高速鐵路聯鎖調度一體化實訓方案研究與應用

夏進波 王 勇

(四川瑞云信通科技有限公司， 成都 610083)

目前，國內針對高速鐵路值班員的培訓仍以師傅帶徒弟、單機版聯鎖操作和模擬演練等傳統培訓模式為主。然而，此類培訓常導致職工實際動手能力與操作環節嚴重不足、對車站接發車應急處置理解不透徹等問題，已不能滿足高速鐵路現場復雜作業要求[1]。因此，急需能夠實現運輸專業教學的實驗系統，用來完成高鐵值班員日常教學和實訓任務。

擬開發的系統主要用來完成對聯鎖調度的培訓，具體包括基礎操作培訓、非正常接發車培訓、操作演練、復雜場景實訓等培訓功能。該系統在培訓過程中需對聯鎖的基本原理、常規操作、各種進路選排解鎖等進行文字講解并配以同步實例演示，幫助學員快速全面地掌握聯鎖系統的操作方式[2]；同時，此系統還需集成突發應急演練和復雜場景下的培訓和考核功能，提高用戶的綜合操作能力和操作流程的規范性；此外，該系統需集成站細資料查詢和車務非正常作業辦法的學習功能，使該軟件不僅成為一個實訓演練的工具，還是一個針對具體車站資料查詢、邊學邊練的實用工具；需注意的是，聯鎖調度培訓的目的是使學員從“不會”到“會”再到“熟練”，最后到“精通”。

同時，該系統也可為鐵路運輸主管部門對現場職工開展客觀性考核和上崗培訓提供一個有力的管理平臺，為鐵路實現“強基達標、提質增效”的目標提供強力保障；此外，該套高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺還需滿足鐵路高校相關運輸專業的日常教學任務，可為《旅客運輸》、《鐵路行車組織基礎》、《鐵路運輸調度與統計分析》等多門課程開設相關實驗內容[3]；最后，該套系統需提供“學、訓、考”一體化的智能教學平臺，實現鐵路運輸專業的多元化教學功能。因此，某公司專門立項完成高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺的研制。

1 實訓平臺需求分析

1.1 實訓平臺的結構

該系統采用語音智能識別技術、虛擬技術、體感交互技術和大數據分析技術等，用以仿真完整的鐵路接發車應用場景；從運行圖規劃到行車進路開放、車務值班員指揮操作，再到模擬司機駕駛完成行車計劃的閉環環境，系統需體現所有信號設備和現場工種的工作聯動機制關系[4]。系統中擬采用模擬仿真技術將虛擬環境帶入到整個培訓過程中，既能完整仿真各系統的設備情況，又能保證系統與現場實際環境的一致性；同時，該系統能夠適應現場不同聯鎖及調度指揮設備供應商的仿真培訓，實現“一站一定制”，提高實訓效果；此外，實訓平臺系統采用沉浸式人機交互演練的方式，實現鐵路車務人員作業流程的完全仿真培訓和考核。實訓平臺的結構框圖如圖1所示。

1.2 實訓平臺開發流程

高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺的開發流程如圖2所示。該實訓系統基于已有高速鐵路的線路基本數據開發，通過收集現場所需線路和列車的基本信息建成專屬實訓系統數據庫，實現“1∶1”基礎元素的建模，搭建信號仿真系統的程序設計場景，完成單角色和多角色作業模擬，通過場景交互組件的開發，設計實訓系統教師端和學生端，完成實訓系統的開發流程[5]。

圖2 實訓平臺的開發流程圖

2 實訓平臺設計

2.1 實訓平臺技術突破

與其他實訓系統相比，高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺實現了以下技術突破：

(1)采用計算機仿真技術，能夠適應不同聯鎖廠家設備的系統仿真；結合每個車站的不同站細和不同的接發車應急指揮流程，實現“一站一定制”。

(2)采用通信技術，結合鐵路現場需求，實現鐵路車站聯鎖及CTC的功能仿真、操作培訓、非正常接發車培訓、操作演練、復雜場景實訓、在線考試、站細及規章制度查詢、培訓分析等車務人員綜合培訓管理功能[6]。

(3)采用語音識別技術、視頻監控技術和體感交互技術，完成系統的自動化操作響應、人機對話響應、人員身份識別和人體動作采集，模擬真實現場操作和信息交互，實現車務人員作業流程的完全仿真培訓和考核。

(4)利用大數據分析，針對不同的學員實現自主化出題、自動生成試卷、自動判卷和自動分析等功能，解決實訓中對學員實際操作綜合能力考核和精準培訓的難題。

(5)開發標準化工程數據快速生成軟件，實現定制服務的工程化，以達到快速響應現場工程的需求。

2.2 實訓平臺仿真流程

高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺仿真流程如圖3所示。

圖3 實訓平臺的仿真流程圖

由圖3可知，實訓平臺仿真流程如下：

(1)根據開發流程收集線路數據對系統進行初始化，構建出實訓系統的仿真環境。

(2)實訓系統仿真環境啟動后，判斷實驗目標是否是聯鎖調度一體化培訓，若為“是”則表示系統啟動成功，進入聯鎖調度一體化培訓仿真過程，否則要對系統進行驗證，轉入(5)，通過列車運行仿真監控列車的運行，再確定調度指揮的決策。系統驗證正確后系統才能正常運行。

(3)進入聯鎖調度一體化培訓系統后判斷是否進行突發狀態演習，若為“是”則生成故障信息，啟動行車調度子系統；否則啟動網絡協同編圖子系統。

(4)行車調度子系統啟動后，根據故障信息進行路網仿真和運行圖數據管理，系統生成線路基礎數據和開行方案數據，進行列車運行圖編制，接著實施運行計劃；根據運行仿真結果輸出培訓成績，完成實驗內容后結束系統運行[7]。

(5)根據行車調度子系統的原理仿真自動調整，生成進路控制、車站聯鎖控制以及列車控制生成列車運行控制的仿真來支撐系統的驗證。

(6)啟動網絡協同子系統，根據線路基礎數據和開行方案數據編制列車運行圖，確定好列車運行計劃，進行網絡協同調整；根據日班計劃生成的行車計劃、反饋信息，對調度指揮決策、行車計劃進行調整，輸出運行計劃成績及結果完成實驗內容。

3 實訓平臺功能實現

3.1 實訓平臺主要特點

高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺的主要特點包括：

(1)基于不同聯鎖廠家系統設備操作界面的兼容技術。系統能夠適應國內主流聯鎖系統(包括TYJL-ADX 聯鎖界面、DS6-60 聯鎖界面、EI32-JD聯鎖界面、iLOCK聯鎖界面)的完全仿真[8]。

(2)基于自動培訓過程的人機交互實訓技術。調度聯鎖實現一體化系統實現了邊學邊練、用戶自主化出題、自動化生成試卷、自動化判卷等功能，解決了實訓中對于學員實際操作能力不易考核的難題，可有效提高實訓效果。

(3)基于大數據的智能實訓及精準培訓技術。系統通過對現有用戶數據的挖掘和分析，可查找日常鐵路車務運營中存在的薄弱環節，發現車務日常管理中的管理缺陷，提升管理水平，改進管理流程，達到精準培訓的目標。

3.2 實訓平臺軟件功能

根據對實訓系統特點以及技術分析，提出系統軟件功能項目，如表1所示，主要包括計算機聯鎖仿真、CTC仿真、數字調度臺仿真、教師機實訓、培訓實訓以及信息管理平臺。以上功能基本上涵蓋所有聯鎖、調度的工作實訓內容，可有效解決車務人員的工作內容培訓需求[9]。

表1 實訓平臺軟件功能項目表

3.3 實訓平臺仿真功能

高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺可對聯鎖調度進行系統培訓，實現基本操作功能、列車運行仿真功能和非正常情況下仿真功能等內容。

3.3.1 基本操作功能

(1)新建線路標準界面，采用新標準，坡道接車進站信號的開放要不間斷檢查延續進路區段空閑狀態。

(2)自動閉塞多站相連模擬行車，如出現站場咽喉方向不一致的兩個站環接，則需修改代碼在系統中實現模擬行車，將此種情況改為可配置或軟件自主判別。

(3)界面指示燈狀態變化，對于各型號聯鎖界面中的零散指示燈，或者狀態指示燈，其狀態能夠實現模擬仿真，不同的狀態具備不同的顯示效果。

(4)記錄功能可實現軟件界面的操作回放。

(5)根據數據配置文件來確定按鈕的名稱、形式，保證仿真界面按鈕與現場的一致性。

3.3.2 列車運行仿真功能

(1)輔助路票發車仿真，在區間紅光帶情況下，首次發車不開信號，采用路票發車，列車順序壓過發車進路，之后發車直接開信號。

(2)各界面對于通過按鈕的封鎖做共性處理，不再按照名稱控制。

(3)中岔要隨發車進路自動單鎖，防護道岔是否要隨主道岔邏輯位置鎖閉而自動單鎖需處理為可配置。

(4)選岔前的進路條件檢查，檢查不通過則不允許有選岔動作，檢查條件包括照查、道岔單鎖非邏輯位置、道岔或防護道岔岔封等。

(5)道岔轉動過程仿真室外，先斷表示，然后轉動到位，恢復表示。

(6)道岔區段紅光帶、綠光帶、白光帶時道岔室外強制轉動，監控機界面顯示需要斷表示。

(7)站內無岔區段，接近區段可實現封鎖。

3.3.3 非正常情況下仿真功能

(1)針對現場典型案例，可以自由編輯題目(最多只能編寫25步)。

(2)接發車非正常情況演練時，辦理閉塞及開放引導信號會彈出電子簿冊，以便對進路的辦理以及信號的開放進行記錄。

(3)全場停電模擬分為兩種，一種為室外設備停電、聯鎖不停電，另一種為室外設備及聯鎖均停電，兩種模式可切換；聯鎖全場停電，需上電解鎖時，中岔直接解鎖無延時。

(4)針對進站信號機內方第一個區段出現紅光帶故障時，不應實現閉塞辦理功能(iLOCK聯鎖軟件面對該故障，則可以辦閉塞，其他型號聯鎖均不能辦理閉塞)。

(5)自動閉塞雙接故障按鈕及雙接故障恢復按鈕處理為可配置控制其顯示，類似鄰站半自動閉塞模擬按鈕。

(6)區段故障/區段占用情況下，手動扳道岔，顯示失去表示狀態。

(7)對于半自動閉塞有閉塞切換、計軸功能的站，半自動閉塞自動辦理。

4 實訓平臺的應用

4.1 實訓平臺應用情況

系統利用聯鎖調度仿真軟件采用Visual Studio 2013框架進行模塊化設計，整體應用UML建模，同時完成了兼容性設計，可應用于通用WINDOWS計算機平臺[10]。目前，該系統已成功應用于高速鐵路現場，得到鐵路運輸部門的一致好評。

4.2 實訓平臺應用范圍

高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺適用范圍廣泛，主要有：

(1)鐵路運營單位：對于高速鐵路值班員培訓具有重要意義，主要客戶是各個鐵路局(集團公司)和鐵路沿線的車站。

(2)高校教學單位：主要針對開設信號專業和交通運輸專業的高校建設教學實驗室。目前全國開設了相關專業的高校近100所，而且超一半的高校都是近兩三年才開設這些專業，急需建設配套的教學實驗平臺[11]。

(3)其他制式軌道交通：可以根據地鐵、有軌電車、懸掛式單軌、山地軌道交通等新制式軌道交通特殊需求進行延伸功能配置，滿足培訓基地或沿線車站培訓需求。

(4)海外項目：可以根據海外項目需求，量身打造適用于當地需求的海外當地技術人員培訓。

5 結論

高速鐵路聯鎖調度一體化實訓平臺的實現，能有效解決現場真實設備不能反復演練的難題；同時，該平臺突破了培訓工作中時間、空間、人員數量的限制，提高培訓效率，節約培訓成本；此外，該系統直觀性好，使培訓人員身臨其境，便于理解和掌握培訓內容；最后，該平臺具有考試模塊，能夠實現實操題目用戶的自主出題和自動判別，解決難以考察實訓效果的難題。