計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖RALI實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā)

陳業(yè)林 ，伍忠國(guó)，李錦鑫

（1.北京鐵路局 運(yùn)輸處，北京 100860；2. 北京交通大學(xué) 微聯(lián)科技公司，北京 100195）

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖RALI實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā)

陳業(yè)林1，伍忠國(guó)1，李錦鑫2

（1.北京鐵路局 運(yùn)輸處，北京 100860；2. 北京交通大學(xué) 微聯(lián)科技公司，北京 100195）

針對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖實(shí)操培訓(xùn)中培訓(xùn)場(chǎng)景與實(shí)際車站情況不一致的問(wèn)題，基于系統(tǒng)集成理念，采用多線程處理、瘦客戶機(jī)嵌入、軟件移植等技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖RALI實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，使用與現(xiàn)場(chǎng)一致的真實(shí)車站聯(lián)鎖數(shù)據(jù)、站場(chǎng)站型、聯(lián)鎖閉塞、人機(jī)界面、操作方式和崗位設(shè)置等，實(shí)現(xiàn)了模擬正常與非正常作業(yè)的所有場(chǎng)景及驗(yàn)證進(jìn)路需求的功能，為鐵路運(yùn)輸安全和提高行車專業(yè)干部職工的業(yè)務(wù)素質(zhì)提供了技術(shù)保障。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；功能設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備陸續(xù)投入使用，北京鐵路局管內(nèi)目前已開(kāi)通了300多個(gè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖車站（車場(chǎng)），涉及26個(gè)車務(wù)站段，開(kāi)通計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的車站占60%以上。

由于沒(méi)有建立統(tǒng)一的培訓(xùn)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖開(kāi)通使用以來(lái)，始終未能很好解決作業(yè)人員實(shí)際操作培訓(xùn)針對(duì)性不強(qiáng)、學(xué)用不一致的問(wèn)題。實(shí)際操作培訓(xùn)中存在的問(wèn)題已經(jīng)反應(yīng)到運(yùn)輸生產(chǎn)中，尤其對(duì)年齡比較大作業(yè)人員，有一點(diǎn)差異就不知所措，在實(shí)際作業(yè)中遇到非常情況時(shí)，有的車站值班員、信號(hào)員不能正確操作，一旦錯(cuò)誤操作了按鈕，又不知道如何處置，近年來(lái)北京鐵路局的天津西、北京南、官?gòu)d西等站均在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖改造開(kāi)通過(guò)渡期發(fā)生過(guò)因車務(wù)人員操作設(shè)備不熟練造成耽誤列車事故。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖實(shí)際操作培訓(xùn)存在的問(wèn)題已經(jīng)成為車務(wù)系統(tǒng)行車安全的重大隱患。

另外，有個(gè)別車站采購(gòu)與實(shí)際車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備相同設(shè)備作為實(shí)際操作培訓(xùn)系統(tǒng)使用，這樣解決了部分操作針對(duì)性和學(xué)用一致性問(wèn)題，仍有兩個(gè)問(wèn)題無(wú)法解決：

（1）由于價(jià)格昂貴無(wú)法普遍推廣使用；

（2）單純的車站聯(lián)鎖設(shè)備作為培訓(xùn)系統(tǒng)無(wú)法與區(qū)間設(shè)備實(shí)際連接，部分操作練習(xí)不能實(shí)現(xiàn)。

為徹底解決因計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖培訓(xùn)系統(tǒng)針對(duì)性不強(qiáng)、學(xué)用不一致問(wèn)題，降低計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖操作培訓(xùn)系統(tǒng)成本，消除作業(yè)人員因培訓(xùn)不到位造成的安全隱患，加強(qiáng)站段實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、滿足一線職工培訓(xùn)要求，研發(fā)了與操作人員所在車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖完全一致的實(shí)際操作培訓(xùn)平臺(tái)，即計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖RALI實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)方法

1.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求

（1）真實(shí)站場(chǎng)操作（Reality，R）：實(shí)訓(xùn)平臺(tái)與真實(shí)車站的站型完全一致，與真實(shí)車站的信號(hào)、聯(lián)鎖和閉塞方式完全一致，與真實(shí)車站的作業(yè)方式和崗位設(shè)置完全一致。

（2）超前培訓(xùn)演練（Advance，A）：在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖改造進(jìn)行前，通過(guò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提前對(duì)聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行反復(fù)檢驗(yàn)，提前發(fā)現(xiàn)并彌補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)存在的缺陷，車務(wù)人員提前進(jìn)行本站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖崗位適應(yīng)性培訓(xùn)演練，防止聯(lián)鎖開(kāi)通時(shí)倉(cāng)促上崗，因使用設(shè)備不熟悉造成事故。

（3）本地多站安裝（Local，L）：實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上可安裝多個(gè)車站的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)單雙信號(hào)員車站之間的轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)職工改職、調(diào)崗或者新站開(kāi)通時(shí)，可在原工作地點(diǎn)進(jìn)行新站場(chǎng)的實(shí)操訓(xùn)練，提前熟悉和適應(yīng)新設(shè)備以及操作流程。

（4）獨(dú)立安全運(yùn)行（Independent，I）：實(shí)訓(xùn)平臺(tái)獨(dú)立于正在使用中的車站聯(lián)鎖設(shè)備，新職人員“學(xué)、練、用”無(wú)需按照傳統(tǒng)的“師帶徒”培訓(xùn)方式跟班作業(yè)，消除因在崗位上練習(xí)操作設(shè)備造成的安全隱患。

1.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用的技術(shù)方法

（1）該平臺(tái)通過(guò)使用真實(shí)車站數(shù)據(jù)及真實(shí)軟件平臺(tái)移植的方式，實(shí)現(xiàn)了包括站型、人機(jī)界面顯示、操作方式、聯(lián)鎖關(guān)系均與現(xiàn)場(chǎng)的一致。該系統(tǒng)各站軟件均采用現(xiàn)場(chǎng)軟件移植后實(shí)現(xiàn)，通過(guò)增加對(duì)仿真車和各種故障的設(shè)置，達(dá)到培訓(xùn)學(xué)員操作的目的。

（2）該平臺(tái)采用綠色技術(shù)實(shí)現(xiàn)不需安裝即可運(yùn)行的功能，通過(guò)數(shù)據(jù)包方式實(shí)現(xiàn)車站的任意擴(kuò)展，方便使用人員的操作。

（3）該平臺(tái)采用多進(jìn)程方式，分為操作表示機(jī)軟件、聯(lián)鎖機(jī)軟件、驅(qū)動(dòng)采集仿真模擬軟件3部分實(shí)現(xiàn)，既可以通過(guò)進(jìn)程間通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成在單一主機(jī)運(yùn)行的方式，也可以實(shí)現(xiàn)分布式運(yùn)行方式。

2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)及功能

為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)要求，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包括硬件和軟件兩部分。

2.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)硬件

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

實(shí)際的車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備有單屏和雙屏兩種情況，由于雙屏車站一般采用分咽喉由不同操作人員操作，因此為實(shí)現(xiàn)雙屏車站功能，將學(xué)員機(jī)設(shè)置為雙顯示器及雙鼠標(biāo)配置。為了提高實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的集成度，定制了專用的機(jī)箱，將瘦客戶機(jī)安裝在主機(jī)內(nèi)部，通過(guò)定制的交換機(jī)與主機(jī)通信，平臺(tái)主機(jī)對(duì)外只提供輸入輸出設(shè)備接口。

學(xué)員控制端硬件采用Intel 雙核處理器及以上處理器、 4 G及以上內(nèi)存、120 G及以上固態(tài)硬盤、雙屏輸出顯卡、100 M內(nèi)置交換機(jī)、300 W及以上電源。

教師控制端硬件采用Intel ATOM 525及以上處理器、2 G及以上內(nèi)存、120 G及以上固態(tài)硬盤、Intel GMA950及以上顯卡、≤20 W 低功耗電源（無(wú)風(fēng)扇）。

2.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件

系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)主要使用VisualStudio 2008，Net framework 3.5，Visual C++9.0等開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的軟件采用雙層架構(gòu)，分別為人機(jī)對(duì)話層及邏輯運(yùn)算層，如圖2所示。

2.2.1 人機(jī)對(duì)話層

圖2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)圖

人機(jī)對(duì)話層由學(xué)員機(jī)模式下操作表示機(jī)軟件和教師機(jī)模式下操作表示機(jī)軟件組成。學(xué)員機(jī)模式下操作表示機(jī)的功能與現(xiàn)場(chǎng)操作機(jī)一致，僅允許行車業(yè)務(wù)辦理操作及正常的站場(chǎng)顯示，而且使用與實(shí)際車站完全相同的數(shù)據(jù)。該操作表示機(jī)軟件主要由站場(chǎng)圖模塊、主功能模塊和通信模塊組成，其中：站場(chǎng)圖模塊負(fù)責(zé)車站（場(chǎng)）界面的顯示及操作人員操作的捕捉，提供直觀的車站真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，主功能模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理完成操作機(jī)主要的邏輯功能，通信模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與操作機(jī)表示機(jī)軟件、聯(lián)鎖機(jī)軟件、驅(qū)采模擬仿真軟件間信息的傳遞。教師機(jī)模式下操作表示機(jī)軟件除了也具有上述3個(gè)主要功能模塊外，還增加了負(fù)責(zé)處理驅(qū)采模擬仿真軟件接口數(shù)據(jù)的仿真接口模塊和負(fù)責(zé)仿真操作對(duì)話框處理的仿真操作顯示模塊，通過(guò)仿真操作顯示模塊能夠設(shè)置各種故障（如道岔失去表示、軌道電路紅光帶等），達(dá)到培訓(xùn)學(xué)員的目的，另外還能實(shí)現(xiàn)閉塞結(jié)合辦理行車的控制。

2.2.2 邏輯運(yùn)行層

邏輯運(yùn)行層由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件和驅(qū)采模擬仿真軟件組成。

（1）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件主要包括聯(lián)鎖邏輯模塊、系統(tǒng)中間件和通信模塊。其中：聯(lián)鎖邏輯模塊使用的是現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖軟件中的模塊，使用與現(xiàn)場(chǎng)完全相同的數(shù)據(jù)及聯(lián)鎖邏輯關(guān)系；系統(tǒng)中間件為與平臺(tái)相關(guān)的在不同操作系統(tǒng)下運(yùn)行的運(yùn)行支持組件需要說(shuō)明的是，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖軟件運(yùn)行在專用的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)下，而在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中聯(lián)鎖軟件運(yùn)行在Windows平臺(tái)下；通信模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與其他軟件的通信。

（2）驅(qū)采模擬仿真軟件負(fù)責(zé)對(duì)聯(lián)鎖驅(qū)動(dòng)輸入的處理，并根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)將設(shè)備采集狀態(tài)回傳計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件。該軟件主要包括采集處理模塊、驅(qū)動(dòng)處理模塊、車列管理模塊、外電路模擬模塊、通信模塊。其中：采集模塊負(fù)責(zé)模擬繼電器采集狀態(tài)，可以根據(jù)教師設(shè)置的故障狀態(tài)或外電路模擬模塊的判斷來(lái)改變相應(yīng)繼電器的采集狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)處理模塊可以根據(jù)聯(lián)鎖的輸入驅(qū)動(dòng)及當(dāng)前狀態(tài)來(lái)模擬驅(qū)動(dòng)相應(yīng)繼電器并改變其對(duì)應(yīng)的采集狀態(tài)；車列管理模塊可以處理教師下發(fā)的車列控制信息，并且根據(jù)進(jìn)路狀態(tài)來(lái)模擬車列的運(yùn)行；外電路模擬模塊可以模擬自動(dòng)閉塞和半自動(dòng)閉塞電路的動(dòng)作并修改對(duì)應(yīng)繼電器的采集狀態(tài)；通信模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與其他軟件的通信。

另外，為了調(diào)度和協(xié)調(diào)操作表示機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件及驅(qū)采模擬仿真軟件的統(tǒng)籌運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)教師機(jī)和學(xué)員機(jī)協(xié)同配合，還開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)外殼軟件。

2.3 教師機(jī)及學(xué)員機(jī)功能

2.3.1 教師機(jī)功能

（1）站場(chǎng)圖模塊：為教師提供站場(chǎng)表示，直觀反應(yīng)本站真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，教師機(jī)軟件的站場(chǎng)圖模塊與學(xué)員機(jī)完全相同。

（2）主功能模塊：在學(xué)員培訓(xùn)時(shí)，教師同樣能夠進(jìn)行操作的各種功能，保證與現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)內(nèi)容的一致，教師機(jī)軟件的主功能模塊與學(xué)員機(jī)完全相同。

（3）通信模塊：完成本系統(tǒng)內(nèi)操作機(jī)表示機(jī)軟件、聯(lián)鎖機(jī)軟件和驅(qū)采模擬仿真軟件間信息的傳遞，最終實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)學(xué)員的操作能夠完整、正確地實(shí)施。

（4）仿真接口模塊：與驅(qū)采模擬仿真軟件之間的接口模塊。

（5）仿真操作顯示模塊：全仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的核心就是教師機(jī)能夠設(shè)置各種故障，達(dá)到培訓(xùn)學(xué)員的目的，本模塊完成各種設(shè)置，如道岔失去表示，軌道電路紅光帶，還能實(shí)現(xiàn)閉塞結(jié)合辦理行車的控制。

2.3.2 學(xué)員機(jī)功能

（1）站場(chǎng)圖模塊：為學(xué)員提供站場(chǎng)表示，直觀反應(yīng)本站真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，達(dá)到學(xué)員在本系統(tǒng)下培訓(xùn)就能熟練掌握現(xiàn)場(chǎng)操作方式。

（2）主功能模塊：學(xué)員在培訓(xùn)時(shí)，能夠完成進(jìn)行操作的各種功能，保證與現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)內(nèi)容的一致。

（3）通信模塊：完成本系統(tǒng)內(nèi)操作機(jī)表示機(jī)軟件、聯(lián)鎖機(jī)軟件和驅(qū)采模擬仿真軟件間信息的傳遞。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）多線程處理技術(shù)。利用Windows的多任務(wù)處理能力，用一臺(tái)主機(jī)實(shí)現(xiàn)了原本由3臺(tái)微機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的操作表示機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)和驅(qū)動(dòng)采集仿真模擬機(jī)的邏輯功能，大幅節(jié)約了硬件成本，同時(shí)支持3個(gè)鼠標(biāo)和2個(gè)鍵盤同時(shí)獨(dú)立輸入功能。

（2）瘦客戶機(jī)嵌入技術(shù)。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、安全性以及現(xiàn)場(chǎng)安裝的便捷性，將瘦客戶機(jī)等嵌入到了一臺(tái)控制主機(jī)上，成為了一個(gè)整體，使設(shè)備的整體性能大幅提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖RALI實(shí)訓(xùn)平臺(tái)于2012年10月開(kāi)始研發(fā)，2013年5月完成。該平臺(tái)采用多線程處理、瘦客戶機(jī)嵌入和軟件移植等技術(shù)，使用與現(xiàn)場(chǎng)一致的真實(shí)車站數(shù)據(jù)、站場(chǎng)站型、聯(lián)鎖閉塞、人機(jī)界面、操作方式和崗位設(shè)置等，具備模擬正常與非正常作業(yè)的所有場(chǎng)景及驗(yàn)證進(jìn)路需求的功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，于2013年11月25日通過(guò)了北京鐵路局科委組織的技術(shù)評(píng)審，截止2013年底，北京鐵路局有90個(gè)車站推廣使用。

[1] 馮麗萍，張 喜，耿志軍. 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)多媒體教學(xué)軟件系統(tǒng)的研究[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，14（8）：52-54.

[2] 盧啟衡，馮曉紅，常錦昕. 通用微機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2008，17（2）：47-50.

[3] 呂永宏，劉紅燕. 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖模擬培訓(xùn)系統(tǒng)[J]. 鐵道通信信號(hào)，2007，43（12）：21-22.

[4] 程 梁，徐洪澤，岳 強(qiáng). 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖電務(wù)培訓(xùn)系統(tǒng)研制[J]. 鐵道通信信號(hào)，2007，43（9）：13，15.

[5] 雷錫絨，王維奇. 地鐵信號(hào)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，18（8）：52-54.

責(zé)任編輯 楊利明

Research and development of RALI Training Platform of Computer Interlocking

CHEN Yelin1, WU Zhongguo1, LI Jinxin2
(1.Department of Transportation, Beijing Railway Administration, Beijing 100860, China;2. Microunion Tech. Co., Beijing Jiaotong University, Beijing 100195, China）

According to the problem that Computer Interlocking Training was inconsistent with the actual operation situation of railway station, based on the concept of systems integration and multi-threaded processing, thin client embedded, software porting technology, the paper designed and developed the RALI Training Platform of Computer Interlocking which used consistent data from the actual operation situation of railway station, railway yard and station type, interlocked block, man-machine interface, operation mode,job setting and so on, implemented a simulation of normal and non-normal operations for all scenarios and demands of the veri fi cation of approach. It was provided technical support for railway transportation safety and the professional quality of workers.

computer interlocking; Training Platform; system architecture; functional design

U284.3∶TP39

A

1005-8451（2014）05-0011-04

2013-12-19

北京鐵路局科研開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2013補(bǔ)充計(jì)劃1）。

陳業(yè)林 ，高級(jí)工程師；伍忠國(guó)，工程師。