鐵路運輸管控一體實驗平臺設計與研究

王順利，孫景冬，王淑偉

（1.西南交通大學峨眉校區(qū) 交通運輸系，四川 峨眉 614202；2.西南交通大學峨眉校區(qū) 電氣工程系，四川 峨眉 614202）

西南交通大學峨眉校區(qū)鐵道運輸、鐵路信號、測控、計算機應用等專業(yè)是以培養(yǎng)鐵路運輸組織指揮、通信信號設計維護、計算機應用等人才為目標。隨著高速鐵路的快速發(fā)展，在目前使用新型的運輸指揮及設備控制手段的情況下，原有的人才培養(yǎng)方案及理論、實踐教學體系已不能滿足新形勢下人才培養(yǎng)的要求，而在職人員也缺乏相應的職業(yè)技能培訓和鑒定平臺。因此運用仿真技術構建現(xiàn)代鐵路運輸（接近真實的運輸）工程環(huán)境，建立集教學、培訓、職業(yè)技能鑒定和技術服務一體的多功能教育培訓中心是鐵路仿真教學領域開發(fā)建設的必然趨勢之一。

1 鐵路運輸管控一體實驗平臺總體介紹

鐵路運輸管控一體實驗平臺是以現(xiàn)代鐵路運輸?shù)募夹g設備特征和運用水平為藍本，以運營管理和信聯(lián)閉技術為主線，將相關學科有機整合，使學生對現(xiàn)代鐵路運輸?shù)倪\行機理有較為直觀的、本質的理解。利用該實驗平臺還可有效培養(yǎng)鐵道運行專業(yè)學生的計劃編制、調(diào)度指揮及有效運用技術設備等能力；針對鐵路信號等相關專業(yè)的學生，培養(yǎng)其鐵路信號設計、開發(fā)、檢測、維修等能力［1］。

該實驗平臺以廣深鐵路廣州至深圳區(qū)段為模擬對象。廣深鐵路全長147km，為一級鐵路干線；廣州東至深圳段均為四線，其中I、II線分別為上行和下行的、最高時速為200km的高速線路，目前僅供動車組列車行走；而III、IV線分別為上行和下行的最高時速為140km的普速線路，供普通客運和貨運列車行走。實驗平臺系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中包括：行車調(diào)度控制臺負責對全線車流進行調(diào)度指揮，中間站設車站值班員及信號員負責對車站接發(fā)列車作業(yè)進行指揮，編組站為平湖南編組站。模擬平臺采用SAM系統(tǒng)，設車站值班員、信號員、站調(diào)、區(qū)長、車號，負責對編組站作業(yè)進行模擬仿真；按比例建有平湖南編組站沙盤，沙盤上的車流作業(yè)及顯示與編組站仿真平臺同步運行，實現(xiàn)管控一體實驗室的控制部分。由以上分析可知，管控一體實驗平臺有4個子系統(tǒng)：行調(diào)子系統(tǒng)、車站接發(fā)列車子系統(tǒng)、SAM編組站仿真子系統(tǒng)和沙盤控制及同步顯示子系統(tǒng)。

圖1 管控一體模擬系統(tǒng)框圖

2 行調(diào)子系統(tǒng)

（1）仿真各列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）或CTC調(diào)度臺列車運行圖終端及調(diào)度命令終端所有功能和操作界面，接收日（班）計劃系統(tǒng)信息及管轄區(qū)段內(nèi)的各車站報點。綜合考慮車站股道安排、運行時分、運行條件、正晚點及車輛移動等因素，對列車運行圖編制情況進行智能評價。行調(diào)子系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如圖2所示［2－3］。

圖2 行調(diào)子系統(tǒng)結構圖

（2）仿真CTC調(diào)度臺調(diào)度控顯終端所有功能和操作界面，調(diào)度員可通過該系統(tǒng)進行信號機、道岔、按鈕及進路信息等任何操作，并可設置軌道電路紅光帶、道岔無表示等故障。行調(diào)臺仿真界面如圖3所示。

圖3 行調(diào)臺仿真界面圖

（3）根據(jù)列車運行調(diào)整計劃自動觸發(fā)進路，模擬列車自動運行及車站報點。

（4）系統(tǒng)可設計各類非正常情況行車應急處置場景，制作視頻演示標準作業(yè)流程，同步進行語音講解；調(diào)度員可選擇各類應急處置場景重復進行訓練，操作完畢后系統(tǒng)自動評分，并逐項列出存在的問題；并可實現(xiàn)列車調(diào)度員、助理調(diào)度員、值班副主任、客運調(diào)度員和動車調(diào)度員等多崗位協(xié)同應急訓練。

（5）系統(tǒng)設教練臺，指導教師根據(jù)情況設置不同行調(diào)臺操作場景，以適應多人、同時進行調(diào)度指揮訓練。指導教師根據(jù)需要，在調(diào)度指揮訓練時，設置非正常情況下行車場景，增加調(diào)度員應急指揮能力；調(diào)度員特定場景作業(yè)指揮完畢，系統(tǒng)對調(diào)度員的調(diào)度指揮的重要參數(shù)進行分析，并對整個調(diào)度指揮過程進行綜合評價。

3 車站接發(fā)列車子系統(tǒng)

車站接發(fā)列車子系統(tǒng)包含仿真CTC調(diào)度臺車站控顯終端所有功能和操作界面，提供了車站仿真環(huán)境，系統(tǒng)界面如圖4、圖5所示，可實現(xiàn)如下功能：

（1）在仿真CTC調(diào)度模式下，實現(xiàn)車站控顯終端的所有功能和操作界面。

（2）在仿真CTC調(diào)度模式下，實現(xiàn)車站值班員作業(yè)界面所有功能及操作界面。

（3）在車站控制模式下，可以設置各類設備故障，如進站信號機故障、軌道電路紅光帶、道岔擠岔、軌道電路故障不能解鎖等，以提高車站人員非正常情況下接發(fā)列車能力。

圖4 車站接發(fā)列車子系統(tǒng)車站值班員界面示意圖

圖5 車站接發(fā)列車子系統(tǒng)信號員界面示意圖

4 SAM編組站仿真子系統(tǒng)

SAM編組站綜合自動化系統(tǒng)是以編組站調(diào)度指揮與集中控制為核心的綜合管理與控制系統(tǒng)，編組站子系統(tǒng)由如下構成：

（1）編組站技術作業(yè)表系統(tǒng)。編組站技術作業(yè)表是對車站的站場運用、現(xiàn)車變化與調(diào)機作業(yè)過程的動態(tài)反映，也是車站調(diào)度人員組織車流進行解體、編組、出發(fā)全過程的真實記載。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對車流在站內(nèi)作業(yè)流程的安排及對實現(xiàn)車流的按小時推算。

（2）車號員作業(yè)系統(tǒng)。主要完成到達確報處理，系統(tǒng)自動接收上級處理中心轉發(fā)到本站的確報，并提供方便的確報處理手段，還能根據(jù)CPS信息自動核對現(xiàn)車，減輕車號員工作強度，提高信息準確性。

（3）區(qū)長及站調(diào)作業(yè)系統(tǒng)。根據(jù)站調(diào)的集中推算結果自動編制各分區(qū)的調(diào)車計劃，站調(diào)考慮全局最優(yōu)，區(qū)長調(diào)車考慮各場計劃最優(yōu)；區(qū)長控制調(diào)車方案的執(zhí)行，計劃的修改、下達、調(diào)整，檢查計劃的執(zhí)行結果；區(qū)長能通過系統(tǒng)隨時看到解體、編組、取送計劃在現(xiàn)場實際的執(zhí)行情況和執(zhí)行時間，并根據(jù)系統(tǒng)的自動提示，在系統(tǒng)幫助下進行檢查調(diào)整；現(xiàn)場實際作業(yè)信息可通過該系統(tǒng)及時反饋至作業(yè)計劃編制與調(diào)度指揮系統(tǒng)，以自動鋪劃作業(yè)大表的實際線，站調(diào)中心的顯示墻將實時顯示編組站的真實現(xiàn)車分布和正在進行的作業(yè)。人工調(diào)車計劃編制系統(tǒng)包括鉤計劃編制和鉤計劃管理。

（4）值班員系統(tǒng)。實現(xiàn)行車日志管理計算機化，接收和調(diào)整到發(fā)線使用計劃，確認列車到發(fā)時刻和線路狀態(tài)，對到發(fā)車流進行作業(yè)指揮。

5 沙盤控制及同步顯示子系統(tǒng)

該系統(tǒng)為平湖南三級三場編組站按比例的可控沙盤模型，通過對編組站仿真子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)沙盤與模擬系統(tǒng)的同步顯示。沙盤控制及同步顯示子系統(tǒng)主要包括：與運輸系統(tǒng)的通信接口，主要完成數(shù)據(jù)采集機控制系統(tǒng)與上位系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信；沙盤仿真設備通信總線系統(tǒng)負責將沙盤仿真設備串行連接，便于控制及數(shù)據(jù)采集；模型機車無線控制負責通過采用無線信號實現(xiàn)對模型機車的控制和信息反饋；信號機、軌道電路、道岔沙盤設備的仿真，負責對每個設備處理外觀模型，并設計相關的驅動電路及命令解釋程序等［4－5］。

6 鐵路運輸管控一體實驗平臺的特色

（1）通過對鐵路運輸生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)分析，使計算機仿真技術、數(shù)據(jù)庫技術、信聯(lián)閉技術、現(xiàn)代通信技術、測控技術和運輸組織學理論等交叉融合，并在該系統(tǒng)的研發(fā)中得到創(chuàng)新性應用，為行車組織、通信信號領域理論研究及科研活動提供仿真模擬平臺［6－9］。

（2）在編組站沙盤縮略模型上，構建信號、道岔、軌道電路、機車、車輛、列車等實物對象，通過通信控制系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、列車控制系統(tǒng)等實現(xiàn)對各對象的動態(tài)仿真過程。

（3）以該實驗中心為平臺，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，改革課程體系，更新教學內(nèi)容，改進教學方法，使技能實訓建設、課程體系建設和科學實驗平臺等得到合理有效整合，對全面推進素質教育，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，促進學生知識、能力、素質的綜合提高，對提高教學水平和教育質量等方面起到積極作用［10］。

（4）項目建設完全靠自主探索、自主研發(fā)，通過總結經(jīng)驗，先易后難，使其逐步完善。本系統(tǒng)建設完成后，將是模擬仿真技術在同類實驗室建設上的重大突破，在培養(yǎng)鐵路運輸、鐵路信號、高速鐵路、城市軌道交通等專業(yè)人才及提高鐵路運輸信息化等方面具有重要意義［11－12］。

（References）

［1］王順利，孫景冬.強化實驗教學改革 提高實驗教學質量 ［J］.高校實驗室工作研究，2010（4）：32－33，99.

［2］錢力.鐵路運輸調(diào)度仿真培訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2012（5）：147－148.

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［6］周研，周磊山.基于HLA的鐵路行車調(diào)度指揮仿真訓練系統(tǒng)設計［J］.物流技術，2010（8）：70－72.

［7］孫景冬，王瑤，王順利.鐵路列車調(diào)度員培訓模擬系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)［J］.實驗科學與技術，2006（5）：24－26.

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［9］王興中，王振東，王濤，等.鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)故障診斷方法［J］.中國鐵道科學，2011，32（6）：119－124.

［10］顏喜林.城市軌道交通工程實踐教學模式探討［J］.實驗技術與管理，2010，27（12）：171－173.

［11］李文婷.淺談CIPS管控一體對編組站的影響［J］.鐵路通信信號工程技術，2009（10）：27－29.

［12］李一龍，羅新劍，龍偉民.接發(fā)列車作業(yè)與調(diào)度指揮模擬演練系統(tǒng)的構建［J］.鐵路計算機應用，2005，14（12）：29－31.