城市軌道交通仿真軟件系統(tǒng)聯(lián)動設計研究

王慧

【摘 要】城市軌道交通專業(yè)實訓基地建設以職業(yè)引導、能力遞進為基本思路，以“教、學、做”為主線，基于工作過程，按照真實的工作場景、真實設備、真實作業(yè)流程構建實訓場地。實訓基地的站廳實訓設備、站臺實訓設備、車控室實訓設備、模擬駕駛實訓設備、OCC調度中心實訓設備、移動駕駛地鐵列車及線路設備等形成一條完整地鐵線路運營環(huán)境，實現(xiàn)行調、電調、環(huán)調、維調、車站值班員、站務員和司機等崗位的聯(lián)合演練培訓，各實訓系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、聯(lián)控聯(lián)動。

【關鍵詞】地鐵；系統(tǒng)聯(lián)動；聯(lián)合演練培訓；模擬仿真

為紓解城市巨大的交通壓力，我國城市軌道交通行業(yè)規(guī)模不斷擴大、高新技術飛速發(fā)展，地鐵公司普遍大量采用高智能化和自動化的先進技術設備，如自動售檢票系統(tǒng)、站臺屏蔽門系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、調度指揮系統(tǒng)等，城市軌道交通運營呈現(xiàn)出運營時間長、客流量大、先進技術設備組成多樣、設備自動化程度高、行車密度大等技術特點，又因新增線路周期短、國內相關人才缺口量大，地鐵公司迫切需要專業(yè)素質過硬，能夠迅速上崗的應用型技術人才。

1 選題背景及研究意義

近幾年我國計算機技術、軟件技術和虛擬仿真技術迅猛發(fā)展，國內廠家參照地鐵運營設備，仿真制造了多專業(yè)、多種類的模擬培訓設備，國內相關高校和地鐵公司購置后，主要用于滿足司機模擬駕駛、行車調度指揮演練、車輛基本檢修等獨立的、單一化的教學演練，一定程度上解決了學員和員工缺乏實踐教學的培訓難題，但這些模擬教學設備只能進行簡單的、重復的和單調的技能培訓，不能使受訓學員和員工整體感知并融入地鐵運營現(xiàn)場環(huán)境，實現(xiàn)多專業(yè)、多崗位的聯(lián)合演練實訓。

因此，研究模擬仿真地鐵車站及地鐵運營各系統(tǒng)實訓設備、研究各系統(tǒng)間實現(xiàn)聯(lián)控聯(lián)動與互聯(lián)互通，探索多專業(yè)、多崗位聯(lián)合實訓演練實現(xiàn)方法，具有較強的現(xiàn)實意義。

2 國內外行業(yè)現(xiàn)狀

歐美各國及日本、韓國、臺灣和香港地區(qū)的地鐵運營部門均配置有先進的計算機仿真培訓系統(tǒng)，為地鐵從業(yè)人員提供職業(yè)培訓所需要的實作訓練。

香港地鐵也投入大量的資金用于培訓工作，其配置有覆蓋地鐵運營所有崗位的仿真培訓系統(tǒng)，以互為關聯(lián)的OCC仿真培訓系統(tǒng)、車站作業(yè)仿真培訓系統(tǒng)、地鐵列車駕駛仿真系統(tǒng)為主，將地鐵運營涉及的列車、線路、供電、信號、調度、車站、售票等工作崗位與環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，形成了虛擬的列車運營仿真系統(tǒng)。

所有新入地鐵的員工和調整、晉升職位的員工都要接受培訓，在職的員工也要定期“充電”；新設備、新系統(tǒng)投入使用也要接受培訓。每半年，凡有駕駛資格的人士（司機、車站站長、中央控制室行車控制主任）都要到培訓中心進行兩天的輪訓，以適應地鐵發(fā)展的需要。從而有效地保證了調度人員的基本技能與素質。

目前，國內各高校及相關研究機構對城市軌道交通的行車調度策略等有了一定的研究，城市軌道交通的車站值班員作業(yè)仿真培訓系統(tǒng)已有應用的案例，如蘇州地鐵、無錫地鐵、合肥地鐵等。但國內既有專業(yè)實訓設備依舊存在一些問題，主要表現(xiàn)為：

（1）實訓設備均為非標定制設備，針對某單一專業(yè)設計生產(chǎn)，僅能針對限定的專業(yè)進行單獨培訓，致使實訓設備結構不健全，沒有形成完整體系。

（2）部分廠家實訓設備仿真度差、質量參差不齊，本應完全仿真地鐵真實設備性能和運營情況的實訓設備，在設備外觀、操作性、邏輯功能等方面與地鐵真實設備差距較大，受訓學員無法得到有效演練。

（3）仿真實訓設備行業(yè)缺乏統(tǒng)一標準，不同廠家生產(chǎn)的實訓設備不能互通互聯(lián)。

（4）目前高校開發(fā)出的實訓設備還不能完全實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動。

其中最為關鍵的是整個實訓系統(tǒng)軟件的聯(lián)動設計。

3 軟件系統(tǒng)聯(lián)動設計

培訓軟件通過系統(tǒng)搭建的高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，模擬替代了無線數(shù)據(jù)傳輸，應答器數(shù)據(jù)傳輸、波導管、軌道電路、光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)葘嶋H軌道交通中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑢崿F(xiàn)了各軟件間相互的數(shù)據(jù)傳輸交換，全面模擬崗位操作功能。

信號系統(tǒng)仿真軟件和綜合監(jiān)控仿真軟件為系統(tǒng)聯(lián)動的兩大核心軟件，聯(lián)動時接收各子系統(tǒng)軟件和硬件設備實時數(shù)據(jù)，邏輯運算后反饋運算信息到子系統(tǒng)軟件及設備進行狀態(tài)更新，確保同一時間基地內各實訓室軟硬件數(shù)據(jù)一致，完成系統(tǒng)間的聯(lián)動。

聯(lián)動時各實訓室構成了一個由OCC控制中心，虛擬車站、真實車站、列車、接觸網(wǎng)、正線線路、車輛段線路、ATS信號系統(tǒng)及聯(lián)鎖系統(tǒng)等組成的完整線路。16輛模擬駕駛系統(tǒng)提供所有運營所需列車對象的仿真模型，它是連接OCC仿真系統(tǒng)，車站值班員仿真、虛擬運營電子沙盤系統(tǒng)、虛擬場景系統(tǒng)及站臺相關設備的紐帶。通過模擬駕駛系統(tǒng)內車輛運行，可以計算出整條線路上所有車輛的位置、速度及功耗等參數(shù)，從而可實現(xiàn)基地內軟硬件在共同的平臺上進行仿真訓練。

實訓基地內各系統(tǒng)軟件開發(fā)，參照實際運營線路各崗位軟件功能進行軟件編程，根據(jù)實際系統(tǒng)間交互的數(shù)據(jù)類型設置常用數(shù)據(jù)接口，系統(tǒng)升級及功能拓展時可方便調用數(shù)據(jù)，軟件開發(fā)選用常用編程軟件，代碼規(guī)范，協(xié)議清晰。實現(xiàn)3D虛擬現(xiàn)實場景同ATS服務器、聯(lián)鎖服務器、沙盤大屏、教師機、模擬駕駛器間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

（1）ATS與模擬器聯(lián)動時的數(shù)據(jù)交換

系統(tǒng)聯(lián)動時，通過時刻表編輯軟件生成計劃運行圖，當從車輛段發(fā)車時，由車輛段聯(lián)鎖軟件與電子沙盤綁定，實現(xiàn)列車從車輛段開出，在轉換軌將控制權交出并通知ATS服務端，N輛模擬器車輛依次根據(jù)計劃運行圖上的車次號實現(xiàn)與ATS系統(tǒng)的綁定，實現(xiàn)按計劃車運行；在收車時，列車在ATS轉換軌交出控制并由車輛段聯(lián)鎖軟件再次綁定，控制列車由車輛實現(xiàn)控制；

綁定成功后，ATS不再與3D進行綁定，僅建立連接，實現(xiàn)3D場景數(shù)據(jù)傳遞列車實時數(shù)據(jù)的到ATS服務端，ATS仿真系統(tǒng)對列車速度進行監(jiān)控；

具體的數(shù)據(jù)如下：

軟件間綁定命令；

模擬器實時傳輸速度、模式等信息到ATS系統(tǒng)；

電子沙盤實時傳遞列車位置到ATS顯示；

ATS送出所有信號機設備到電子沙盤以驅動信號設備；

ATS送出列車防護距離、停車距離到模擬器（用于列車CBTC時運算速度）；

ATS送出當前信號模式，用于模擬器選擇運行模式；

ATS送出扣車、跳停、緊停命令、停站時間等信息：

ATS發(fā)送行車許可到模擬器；

模擬器運行到仿真車站時（濱河路站）及沿線其他虛擬車站時，車門及屏蔽門聯(lián)動控制由模擬器的開關門信息進行控制；

（2）真實線路聯(lián)鎖EI32系統(tǒng)與仿真列車間軟件聯(lián)動功能：

當真實列車在線路中運行時，由EI32聯(lián)鎖系統(tǒng)送出信號系統(tǒng)作為運行條件，即傳輸信號機信號；

當真實列車在線路中運行時，車站的屏蔽門不再與ATS系統(tǒng)聯(lián)動，真實列車仿真軟件對屏蔽門的控制較ATS仿真系統(tǒng)具備更高的優(yōu)先級，屏蔽門的控制根據(jù)列車的開關門指令實現(xiàn)，真實列車需要上傳當前的位置（軌道信息），用于EI32聯(lián)鎖系統(tǒng)進行進路占用、出清、信號關閉等功能；

在真實列車ATO，ATP運行時，由車載系統(tǒng)根據(jù)EI32聯(lián)鎖開放的信號狀態(tài)實現(xiàn)不再由聯(lián)鎖系統(tǒng)實現(xiàn)ATO、ATP功能。

4 結論

近年來我國城市軌道交通行業(yè)飛速發(fā)展，帶動了人才培訓模式的改革，也促進了仿真培訓設備行業(yè)的迅猛發(fā)展，但多數(shù)培訓設備仍然存在功能單一性、缺乏整體聯(lián)動等問題。本文針對不同功能、不同用途的專業(yè)實訓設備，如何構建通訊網(wǎng)絡、軟件如何互聯(lián)互通，進行了探索研究，并得出結論：各專業(yè)實訓設備遵循標準通信協(xié)議，構建千兆級高速通信網(wǎng)絡，各系統(tǒng)軟件參照真實地鐵開發(fā)，按照標準數(shù)據(jù)接口通信，能夠實現(xiàn)一個全方位理論及實踐相結合、與真實地鐵運營情況高度一致的多專業(yè)可聯(lián)動培訓環(huán)境。endprint