湖北城際鐵路信號維護仿真實訓系統(tǒng)的研究

張艷 文妮

摘 要：隨著計算機、傳感器、虛擬仿真技術的飛速發(fā)展，為鐵路各種維修工種設計仿真實訓系統(tǒng)已經(jīng)具備比較成熟的技術背景和時機。仿真系統(tǒng)的構建與使用能夠在不影響行車和職工安全的情況下，提供高效靈活的培訓方式。本文以湖北城際鐵路信號維護仿真實訓系統(tǒng)為例，探討了仿真實訓系統(tǒng)的構建要素。

關鍵詞：鐵路信號；維護；實訓系統(tǒng)

湖北城際鐵路是指武漢至黃石、武漢至咸寧、武漢至黃岡、武漢至孝感、武漢至仙桃5條鐵路。預計將在未來二十年之內(nèi)，湖北城際鐵路將覆蓋整個武漢城市圈，實現(xiàn)武漢城市圈內(nèi)半小時經(jīng)濟圈體系。截至2018年，湖北城際鐵路上座率不高導致5條鐵路目前均處于虧損狀態(tài)，想要扭轉(zhuǎn)這一局面不僅要對整個運營線路有更科學的規(guī)劃，保證已運行鐵路的正點及運行安全也是提升上座率和形象的直接影響要素。隨著地區(qū)城際鐵路的發(fā)展、地區(qū)城際鐵路和城市軌道交通的一體化，線路規(guī)模不斷擴大、信號系統(tǒng)設備種類不斷增多，信號設備故障隨機性強，對行車安全準點有直接影響。各技術工種維修規(guī)則的制定、維修水平的提高以及合格的信號維護操作人員的培訓將成為制約城際鐵路發(fā)展的突出問題之一。

鑒于鐵路信號系統(tǒng)維護的工作特點，在實際工作過程中需要維修人員有很強的基礎知識、能夠熟練使用維護手段。所以維修人員的專業(yè)素質(zhì)和技能的提高是極為重要的。成熟、專業(yè)素質(zhì)強、技能高的維修人員需要在培訓與實踐中獲得這些能力。利用行車現(xiàn)場完成全面的現(xiàn)場人員的培訓困難非常大，目前大部分培訓工作都需要在培訓中心完成，而培訓中心購置全真設備的財務成本、空間成本都十分巨大。伴隨各現(xiàn)代媒體技術應用于生產(chǎn)生活的方方面面，虛擬仿真技術可以模擬真實的環(huán)境、真實的設備，完成真實的任務，解決了實訓教學的難題，解決全真實訓中成本高、消耗大、不可逆、存在安全隱患等困難。功能合理的虛擬仿真實訓系統(tǒng)可以集教學、虛擬實訓、科學研究于一體，遵循專業(yè)的知識結構、行業(yè)技能培養(yǎng)規(guī)律，并匹配相應實訓課程。能夠真實模擬實際場景特性，并提供了多種交互手段，能夠大幅度提升培訓與實訓的效率、效果和規(guī)模，并顯著降低實訓成本。本文就城際鐵路信號設備仿真維護實訓做一探討。

一、場景仿真需求

該系統(tǒng)應當能夠模擬逼真的鐵路行車現(xiàn)場，并可以與信號系統(tǒng)緊密結合，能夠?qū)㈣F路信號專業(yè)實訓項目設備全部整合到一個鐵路控制場景中。主要展示鐵路上的真實場景，包括室外場景和室內(nèi)場景。使用者可以觀察整個鐵路虛擬場景，并對每個位置上的設備和功能有一個直觀的沉浸式體驗，對了解整個信號系統(tǒng)起到促進的作用。

1、場景應包括室內(nèi)的列控機柜、TDCS系統(tǒng)、控制臺、聯(lián)鎖機、繼電器組合及組合架等和室外的信號機、轉(zhuǎn)轍機、軌道線路、電纜電路、通信電路、自然實景等內(nèi)容，為學員營造出身臨其境般的教學與實訓體驗。

2、場景中的重要設備應該采用模塊化設計，并提供多型號的設備模塊。方便職工在入職、轉(zhuǎn)崗等實訓中，可以使用同一平臺對不同型號的設備進行學習和訓練。用戶應當能夠進行整個信號系統(tǒng)進行放大、縮小、拆解的觀察性實訓。包括聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、微機監(jiān)測系統(tǒng)、TDCS系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)等，既能夠在宏觀角度觀察各系統(tǒng)之間的關聯(lián)，又能夠通過仿真系統(tǒng)對各系統(tǒng)的模塊、接口、板卡、通信線路進行詳細的觀察與學習。所有模型都是應當按照真實的產(chǎn)品建模，模型的形狀和特征需要和實物完全相同，確保產(chǎn)品的真實性，保證模型的完整性。

二、實訓模式需求

針對鐵路信號系統(tǒng)維護的特點，系統(tǒng)應全面覆蓋城際鐵路信號工技能培訓所需經(jīng)歷的學、練、考等環(huán)節(jié)對培訓手段的需求，全方位覆蓋運營標準作業(yè)、故障非正常處理、應急聯(lián)合演練、設備檢修維護等培訓內(nèi)容。

仿真實訓系統(tǒng)應當采取“虛實結合”的新型實訓模式。既能夠?qū)λ行盘栐O備及維修過程進行全面的仿真模擬，又要為連接重要的操作性強的全真設備提供接口。學員應當能在全真和仿真設備中進行一鍵切換式的選擇。

三、功能需求

1、虛擬仿真系統(tǒng)要配備豐富的課程資源。根據(jù)各實訓模快的教學特色和要求，提供能讓學員直觀理解、加深記憶并上手實操的軟件。仿真系統(tǒng)應建立真實的案例模型，實現(xiàn)信號系統(tǒng)原理知識的整合、重現(xiàn)各系統(tǒng)常見故障、依據(jù)維修任務中故障處理原則完成整個過程涉及的維修活動。

2、該系統(tǒng)應當具備測評功能。能夠?qū)W員實訓情況進行考試反饋，可以記錄和分析學員的操作過程中的不規(guī)范行為，并進行指正。提供智能化、自動化評價體系，依據(jù)各工種各層次的培訓人員考評標準，結合自動化評價系統(tǒng)能夠?qū)W員的技能水平給出準確、合理的評價結果。

3、系統(tǒng)應該能夠?qū)崿F(xiàn)多人同時授課，教師和學員全部沉浸在虛擬空間中，每個人都有第一視角的真三維環(huán)境，可以隨意跟虛擬仿真場景交互，可以在虛擬仿真場景中自由行走。實現(xiàn)信號維修中不同地點配合的協(xié)作模擬。

4、系統(tǒng)不僅應具備信號設備維護的獨立培訓，還應注重不同技術工種結合部的培訓。信號與車務、機務、供電、工務等各專業(yè)實訓系統(tǒng)能夠快速、靈活的進行組合并運行在同一環(huán)境中，實現(xiàn)工種間的協(xié)同作業(yè)培訓。

綜上所述，本文結合本課題在研究湖北城際鐵路信號仿真維修系統(tǒng)過程的基礎上，給出了信號維護仿真系統(tǒng)的要素及設計思路。隨著信號系統(tǒng)和仿真技術的不斷進步，仿真實訓系統(tǒng)一定也在不斷的發(fā)展和更新中，助力培訓出優(yōu)秀的信號技術工人，為城際鐵路正點安全做出有力的保障。

作者簡介：

張艷（1981.07）女，漢，本科，碩士，講師，從事控制類高等教育研究

*基金項目：2017年度湖北省教育廳科學研究計劃項目（編號：B2017524）"湖北城際鐵路養(yǎng)護維修仿真實訓系統(tǒng)的研究"