CTC仿真實訓(xùn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

丁長征 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所

1 背景

隨著CTC 系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，調(diào)度所內(nèi)CTC 列車調(diào)度臺已逐步占主導(dǎo)地位，CTC 列車調(diào)度員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技能直接影響調(diào)度作業(yè)安全。當(dāng)前CTC 列車調(diào)度員培訓(xùn)基本在生產(chǎn)作業(yè)崗位上培訓(xùn)，通過師傅帶教方式進(jìn)行訓(xùn)練，主要存在以下問題：

一是CTC 列車調(diào)度員生產(chǎn)平臺上操練容易影響運輸生產(chǎn)安全。

二是在生產(chǎn)平臺上無法進(jìn)行各種故障場景下應(yīng)急處置培訓(xùn)。

三是當(dāng)前CTC 調(diào)度員培訓(xùn)缺少系統(tǒng)性、程式化訓(xùn)練過程。

為有效解決上述問題，上海局調(diào)度所與卡斯柯信號有限公司共同研發(fā)了一套CTC 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)。下面就該系統(tǒng)的組成、特點、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用情況予以介紹。

2 系統(tǒng)介紹

仿真實訓(xùn)系統(tǒng)需要實時計算仿真列車的速度和位置，也需要根據(jù)仿真的現(xiàn)場信號條件變化進(jìn)行運行模式的切換，對信號機(jī)燈位變化、列控發(fā)碼的變化和限速光帶變化進(jìn)行實時響應(yīng)，通過運行模式制動或加速來達(dá)到和真實系統(tǒng)一致的效果。

2.1 系統(tǒng)組成

基于現(xiàn)有CTC 系統(tǒng)軟件，CTC 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)增加了相關(guān)仿真實訓(xùn)功能的軟件，包括教師機(jī)、學(xué)員機(jī)、仿真FAS 電臺、模擬輔助單元、模擬集成服務(wù)器、流程編輯器和場景編輯器（圖1）。

圖1 CTC仿真實訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

教師機(jī)軟件部署在教師臺，是培訓(xùn)教師進(jìn)行培訓(xùn)管理的操作界面。教師機(jī)軟件的主要功能包括學(xué)員機(jī)部署、考題發(fā)布、考試監(jiān)督、考試分析、題庫管理和用戶管理。

學(xué)員機(jī)軟件部署在學(xué)員臺，是培訓(xùn)學(xué)員學(xué)習(xí)、練習(xí)和考試操作界面。學(xué)員機(jī)軟件的主要功能包括學(xué)習(xí)、練習(xí)、考試、成績查看、交互、流程顯示和用戶登錄等。

仿真FAS 電臺軟件部署在學(xué)員臺，模擬真實FAS 電臺功能，用于培訓(xùn)學(xué)員的語音交互。

模擬輔助單元部署在后臺服務(wù)器，負(fù)責(zé)加載運行線，車次確認(rèn)，模擬實現(xiàn)對調(diào)度命令和階段計劃的簽收和回執(zhí)等。模擬集成服務(wù)器部署在后臺服務(wù)器，負(fù)責(zé)模擬聯(lián)鎖、列控、RBC、TSR 和 GSM-R 等 CTC 外部系統(tǒng)接口，模擬列車運行，模擬外部信號設(shè)備狀態(tài)等。

流程編輯器用于編輯和制作應(yīng)急處置流程，主要功能包括流程文件新建、修改、保存等。

場景編輯器用于編輯和制作運行場景，運行場景包括運行圖和場景故障。

2.2 系統(tǒng)特點

（1）引入完全真實的CTC系統(tǒng)

（2）高度仿真軌旁設(shè)備

（3）高度仿真列車運行

（4）高度仿真多工種角色

（5）完整的“學(xué)練考評”實訓(xùn)模塊

（6）應(yīng)急處置流程標(biāo)準(zhǔn)化

系統(tǒng)能夠支持標(biāo)準(zhǔn)化和格式化的應(yīng)急處置流程，培訓(xùn)教師可通過流程編輯器修改編輯。

（7）場景動態(tài)化

系統(tǒng)能夠支持動態(tài)化的場景，可切換選擇不同的調(diào)度臺進(jìn)行仿真，在仿真的過程中在不同的位置設(shè)置不同種類的故障。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置的故障和當(dāng)前運行狀態(tài)動態(tài)計算處理流程處置的操作。

（8）考評自動化

學(xué)員在考試過程中，系統(tǒng)會自動識別學(xué)員的操作，并與事先定義的標(biāo)準(zhǔn)流程和評分規(guī)則進(jìn)行匹配，自動評分。

（9）作業(yè)分析數(shù)據(jù)化

系統(tǒng)支持學(xué)員練習(xí)和考試操作的數(shù)據(jù)分析，從學(xué)員和考題兩個維度進(jìn)行統(tǒng)計分析，對易錯操作和具有薄弱環(huán)節(jié)學(xué)員提供預(yù)警功能。

（10）支持比武和協(xié)同兩種演練模式

比武模式時多個調(diào)度臺運行同一調(diào)度區(qū)段數(shù)據(jù)，用于相同場景下的訓(xùn)練或比武；協(xié)同模式時使用某條線路上多個相鄰調(diào)度區(qū)段數(shù)據(jù)，可訓(xùn)練鄰臺間的計劃傳遞、協(xié)作等。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）列車仿真運行技術(shù)

CTC 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)需要實時計算仿真列車的速度和位置，也需要根據(jù)仿真的現(xiàn)場信號條件變化進(jìn)行運行模式的切換，對信號機(jī)燈位變化、列控發(fā)碼的變化和限速光帶變化進(jìn)行實時響應(yīng)，通過運行模式制動或加速來達(dá)到和真實系統(tǒng)一致的效果。列車根據(jù)定義的四種運行模式運行，勻速、加速、制動和緊急制動。一般情況下，加速運行到設(shè)計最高速度后，保持勻速運行，具體列車運行模擬切換如圖2所示。

圖2 列車運行模式切換

緊急制動模式下的一次制動計算模型是最基本的速度曲線模型，在實際使用中，采用二次或多次制動的方法會取得更好的模擬效果，使到開點更準(zhǔn)確，更符合實際情況。

（2）參數(shù)化流程處理技術(shù)

CTC 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)急處置流程為支持不同位置故障的處置需要實現(xiàn)參數(shù)化流程處理。參數(shù)化流程處理是將應(yīng)急處置流程表示分為固定部分和動態(tài)部分，并提供了動態(tài)部分參數(shù)具體的計算和更新處理過程，其中固定部分可用于表示標(biāo)準(zhǔn)的操作流程和用語，動態(tài)部分用于表示與具體故障場景相關(guān)的可變信息。與靜態(tài)流程相比，參數(shù)化流程能夠適應(yīng)故障位置和運行車次的變化，可有效的提高應(yīng)急處置流程的通用性。

（3）語音交互技術(shù)

列車調(diào)度員的日常工作需要與多個角色的工種進(jìn)行語音交互，例如司機(jī)、車站值班員等。為了高度仿真調(diào)度員的工作方式，需要通過語音交互技術(shù)進(jìn)行模擬調(diào)度員的語音對話。語音交互技術(shù)包括語音識別和語音合成兩個方面，語音識別將語音轉(zhuǎn)換為文字實現(xiàn)語音的輸入，語音合成將文字轉(zhuǎn)換為語音實現(xiàn)語音的輸出。基于科大訊飛語音識別和語音合成技術(shù)，結(jié)合調(diào)度員應(yīng)急處置流程的特點，系統(tǒng)對調(diào)度員的語音交互進(jìn)行了針對性的優(yōu)化處理，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度員與多工種角色的語音交互。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況

上海局調(diào)度所實訓(xùn)基地部署一套CTC 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，制作22 個應(yīng)急處置流程和1 個基本操作流程，配置了1 個教師臺和15 個學(xué)員臺，能夠支持15 組調(diào)度員（共30 名調(diào)度員）同時進(jìn)行培訓(xùn)和考試（圖3）。

圖3 調(diào)度員現(xiàn)場使用效果

上海局調(diào)度所依托該系統(tǒng)組織開展調(diào)度員的日常培訓(xùn)和年度展演，調(diào)度員的日常培訓(xùn)已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

4 結(jié)束語

通過使用CTC 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，CTC 調(diào)度員能熟練掌握CTC 系統(tǒng)設(shè)備操作、設(shè)備操作前提條件和應(yīng)急處置時各個作業(yè)流程及作業(yè)環(huán)節(jié)，形成了科學(xué)的培訓(xùn)管理機(jī)制。該系統(tǒng)在上海局的成功應(yīng)用，有效提高了CTC 列車調(diào)度員培訓(xùn)質(zhì)量，提升了CTC 調(diào)度人員業(yè)務(wù)水平和應(yīng)急處置能力，降低CTC 調(diào)度作業(yè)風(fēng)險，未來還將積極向全路推廣，為增進(jìn)高速鐵路網(wǎng)的效率及效益做更多的貢獻(xiàn)。