高鐵列車調度員CTC實訓仿真系統設計研究

郭峰 李慶鋒 李鵬飛 潘榮坤

隨著我國經濟發展，高速鐵路在我國得到了快速發展，逐漸形成了高鐵網絡。高鐵具有快速、舒適、行車間隔短、安全和環保等一系列優點，這強力吸引著人們以高鐵作為出行方式的首選。但如果發生行車安全事故，其帶來的后果是不堪設想的，因此行車安全是鐵路永恒不變的主題。而高鐵列車調度員作為行車的管理者和指揮者，肩負著列車運行安全的重要使命，因此有必要加強對高鐵列車調度員的能力培訓。正常情況下，采用的培訓模式都脫離了設備，多以“對話”方式進行。由此可見，這種方式并不能帶來高效、滿意的培訓結果。CTC系統以其先進的功能，輔助列車調度員輕松完成行車作業，且起到了保障行車安全的目的。但是，在突發情況下，高鐵列車調度員由于自身業務水平、決策能力和處置經驗等的限制，導致無法有效、快速地處置行車突發事件，這將對行車安全產生致命打擊。綜上，對高鐵列車調度員是有必要時刻進行強化演練和培訓，從而有效保證行車安全。這迫切需要一套CTC仿真實訓系統，輔助高鐵列車調度員完成日常訓練，保障高鐵行車安全。

近年來，相關學者和專家對高鐵列車調度員實訓系統都進行了大量研究，且成果頗豐。宋鵬飛等基于CTC實際數據，研究集聯鎖、閉塞、列控和通信等為一體的仿真平臺，實現了無差異化的教學；馬文暉等針對鐵路現場中調度員對工作的需求，詳細分析了CTC系統功能，從功能仿真出發，設計了CTC仿真培訓系統；張曉梅從CTC系統結構分析，通過數據建模、模型轉換、數據庫建立和仿真編程實現調度指揮仿真實驗平臺的設計；何宏偉對現有設備做出分析，從系統環境、教學功能和日常管理三方面出發，融合多項關鍵技術，對仿真實訓平臺進行了研究；陳世忠等提出一套鐵路調度實訓仿真系統，能進行非正常情況設置，全過程反映列車調度員的處置流程和執行情況。

通過這些研究成果，為本文提供了大量的參考依據和理論基礎。基于這些成果，本文也將著重對高鐵列車調度員實訓系統進行研究，以期對實訓系統設計方面有所助力，最終促進高鐵行車日益安全。

一、高鐵列車調度員培訓現狀分析

目前，針對鐵路行車人員實操訓練，主要采用的是“對話”方式進行，達不到訓練的效果，無法真實體驗操作過程。通過現有訓練模式分析，在許多方面都存在問題，主要集中在以下幾點。

1.培訓模式方面

當前高鐵列車調度員的培訓，主要采用線下理論培訓的傳統模式，缺乏列車調度員動手操作的實踐環節，較大程度上影響到列車調度員解決實際問題的能力。同時，采用教員講解、學員聽課的形式，受教員的教學水平、知識儲備和學員技能不同的影響，若采用同一情景、同一環境下教學，使得培訓結果因人而異，無法針對不同的學員做到因材施教。這種模式不僅加大了培訓強度，也延長了列車調度員的培養、培訓周期。

2.應急處置培訓方面

日常演練多在“天窗”時段內進行，采用“口頭對話”方式進行，難以還原現場實景化的演示操作，只是按照固定流程完成應急處置。而且，日常對于非正常行車處置培訓方面，都局限于規章和案例講解，學習內容枯燥，無法真正領會處置流程。

因此，急需一套CTC實訓仿真系統，模擬真實作業環境，解決目前高鐵列車調度員培訓所面臨的問題。

二、詳解CTC實訓仿真系統

1.實訓仿真平臺簡介

利用現代化計算機模擬仿真技術、通信技術、網絡信息技術、自動化控制技術，結合系統集成技術，綜合設計CTC實訓仿真系統。構建具備運行圖終端、助調終端、調度命令終端、調度監督終端以及實訓管理系統的仿真平臺。

2.實訓仿真平臺功能

（1）運行圖終端

運行圖終端系統是CTC系統的重要組成部分，是行車調度組織工作的重要工具，也是實訓系統的重要組成部分。通過運行圖終端系統，主要實現列車運行計劃編制和調整、計劃下達管理、列車屬性管理、列車節點屬性管理以及列車查找等相關功能。操作方式與實際調度臺運行圖終端保持一致。

（2）助調終端

助調終端系統主要實現列車進路的自動排列，必要時可進行人工干預，以及對道岔、信號機的相關操作。由自律機系統根據階段計劃，自動生成接發車進路序列表，顯示車次號、計劃時間、觸發條件、股道、進路類型、進路名稱、觸發方式及狀態等信息。在助調終端可對觸發方式、股道等進行人工干預。操作方式與實際調度臺助調終端保持一致。

（3）調度命令終端

調度命令終端系統實現調度命令管理、編輯、審批、下發、簽收和查詢功能，以及列控限速命令的設置和下達功能。

列控限速管理模擬仿真TSRS，接受調度命令終端系統編制生成的列控限速命令，實現列控限速命令的激活校驗、初始化、執行、刪除等基本操作。操作方式與實際調度臺一致。

（4）調度監督終端

調度監督終端系統實現區段畫面/單站畫面自由切換，主要對站場示意圖、信號機、線路和車站等進行實時顯示。通過調度監督終端系統，對列車運行整個過程實施全程監控。

（5）實訓管理系統

實訓管理的對象主要為學員和訓練內容。具備學員登錄客戶端、創建訓練內容、更新訓練內容、接收訓練內容、訓練環境初始化的功能。通過教員創建并實時更新訓練內容，以符合實際作業規范，和滿足個性化訓練的目的。

三、實訓仿真系統設計

1.實訓仿真系統結構

為了與現實CTC系統功能吻合，最大程度復刻系統功能，需要對CTC實訓仿真系統進行仿真環境的搭建。主要包括調度臺CTC操作終端、數據庫服務器、應用服務器、通信接口服務器等，并通過數據庫與實訓管理系統互聯。具體如下圖所示。

圖1 仿真實訓系統環境結構

2.通信、信號系統仿真

通過系統平臺的搭建，在現有CTC平臺的基礎上，仿真構建一套與實際運行環境一致的仿真系統。RBC、GSM-R、聯鎖和TSRS是維持CTC仿真平臺正常運轉的核心通信、信號系統，針對這幾部分內容進行功能仿真。

（1）RBC仿真

CTC仿真系統通過RBC接口服務器與RBC系統，采用專用數字通道進行連接，兩者實現信息互通功能。CTC能從RBC接受列車信息，列車相關信息包含了列車車次號、速度、位置、長度以及移動授權等。除了從RBC處接受列車信息以外，RBC還需要從CTC接受文本信息，按照系統的指令對仿真列車進行創建、注冊，實現列車運行仿真。

（2）GSM-R仿真

CTC仿真系統通過GSM-R接口服務器與GSM-R系統，采用專用數字通道或者以太網進行連接，兩者實現信息互通功能。CTC可向GSM-R發送無線調度命令、無線進路預告等信息。CTC從GSM-R接受無線車次校核信息、調度命令、進路預告等信息。

（3）聯鎖仿真

CTC仿真系統通過車站自律機與計算機聯鎖設備連接，兩者實現信息互通功能，雙方需要保證控制指令的完整傳達和執行。CTC可向計算機聯鎖系統發送控制指令，并接受來自于計算機聯鎖系統反饋的信號設備狀態以及設備報警等重要信息?？刂浦噶畎ㄅ帕羞M路、總人工解鎖、道岔解鎖、信號機操作等相關指令。

（4）TSRS仿真

CTC仿真系統通過TSRS接口服務器與TSRS系統，采用專用數字通道進行連接，兩者實現信息互通功能。CTC系統可向TSRS發送臨時限速調度命令，以及臨時限速命令的激活和執行，并從TSRS處接受限速命令激活和執行結果，以及臨時限速的狀態信息。

四、仿真系統關鍵技術

1.模擬列車運行技術

模擬列車運行是仿真系統的關鍵，而列車的牽引、制動過程是模擬列車運行的核心所在，系統根據列車實際速度和列控允許速度的差距，完成列車制動或者牽引，實現列車位移。

（1）線路允許速度的確定

由于實際中的線路情況復雜，運行環境多變，導致列車運行至不同地段，使得允許速度受不同條件限制，包括線路臨時限速、橋梁和曲線限速等。因此，列車運行允許速度應分地段取各限速條件對應的最小值，即

圖2 線路區段允許速度

（2）列控允許速度曲線的建立

通過以上方法，得到列控允許速度曲線，如下圖所示。

圖3 列控允許速度曲線

（3）模擬列車運行

2.進路觸發檢測技術

列車在站到發及通過，需要提前排列相應進路。CTC系統中，通過進路序列實現進路排列。因此，進路觸發是仿真系統的又一關鍵技術。進路觸發時機受時空關系邏輯控制，在列車到達或通過之前10分鐘或者提前8個閉塞分區觸發進路，開放信號；在列車出發之前1-2分鐘觸發進路，開放信號。但是，這并不代表只要列車進路觸發時機滿足觸發條件，即可排列進路。區間和車站內存在列車群，可能多列車同時滿足這樣的時空條件，且這些列車的進路之間存在共同部分。所以，在觸發進路之前，需要由系統激活進路觸發檢測機制，符合要求后方可進行進路觸發。

當多列列車的進路觸發時機滿足時空條件后，由系統遍歷區間、車站內所有列車，獲取這些列車的到發、通過時刻以及線路占用信息。通過檢測本列車前方徑路是否被占用，并根據列車到發、通過時刻優先檢測，若無占用，則觸發進路。進路觸發檢測機制如下圖所示。

圖4 進路觸發檢測機制流程

通過模擬列車運行和進路觸發檢測技術，實現仿真系統虛擬列車的自走行，為高鐵列車調度員的培訓提供了環境基礎。

五、結語

按照上述內容以及仿真設計，構建的CTC實訓仿真系統，實現了以下目標。

1.改變了傳統的培訓模式

通過實訓仿真平臺，真實還原與現場一致的作業場景，極大解決了理論和實際脫節的問題，加強了對學員實踐能力的培養，減少由于人員因素差異對培訓結果的影響，減輕了培訓負荷，縮短了培訓周期，作用效果明顯。

2.通過實訓管理系統，可由教員根據教學安排自行創建培訓內容，并下發至學員，通過系統加載內容進行訓練。尤其是針對行車突發應急事件，通過CTC仿真實訓系統實現突發應急事件預演，使高鐵列車調度員熟悉整個操作流程，從而保障了行車安全。

基于實際數據構建CTC仿真實訓系統，通過不斷演練培訓，提升了高鐵列車調度員的業務水平、決策能力和處置經驗，保障了高鐵行車安全，適應了我國高速鐵路的發展需求。