高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺建設和實驗教學

張曉梅, 郭嶠楓, 藺 浩, 譚永剛, 鄧灼志

(1. 西南交通大學 交通運輸與物流學院, 四川 成都 610031; 2. 西南交通大學 綜合交通運輸國家地方聯合工程實驗室, 四川 成都 610031)

高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺建設和實驗教學

張曉梅1,2, 郭嶠楓1,2, 藺 浩1,2, 譚永剛1,2, 鄧灼志1,2

(1. 西南交通大學 交通運輸與物流學院, 四川 成都 610031; 2. 西南交通大學 綜合交通運輸國家地方聯合工程實驗室, 四川 成都 610031)

高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺高度模擬高速鐵路行車調度指揮業務流程及各崗位操作,是一個技術先進、實驗環境逼真、實驗方案多樣、實驗過程自主的實驗平臺。基于該平臺設計了高速鐵路行車調度指揮系統設備原理實驗等實驗項目,用于學生實驗實踐教學及調度人員培訓,實現高速鐵路行車調度指揮多崗位的團隊協作綜合訓練,提高學生和調度人員對運輸技術設備的運用操作能力與調度指揮決策能力。

高速鐵路； 調度指揮； 仿真實驗； 實驗教學

自2008年京津城際高速鐵路開通運營以來,在不到10年內,我國高速鐵路的運營里程和運營水平已領先于世界。截至2015年10月,我國已開通運營的高速鐵路總里程超過1.8 萬km,占世界高鐵總里程的60%以上[1]。根據我國《中長期鐵路網規劃》,我國高速鐵路網將由“四縱四橫”擴大到“八縱八橫”。到2025年,我國鐵路網規模將達到17.5 萬km,其中高速鐵路將達到3.8 萬km[2]。隨著高速鐵路在我國的大規模建設并投入運營,培養高速鐵路運輸的組織管理和技術人才顯得尤為重要。

高速鐵路行車調度指揮是高速鐵路列車高速、安全、正點運行的關鍵。與既有鐵路相比,高速鐵路行車調度指揮工作具有實時性更強、業務活動協作更廣、技術設備水平更新、對人員素質要求更高等特點[3]。列車調度指揮技能是交通運輸專業學生必須掌握的專業技能之一。但是，因鐵路技術裝備、現場安全保障等問題不易解決,學生在現場生產實踐和實習過程中沒有實際動手操作的可能性,不利于學生掌握交通運輸設備運用、生產過程組織指揮等基本技能[4]。仿真是一種可以控制、無破壞性、允許多次重復且不受外界條件限制、功能比較齊全的實驗手段[5],因而構建高度仿真的高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺已成為人才培養和從業人員培訓的必然要求[6-7]。

1 高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺

1.1 實驗平臺概況

高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺根據高速鐵路行車調度指揮業務流程和應急處置過程,綜合利用計算機仿真技術、數據庫技術、網絡通信技術和運輸組織決策理論與方法等,高度仿真高速鐵路列車運行環境與過程,提供了一個技術先進、實驗環境逼真、實驗方案多樣、實驗過程自主的實驗平臺。

1.2 實驗平臺系統結構和功能

高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺由運行圖子系統、列調調度命令子系統、調度監督子系統、助調調度命令子系統、模擬演練(教師臺)子系統、車站車務終端子系統、數據庫服務器、應用/通信服務器等組成,整個平臺部署在一個星形的局域網環境中。平臺的功能結構如圖1所示。

圖1 高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺功能結構圖

1.2.1 列車運行調度臺的功能

列車運行調度臺模擬列車調度員崗位,是高速鐵路行車調度指揮的核心,由運行圖終端子系統、調監屏顯示子系統、調度命令終端子系統組成。

(1) 運行圖子系統。列車運行圖是鐵路行車組織工作的技術文件,運行圖子系統具有日計劃、施工計劃接收、鋪畫與修改計劃線(生成圖定計劃、導入日班計劃、手工畫線、修改與刪除運行線)、階段計劃下達、實績運行線繪制、行車限制命令與注解(封鎖、慢行等限制命令)、運行線節點信息修改、仿真時鐘及演練考核管理等功能。

(2) 調度命令子系統。調度命令子系統具有調度命令編輯、下達、簽收、查詢以及列控限速命令的設置與取消等功能。

(3) 調監屏顯示子系統。該系統主要是對調度區段列車的運行情況進行監視,實時顯示列車運行環境，即調度區段內區間線路、閉塞設備及車站站場、微機聯鎖設備的狀態及列車運行狀態。主要包括區間線路、站場平面圖、車站線路、進路、信號設備狀態的實時顯示,區間閉塞設備狀態動態監視,列車在車站、區間運行過程及列車信息監視等功能。

1.2.2 助理調度臺的功能

助理調度臺模擬助理調度員崗位。助理調度員在列車調度員的領導下工作,負責監督系統中列車進路的自動排列情況,必要時進行人工干預。助理調度臺由助理調度命令終端子系統和控顯終端子系統組成。

擁有40多億年歷史的地球不但孕育了無數的生命，還造就了數不清的自然奇觀。在廣袤的地球上，還有很多我們不熟悉的事物值得去探索。

控顯終端子系統主要包括列車運行環境(調度區段線路、車站站場布置圖、區間閉塞設備、車站聯鎖設備)及列車運行過程狀態實時顯示、調車作業計劃編制與下達、人工辦理進路和信號開放、控制模式轉換、線路和道岔封鎖與解鎖、接觸網有/無電狀態標記、演練考核管理等功能。

1.2.3 車站作業仿真臺的功能

車站作業仿真臺用來模擬車站值班員崗位,由車站值班員控顯終端子系統和車務終端子系統組成。車站值班員控顯終端界面如圖2所示。

圖2 車站控顯終端子系統

(1) 車站值班員控顯終端子系統。車站控顯終端子系統主要包括對本站及相鄰車站列車運行環境(區間線路、車站站場布置圖、區間閉塞設備、車站聯鎖設備)及列車運行過程狀態實時顯示,在車站控制模式下的人工辦理進路和信號開放、仿真時鐘同步、演練考核管理等功能。

(2) 車務終端子系統。車務終端子系統具有列車運行調整計劃接收、自動報點、人工報點和到發點修改、行車日志管理、調度命令簽收、鄰站信息通信及日常站務處理等功能。

1.2.4 教師臺的功能

教師臺主要進行演練、考試方案制訂及學生或學員考核操作評價,由模擬演練(考試) 管理子系統組成,包括運輸計劃管理、演練(考試)場景管理、演練(考試)進程管理、演練(考試)效果評價等功能。

2 高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺布置

根據實際高速鐵路行車調度指揮的崗位設置及組織結構進行實驗平臺設備布置,分為調度中心區域及車站區域,布置方案如圖3所示。共有8臺套實驗設備,一橫排為1臺套。每臺套由調度中心和2個車站作業仿真臺組成,每臺套可容納8名學生操作,一個實驗室可同時容納60多名學生同時進行列車調度員、助理調度員、車站值班員等崗位的實驗操作。相比于半實物仿真系統[8],該實驗平臺具有節約實驗室空間、經濟性好、適合班級實驗教學及批量從業人員培訓的優勢。

圖3 實驗平臺設備布置

2.2 調度中心布置

調度中心的布置如圖4所示。圖中左上方為2個調度監視屏、左下1屏為運行圖子系統,左下2屏為列調調度命令終端子系統,它們由列車調度員操作；右下1屏為助調調度命令終端子系統,右下2屏為助調控顯終端子系統,它們由助理調度員操作。右上2屏為應用/通信服務器。調度中心實現列車調度員及助理調度員崗位操作仿真,助理調度員在列車調度員領導下協調工作,共同完成行車調度指揮。

圖4 調度中心的布置

2.3 教師臺布置

1套教師臺布置在實驗室前方,教師臺的計算機安裝有局域網管理軟件,可對實驗室內所有設備進行控制，可進行操作示范和教學演示。學生可在本機清晰地看到教師臺演示的每一個操作細節,極大地提高了實驗操作的演示示范效果。

3 基于實驗平臺的實驗教學設計

交通運輸專業學生在完成行車組織和高速鐵路運輸組織理論課程學習后,初步掌握了行車組織基本概念和基本理論,熟悉了技術設備的原理,掌握了車站技術作業組織、列車運行圖鋪畫、行車調度指揮的基本方法[9-10]。為了提高學生的動手能力、增強學生的專業技能,利用該實驗平臺設計了一系列實驗項目和個性化實驗。學生利用該仿真實驗平臺,可以擔當列車調度員、助理調度員、車站值班員等重要崗位角色,對技術設備、運輸生產作業過程進行操作演練或開展創新型實驗。所設計的實驗項目見表1。

表1 高速鐵路行車調度指揮仿真實驗項目設置

為進一步培養學生工程實踐能力和創新能力,基于該實驗平臺還可開展高速鐵路調度指揮作業仿真、高速鐵路車站作業仿真、高速鐵路列車運行圖穩定性研究、高速鐵路車站咽喉通過能力研究、高速鐵路車站到發線通過能力研究等實驗。

4 實驗考核

學生及培訓人員通過基礎實驗環節掌握各崗位操作及行車指揮作業流程后,可通過實驗平臺的考試模塊進行操作考試,檢驗學習效果及動手操作能力。教師在教師臺通過運輸計劃管理及演練(考試)場景管理子系統制訂考試方案,學生及培訓人員登錄后選擇考試(應急演練)方案,根據所擔當崗位的試卷要求,完成

試卷所要求的各種操作。學生完成試卷指定的操作后,應在系統上提交試卷；模擬演練(考試)平臺對各崗位關鍵操作步驟記錄、分類存儲；教師可在教師臺看到學生的操作結果并進行評價。該考核方式與提交紙質實驗報告的方式互為補充,進一步提高了實驗教學成效。

5 結語

自高速鐵路行車調度指揮仿真實驗平臺建成后,已經應用于西南交通大學交通運輸與物流學院5個年級、1 000多名本科生的行車組織仿真實驗教學、專業軟件認知實習,以及多期新職高速鐵路調度員培訓。教學實踐表明,基于該平臺的實驗教學鞏固了學生的專業知識,使學生熟悉了行車調度指揮各崗位工作職責及作業流程,提高了學生及調度人員對運輸技術設備的運用操作能力與調度指揮決策能力。該平臺也可應用于學生個性化實驗、車站通過能力研究、開行方案驗證、運行圖性能研究等,對培養學生的創新精神和實踐能力[11-12],提高學生知識、能力、素質和教學質量具有積極作用。

References)

[1] 彭其淵,李建光,楊宇翔,等.高速鐵路建設對我國鐵路運輸的影響[J].西南交通大學學報,2016,51(3):525-533.

[2] 發展改革委印發《中長期鐵路網規劃》[EB/OL]. (2016-07-20)[2017-03-02].http://www.gov.cn/xinwen/2016-07/20/content_5093165.htm..

[3] 周妍,周磊山.高速鐵路行車調度指揮一體化仿真實驗平臺設計與研究[J].鐵道學報,2012(6):1-7.

[4] 王瑤.高速鐵路列車調度指揮仿真實訓系統研究[D].成都:西南交通大學,2010.

[5] 王壯鋒.智能高速鐵路行車指揮仿真系統的研究[D].北京:鐵道部科學研究院,2003.

[6] 王順利,鄔芝權,孫景冬,等.城市軌道交通管控一體實驗平臺設計與研究[J].實驗技術與管理,2015,32(7):86-90.

[7] 馮旭,周磊山.基于網絡協同技術的高速鐵路行車調度指揮實驗系統設計[J].物流技術,2013,32(4):246-248.

[8] 白紫熙,周磊山,唐金金.基于運行圖驅動的列車運行控制半實物仿真系統[J].中國鐵道科學,2015(4):139-144.

[9] 彭其淵,王慈光.鐵路行車組織[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

[10] 華容,安子良,沙泉,等.創建軌道交通運行與安全實驗教學示范中心[J].實驗技術與管理,2016,33(12):237-241,245.

[11] 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.

[12] 王順利,孫景冬,王淑偉.鐵路運輸管控一體實驗平臺設計與研究[J].實驗技術與管理,2013,30(8):97-100.

Construction on simulation experimental platform for high-speed railway dispatching command and experimental teaching

Zhang Xiaomei1,2, Guo Qiaofeng1,2, Lin Hao1,2, Tan Yonggang1,2, Deng Zhuozhi1,2

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. National and Local Joint Engineering Laboratory for Integrated Transportation, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

The simulation experimental platform for high-speed railway dispatching command can highly simulate the actual high-speed railway dispatching command process and each post operation, providing an experimental platform with advanced technology, vivid experimental environment, diverse experimental schemes and independent experimental process. Based on this platform, the equipment principle experiment and other experimental projects for the high-speed railway dispatching command system are designed, which is used for the students’ experimental teaching and the dispatchers’ training. The multi-post team cooperative and comprehensive training for the high-speed railway dispatching command is realized, and the students’ and dispatchers’ operation ability of the transportation technology and equipment, and their dispatching decision ability are improved.

high-speed railway; dispatching command; simulation experiment; experimental teaching

U292.4

: A

: 1002-4956(2017)09-0120-04

2017-03-13修改日期:2017-04-27

中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(2682016CX057)

張曉梅(1981—),女,山西永濟,工學碩士,工程師,主要研究方向為軌道交通及其實驗教學、軟件工程.

E-mail:xmzhang@swjtu.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.030