滬蘇通CTC接發(fā)列車仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究

陸汝杰 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司蘇州站

為了減少行車安全隱患，提高職工日常業(yè)務(wù)能力和非正常情況下的應(yīng)變能力，提高運(yùn)輸效率和行車安全。特開發(fā)出滬蘇通鐵路CTC 接發(fā)列車仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，用來進(jìn)行常規(guī)接發(fā)列車作業(yè)和非正常接發(fā)列車作業(yè)的日常培訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)考評、技能鑒定和星級選拔實(shí)作考試、接發(fā)列車技能競賽等。

1 系統(tǒng)需求

1.1 完全仿真

該系統(tǒng)的使用界面與現(xiàn)場CTC 調(diào)度集中系統(tǒng)界面必須一致，完全仿真，使用操作、工作流程、故障處置等與現(xiàn)場實(shí)際一致。能夠模擬實(shí)現(xiàn)信、聯(lián)、閉等設(shè)備元器件信息的關(guān)聯(lián)顯示、操作響應(yīng)和故障展現(xiàn)，可全程模擬、監(jiān)視列車運(yùn)行情況，同時(shí)觀察多車站值班員操作規(guī)范及與鄰站配合情況。

1.2 配置靈活

該系統(tǒng)能夠獨(dú)立組網(wǎng)或在辦公網(wǎng)內(nèi)使用，如果OA 網(wǎng)內(nèi)使用時(shí)，應(yīng)能向直屬站仿真系統(tǒng)服務(wù)器上傳日常學(xué)習(xí)系統(tǒng)使用信息，并且能夠在培訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)查詢出使用情況。后臺統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)記錄學(xué)員學(xué)習(xí)情況，并生成報(bào)表，管理人員可以隨時(shí)查看每位職工日常業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)演練情況。

1.3 互聯(lián)互通

該系統(tǒng)要具備運(yùn)行穩(wěn)定，出錯性少，兼容性好、響應(yīng)速度快、操作簡單方便、易上手。同時(shí)在功能、結(jié)構(gòu)、接口等方面遵循一致標(biāo)準(zhǔn)，能夠與原有的蘇州站接發(fā)列車仿真培訓(xùn)系統(tǒng)兼容。

1.4 數(shù)據(jù)安全

該系統(tǒng)對運(yùn)輸基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要采用加密存儲，并采用完整性校驗(yàn)機(jī)制，避免數(shù)據(jù)外泄和隨意更改，要保證系統(tǒng)的鐵路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)安全。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)的教師機(jī)采用單獨(dú)的界面模式，通過左鍵點(diǎn)擊信號機(jī)辦理進(jìn)路和右鍵點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備選擇對應(yīng)菜單進(jìn)行功能操作，統(tǒng)一方式設(shè)置故障功能；對于學(xué)員機(jī)，系統(tǒng)全部按照現(xiàn)場界面風(fēng)格和操作方式制作，避免誤導(dǎo)學(xué)員操作，降低培訓(xùn)效果。

該系統(tǒng)通過交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和遠(yuǎn)程控制軟件，實(shí)現(xiàn)本機(jī)操作或者遠(yuǎn)程操作，學(xué)員可以自己獨(dú)立開啟學(xué)員機(jī)和教師機(jī)，通過設(shè)置非正常情況下的各種行車故障和設(shè)備故障，進(jìn)行故障處理和日常學(xué)習(xí)操作和培訓(xùn)。在培訓(xùn)、考核、競賽時(shí)學(xué)員開啟學(xué)員機(jī)，教師在遠(yuǎn)程開啟教師機(jī)，由教師設(shè)置故障，學(xué)員根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行非正常接發(fā)列車應(yīng)急處置。同時(shí)，系統(tǒng)連接服務(wù)器，將連接信息、學(xué)員登錄信息和各種演練信息傳遞給服務(wù)器，服務(wù)器保存操作日志，隨時(shí)提供給管理人員查看和分析學(xué)員的學(xué)習(xí)信息和掌握程度。

2.1 服務(wù)器

服務(wù)器主要負(fù)責(zé)驗(yàn)證學(xué)員和教師信息，保存基礎(chǔ)配置數(shù)據(jù)和直屬站內(nèi)所有車站的進(jìn)路信息、站場信息、聯(lián)鎖條件，并且能夠保存所有學(xué)員的操作日志和演練過程數(shù)據(jù)，并且為終端設(shè)備實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)信息交換等。

2.2 教師機(jī)

控制直屬站段的一個或多個學(xué)員機(jī)，教師機(jī)除了能進(jìn)行學(xué)員機(jī)絕大部分功能外，還可對所有控制的學(xué)員機(jī)在演練過程中動態(tài)設(shè)置故障、實(shí)時(shí)生效，模擬現(xiàn)場操作臺實(shí)際操作等。教師機(jī)可以是單機(jī)控制本電腦學(xué)員機(jī)，或通過本地局域網(wǎng)或OA網(wǎng)遠(yuǎn)程控制學(xué)員機(jī)。

主要故障功能包括：

（1）區(qū)段的電路故障、列車占用、列車壓不死

（2）信號、道岔、閉塞設(shè)備的各種故障

（3）模擬列車運(yùn)行和調(diào)度所簽發(fā)調(diào)度命令

2.3 學(xué)員機(jī)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真設(shè)備核心符合《計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》的相關(guān)要求，仿真的是鐵科院TYJL-ADX 最新版計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖各種制式的聯(lián)鎖關(guān)系。

主要聯(lián)鎖功能包括：

（1）列車進(jìn)路辦理、引導(dǎo)進(jìn)路辦理、調(diào)車進(jìn)路辦理、取消進(jìn)路辦理等

（2）辦理引導(dǎo)/引導(dǎo)總鎖、總?cè)∠⒖側(cè)私?/p>

（3）道岔總定/總反、道岔單鎖/單解、道岔封閉/解封、區(qū)段解鎖

（4）自動閉塞、車次操作、非常站控、點(diǎn)燈/滅燈等等

2.4 學(xué)員機(jī)的CTC車務(wù)終端

模擬仿真通號公司CTC 系統(tǒng)車務(wù)終端操作及界面，除了包含上述計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的功能外，還額外包含如下功能：

（1）轉(zhuǎn)中心/車站/車站調(diào)車操作方式

（2）接收發(fā)送各種調(diào)度命令、簽發(fā)行車憑證（路票和綠色許可證）

（3）進(jìn)路序列管理、站間透明、行車日志、人工報(bào)點(diǎn)

（4）交接班、CTC控制模式轉(zhuǎn)換等等

3 研究方案

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（圖1）

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)分為服務(wù)器、教師機(jī)終端、學(xué)員機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，服務(wù)器用于記錄學(xué)員連接管理，可以記錄學(xué)員的系統(tǒng)使用情況和各個終端的后臺數(shù)據(jù)管理；教師機(jī)用于設(shè)置故障、充當(dāng)調(diào)度所和進(jìn)行學(xué)員演練評判；學(xué)員機(jī)用于學(xué)員模擬操作CTC車務(wù)終端和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖終端。

軟件模擬各個中間站、車間實(shí)際情況，列車可以按自定義速度由 A 站出發(fā)，經(jīng)過 B 站,C 站……N 站，分別由 A 站、B站、C站等相應(yīng)車站值班員進(jìn)行接發(fā)列車作業(yè)操縱，在直屬站遠(yuǎn)程控制中心，可分別看到相應(yīng)情況，同時(shí)在列車運(yùn)行過程中，可由直屬站控制中心的教師機(jī)上設(shè)置各種不同故障，包括車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖及區(qū)間閉塞設(shè)備故障等，所有故障設(shè)置均在相對應(yīng)設(shè)備的下拉菜單里進(jìn)行操作。

教師機(jī)可模擬所需站場設(shè)備的各種狀態(tài)，屏幕顯示與學(xué)員機(jī)相同的站場平面圖，道岔、信號、區(qū)段的操作，可同時(shí)與多臺學(xué)員機(jī)連接。學(xué)員機(jī)與教師機(jī)之間的通訊是雙向的。學(xué)員機(jī)和教師機(jī)的關(guān)系是：教師機(jī)為主，學(xué)員機(jī)為副，當(dāng)學(xué)員機(jī)未連接上教師機(jī)時(shí)，只能在學(xué)員機(jī)上進(jìn)行最基本的操作，包括總定、總反、單鎖、單解，進(jìn)路辦理和取消等，只有當(dāng)學(xué)員機(jī)連接上教師機(jī)時(shí)才能進(jìn)行全部操作。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置正確時(shí)，啟動教師機(jī)和學(xué)員機(jī)后，系統(tǒng)會自動連接，當(dāng)學(xué)員機(jī)連接上教師機(jī)時(shí)，教師機(jī)上方會顯示“學(xué)員機(jī)N——在線”，否則顯示“學(xué)員機(jī)N——斷線”，其中N 表示數(shù)字1、2、……。學(xué)員機(jī)連接上教師機(jī)后，教師機(jī)會傳送信息到學(xué)員機(jī)，使之初始化，在學(xué)員機(jī)初始化期間不能對學(xué)員機(jī)進(jìn)行操作，當(dāng)初始化完畢后方可進(jìn)行操作。

通過教師機(jī)，可向?qū)W員機(jī)發(fā)送進(jìn)路模擬信息、占用信息、模擬故障信息等，在學(xué)員機(jī)上出現(xiàn)相應(yīng)的顯示，并發(fā)出相應(yīng)的語音提示。如：【道岔擠岔報(bào)警】、【斷絲報(bào)警】等。學(xué)員可以在學(xué)員機(jī)上學(xué)習(xí)正常和非正常時(shí)的處理方法。學(xué)員在學(xué)員機(jī)上的操作，如：辦理進(jìn)路等，教師機(jī)上將會得到相應(yīng)的顯示。

3.2 軟件模塊結(jié)構(gòu)（圖2）

圖2 軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

整個系統(tǒng)以教師機(jī)聯(lián)鎖功能模塊為基礎(chǔ)，聯(lián)鎖軟件模塊通過數(shù)據(jù)庫管理模塊讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，并根據(jù)變化，通過數(shù)據(jù)庫管理模塊實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫；同時(shí)聯(lián)鎖軟件模塊通過計(jì)算界面管理模塊輸入的操作等信息，得到需要更新的界面數(shù)據(jù)或錯誤報(bào)警數(shù)據(jù)，返回到界面管理模塊或報(bào)警模塊，界面管理模塊和報(bào)警模塊收到數(shù)據(jù)信息，立即更新界面信息或發(fā)出報(bào)警；調(diào)度命令管理模塊管理所有相關(guān)調(diào)度命令和行車憑證報(bào)警信息會通過數(shù)據(jù)庫管理模塊保存報(bào)警信息，同時(shí)發(fā)送到界面顯示報(bào)警信息。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用Visual Studio 2010作為開發(fā)工具，以VB.net 語言作為開發(fā)語言，ActiveX 控件技術(shù)作為設(shè)備組件設(shè)計(jì)工具，系統(tǒng)界面采用ActiveX 控件組合出來的，通過ActiveX 控件完美的封裝技術(shù)，對控件的屬性進(jìn)行設(shè)置，就能達(dá)到改變站場狀態(tài)的目的?，F(xiàn)場實(shí)際使用的三大聯(lián)鎖設(shè)備，因其各自在相同的情況下顯示和動作都一樣，屬同一類實(shí)體，因此設(shè)置了三個ActiveX控件：Signal、Switch、Section，分別對應(yīng)信號燈、道岔、無岔區(qū)段和股道區(qū)段。將它們封裝起來，并向應(yīng)用程序提供接口，以改變設(shè)備的狀態(tài)。利用此技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)站場圖形的繪制，即站場圖可由此三類控件的實(shí)例拖放繪制，且各節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)數(shù)據(jù)可在各控件的屬性頁里錄入，可以很方便的配置不同站場圖的學(xué)員機(jī)。

該系統(tǒng)學(xué)員機(jī)界面按照現(xiàn)場實(shí)際界面設(shè)計(jì)。教師機(jī)界面采用全新操作方式，鼠標(biāo)左右鍵結(jié)合，右鍵彈出菜單，左鍵選擇菜單、辦理進(jìn)路等，操作直接在設(shè)備上點(diǎn)擊左右鍵操作，設(shè)備狀態(tài)直接顯示在設(shè)備上，這樣系統(tǒng)界面簡潔美觀，操作方便，在基本不改變行車人員現(xiàn)有的習(xí)慣認(rèn)識，同時(shí)能更生動的描述站場形態(tài)，讓行車人員能更快、更準(zhǔn)的適應(yīng)新系統(tǒng)的使用。

具體的控件開發(fā)采用VS2015 開發(fā)平臺的Active 控件來開發(fā)各個組件。例如信號機(jī)控件，為了保持透明效果，需要手動刷新控件，因此在控件Paint 事件內(nèi)填寫繪制控件代碼，在采用定時(shí)器控制信號機(jī)燈絲斷絲等狀態(tài)的閃爍效果。

4.2 模塊功能程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)運(yùn)行中的核心模塊是聯(lián)鎖功能模塊，其他功能模塊都是服務(wù)于聯(lián)鎖模塊，因此計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖模塊的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的核心工作。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖模塊模擬的是鐵科院TYJL-ADX 最新版計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，其中聯(lián)鎖關(guān)系中的道岔操作、信號機(jī)操作、區(qū)段操作等都相對獨(dú)立、功能簡單。只有建立進(jìn)路和解鎖進(jìn)路的流程復(fù)雜，相互設(shè)備的關(guān)聯(lián)多，因此聯(lián)鎖功能設(shè)計(jì)對建立、解鎖進(jìn)路流程關(guān)系是重點(diǎn)。具體的建立、解鎖進(jìn)路流程如圖3。

圖3 建立、解鎖進(jìn)路流程框圖

每次點(diǎn)擊信號機(jī)都檢查是否排列進(jìn)路，如果是排列進(jìn)路，則按照流程檢查進(jìn)路建立條件并進(jìn)行相應(yīng)顯示。

4.3 后臺數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)采用微軟Office Access 2010 作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對于站場進(jìn)路的各種聯(lián)鎖條件、各個中間站的線路、道岔、信號機(jī)和設(shè)備的相對位置和連接關(guān)系等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，整理完畢后提前錄入數(shù)據(jù)庫，另外仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)維護(hù)接口，提供給系統(tǒng)管理員進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的修改和升級，確保仿真演練環(huán)境與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境一致。數(shù)據(jù)庫也提供學(xué)員在演練執(zhí)行期間查詢進(jìn)路表、進(jìn)路條件表、模擬進(jìn)路表等各種所需數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行學(xué)習(xí)和操練。另外通過對數(shù)據(jù)庫的所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)整合管理，促使系統(tǒng)編程工作簡化，還可以減少布置站場圖時(shí)錄入的靜態(tài)數(shù)據(jù)，并且能夠方便后期的調(diào)試、修改。

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的主要數(shù)據(jù)為設(shè)備表和聯(lián)鎖表，聯(lián)鎖表內(nèi)的設(shè)備編號對于設(shè)備內(nèi)區(qū)段編號、信號機(jī)編號、道岔編號等，排列進(jìn)路時(shí)根據(jù)聯(lián)鎖表查找設(shè)備表內(nèi)設(shè)備，再根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)鎖關(guān)系處理，見圖4。

圖4 仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)備表和聯(lián)鎖表

本程序采用C/S結(jié)構(gòu)，并且數(shù)據(jù)量較小，因此教師機(jī)在啟動時(shí)一次性讀取全部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)到內(nèi)存里，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)聯(lián)處理。教師機(jī)作為服務(wù)器端儲存了所有數(shù)據(jù)，學(xué)員機(jī)作為客戶端只在啟動時(shí)讀取界面控件基本數(shù)據(jù)。學(xué)員機(jī)和教師機(jī)之間采用TCP/IP 協(xié)議點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，學(xué)員機(jī)連接上教師機(jī)后，教師機(jī)傳送所有初始狀態(tài)數(shù)據(jù)給學(xué)員機(jī)，并在每次界面數(shù)據(jù)發(fā)生變化的時(shí)候向每個學(xué)員機(jī)發(fā)送變化數(shù)據(jù)，學(xué)員機(jī)收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行界面顯示變化設(shè)置，如信號機(jī)變綠燈時(shí)教師機(jī)向?qū)?yīng)車站學(xué)員機(jī)發(fā)送”SignalDATA”& chr(30)& Index & chr(30) & State & chr(31) 數(shù)據(jù)，其中chr(30)和chr(31)分別為包內(nèi)分割符和包結(jié)束符。如果中途學(xué)員機(jī)斷線，則再次連接時(shí)教師機(jī)會重新發(fā)送給該學(xué)員機(jī)所有初始化數(shù)據(jù)，確保教師機(jī)和學(xué)員機(jī)數(shù)據(jù)同步。

5 結(jié)束語

接發(fā)列車仿真培訓(xùn)系統(tǒng)已正式投入使用，為職工提供了一個逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助管理人員和操作人員通過模擬培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行日常學(xué)習(xí)，通過設(shè)置不同的故障狀態(tài)，讓學(xué)員在非正常狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)際操作，反復(fù)訓(xùn)練，不斷提高自身業(yè)務(wù)技術(shù)水平及應(yīng)急處置能力，形成“真培、真學(xué)、真練、真考”的良好氛圍，學(xué)員間相互比超，齊頭奮進(jìn)，讓車站職工的技術(shù)水平整體上個臺階，為蘇州站行車安全工作質(zhì)量提升提供了有效手段和強(qiáng)有力的保障。