城軌列車運行自動控制實踐教學系統的設計與開發

南 洋

（長春職業技術學院，長春 130033）

目前，符合國家建設地鐵標準的城市，國務院已經批準了39個，預計到2020年將達到50個左右，總規劃里程達7000km，是目前總里程的4.3倍。快速發展的軌道交通，保障其高效、安全、可靠運營的根本就是列車控制系統，而列控系統離不開軌道交通信號及控制專業相關技術人員的努力。因此，培養大批具有應用技術能力及創新思維的專業人才成為高職教育責無旁貸的重任[1]。列控系統的廣泛應用對系統維護人員的需求量和職業技能水平也不斷增加，高職院校需要開發適合職業崗位技能需求的實踐教學平臺，以增強學生對理論知識的鞏固和對職業技能的培養，滿足實踐教學需求。

1 城軌列車運行自動控制

城市軌道交通系統中，有效提高列車運行效率并且保證列車運行安全是系統運營的首要任務，而確保上述功能實現的方式就是城軌列車運行自動控制技術（Automatic Train Control，ATC）。其以車載信號為主體信號，根據地面傳送的速度或距離等信息，自動控制列車的運行，是保證列車運行安全，實現行車指揮和列車運行自動化，提高運輸效率，減輕運營人員勞動強度的關鍵設備，是一套完整的管理、控制、監督系統[2]。

根據城市軌道交通通信信號技術的發展，目前我國應用的列車運行自動控制系統主要有基于軌道電路的列車控制系統（Track Circuit Based Train Control，TBTC）和基于無線通信的列車控制系統（Communication Based Train Control，CBTC）。TBTC系統技術成熟，安全可靠，但由于TBTC系統基于軌道電路來檢測列車位置并向列車發送控制信息，其軌道電路在性能和功能上存在缺陷和限制。CBTC是新型的城市軌道交通ATC系統，包括采用感應環線和無線通信的CBTC系統[3]。

2 城軌列車運行自動控制實踐教學現狀

2.1 ATC系統技術革新推動職業技能培養水平提高

隨著科技的不斷發展，ATC系統也從傳統的基于模擬軌道電路的ATC系統發展到基于數字軌道電路的ATC系統，再到現在的基于無線通信的CBTC系統，而未來互聯互通的CBTC系統將成為我國列車控制系統的發展趨勢。

為了更好地滿足現代學徒制建設需要，完成企業對學徒的用工需要，城市軌道交通通信信號技術相關專業學生需要通過實踐課程的實際動手操作，了解城軌ATC系統不斷變化的新技術。但是，目前我國有關列控系統實踐教學和培訓的設備較少，各高等院校相關設備列控功能體現不全面，且針對性較差，使學生尚不能完全掌握相關崗位工作內容，也無法提高他們的實踐動手能力。因此，為跟上ATC系統技術革新的步伐，更好地提高學生職業技能水平，設計開發滿足實踐教學和培訓需求的列控系統實踐教學平臺已經迫在眉睫。

2.2 城軌列車運行自動控制實踐教學系統自主開發，性價比高

目前，我國列控系統設備價格昂貴，動輒上千萬元一套，而且國外公司列控系統核心技術受知識產權保護，處于保密狀態。對于高職院校而言，價格如此昂貴，如果作為學生實踐教學設備，一次性投入過大，性價比較低。而通過自主設計開發列控實踐教學系統，可以大大節省資金，同時可以通過仿真教學來為高職院校學生和企業員工提供技術培訓，除了實現教學應用外還具有一定的社會服務功能。

2.3 設計開發實踐教學系統對接企業需求，針對性強

傳統城市軌道交通通信系統和信號系統實訓設備主要以沙盤演示及通信、信號設備實物操作為主，普遍通用化設計且功能展示以結果為主，缺少針對性。基于企業實際需求的設計理念來進行列控實踐教學系統的設計與開發，可以充分吸收已有相關實訓設備的優點，同時兼顧實用性、經濟性及可操作性。在滿足行業、企業對信號段、通信段工作人員的職業技能需求基礎上，與理論課程相適應、與學生層次相適應、與崗位技能相適應，力求通過簡單的實踐操作和過程演示，讓學生通過觀察現象及動手實際操作實現對理論知識的鞏固，從而實現“學徒”的職業技能培養。

3 城軌列車運行自動控制實踐教學系統設計思路

根據長春軌道交通集團有限公司所提出的職業技能需求，該實踐教學平臺可用于實現輔助專業多門理實一體課程及專修實踐課程中相關實驗課程及實訓項目的實踐教學。

城軌列車運行自動控制實踐教學系統主要由信號仿真教學模塊和通信真教學模塊兩部分組成，如圖1所示。兩套系統可根據實際教學需要單獨啟動某一系統，或者可以兩者聯合啟動，以實現相關實驗、實訓要求。該實踐教學平臺采用虛實結合的方式，通過真實設備和虛擬仿真相結合，更加立體地呈現實踐教學系統相關功能。

圖1 列車運行自動控制實踐教學系統

3.1 信號仿真教學模塊

城市軌道交通列控系統中，不論是TBTC系統還是CBTC系統，其信號系統都肩負著保護運行列車的運行安全，提高列車運行效率的重要使命。對于信號段工作人員來說，需要掌握其主要基礎設備的日常維護與檢修、聯鎖系統的日常維護及車載設備的調試與維護等工作內容，并具備相關實際操作技能。

為培養城市軌道交通通信信號技術專業學生相關職業能力，通過信號仿真教學模塊的基本控制功能可以集中展示各信號基礎設備的聯鎖關系，并可以單獨展示各自的工作過程，同時可實現相關設備性能測試的操作。此外，此實踐教學系統還可對列控系統的功能進行仿真。

例如，信號仿真教學系統具備的主要功能設計有：通過信號基礎設備的不同狀態表示進路位置及開通狀態；通過接收信號控制命令驅動相關信號設備動作，如信號機、道岔的控制等，學生可以了解信號系統控制命令執行過程；可設置進路故障，引導學生對分路不良、“紅光帶”誤顯示等故障進行分析處理；能夠實現信號設備相關電氣性能測試，提高學生對地鐵現場日常巡檢工作流程的熟練度；能夠通過信號仿真平臺進行ATO系統的模擬和ATS系統的模擬等。

3.2 通信教學模塊

城市軌道交通通信系統是指揮列車運行、公務聯絡和傳遞各種信息的重要手段，是保證列車安全、快速、高效運行不可缺少的綜合通信系統[4]。通信系統是列車自動控制的基礎設備，一方面負責傳輸各種控制指令和行車信息，另一方面實現全線各個系統的通信與聯動工作，因此數據互通是信號模塊與通信模塊設計的首要要求。對于通信段工作人員來說，除了需要掌握車-地通信傳輸系統（包括有線通信和無線通信）的基本工作原理及工作過程以外，還應該掌握專用通信設備的日常維護及常見故障處理方法，并具備相關實際操作技能。

為培養城市軌道交通通信信號技術專業學生相關職業能力，通信系統仿真平臺主要展現傳輸系統的工作過程，實現有線通信和無線通信，通過仿真平臺可實現性能測試。此外，此平臺還可通過添加擴展模塊實現其他通信子系統功能展現，如PA系統、CCTV系統等。

例如，通信仿真教學系統具備的主要功能設計有：能夠通過有線通信和無線通信方式實現車地雙向通信，可通過平臺修改行車信息從而實現對信號系統的控制；能夠通過傳輸系統聯動其他通信子系統，有效實現通信系統功能展示等。

4 結語

城市軌道交通系統快速發展的背景下，列控系統的應用越來越廣泛，系統維護人員的需求量不斷增加，其職業技能水平要求也不斷提高。設計與開發城軌列車運行自動控制教學系統，可以增強學生對理論知識的鞏固和對職業技能的培養，滿足實踐教學需求。該系統可適用于城市軌道通信信號技術專業的實踐教學工作，可對信號工、通信工進行專業培訓。