計算機聯(lián)鎖RALI實訓平臺的研究與開發(fā)

陳業(yè)林 ，伍忠國，李錦鑫

（1.北京鐵路局 運輸處，北京 100860；2. 北京交通大學 微聯(lián)科技公司，北京 100195）

計算機聯(lián)鎖RALI實訓平臺的研究與開發(fā)

陳業(yè)林1，伍忠國1，李錦鑫2

（1.北京鐵路局 運輸處，北京 100860；2. 北京交通大學 微聯(lián)科技公司，北京 100195）

針對計算機聯(lián)鎖實操培訓中培訓場景與實際車站情況不一致的問題，基于系統(tǒng)集成理念，采用多線程處理、瘦客戶機嵌入、軟件移植等技術，設計開發(fā)計算機聯(lián)鎖RALI實訓平臺，使用與現(xiàn)場一致的真實車站聯(lián)鎖數(shù)據(jù)、站場站型、聯(lián)鎖閉塞、人機界面、操作方式和崗位設置等，實現(xiàn)了模擬正常與非正常作業(yè)的所有場景及驗證進路需求的功能，為鐵路運輸安全和提高行車專業(yè)干部職工的業(yè)務素質(zhì)提供了技術保障。

計算機聯(lián)鎖；實訓平臺；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；功能設計

隨著計算機聯(lián)鎖設備陸續(xù)投入使用，北京鐵路局管內(nèi)目前已開通了300多個計算機聯(lián)鎖車站（車場），涉及26個車務站段，開通計算機聯(lián)鎖的車站占60%以上。

由于沒有建立統(tǒng)一的培訓系統(tǒng)，計算機聯(lián)鎖開通使用以來，始終未能很好解決作業(yè)人員實際操作培訓針對性不強、學用不一致的問題。實際操作培訓中存在的問題已經(jīng)反應到運輸生產(chǎn)中，尤其對年齡比較大作業(yè)人員，有一點差異就不知所措，在實際作業(yè)中遇到非常情況時，有的車站值班員、信號員不能正確操作，一旦錯誤操作了按鈕，又不知道如何處置，近年來北京鐵路局的天津西、北京南、官廳西等站均在計算機聯(lián)鎖改造開通過渡期發(fā)生過因車務人員操作設備不熟練造成耽誤列車事故。計算機聯(lián)鎖實際操作培訓存在的問題已經(jīng)成為車務系統(tǒng)行車安全的重大隱患。

另外，有個別車站采購與實際車站計算機聯(lián)鎖設備相同設備作為實際操作培訓系統(tǒng)使用，這樣解決了部分操作針對性和學用一致性問題，仍有兩個問題無法解決：

（1）由于價格昂貴無法普遍推廣使用；

（2）單純的車站聯(lián)鎖設備作為培訓系統(tǒng)無法與區(qū)間設備實際連接，部分操作練習不能實現(xiàn)。

為徹底解決因計算機聯(lián)鎖培訓系統(tǒng)針對性不強、學用不一致問題，降低計算機聯(lián)鎖操作培訓系統(tǒng)成本，消除作業(yè)人員因培訓不到位造成的安全隱患，加強站段實訓基地建設、滿足一線職工培訓要求，研發(fā)了與操作人員所在車站計算機聯(lián)鎖完全一致的實際操作培訓平臺，即計算機聯(lián)鎖RALI實訓平臺。

1 實訓平臺設計要求和技術方法

1.1 實訓平臺的設計要求

（1）真實站場操作（Reality，R）：實訓平臺與真實車站的站型完全一致，與真實車站的信號、聯(lián)鎖和閉塞方式完全一致，與真實車站的作業(yè)方式和崗位設置完全一致。

（2）超前培訓演練（Advance，A）：在計算機聯(lián)鎖改造進行前，通過實訓平臺，提前對聯(lián)鎖關系進行反復檢驗，提前發(fā)現(xiàn)并彌補軟件設計存在的缺陷，車務人員提前進行本站計算機聯(lián)鎖崗位適應性培訓演練，防止聯(lián)鎖開通時倉促上崗，因使用設備不熟悉造成事故。

（3）本地多站安裝（Local，L）：實訓平臺上可安裝多個車站的實訓系統(tǒng)，通過簡單設置就可實現(xiàn)單雙信號員車站之間的轉(zhuǎn)換功能，當職工改職、調(diào)崗或者新站開通時，可在原工作地點進行新站場的實操訓練，提前熟悉和適應新設備以及操作流程。

（4）獨立安全運行（Independent，I）：實訓平臺獨立于正在使用中的車站聯(lián)鎖設備，新職人員“學、練、用”無需按照傳統(tǒng)的“師帶徒”培訓方式跟班作業(yè)，消除因在崗位上練習操作設備造成的安全隱患。

1.2 實訓平臺采用的技術方法

（1）該平臺通過使用真實車站數(shù)據(jù)及真實軟件平臺移植的方式，實現(xiàn)了包括站型、人機界面顯示、操作方式、聯(lián)鎖關系均與現(xiàn)場的一致。該系統(tǒng)各站軟件均采用現(xiàn)場軟件移植后實現(xiàn)，通過增加對仿真車和各種故障的設置，達到培訓學員操作的目的。

（2）該平臺采用綠色技術實現(xiàn)不需安裝即可運行的功能，通過數(shù)據(jù)包方式實現(xiàn)車站的任意擴展，方便使用人員的操作。

（3）該平臺采用多進程方式，分為操作表示機軟件、聯(lián)鎖機軟件、驅(qū)動采集仿真模擬軟件3部分實現(xiàn)，既可以通過進程間通信技術實現(xiàn)集成在單一主機運行的方式，也可以實現(xiàn)分布式運行方式。

2 實訓平臺結(jié)構(gòu)及功能

為實現(xiàn)上述設計要求，實訓平臺包括硬件和軟件兩部分。

2.1 實訓平臺硬件

實訓平臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實訓系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

實際的車站計算機聯(lián)鎖設備有單屏和雙屏兩種情況，由于雙屏車站一般采用分咽喉由不同操作人員操作，因此為實現(xiàn)雙屏車站功能，將學員機設置為雙顯示器及雙鼠標配置。為了提高實訓平臺的集成度，定制了專用的機箱，將瘦客戶機安裝在主機內(nèi)部，通過定制的交換機與主機通信，平臺主機對外只提供輸入輸出設備接口。

學員控制端硬件采用Intel 雙核處理器及以上處理器、 4 G及以上內(nèi)存、120 G及以上固態(tài)硬盤、雙屏輸出顯卡、100 M內(nèi)置交換機、300 W及以上電源。

教師控制端硬件采用Intel ATOM 525及以上處理器、2 G及以上內(nèi)存、120 G及以上固態(tài)硬盤、Intel GMA950及以上顯卡、≤20 W 低功耗電源（無風扇）。

2.2 實訓平臺軟件

系統(tǒng)軟件的開發(fā)主要使用VisualStudio 2008，Net framework 3.5，Visual C++9.0等開發(fā)語言和相應的開發(fā)工具。實訓平臺的軟件采用雙層架構(gòu)，分別為人機對話層及邏輯運算層，如圖2所示。

2.2.1 人機對話層

圖2 實訓平臺軟件結(jié)構(gòu)圖

人機對話層由學員機模式下操作表示機軟件和教師機模式下操作表示機軟件組成。學員機模式下操作表示機的功能與現(xiàn)場操作機一致，僅允許行車業(yè)務辦理操作及正常的站場顯示，而且使用與實際車站完全相同的數(shù)據(jù)。該操作表示機軟件主要由站場圖模塊、主功能模塊和通信模塊組成，其中：站場圖模塊負責車站（場）界面的顯示及操作人員操作的捕捉，提供直觀的車站真實現(xiàn)場環(huán)境，主功能模塊負責數(shù)據(jù)處理完成操作機主要的邏輯功能，通信模塊負責實現(xiàn)與操作機表示機軟件、聯(lián)鎖機軟件、驅(qū)采模擬仿真軟件間信息的傳遞。教師機模式下操作表示機軟件除了也具有上述3個主要功能模塊外，還增加了負責處理驅(qū)采模擬仿真軟件接口數(shù)據(jù)的仿真接口模塊和負責仿真操作對話框處理的仿真操作顯示模塊，通過仿真操作顯示模塊能夠設置各種故障（如道岔失去表示、軌道電路紅光帶等），達到培訓學員的目的，另外還能實現(xiàn)閉塞結(jié)合辦理行車的控制。

2.2.2 邏輯運行層

邏輯運行層由計算機聯(lián)鎖軟件和驅(qū)采模擬仿真軟件組成。

（1）計算機聯(lián)鎖軟件主要包括聯(lián)鎖邏輯模塊、系統(tǒng)中間件和通信模塊。其中：聯(lián)鎖邏輯模塊使用的是現(xiàn)場聯(lián)鎖軟件中的模塊，使用與現(xiàn)場完全相同的數(shù)據(jù)及聯(lián)鎖邏輯關系；系統(tǒng)中間件為與平臺相關的在不同操作系統(tǒng)下運行的運行支持組件需要說明的是，現(xiàn)場聯(lián)鎖軟件運行在專用的安全計算機平臺下，而在實訓系統(tǒng)中聯(lián)鎖軟件運行在Windows平臺下；通信模塊負責實現(xiàn)與其他軟件的通信。

（2）驅(qū)采模擬仿真軟件負責對聯(lián)鎖驅(qū)動輸入的處理，并根據(jù)當前狀態(tài)將設備采集狀態(tài)回傳計算機聯(lián)鎖軟件。該軟件主要包括采集處理模塊、驅(qū)動處理模塊、車列管理模塊、外電路模擬模塊、通信模塊。其中：采集模塊負責模擬繼電器采集狀態(tài)，可以根據(jù)教師設置的故障狀態(tài)或外電路模擬模塊的判斷來改變相應繼電器的采集狀態(tài)；驅(qū)動處理模塊可以根據(jù)聯(lián)鎖的輸入驅(qū)動及當前狀態(tài)來模擬驅(qū)動相應繼電器并改變其對應的采集狀態(tài)；車列管理模塊可以處理教師下發(fā)的車列控制信息，并且根據(jù)進路狀態(tài)來模擬車列的運行；外電路模擬模塊可以模擬自動閉塞和半自動閉塞電路的動作并修改對應繼電器的采集狀態(tài)；通信模塊負責實現(xiàn)與其他軟件的通信。

另外，為了調(diào)度和協(xié)調(diào)操作表示機軟件、計算機聯(lián)鎖軟件及驅(qū)采模擬仿真軟件的統(tǒng)籌運行，實現(xiàn)教師機和學員機協(xié)同配合，還開發(fā)了系統(tǒng)外殼軟件。

2.3 教師機及學員機功能

2.3.1 教師機功能

（1）站場圖模塊：為教師提供站場表示，直觀反應本站真實的現(xiàn)場環(huán)境，教師機軟件的站場圖模塊與學員機完全相同。

（2）主功能模塊：在學員培訓時，教師同樣能夠進行操作的各種功能，保證與現(xiàn)場相關內(nèi)容的一致，教師機軟件的主功能模塊與學員機完全相同。

（3）通信模塊：完成本系統(tǒng)內(nèi)操作機表示機軟件、聯(lián)鎖機軟件和驅(qū)采模擬仿真軟件間信息的傳遞，最終實現(xiàn)培訓學員的操作能夠完整、正確地實施。

（4）仿真接口模塊：與驅(qū)采模擬仿真軟件之間的接口模塊。

（5）仿真操作顯示模塊：全仿真實訓系統(tǒng)的核心就是教師機能夠設置各種故障，達到培訓學員的目的，本模塊完成各種設置，如道岔失去表示，軌道電路紅光帶，還能實現(xiàn)閉塞結(jié)合辦理行車的控制。

2.3.2 學員機功能

（1）站場圖模塊：為學員提供站場表示，直觀反應本站真實的現(xiàn)場環(huán)境，達到學員在本系統(tǒng)下培訓就能熟練掌握現(xiàn)場操作方式。

（2）主功能模塊：學員在培訓時，能夠完成進行操作的各種功能，保證與現(xiàn)場相關內(nèi)容的一致。

（3）通信模塊：完成本系統(tǒng)內(nèi)操作機表示機軟件、聯(lián)鎖機軟件和驅(qū)采模擬仿真軟件間信息的傳遞。

3 關鍵技術

（1）多線程處理技術。利用Windows的多任務處理能力，用一臺主機實現(xiàn)了原本由3臺微機才能實現(xiàn)的操作表示機、聯(lián)鎖機和驅(qū)動采集仿真模擬機的邏輯功能，大幅節(jié)約了硬件成本，同時支持3個鼠標和2個鍵盤同時獨立輸入功能。

（2）瘦客戶機嵌入技術。為了提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性、安全性以及現(xiàn)場安裝的便捷性，將瘦客戶機等嵌入到了一臺控制主機上，成為了一個整體，使設備的整體性能大幅提升。

4 結(jié)束語

計算機聯(lián)鎖RALI實訓平臺于2012年10月開始研發(fā)，2013年5月完成。該平臺采用多線程處理、瘦客戶機嵌入和軟件移植等技術，使用與現(xiàn)場一致的真實車站數(shù)據(jù)、站場站型、聯(lián)鎖閉塞、人機界面、操作方式和崗位設置等，具備模擬正常與非正常作業(yè)的所有場景及驗證進路需求的功能，達到了設計要求，于2013年11月25日通過了北京鐵路局科委組織的技術評審，截止2013年底，北京鐵路局有90個車站推廣使用。

[1] 馮麗萍，張 喜，耿志軍. 鐵路微機聯(lián)鎖技術多媒體教學軟件系統(tǒng)的研究[J]. 鐵路計算機應用，2005，14（8）：52-54.

[2] 盧啟衡，馮曉紅，常錦昕. 通用微機聯(lián)鎖信號培訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 鐵路計算機應用，2008，17（2）：47-50.

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[4] 程 梁，徐洪澤，岳 強. 計算機聯(lián)鎖電務培訓系統(tǒng)研制[J]. 鐵道通信信號，2007，43（9）：13，15.

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責任編輯 楊利明

Research and development of RALI Training Platform of Computer Interlocking

CHEN Yelin1, WU Zhongguo1, LI Jinxin2
(1.Department of Transportation, Beijing Railway Administration, Beijing 100860, China;2. Microunion Tech. Co., Beijing Jiaotong University, Beijing 100195, China）

According to the problem that Computer Interlocking Training was inconsistent with the actual operation situation of railway station, based on the concept of systems integration and multi-threaded processing, thin client embedded, software porting technology, the paper designed and developed the RALI Training Platform of Computer Interlocking which used consistent data from the actual operation situation of railway station, railway yard and station type, interlocked block, man-machine interface, operation mode,job setting and so on, implemented a simulation of normal and non-normal operations for all scenarios and demands of the veri fi cation of approach. It was provided technical support for railway transportation safety and the professional quality of workers.

computer interlocking; Training Platform; system architecture; functional design

U284.3∶TP39

A

1005-8451（2014）05-0011-04

2013-12-19

北京鐵路局科研開發(fā)計劃項目（編號：2013補充計劃1）。

陳業(yè)林 ，高級工程師；伍忠國，工程師。