鐵路行車調度實訓全場景仿真系統研究

陳世忠，沈洪波，陳洪雨

(中國鐵路武漢局集團有限公司電務部，武漢 430071)

1 實訓仿真系統意義

行車調度是鐵路日常運輸生產組織的指揮中樞，正常情況下，列車均按基本列車運行圖運行，系統處于基本自動化的控制過程，列車調度員是行車設備及列車運行狀態的監控者，較少參與其控制過程。但在設備故障、異物侵限或是發生風、雨限速等突發情況，影響列車正常運行時，列車調度員的應急處置尤為重要。此時，列車調度員不僅是列車安全運行的保障者，更是列車運行秩序的維護者。而在日常正常運行的CTC 設備上，沒有辦法按照實景設置，也無法完成應急處置過程演練，缺乏真正提高行車調度應急處置水平的教培手段。

以此提出鐵路行車調度實訓仿真系統，由系統扮演司機、值班員、列車長、工、電、供等現場人員角色，通過故障場景設置，以劇本形式預置工況及標準處理流程，以上角色內容由教師機后臺程序管理，實際操作演練時，形成“一對一”的交互演練模式，并提供學習和考評兩種模式，構建融教學、培訓、演練、實訓為一體的標準化實訓仿真系統，可以解決調度所多年來實操演練難題。

該系統能夠提供鐵路實操演練的高度仿真場景，可實現列車模擬運行和常見行車設備故障、自然災害、線路事故等非正常情況的仿真設置，實現列車調度員與司機、工務、電務、供電等現場工作人員的模擬交互，全過程反映處置過程和作業標準執行情況，并能進行科學、客觀、一致的考核評價，對提高列車調度員在非正常情況下的行車指揮水平，具有重要意義。

2 實訓仿真系統主要面向對象

該套仿真系統主要面向對象是列車調度員，培養在正常和非正常情況下的具有高度行車作業指揮水平的調度員；也面向CTC 系統維護管理人員，培養一支CTC 運管修兼具的復合型人才隊伍。

3 實訓仿真系統主要功能

實訓仿真環境下應具備不同調度臺連接到同一套CTC 模擬環境中，調度臺間互相影響，實現協同指揮，一套完整的模擬仿真系統由應用模擬服務器，自律機模擬服務器，模擬集成服務器，模擬通信服務器，調度臺工作站，控制臺工作站，車站操作工作站、數據庫服務器、理論學習及考試系統組成。實訓仿真系統結構示意如圖1 所示。

圖1 實訓仿真系統結構Fig.1 Simulation system structure of practical training

3.1 CTC仿真系統基本功能

仿真系統列車調度臺功能，包括基本圖查閱、階段計劃調整和下達、鄰臺計劃傳遞、自動/人工報點、實際圖生成、調度命令（含臨時限速）下達等。

仿真系統助理調度臺功能包括車站模式轉換、進路序列控制、進路按鈕控制、調度命令下達、調車作業管理、臨時限速設置等。另外還包括非正常情況行車作業控制，具體包括重開信號、辦理引導信號、辦理道岔單操、道岔單鎖、道岔單解、道岔單封、道岔解封、分路不良確認和接觸網停送電等。模擬系統站場顯示調度臺功能包括顯示整個調度區段的列車運行狀態、信號開放狀態和區段占用狀態等實時監視信息。

仿真系統中自律機的功能與實際自律機完全一致，具體包括：車次自動跟蹤、自動報點、自動按圖排路、人工排路、行車規則沖突檢查、信號聯鎖沖突檢查、列車緊跟蹤報警、列車占用丟失報警、進路自動預告等。

仿真系統中車務終端功能與實際車務終端一致，具體包括：調度命令簽收、階段計劃簽收、進路控制、模式轉換、運統報表管理等。

仿真系統中其他CTC 軟件應與實際現場軟件保持一致，實現與現場軟件一致的功能等。

3.2 模擬列車實際運行、設備故障

模擬各種地面設備故障場景，顯示模擬列車運行時移動的紅光帶，根據定制的模擬場景，模擬列車，按規定的速度、方向運行。系統可模擬完成室外信號設備、站內聯鎖系統、區間閉塞系統、列控系統、無線車次號校核系統、無線調度命令傳輸系統等進行仿真模擬，并可按照實際運行中發生的故障情況進行相應的故障設置，如非正常紅光帶、道岔擠岔、信號機斷絲、列車停車等。系統初始化時根據場景描述，自動或人工鋪畫列車運行線，調度監督終端添加對應車次號，與實際工作場景保持高度一致。

3.3 學習和考評功能

系統提供學習和考評兩種工作模式，在學習模式下，調度人員根據系統提示逐步操作，以熟悉設備操作標準流程及規定場景的應急處置標準和流程；在考評模式下，系統不提供操作步驟，但能提供有關錯誤提示。上述兩種場景，系統均能記錄操作者主要動作行為，實訓模式能根據操作者的操作水平，提供實作的評估功能,用于日常培訓和資格考試，系統可對參訓調度員的操作流程進行評估和數據分析，并對錯誤部分提供相關文本，生成評估結果。

3.3.1 教師機功能

在圖形界面操作，向學員機發送初始化模擬系統的操作功能，可以依據用戶選擇不同的模擬系統將調度臺、車站、考試/學習模式等信息發送至每個學員機，由學員機進行本地軟件（包括CTC 軟件和CSS 軟件）的初始化啟動。

以圖形界面為教師機用戶提供與學員機用戶進行文本消息交互的界面，實現教師機與學員機的溝通對話功能，以及一些常用的提示功能。

非正常行車流程發起的兩種模式。

1）教師機通過故障設置主動向指定調度臺的學員機發起對應的流程。

2）學員機主動向教師機發起指定的流程。

教師機向調度臺發送流程內容消息，內容供學員機顯示流程具體操作步驟。

模擬開始后，教師機需要讀取本地保存的所有流程的標題，并將此標題列表發送給學員機，供學員機主動發起流程時進行流程選擇。

可以自動接收學員機發出的模擬流程事件信息，模擬流程事件的兩種處理方式。

1）虛擬事件（諸如通知值班主任等）由教師機直接向該調度臺前端的所有學員機返回事件觸發成功。

2）CTC 事件由教師機將此內容發送至模擬輔助單元，模擬輔助單元在處理后返回事件觸發成功，如若無此CTC 事件則不返回任何消息。

教師機可指定演練所屬調度區段、指定演練調度終端所連接的后臺仿真環境、指定演練調度臺演練方式，實時監控各模擬調度臺的工作狀態、網絡通信狀態等信息。并可以通過安裝在調度臺上的學員機軟件與參加演練的調度員、司機、工務、電務等角色進行文字通訊，向參加演練的調度員發布指令、操作提示等。

3.3.2 學員機功能

以圖形界面為學員機用戶提供與教師機用戶以及學員機之間進行文本消息交互的界面，實現教師機與學員機、學員機與學員機之間的溝通對話功能，以及一些常用的提示功能。

以圖形化的界面為用戶提供選擇列車并進行機車控制的界面，并通過教師機向模擬集成服務器發送控車命令，實現控制功能。控制功能包括：列車限速、喊停列車、恢復常速、緊急制動、列車抖動、區間折返和調令行車等。

從教師機獲取流程的標題列表并顯示，供學員主動發起指定流程時進行選擇。

從教師機獲取具體的流程內容后，以不同的模式顯示給學員參考，區別如下。

1）考試模式時，顯示已完成的流程步驟。

2）學習模式時，顯示全部的流程步驟。

從流程內容中讀取每一步的流程具體操作，將分類為虛擬事件的流程內容亂序顯示給學員，讓學員進行參考選擇并觸發流程事件。

在流程進行過程中會將下一步的流程步驟信息發送至教師機，待流程成功觸發完畢后，接收教師機的觸發信息，將當前步驟進行到流程的下一步。

表1 非正常行車應急場景Tab.1 Emergency scene of abnormal train operation

3.4 正常情況下行車指揮作業場景

正常情況下，列車均按基本列車運行圖運行，系統處于基本自動化的控制過程，列車調度員是行車設備及列車運行狀態的監控者，很少參與其控制過程。另外需要實現的正常情況下的行車指揮作業場景也較多，故在此不一一列舉。

3.5 非正常情況下行車指揮作業場景

目前需要實現的非正常情況下的行車應急場景計78 個，如表1 所示。

以目前現有的進站信號機故障場景為例，根據場景文件編寫場景流程如表2 所示。

續表

表2 場景流程表格Tab.2 Scene f low table

續表

通過教師機和學員機的配合，按照流程的步驟，實現非正常場景流程的演練和實訓。

流程的操作步驟主要如下。

在教師機上下發非正常場景流程，流程內容隨教師的操作動態變化。教師只需關注在什么站什么設備下發什么非正常場景模板即可。學員機上收到非正常場景流程后，進入練習/考評模式，按照流程步驟走。

教師機和學員機通過非正常流程圖進行文本通話，關于CTC 操作的部分需要學員在CTC 系統上具體操作完成，和非正常流程文件相關聯。與CTC操作無關的部分通過下拉菜單框的文本對話形式體現。最后在非正常流程跑完之后，在教師臺上有考評結果記錄，里面包含了操作人員的操作時間、具體操作內容已經最后的得分，達到考評的效果。

4 系統規模及性能

實訓系統按照實際情況配置設備數量，并預留調度臺。實訓系統數量應滿足多個模擬調度臺數量，保證所有調度臺能同時進行同一個區段的模擬操作。

實訓系統與實際行車調度作業場景吻合度100%，可根據實際學習規模設置學習機數量，滿足教師機向多個學員機設置相同以及不同場景的需求。

實訓系統應具有靈活的編輯能力和線路數據擴充能力，當行車場景作業流程發生變化或行車場景數量發生變化，能夠靈活的進行調整，滿足行車場景不斷變化的需求。

支持目前國內主要行車作業模擬及理論學習、技能演練及考核功能。

5 實訓系統硬件結構

實訓系統在原有調度指揮平臺仿真硬件基礎上進行功能擴展，系統使用獨立局域網，實訓系統硬件部署圖如圖2 所示。

圖2 實訓系統硬件部署結構圖Fig.2 Hardware deployment diagram of practical training system

6 系統實現目標

系統可以實現以下目標：

1）實現按照列車運行圖完成列車運行的高度仿真；

2）實現各類非正常行車作業場景的設定和描述；

3）實現應急處置場景中，列車調度員與現場工作人員（系統設定）的半人工或全自動的交互功能；

4）實現現有調度仿真模擬平臺功能實質性的突破，制定行車調度實訓全場景仿真系統技術方案，并研發應用軟件，建立實訓系統平臺。

可以設想，將鐵路行車調度實訓仿真系統中由系統扮演的司機、值班員、列車長、工、電、供等現場人員角色如果變為實際場景，智能調度系統終有一天會實現，希望此項研究為智能調度系統的實現做出一點貢獻。