基于網絡協作的鐵路行車組織仿真實驗系統

周 妍

(浙江警察學院 交通管理工程系，浙江 杭州 310053)

基于網絡協作的鐵路行車組織仿真實驗系統

周 妍

(浙江警察學院 交通管理工程系，浙江 杭州 310053)

鐵路行車組織實驗教學手段的欠缺已經成為影響鐵路運輸管理人才培養質量的重要問題。針對當前鐵路行車組織仿真實驗教學所面臨的新要求，在分析系統需求的基礎上搭建鐵路行車組織仿真實驗系統架構，對系統功能模塊進行設計，并且應用計算機協同工作策略構建網絡協作實驗沖突解決機制，進而開發實現鐵路行車組織仿真實驗系統，為鐵路行車組織的教學和研究工作提供一個有效的仿真實驗工具。

仿真系統；模擬訓練；網絡協作；鐵路行車組織

在我國鐵路向現代物流轉型發展的新時期，熟練掌握鐵路運輸相關技術和技能、具有現代物流管理知識的人才對于提升鐵路運營管理質量具有重要意義，而科學、合理的人才培養將為鐵路的快速建設和發展提供優質的智力支持。作為一門具有很高實踐性的學科，鐵路行車組織的教學必須將理論和實踐緊密結合起來，才能實現良好的教學效果。但是，受行業實踐條件限制，高等院校的鐵路行車組織實驗訓練環節多以觀察、體驗為主，不能充分達到能力訓練的要求。同時，鐵路行車組織實驗教學是鐵路運輸生產實踐的集中抽象和二次發展，它不僅要如實反映實踐的真實內容，還要超前預見并體現出實踐的發展方向。自我改革和自我創新始終是鐵路行車組織實驗教學的內在要求，在分析我國高等院校鐵路運輸專業學生鐵路行車組織實驗需求的基礎上，提出基于網絡協作的鐵路行車組織仿真實驗訓練框架體系，設計并實現可進行網絡協作操作的行車組織實驗訓練平臺，對于鐵路運營人才的培養具有很高的現實意義。

1 鐵路行車組織仿真實驗系統需求分析

1.1 設計目的

一直以來，與鐵路運輸人才培養相關的院校、研究機構都在不斷研究新的方法和增加資源投入，以提高培養學生專業能力的質量[1-6]，但目前鐵路行車組織實驗教學與能力需求仍然存在一定的差距，主要體現在：一是實驗教學項目多依賴于單項知識點，不能達到綜合能力訓練的目標；二是實驗項目設置與現實存在一定的差距，仿真環境需要進一步提高；三是實驗任務孤立化，沒有實現協作操作的管理效果。基于

此，以提高實踐能力為主旨，以鐵路運輸客觀生產環境為藍本，設計鐵路行車組織實驗系統框架，滿足多要素、多層次的能力培養需要。鐵路行車組織仿真實驗系統的設計目的，是實現鐵路行車組織認知型實驗與綜合設計型實驗的要求。①認知驗證型實驗培養學生形成基本的鐵路運輸概念，了解鐵路行車組織相關專業領域的基本運作方式和技術流程，了解鐵路運輸基本運作流程。②綜合設計型實驗從強化學生鐵路行車組織專業素質訓練和技能培養角度出發，將專業方向的主干課程和專業要求融合在一起，其目的是使學生在學習基本知識和掌握基本技能的基礎上，了解、掌握鐵路行車組織目前主流的工程實作流程和操作方法，并以此為起點，通過綜合設計型實驗項目來提升學生綜合性的鐵路運輸組織素養。

1.2 系統需求

（1）運輸計劃編制仿真。可根據系統提供的實驗情景，在友好的人機交互界面上，分工種分用戶編制完成不同任務下的列車運行圖、車輛運用計劃、乘務計劃等。

（2）列車接發及調車作業仿真。依據下達的列車時刻表與車輛運用計劃，按照《接發列車作業標準》辦理接發列車進路，完成接發列車作業計劃；根據調車作業計劃辦理調車進路，完成調車作業過程。

（3）不同場景變換仿真。不同情景、模式下的仿真是訓練綜合實踐能力的重要因素，因而仿真系統應當能夠根據教學需要，靈活地切換不同的仿真場景，并且能夠進行實驗過程的監控及實驗效果的分析。

（4）仿真過程中的沖突檢測與顯示。在圖形界面上進行業務操作時，按照真實環境中的業務邏輯實時判斷可能存在的沖突并進行提示，同時給出自動疏解方案，保證網絡協作操作的順利實現，以達到協同實驗訓練的目標。

（5）調度作業演練。在初始列車運行計劃編制完成后，系統按計劃進行行車過程仿真，在過程中設置人為輸入干擾或系統自動干擾，同時將加入干擾后的運行仿真實績發送至調度員界面，調度員根據實驗情景，對列車運行計劃進行調整，并且判斷是否需要安排應急及車輛維修、乘務計劃調整。

（6）運行圖技術文件輸出。仿真完成后能夠按照選擇的格式和內容輸出運行圖技術文件，并且根據內置評價參數反饋實驗成績，考核實驗效果。

鐵路行車組織仿真實驗系統功能需求框架如圖 1所示。

圖1 鐵路行車組織仿真實驗系統功能需求框架

2 基于網絡協作的鐵路行車組織仿真實驗系統設計

2.1 架構設計

列車運行計劃是鐵路行車組織工作的綜合性計劃，鐵路運輸生產過程就是實現列車運行計劃的過程。列車運行計劃的實現需要多層次、跨部門的人員協作，因而鐵路行車組織工作是一個跨部門、多用戶的群體協作過程。為提高實驗訓練的效果，貼近實際工作需求，鐵路行車組織仿真實驗系統需要具有基于網絡的協作交互功能。鐵路行車組織仿真實驗系統網絡協作仿真過程如圖 2 所示。

圖2 鐵路行車組織仿真實驗系統網絡協作仿真過程

為提供網絡協同的操作仿真環境，鐵路行車組織仿真實驗系統的設計分為 2 個主要部分：一是仿真實驗系統數據管理平臺，內含數據庫、數據交換接口與通信交互設備，以及可全局瀏覽實驗情景的大屏幕顯示設備；二是仿真實驗客戶端，包括多個網絡協作操作計算機及局域網等設備組成。鐵路行車組織仿真實驗系統架構如圖 3 所示。

圖3 鐵路行車組織仿真實驗系統架構

2.2 功能設計

（1）路網基礎數據管理。提供人機交互界面，定義、存儲、編輯路網線路文件和線路車站文件，包括線路字典、車站字典、區間字典、基點字典、基線區段字典、線路銜接關系、各線路經由車站及區間，系統根據車站、路段數據邏輯信息自動生成路網結構。

（2）路網圖形化數據顯示。提供一套可視化工具，檢查系統自動生成的路網邏輯關系，自動計算列車的運行徑路，并且全局顯示仿真路網環境。

（3）運行圖基礎數據管理。用以實現運行圖數據維護，定義區間標尺、列車間隔時間、車站技術作業時間及停站時間標準數據等，采用文件形式將列車運行參數、車輛運用參數、車站資源分配等參數存儲于數據管理平臺，實驗管理人員可存儲、編輯開行方案、初始運行圖、車輛與車站使用的初始數據，方便實驗場景的設計。

（4）列車運行時刻表管理。從數據管理平臺中讀取運行圖基礎數據文件，建立列車徑路，列車、車站、區間、區間正線使用、車站到發線使用、接發車進路使用的關聯關系。根據實驗場景需求，自動鋪畫

初始運行圖，顯示列車運行時刻信息，并將初始化列車運行時刻文件發送至實驗系統用戶端，供用戶根據實驗要求，編輯、修改列車出發時刻信息與停站時分信息；同時具有糾錯功能，在多人員協作實驗的模式下，系統自動檢測列車運行時刻數據的一致性，并且反饋交互信息。

（5）車站作業管理。依據最短路原則自動分配進路，提供人機交互界面，存儲與顯示用戶手動調試結果，自動計算車站資源占用沖突，并且進行反饋；在計劃下達后，仿真顯示車站進路占用情景。

（6）車輛運用管理。根據實驗場景給定的車輛類型、數量、檢修周期等車輛運用參數，用戶按實驗要求在對應界面協作編制完成機車交路計劃和車輛檢修計劃，系統根據資源邏輯約束條件檢測計劃沖突并且用報警信息窗形式反饋信息。

（7）列車運行調整。提供人機交互界面，設計人為擾動參數或系統自動參數，根據列車運行計劃推演列車的行車組織過程，并且將列車區間、車站時間位置信息、車站進路聯鎖狀態信息、列車晚點信息存儲于行車日志文件，實時發送至仿真實驗系統用戶端。

（8）指標反饋。系統自帶指標計算功能，能夠自動統計列車數量、列車仿真開行總公里數、列車運行時間、仿真晚點總時間等，并且將指標參數進行模糊計算，對實驗團隊整體和參與者的實驗效果進行綜合評價。

鐵路行車組織仿真實驗系統功能架構如圖 4 所示。

圖4 鐵路行車組織仿真實驗系統功能架構

3 鐵路行車組織仿真實驗系統開發的關鍵技術與實現

3.1 網絡協作操作關鍵技術應用

（1）協同工作。為實現具有網絡協作功能的鐵路行車組織仿真實驗系統，避免不同對象對同一實驗要素同時操作導致指令不明確或相互沖突，在系統開發過程中應用了計算機支持的協同工作 (Computer Supported Cooperative Work，CSCW) 技術。CSCW是指在計算機支持的環境中，一個群體協同工作完成一項共同的任務[7]。在計算機協同工作的環境下，群

體活動之間存在著不可避免的相互關聯問題，稱之為“接口”問題。由于各個群體活動的目標不同，接口難免會出現矛盾和沖突，需要通過對話協商的方式來解決[8]。鐵路行車組織仿真實驗系統的設計思路是多組位實驗人員同時參加，按照既定角色完成任務，在仿真系統中將單位成員定義為一個角色(Agent)，同時仿真系統將全部的角色與數據平臺相連，通過TCP/IP 協議交互指令信息。鐵路行車組織仿真實驗系統結構如圖 5 所示。

（2）數據流程。在系統的硬件結構環境基礎上，確定網絡協作仿真實驗系統會話機制，即單一角色 (Agent) 從接收系統命令開始進入角色仿真階段，首先查看系統資源，確認其活動 (Activity) 無用戶認領沖突，然后根據實驗要求采取相應措施，發送執行命令；系統在接收其執行命令后，再次進入資源沖突檢測進程，如果出現沖突，將進行信息反饋，為沖突角色提供會話環境，并且重新發布任務信息。單一實驗角色仿真數據流程如圖 6 所示。

3.2 系統的開發實現

基于 .Net 平臺的 Microsoft Visual Studio 2008 環境下，采用 C# 程序語言，應用 CSCW 協商機制，進行 C/S 模式鐵路行車組織仿真實驗系統的開發。鐵路行車組織仿真實驗系統主要功能界面如圖 7 所示。

圖5 鐵路行車組織仿真實驗系統結構

圖6 單一實驗角色仿真數據流程

4 結束語

鐵路行車組織實驗的教學手段改革，是我國鐵路行業快速發展和交通運輸工程學科建設的必然要求?；诰W絡協作的鐵路行車組織仿真實驗系統的設計更加貼近工作實踐，符合實際運營狀態，同時能夠培養學生團結協作、有序配合的工作能力，是適應現代鐵路信息化的調度指揮人員培訓與實作演練的有效平臺。

圖7 鐵路行車組織仿真實驗主要功能界面

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（責任編輯 劉 新）

Railway Transportation Organization Simulation Experimentation System Based on Network Coordination

ZHOU Yan
(Transportation Management Engineering Department, Zhejiang Police College, Hangzhou 310053, Zhejiang, China)

The scarcity of experimental and teaching method is a crucial problem affecting the cultivation quality of railway transportation management personnel. In order to meet new requirements of simulation experimentation of railway transportation organization , this paper constructs a simulation experimentation system framework based on analyzing system requirement, and designs the function of each modular, and builds conflict-solving mechanism of network coordination experimentation, and develops an effective simulation device for researching and teaching of railway transportation organization.

Simulation System; Simulation Training; Network Coordination; Railway Transportation Organization

1004-2024(2016)10-0021-07

TP399：U292

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.10.05

2016-10-09

周 妍 (1983—)，女，黑龍江黑河人，博士。

浙江省重點科技創新團隊項目 (2013TD09)