610083)

目前，国内针对高速铁路值班员的培训仍以师傅带徒弟、单机版联锁操作和模拟演练等传统培训模式为主。然而，此类培训常导致职工实际动手能力与操作环节严重不足、对车站接发车应急处置理解不透彻等问题，已不能满足高速铁路现场复杂作业要求[1]。因此，急需能够实现运输专业教学的实验系统，用来完成高铁值班员日常教学和实训任务。

拟开发的系统主要用来完成对联锁调度的培训，具体包括基础操作培训、非正常接发车培训、操作演练、复杂场景实训等培训功能。该系统在培训过程中需对联锁的基本原理、常规操作、各种进路选排解锁等进行文字讲解并配以同步实例演示，帮助学员快速全面地掌握联锁系统的操作方式[2]；同时，此系统还需集成突发应急演练和复杂场景下的培训和考核功能，提高用户的综合操作能力和操作流程的规范性；此外，该系统需集成站细资料查询和车务非正常作业办法的学习功能，使该软件不仅成为一个实训演练的工具，还是一个针对具体车站资料查询、边学边练的实用工具；需注意的是，联锁调度培训的目的是使学员从“不会”到“会”再到“熟练”，最后到“精通”。

同时，该系统也可为铁路运输主管部门对现场职工开展客观性考核和上岗培训提供一个有力的管理平台，为铁路实现“强基达标、提质增效”的目标提供强力保障；此外，该套高速铁路联锁调度一体化实训平台还需满足铁路高校相关运输专业的日常教学任务，可为《旅客运输》、《铁路行车组织基础》、《铁路运输调度与统计分析》等多门课程开设相关实验内容[3]；最后，该套系统需提供“学、训、考”一体化的智能教学平台，实现铁路运输专业的多元化教学功能。因此，某公司专门立项完成高速铁路联锁调度一体化实训平台的研制。

1 实训平台需求分析

1.1 实训平台的结构

该系统采用语音智能识别技术、虚拟技术、体感交互技术和大数据分析技术等，用以仿真完整的铁路接发车应用场景；从运行图规划到行车进路开放、车务值班员指挥操作，再到模拟司机驾驶完成行车计划的闭环环境，系统需体现所有信号设备和现场工种的工作联动机制关系[4]。系统中拟采用模拟仿真技术将虚拟环境带入到整个培训过程中，既能完整仿真各系统的设备情况，又能保证系统与现场实际环境的一致性；同时，该系统能够适应现场不同联锁及调度指挥设备供应商的仿真培训，实现“一站一定制”，提高实训效果；此外，实训平台系统采用沉浸式人机交互演练的方式，实现铁路车务人员作业流程的完全仿真培训和考核。实训平台的结构框图如图1所示。

1.2 实训平台开发流程

高速铁路联锁调度一体化实训平台的开发流程如图2所示。该实训系统基于已有高速铁路的线路基本数据开发，通过收集现场所需线路和列车的基本信息建成专属实训系统数据库，实现“1∶1”基础元素的建模，搭建信号仿真系统的程序设计场景，完成单角色和多角色作业模拟，通过场景交互组件的开发，设计实训系统教师端和学生端，完成实训系统的开发流程[5]。

图2 实训平台的开发流程图

2 实训平台设计

2.1 实训平台技术突破

与其他实训系统相比，高速铁路联锁调度一体化实训平台实现了以下技术突破：

(1)采用计算机仿真技术，能够适应不同联锁厂家设备的系统仿真；结合每个车站的不同站细和不同的接发车应急指挥流程，实现“一站一定制”。

(2)采用通信技术，结合铁路现场需求，实现铁路车站联锁及CTC的功能仿真、操作培训、非正常接发车培训、操作演练、复杂场景实训、在线考试、站细及规章制度查询、培训分析等车务人员综合培训管理功能[6]。

(3)采用语音识别技术、视频监控技术和体感交互技术，完成系统的自动化操作响应、人机对话响应、人员身份识别和人体动作采集，模拟真实现场操作和信息交互，实现车务人员作业流程的完全仿真培训和考核。

(4)利用大数据分析，针对不同的学员实现自主化出题、自动生成试卷、自动判卷和自动分析等功能，解决实训中对学员实际操作综合能力考核和精准培训的难题。

(5)开发标准化工程数据快速生成软件，实现定制服务的工程化，以达到快速响应现场工程的需求。

2.2 实训平台仿真流程

高速铁路联锁调度一体化实训平台仿真流程如图3所示。

图3 实训平台的仿真流程图

由图3可知，实训平台仿真流程如下：

(1)根据开发流程收集线路数据对系统进行初始化，构建出实训系统的仿真环境。

(2)实训系统仿真环境启动后，判断实验目标是否是联锁调度一体化培训，若为“是”则表示系统启动成功，进入联锁调度一体化培训仿真过程，否则要对系统进行验证，转入(5)，通过列车运行仿真监控列车的运行，再确定调度指挥的决策。系统验证正确后系统才能正常运行。

(3)进入联锁调度一体化培训系统后判断是否进行突发状态演习，若为“是”则生成故障信息，启动行车调度子系统；否则启动网络协同编图子系统。

(4)行车调度子系统启动后，根据故障信息进行路网仿真和运行图数据管理，系统生成线路基础数据和开行方案数据，进行列车运行图编制，接着实施运行计划；根据运行仿真结果输出培训成绩，完成实验内容后结束系统运行[7]。

(5)根据行车调度子系统的原理仿真自动调整，生成进路控制、车站联锁控制以及列车控制生成列车运行控制的仿真来支撑系统的验证。

(6)启动网络协同子系统，根据线路基础数据和开行方案数据编制列车运行图，确定好列车运行计划，进行网络协同调整；根据日班计划生成的行车计划、反馈信息，对调度指挥决策、行车计划进行调整，输出运行计划成绩及结果完成实验内容。

3 实训平台功能实现

3.1 实训平台主要特点

高速铁路联锁调度一体化实训平台的主要特点包括：

(1)基于不同联锁厂家系统设备操作界面的兼容技术。系统能够适应国内主流联锁系统(包括TYJL-ADX 联锁界面、DS6-60 联锁界面、EI32-JD联锁界面、iLOCK联锁界面)的完全仿真[8]。

(2)基于自动培训过程的人机交互实训技术。调度联锁实现一体化系统实现了边学边练、用户自主化出题、自动化生成试卷、自动化判卷等功能，解决了实训中对于学员实际操作能力不易考核的难题，可有效提高实训效果。

(3)基于大数据的智能实训及精准培训技术。系统通过对现有用户数据的挖掘和分析，可查找日常铁路车务运营中存在的薄弱环节，发现车务日常管理中的管理缺陷，提升管理水平，改进管理流程，达到精准培训的目标。

3.2 实训平台软件功能

根据对实训系统特点以及技术分析，提出系统软件功能项目，如表1所示，主要包括计算机联锁仿真、CTC仿真、数字调度台仿真、教师机实训、培训实训以及信息管理平台。以上功能基本上涵盖所有联锁、调度的工作实训内容，可有效解决车务人员的工作内容培训需求[9]。

表1 实训平台软件功能项目表

3.3 实训平台仿真功能

高速铁路联锁调度一体化实训平台可对联锁调度进行系统培训，实现基本操作功能、列车运行仿真功能和非正常情况下仿真功能等内容。

3.3.1 基本操作功能

(1)新建线路标准界面，采用新标准，坡道接车进站信号的开放要不间断检查延续进路区段空闲状态。

(2)自动闭塞多站相连模拟行车，如出现站场咽喉方向不一致的两个站环接，则需修改代码在系统中实现模拟行车，将此种情况改为可配置或软件自主判别。

(3)界面指示灯状态变化，对于各型号联锁界面中的零散指示灯，或者状态指示灯，其状态能够实现模拟仿真，不同的状态具备不同的显示效果。

(4)记录功能可实现软件界面的操作回放。

(5)根据数据配置文件来确定按钮的名称、形式，保证仿真界面按钮与现场的一致性。

3.3.2 列车运行仿真功能

(1)辅助路票发车仿真，在区间红光带情况下，首次发车不开信号，采用路票发车，列车顺序压过发车进路，之后发车直接开信号。

(2)各界面对于通过按钮的封锁做共性处理，不再按照名称控制。

(3)中岔要随发车进路自动单锁，防护道岔是否要随主道岔逻辑位置锁闭而自动单锁需处理为可配置。

(4)选岔前的进路条件检查，检查不通过则不允许有选岔动作，检查条件包括照查、道岔单锁非逻辑位置、道岔或防护道岔岔封等。

(5)道岔转动过程仿真室外，先断表示，然后转动到位，恢复表示。

(6)道岔区段红光带、绿光带、白光带时道岔室外强制转动，监控机界面显示需要断表示。

(7)站内无岔区段，接近区段可实现封锁。

3.3.3 非正常情况下仿真功能

(1)针对现场典型案例，可以自由编辑题目(最多只能编写25步)。

(2)接发车非正常情况演练时，办理闭塞及开放引导信号会弹出电子簿册，以便对进路的办理以及信号的开放进行记录。

(3)全场停电模拟分为两种，一种为室外设备停电、联锁不停电，另一种为室外设备及联锁均停电，两种模式可切换；联锁全场停电，需上电解锁时，中岔直接解锁无延时。

(4)针对进站信号机内方第一个区段出现红光带故障时，不应实现闭塞办理功能(iLOCK联锁软件面对该故障，则可以办闭塞，其他型号联锁均不能办理闭塞)。

(5)自动闭塞双接故障按钮及双接故障恢复按钮处理为可配置控制其显示，类似邻站半自动闭塞模拟按钮。

(6)区段故障/区段占用情况下，手动扳道岔，显示失去表示状态。

(7)对于半自动闭塞有闭塞切换、计轴功能的站，半自动闭塞自动办理。

4 实训平台的应用

4.1 实训平台应用情况

系统利用联锁调度仿真软件采用Visual Studio 2013框架进行模块化设计，整体应用UML建模，同时完成了兼容性设计，可应用于通用WINDOWS计算机平台[10]。目前，该系统已成功应用于高速铁路现场，得到铁路运输部门的一致好评。

4.2 实训平台应用范围

高速铁路联锁调度一体化实训平台适用范围广泛，主要有：

(1)铁路运营单位：对于高速铁路值班员培训具有重要意义，主要客户是各个铁路局(集团公司)和铁路沿线的车站。

(2)高校教学单位：主要针对开设信号专业和交通运输专业的高校建设教学实验室。目前全国开设了相关专业的高校近100所，而且超一半的高校都是近两三年才开设这些专业，急需建设配套的教学实验平台[11]。

(3)其他制式轨道交通：可以根据地铁、有轨电车、悬挂式单轨、山地轨道交通等新制式轨道交通特殊需求进行延伸功能配置，满足培训基地或沿线车站培训需求。

(4)海外项目：可以根据海外项目需求，量身打造适用于当地需求的海外当地技术人员培训。

5 结论

高速铁路联锁调度一体化实训平台的实现，能有效解决现场真实设备不能反复演练的难题；同时，该平台突破了培训工作中时间、空间、人员数量的限制，提高培训效率，节约培训成本；此外，该系统直观性好，使培训人员身临其境，便于理解和掌握培训内容；最后，该平台具有考试模块，能够实现实操题目用户的自主出题和自动判别，解决难以考察实训效果的难题。