軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺構(gòu)建探討

彭其淵　黃　鑒　鄧灼志

關(guān)鍵詞：軌道交通；綜合調(diào)度；分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺

摘要：隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用，要求交通運(yùn)輸專業(yè)人才必須掌握綜合調(diào)度的技術(shù)。為了方便學(xué)生實(shí)際操作，西南交通大學(xué)建設(shè)了數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺。它以分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)為核心，由調(diào)度中心系統(tǒng)、車站仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)三部分構(gòu)成。并以教學(xué)平臺框架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。將教學(xué)、科研與社會服務(wù)集成為一體，構(gòu)建了數(shù)字化軌道交通列車調(diào)度員、助理調(diào)度員、綜合維修調(diào)度員、車站值班員等綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)的仿真平臺。實(shí)踐表明，數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)方便了學(xué)生的現(xiàn)場實(shí)際演練，提高了學(xué)生動手能力，具有完善的教學(xué)、科研功能和良好的社會效益，對于培養(yǎng)交通運(yùn)輸創(chuàng)新型、工程型專業(yè)人才具有重要作用。

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1009－4474(2009)02－0035－04

一、綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺建設(shè)的意義

綜合調(diào)度是軌道交通日常管理和行車指揮的核心。但在日常生活中，運(yùn)輸生產(chǎn)過程由于受各種不確定因素的影響，列車運(yùn)行及鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)活動經(jīng)常偏離運(yùn)輸計(jì)劃。為了使運(yùn)輸生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)正常化，我們必須經(jīng)常分析運(yùn)輸生產(chǎn)指標(biāo)的完成情況，進(jìn)行車流分布預(yù)測，并根據(jù)具體的運(yùn)輸工作條件，調(diào)整車輛分布及列車運(yùn)行。通過制定日、班計(jì)劃貫徹運(yùn)輸調(diào)整措施，預(yù)防或消除運(yùn)輸生產(chǎn)過程中可能或已經(jīng)發(fā)生的一些問題，保證車流正常分布，運(yùn)輸設(shè)備使用經(jīng)濟(jì)合理，從而使鐵路運(yùn)輸部門按時完成或超額完成運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)。

由于綜合調(diào)度在軌道交通中具有重要地位和作用，使得調(diào)度指揮專業(yè)技能成為交通運(yùn)輸專業(yè)特色人才實(shí)踐動手能力的重要組成部分。因此，在競爭日益激烈的市場中，軌道交通企業(yè)需要高校培養(yǎng)具有調(diào)度指揮能力的人員，這就給交通運(yùn)輸專業(yè)特色人才培養(yǎng)提出了新的要求，即要求培養(yǎng)的特色人才能對綜合調(diào)度各方面的內(nèi)容及具體實(shí)施細(xì)節(jié)有全面、深刻的認(rèn)識，而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，僅靠課堂教學(xué)是難以完成的。這是因?yàn)榫C合調(diào)度過程與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系緊密，只有通過日常調(diào)度指揮訓(xùn)練，才能增強(qiáng)學(xué)生對綜合調(diào)度的認(rèn)識，使學(xué)生掌握調(diào)度指揮的本領(lǐng)。然而，在現(xiàn)實(shí)中運(yùn)輸生產(chǎn)單位出于安全和作業(yè)效率的考慮，學(xué)生即使在現(xiàn)場實(shí)習(xí)也很難有機(jī)會參與調(diào)度指揮方面的實(shí)際操作。為了解決上述問題，我們認(rèn)為構(gòu)建數(shù)字化綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺將是一種較為理想的選擇。因?yàn)?，?shù)字化綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺不僅成本較低，所占空間較小，更為重要的是可以方便地仿真綜合調(diào)度的全部過程，能為學(xué)生提供一個實(shí)踐綜合調(diào)度指揮的場所；它不僅可以幫助學(xué)生理解和領(lǐng)悟綜合調(diào)度的相關(guān)理論知識，還可以滿足學(xué)生動手的需求，適應(yīng)了交通運(yùn)輸專業(yè)特色人才培養(yǎng)的需要。

同時，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等技術(shù)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，它將逐漸改變傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)模式。這就要求交通運(yùn)輸專業(yè)人才應(yīng)適應(yīng)科技的發(fā)展，熟練地掌握先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，特別是在運(yùn)輸生產(chǎn)中處于核心地位的綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)的相關(guān)信息技術(shù)，在此基礎(chǔ)上熟練操作調(diào)度指揮系統(tǒng)。而綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的建設(shè)為學(xué)生掌握、應(yīng)用這些信息化技術(shù)提供了有利條件。同時，也為交通運(yùn)輸專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的改善和教師科學(xué)研究提供了技術(shù)保障。

二、綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的基本原理與框架結(jié)構(gòu)

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的基本原理

數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺是以國內(nèi)外最先進(jìn)的調(diào)度指揮系統(tǒng)——分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)為核心，根據(jù)軌道交通調(diào)度指揮的基礎(chǔ)理論，將軌道交通綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)模塊化、數(shù)字化，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體等信息技術(shù)建立的。而車站設(shè)備、列車運(yùn)行則采用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)。綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺主要集成了車站列車接發(fā)、調(diào)車作業(yè)、軌道交通綜合調(diào)度指揮，其中包括行車調(diào)度指揮、綜合維修調(diào)度指揮、車站作業(yè)統(tǒng)計(jì)分析等功能。通過綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺可以讓學(xué)生參與對軌道運(yùn)輸?shù)慕M織、協(xié)調(diào)與決策的模擬仿真實(shí)訓(xùn)。

綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺設(shè)置與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)現(xiàn)場保持高度一致，以達(dá)到對現(xiàn)場運(yùn)輸生產(chǎn)的高質(zhì)量模擬和仿真。該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，利用智能化分散自律設(shè)計(jì)原則，將同一調(diào)度區(qū)段內(nèi)、同一聯(lián)鎖控制范圍內(nèi)所有車站(車場、線路所)的信號、聯(lián)鎖、閉塞設(shè)備納入控制范圍，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成調(diào)度計(jì)劃和調(diào)度命令的下達(dá)，由車站自律機(jī)按照調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行自律執(zhí)行，并由相應(yīng)的外圍設(shè)備采集鐵路沿線的各種實(shí)時信息，再傳送到調(diào)度集中的中央服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了列車跟蹤、監(jiān)督報警、運(yùn)行圖自動繪制、列車編組信息管理、調(diào)車作業(yè)管理、綜合維修管理、列／調(diào)車進(jìn)路人工和計(jì)劃自動選排、分散自律控制等功能。系統(tǒng)具有較高的智能性，能夠自動生成調(diào)度計(jì)劃并依據(jù)計(jì)劃自動選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)路，控制相應(yīng)的聯(lián)鎖設(shè)備動作。它能在列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃的基礎(chǔ)上，自動解決列車作業(yè)與調(diào)車作業(yè)在時間與空間上的沖突，實(shí)現(xiàn)列車和調(diào)車作業(yè)的統(tǒng)一控制。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的框架結(jié)構(gòu)

數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺由綜合調(diào)度中心系統(tǒng)、車站仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)三部分構(gòu)成(見圖1)。

(1)綜合調(diào)度中心系統(tǒng)

綜合調(diào)度中心系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、調(diào)度集中服務(wù)器、通信前置服務(wù)器、大屏顯示系統(tǒng)、行車調(diào)度員工作站、助理調(diào)度員工作站、綜合維修工作站以及局域網(wǎng)等設(shè)備組成。其主要功能包括：①實(shí)時監(jiān)控管轄范圍內(nèi)列車運(yùn)行狀態(tài)，制定、調(diào)整和下達(dá)列車階段計(jì)劃，查閱實(shí)際運(yùn)行圖，下達(dá)調(diào)度命令以及與相鄰區(qū)段列車調(diào)度員交換信息；②編制、調(diào)整無人值守車站的調(diào)車作業(yè)計(jì)劃以及領(lǐng)導(dǎo)調(diào)車工作，根據(jù)階段計(jì)劃和調(diào)度員的口頭指令進(jìn)行車站調(diào)車進(jìn)路的排列；③具有直接遙控車站進(jìn)路和其他信號設(shè)備的按鈕操作界面；④掌握線路運(yùn)營情況，仿真生產(chǎn)和運(yùn)輸指揮過程；⑤具有站場和運(yùn)行圖顯示功能，輔助計(jì)劃調(diào)度完成日班計(jì)劃的生成和下達(dá)。

(2)車站仿真系統(tǒng)

車站仿真系統(tǒng)主要設(shè)備包括車站自律機(jī)、車務(wù)終端、綜合維修終端、電務(wù)維護(hù)終端等。其中，車站自律機(jī)是分散自律調(diào)度集中的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能包括：①接收存儲調(diào)度中心的列車運(yùn)行計(jì)劃、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃等，并自動按計(jì)劃進(jìn)行進(jìn)路排列，驅(qū)動聯(lián)鎖系統(tǒng)執(zhí)行；②接收調(diào)度中心和本地值班員(信號員)的直接控制操作指令，經(jīng)檢查確認(rèn)無沖突后驅(qū)動聯(lián)鎖系統(tǒng)執(zhí)行；③確認(rèn)進(jìn)路的完整性和信號的正確性，并能對不正常情況進(jìn)行處理；④能對列車及調(diào)車作業(yè)進(jìn)行跟蹤；⑤接收鄰站的實(shí)際和計(jì)劃運(yùn)行圖，接收調(diào)度中心和本站值班員的人工干預(yù)，調(diào)整進(jìn)路及內(nèi)部處理流程；⑥能對列車車次進(jìn)行跟蹤顯示處理，可形成本站的自動報點(diǎn)信息。車站仿真系統(tǒng)不僅在縱向上能與調(diào)度中心有信息的交互，而且在橫向上能與相鄰車站有信息的交互。

(3)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)為綜合調(diào)度中心與各調(diào)度臺的信息交換、車站與車站的信息交換，以及調(diào)度中心與車站之間的信息交換提供通道。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺中一般采用局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

三、綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的設(shè)置

根據(jù)數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的基本原理和框架結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺分為綜合調(diào)度指揮中心和基層車站兩級調(diào)度指揮層。調(diào)度指揮中心設(shè)置列車調(diào)度員仿真平臺、助理調(diào)度員仿真平臺、綜合維修調(diào)度員仿真平臺；車站仿真系統(tǒng)主要設(shè)置車站值班員仿真平臺及車務(wù)終端等。

1列車調(diào)度員仿真平臺

列車運(yùn)行是運(yùn)輸生產(chǎn)活動的重要環(huán)節(jié)。列車調(diào)度員負(fù)責(zé)指揮一個區(qū)段內(nèi)與列車運(yùn)行有關(guān)的生產(chǎn)活動，對列車運(yùn)行進(jìn)行指揮調(diào)整是其主要的職能，助理調(diào)度員和綜合維修調(diào)度員均受列車調(diào)度員指揮。學(xué)生通過列車調(diào)度員仿真平臺可以監(jiān)控列車運(yùn)行狀況，負(fù)責(zé)組織和完成列車在車站到開、會讓、通過等行車作業(yè)；同時，讓學(xué)生學(xué)會合理地使用車站正線、到發(fā)線、調(diào)車線，實(shí)現(xiàn)日班計(jì)劃。在列車運(yùn)行紊亂的情況下，學(xué)生可通過仿真平臺調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃，控制列車、調(diào)車進(jìn)路，盡可能使晚點(diǎn)列車恢復(fù)正常運(yùn)行秩序。另外，學(xué)生還可以通過仿真平臺向助理調(diào)度員下達(dá)中間站列車摘掛計(jì)劃，同時指揮綜合維修調(diào)度員及時、正確地發(fā)布調(diào)度命令。

2助理調(diào)度員仿真平臺

助理調(diào)度員在列車調(diào)度員的領(lǐng)導(dǎo)下，根據(jù)列車調(diào)度員下達(dá)的列車運(yùn)行計(jì)劃，隨時監(jiān)控管轄各站列車進(jìn)路和調(diào)車進(jìn)路的排列情況。必要時助理調(diào)度員可以直接操縱車站信號、聯(lián)鎖、閉塞設(shè)備。學(xué)生可通過助理調(diào)度員仿真平臺組織指揮調(diào)度工作，并根據(jù)日班計(jì)劃、列車編組、車站站存車、裝卸車進(jìn)度等信息，及時編制調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，然后確認(rèn)、修改列車編組順序表、車站站存車等信息，并及時向車站仿真系統(tǒng)傳送調(diào)車作業(yè)計(jì)劃和列車摘掛計(jì)劃。

3綜合維修調(diào)度員仿真平臺

綜合維修調(diào)度員在列車調(diào)度員的領(lǐng)導(dǎo)下，加強(qiáng)與施工調(diào)度員、電力調(diào)度員的聯(lián)系，按照月度施工方案和“天窗修”計(jì)劃，及時編寫施工、檢修等調(diào)度命令。學(xué)生通過綜合維修調(diào)度員仿真平臺可以根據(jù)需要編寫并下達(dá)施工、檢修等調(diào)度命令，同時協(xié)助助理調(diào)度員監(jiān)控管轄各站列車進(jìn)路和調(diào)車進(jìn)路的排列情況；遇到需要人工排列的進(jìn)路時，應(yīng)與助理調(diào)度員執(zhí)行“二人確認(rèn)制度”。

4車站值班員仿真平臺

車站接發(fā)列車的工作，一般由車站值班員統(tǒng)一指揮。在調(diào)度集中模式下，綜合調(diào)度中心是調(diào)度指揮的核心，行車調(diào)度員仿真平臺是指揮行車的主要平臺，助理調(diào)度員通過助理調(diào)度員仿真平臺、綜合維修調(diào)度員通過綜合維修調(diào)度員仿真平臺接收相關(guān)命令，并輔助行車調(diào)度員完成相應(yīng)的行車、調(diào)車作業(yè)。因此，學(xué)生通過車站值班員仿真平臺可以監(jiān)控列車的運(yùn)行。

當(dāng)調(diào)度集中設(shè)備出現(xiàn)故障、發(fā)生危及行車安全的情況或設(shè)備需要維修時，調(diào)度指揮脫離分散自律系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)為車站傳統(tǒng)控制模式，綜合調(diào)度中心不再辦理列車在站的行車作業(yè)。此時，學(xué)生可通過車站值班員仿真平臺辦理列車在站到開、會讓、通過等行車作業(yè)，學(xué)會正確合理地使用車站正線、到發(fā)線，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃。

四、綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺效果分析

數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺自建成以來，已經(jīng)為我校2003級、2004級和2005級的交通運(yùn)輸專業(yè)本科生260余人開設(shè)了“鐵路行車仿真實(shí)驗(yàn)”課程。課程圍繞該平臺開設(shè)了8個實(shí)驗(yàn)，包括：電氣集中條件下的接發(fā)列車實(shí)驗(yàn)、微機(jī)聯(lián)鎖條件下的接發(fā)列車實(shí)驗(yàn)、CTC設(shè)備原理實(shí)驗(yàn)、列車運(yùn)行調(diào)整實(shí)驗(yàn)、CTC情況下調(diào)車作業(yè)計(jì)劃的編制、調(diào)度命令的編發(fā)實(shí)驗(yàn)、車站技術(shù)設(shè)備運(yùn)用及作業(yè)流程實(shí)驗(yàn)和階段計(jì)劃編制實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過開展基于數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，不僅掌握了綜合調(diào)度指揮的基本原理，熟悉了分散自律調(diào)度集中指揮系統(tǒng)，而且在實(shí)際操作的過程中大大提高了他們的實(shí)踐動手能力，這對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力起到了一定的作用。另外，在學(xué)生外出進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)習(xí)之前，我們就先利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺進(jìn)行演練，也解決了學(xué)生在現(xiàn)場實(shí)習(xí)時只能觀看不能動手的難題，為學(xué)生日后走上工作崗位打下了一個良好的基礎(chǔ)。

我校數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺不僅為交通運(yùn)輸專業(yè)本科生提供實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，還為我國大批鐵路相關(guān)工作人員、客運(yùn)專線運(yùn)營調(diào)度人員提供了實(shí)訓(xùn)平臺，發(fā)揮了其強(qiáng)大的社會服務(wù)功能。同時，數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺還具有科研功能，為交通運(yùn)輸專業(yè)的研究生和教師深入科學(xué)研究、進(jìn)一步開發(fā)軌道交通綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)提供了良好的研究條件。因此，數(shù)字化軌道交通綜合調(diào)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺已經(jīng)成為集教學(xué)、科研和社會服務(wù)于一體的多用專業(yè)平臺。

(責(zé)任編輯舒莉霞)