城市軌道交通仿真軟件系統(tǒng)聯(lián)動設(shè)計研究

王慧

【摘 要】城市軌道交通專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)以職業(yè)引導(dǎo)、能力遞進為基本思路，以“教、學(xué)、做”為主線，基于工作過程，按照真實的工作場景、真實設(shè)備、真實作業(yè)流程構(gòu)建實訓(xùn)場地。實訓(xùn)基地的站廳實訓(xùn)設(shè)備、站臺實訓(xùn)設(shè)備、車控室實訓(xùn)設(shè)備、模擬駕駛實訓(xùn)設(shè)備、OCC調(diào)度中心實訓(xùn)設(shè)備、移動駕駛地鐵列車及線路設(shè)備等形成一條完整地鐵線路運營環(huán)境，實現(xiàn)行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)、車站值班員、站務(wù)員和司機等崗位的聯(lián)合演練培訓(xùn)，各實訓(xùn)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、聯(lián)控聯(lián)動。

【關(guān)鍵詞】地鐵；系統(tǒng)聯(lián)動；聯(lián)合演練培訓(xùn)；模擬仿真

為紓解城市巨大的交通壓力，我國城市軌道交通行業(yè)規(guī)模不斷擴大、高新技術(shù)飛速發(fā)展，地鐵公司普遍大量采用高智能化和自動化的先進技術(shù)設(shè)備，如自動售檢票系統(tǒng)、站臺屏蔽門系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)等，城市軌道交通運營呈現(xiàn)出運營時間長、客流量大、先進技術(shù)設(shè)備組成多樣、設(shè)備自動化程度高、行車密度大等技術(shù)特點，又因新增線路周期短、國內(nèi)相關(guān)人才缺口量大，地鐵公司迫切需要專業(yè)素質(zhì)過硬，能夠迅速上崗的應(yīng)用型技術(shù)人才。

1 選題背景及研究意義

近幾年我國計算機技術(shù)、軟件技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)迅猛發(fā)展，國內(nèi)廠家參照地鐵運營設(shè)備，仿真制造了多專業(yè)、多種類的模擬培訓(xùn)設(shè)備，國內(nèi)相關(guān)高校和地鐵公司購置后，主要用于滿足司機模擬駕駛、行車調(diào)度指揮演練、車輛基本檢修等獨立的、單一化的教學(xué)演練，一定程度上解決了學(xué)員和員工缺乏實踐教學(xué)的培訓(xùn)難題，但這些模擬教學(xué)設(shè)備只能進行簡單的、重復(fù)的和單調(diào)的技能培訓(xùn)，不能使受訓(xùn)學(xué)員和員工整體感知并融入地鐵運營現(xiàn)場環(huán)境，實現(xiàn)多專業(yè)、多崗位的聯(lián)合演練實訓(xùn)。

因此，研究模擬仿真地鐵車站及地鐵運營各系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備、研究各系統(tǒng)間實現(xiàn)聯(lián)控聯(lián)動與互聯(lián)互通，探索多專業(yè)、多崗位聯(lián)合實訓(xùn)演練實現(xiàn)方法，具有較強的現(xiàn)實意義。

2 國內(nèi)外行業(yè)現(xiàn)狀

歐美各國及日本、韓國、臺灣和香港地區(qū)的地鐵運營部門均配置有先進的計算機仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，為地鐵從業(yè)人員提供職業(yè)培訓(xùn)所需要的實作訓(xùn)練。

香港地鐵也投入大量的資金用于培訓(xùn)工作，其配置有覆蓋地鐵運營所有崗位的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，以互為關(guān)聯(lián)的OCC仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、車站作業(yè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、地鐵列車駕駛仿真系統(tǒng)為主，將地鐵運營涉及的列車、線路、供電、信號、調(diào)度、車站、售票等工作崗位與環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，形成了虛擬的列車運營仿真系統(tǒng)。

所有新入地鐵的員工和調(diào)整、晉升職位的員工都要接受培訓(xùn)，在職的員工也要定期“充電”；新設(shè)備、新系統(tǒng)投入使用也要接受培訓(xùn)。每半年，凡有駕駛資格的人士（司機、車站站長、中央控制室行車控制主任）都要到培訓(xùn)中心進行兩天的輪訓(xùn)，以適應(yīng)地鐵發(fā)展的需要。從而有效地保證了調(diào)度人員的基本技能與素質(zhì)。

目前，國內(nèi)各高校及相關(guān)研究機構(gòu)對城市軌道交通的行車調(diào)度策略等有了一定的研究，城市軌道交通的車站值班員作業(yè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)已有應(yīng)用的案例，如蘇州地鐵、無錫地鐵、合肥地鐵等。但國內(nèi)既有專業(yè)實訓(xùn)設(shè)備依舊存在一些問題，主要表現(xiàn)為：

（1）實訓(xùn)設(shè)備均為非標定制設(shè)備，針對某單一專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)，僅能針對限定的專業(yè)進行單獨培訓(xùn)，致使實訓(xùn)設(shè)備結(jié)構(gòu)不健全，沒有形成完整體系。

（2）部分廠家實訓(xùn)設(shè)備仿真度差、質(zhì)量參差不齊，本應(yīng)完全仿真地鐵真實設(shè)備性能和運營情況的實訓(xùn)設(shè)備，在設(shè)備外觀、操作性、邏輯功能等方面與地鐵真實設(shè)備差距較大，受訓(xùn)學(xué)員無法得到有效演練。

（3）仿真實訓(xùn)設(shè)備行業(yè)缺乏統(tǒng)一標準，不同廠家生產(chǎn)的實訓(xùn)設(shè)備不能互通互聯(lián)。

（4）目前高校開發(fā)出的實訓(xùn)設(shè)備還不能完全實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動。

其中最為關(guān)鍵的是整個實訓(xùn)系統(tǒng)軟件的聯(lián)動設(shè)計。

3 軟件系統(tǒng)聯(lián)動設(shè)計

培訓(xùn)軟件通過系統(tǒng)搭建的高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，模擬替代了無線數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)答器數(shù)據(jù)傳輸、波導(dǎo)管、軌道電路、光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)葘嶋H軌道交通中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑢崿F(xiàn)了各軟件間相互的數(shù)據(jù)傳輸交換，全面模擬崗位操作功能。

信號系統(tǒng)仿真軟件和綜合監(jiān)控仿真軟件為系統(tǒng)聯(lián)動的兩大核心軟件，聯(lián)動時接收各子系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)備實時數(shù)據(jù)，邏輯運算后反饋運算信息到子系統(tǒng)軟件及設(shè)備進行狀態(tài)更新，確保同一時間基地內(nèi)各實訓(xùn)室軟硬件數(shù)據(jù)一致，完成系統(tǒng)間的聯(lián)動。

聯(lián)動時各實訓(xùn)室構(gòu)成了一個由OCC控制中心，虛擬車站、真實車站、列車、接觸網(wǎng)、正線線路、車輛段線路、ATS信號系統(tǒng)及聯(lián)鎖系統(tǒng)等組成的完整線路。16輛模擬駕駛系統(tǒng)提供所有運營所需列車對象的仿真模型，它是連接OCC仿真系統(tǒng)，車站值班員仿真、虛擬運營電子沙盤系統(tǒng)、虛擬場景系統(tǒng)及站臺相關(guān)設(shè)備的紐帶。通過模擬駕駛系統(tǒng)內(nèi)車輛運行，可以計算出整條線路上所有車輛的位置、速度及功耗等參數(shù)，從而可實現(xiàn)基地內(nèi)軟硬件在共同的平臺上進行仿真訓(xùn)練。

實訓(xùn)基地內(nèi)各系統(tǒng)軟件開發(fā)，參照實際運營線路各崗位軟件功能進行軟件編程，根據(jù)實際系統(tǒng)間交互的數(shù)據(jù)類型設(shè)置常用數(shù)據(jù)接口，系統(tǒng)升級及功能拓展時可方便調(diào)用數(shù)據(jù)，軟件開發(fā)選用常用編程軟件，代碼規(guī)范，協(xié)議清晰。實現(xiàn)3D虛擬現(xiàn)實場景同ATS服務(wù)器、聯(lián)鎖服務(wù)器、沙盤大屏、教師機、模擬駕駛器間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

（1）ATS與模擬器聯(lián)動時的數(shù)據(jù)交換

系統(tǒng)聯(lián)動時，通過時刻表編輯軟件生成計劃運行圖，當從車輛段發(fā)車時，由車輛段聯(lián)鎖軟件與電子沙盤綁定，實現(xiàn)列車從車輛段開出，在轉(zhuǎn)換軌將控制權(quán)交出并通知ATS服務(wù)端，N輛模擬器車輛依次根據(jù)計劃運行圖上的車次號實現(xiàn)與ATS系統(tǒng)的綁定，實現(xiàn)按計劃車運行；在收車時，列車在ATS轉(zhuǎn)換軌交出控制并由車輛段聯(lián)鎖軟件再次綁定，控制列車由車輛實現(xiàn)控制；

綁定成功后，ATS不再與3D進行綁定，僅建立連接，實現(xiàn)3D場景數(shù)據(jù)傳遞列車實時數(shù)據(jù)的到ATS服務(wù)端，ATS仿真系統(tǒng)對列車速度進行監(jiān)控；

具體的數(shù)據(jù)如下：

軟件間綁定命令；

模擬器實時傳輸速度、模式等信息到ATS系統(tǒng)；

電子沙盤實時傳遞列車位置到ATS顯示；

ATS送出所有信號機設(shè)備到電子沙盤以驅(qū)動信號設(shè)備；

ATS送出列車防護距離、停車距離到模擬器（用于列車CBTC時運算速度）；

ATS送出當前信號模式，用于模擬器選擇運行模式；

ATS送出扣車、跳停、緊停命令、停站時間等信息：

ATS發(fā)送行車許可到模擬器；

模擬器運行到仿真車站時（濱河路站）及沿線其他虛擬車站時，車門及屏蔽門聯(lián)動控制由模擬器的開關(guān)門信息進行控制；

（2）真實線路聯(lián)鎖EI32系統(tǒng)與仿真列車間軟件聯(lián)動功能：

當真實列車在線路中運行時，由EI32聯(lián)鎖系統(tǒng)送出信號系統(tǒng)作為運行條件，即傳輸信號機信號；

當真實列車在線路中運行時，車站的屏蔽門不再與ATS系統(tǒng)聯(lián)動，真實列車仿真軟件對屏蔽門的控制較ATS仿真系統(tǒng)具備更高的優(yōu)先級，屏蔽門的控制根據(jù)列車的開關(guān)門指令實現(xiàn)，真實列車需要上傳當前的位置（軌道信息），用于EI32聯(lián)鎖系統(tǒng)進行進路占用、出清、信號關(guān)閉等功能；

在真實列車ATO，ATP運行時，由車載系統(tǒng)根據(jù)EI32聯(lián)鎖開放的信號狀態(tài)實現(xiàn)不再由聯(lián)鎖系統(tǒng)實現(xiàn)ATO、ATP功能。

4 結(jié)論

近年來我國城市軌道交通行業(yè)飛速發(fā)展，帶動了人才培訓(xùn)模式的改革，也促進了仿真培訓(xùn)設(shè)備行業(yè)的迅猛發(fā)展，但多數(shù)培訓(xùn)設(shè)備仍然存在功能單一性、缺乏整體聯(lián)動等問題。本文針對不同功能、不同用途的專業(yè)實訓(xùn)設(shè)備，如何構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)、軟件如何互聯(lián)互通，進行了探索研究，并得出結(jié)論：各專業(yè)實訓(xùn)設(shè)備遵循標準通信協(xié)議，構(gòu)建千兆級高速通信網(wǎng)絡(luò)，各系統(tǒng)軟件參照真實地鐵開發(fā)，按照標準數(shù)據(jù)接口通信，能夠?qū)崿F(xiàn)一個全方位理論及實踐相結(jié)合、與真實地鐵運營情況高度一致的多專業(yè)可聯(lián)動培訓(xùn)環(huán)境。endprint