城市軌道交通CBTC系統仿真實驗室設計

盧明宇 江勝月

摘要：文章主要分析的是CBTC系統仿真實驗室相關設計內容。CBTC系統的構建需要多項子系統作為支撐，具有高度集成等特點。設計中需首先完成對子系統部分的搭建，隨后對各項子系統完成集成化設計。實驗室中子系統均能夠實施仿真實驗，并進行整體實驗操作。在經過合理設計之后，實驗室之中可以建立CBTC系統環境，文章具體分析設計方法，希望能夠對相關技術開發提供借鑒和參考。

關鍵詞：城市軌道交通;CBTC;系統仿真;實驗室

一、引言

我國城市化水平不斷提升，城市對軌道交通建設的力度進一步加強，通信列車控制系統（簡稱CBTC）已經成為城市軌道內交通建設過程中的重要技術，如何更好發揮出城市軌道交通優勢，需要加強對CBTC的技術開發。CBTC屬于安全苛求系統，主要依據的是故障導向安全思路進行設計，本研究通過具體分析系統仿真實驗室設計，以期能夠對未來相關技術研究提供一定借鑒。

二、實驗室布局設計

CBTC系統的設計需要構建完成仿真環境，實驗室能夠對子系統實施仿真測試，且可以對系統整體完成相關任務的執行。本次設計中，實驗室主要劃分為四個區域。

（一）機柜區

完整CBTC系統在進行硬件設計方面主要包括大量機柜，設計過程中機柜主要會被安置在控制中心以及車站設備室相關區域。

實驗室之中，為了由于主操作和布線，子系統機柜主要被設置在專門的機柜區。機柜區后側墻壁將會根據實際情況設計有安全電源，機柜則能夠就近完成供電操作。如有分屬不同機柜類型的多塊板卡需要進行替換時，如果機柜被設計在多個區域，則將會對技術人員造成困擾。

機柜區之中的主要類型包括ATS、AC及相關類型機柜，功能包括模擬控制中心、車站設備等相關環境。

機柜本身還包括了一整套的KVM液晶套件，其主要功能是技術維護，操作系統為Windows Server，能夠完成系統升級、維護以及用戶登錄相關操作。機柜的運算結果則是通過工作站進行輸出的。另外，在仿真設計過程中，機柜區旁邊設計的是工作站，有助于進行信息運算輸出。

（二）工作站區

工作站區則主要以控制中心工作站等內容進行模擬，可以完成是列車進路排列以及列車運行情況實施監督。

工作站區在硬件設備方面主要包括電腦主機、顯示器以及鍵盤等;硬件設備與機柜之間進行連接，并對機柜運行結果進行輸出顯示。此類結構設計，對培訓人員更好了解和掌握仿真軟硬件設備等具有重要意義。

（三）車載設備區域

車載設備區之中具體涵蓋了駕駛臺以及車載設備，并采取分機設置的方式構成。模擬的是地鐵列車司機室相關設備。在區域內設計有車頭以及車尾兩部分駕駛臺。因為實驗室主要對列車自動折返以及駕駛臺換端進行模擬，為此，需要設計兩套設備。車在社區的位置具體是在工作站對面，此設計方式有助于實驗人員快速有效完成相關操作。實驗人員則能夠通過駕駛臺完成仿真車的加減速度及其他操作。另外，也能夠對觀察列車情況提供便利。

（四）辦公區

辦公區設置于實驗室盡頭，由工作臺、主機、顯示器等設備構成，此區域不執行CBTC 系統的實驗操作，不含有任何與 CBTC 系統有關的硬件設備。研發人員在此處進行軟件開發、實驗結果匯總、分析討論等工作。

三、仿真系統搭建的主要環節

CBTC系統需要完成對大量數據的信息交換，邏輯關系十分復雜，為此，需要設計多項子系統配合工作。仿真系統的構建過程中，因此應當首先完成對子系統部分的搭建，其次，才需對整個系統完成集成。

如在設計中，一般會先對子系統之中的硬件以及軟件接口進行關聯，通過借助模塊化搭建思維，可以有效避免系統接口出現混亂的情況，且可以令子系統搭建操作變得簡單。搭建策略主要依據集成設計思想，可以更好提高實驗室仿真環境方面的搭建效率。

實驗室設計最初階段，需對相關硬件設備等進行合理位置布局。對子系統采取單獨構建仿真環境的設計，子系統內部仿真環境完成之后，需對其功能情況實施技術測試，在子系統符合功能要求條件下，進行下一步的集成。

采用此方式，實現子系統到整體系統的逐步操作，可以降低子系統之中內部發生錯誤而令系統整體受到影響的情況，模塊化設計思維更加對未來維護和保養提供了便利，避免錯誤造成嚴重后果。

四、專業人才隊伍的建設

城市軌道交通行業進一步發展，要求相關專業人才隊伍建設水平需要提升。短期相關專業人才在實際供應比例方面存在較大缺口，人才隊伍的培養也表現出一些特點，如實驗室采取與搭建策略相對的“自頂向下”的結構，專業人員首先需掌握系統宏觀概念，了解子系統基本運行原理以及數據交換原理，隨后逐步落實對子系統軟硬件設計與開發的技術操作。

系統的相關設備集成于實驗室之中，有助于技術人員在學習過程中形成整體思維。教學方面，則采取理論與實踐相結合的方式，隨后進行實操檢驗。學員學習最初階段，會學習和掌握系統的需求以及接口設計相關資料，對系統形成基本認知基礎上，隨后采取需要借助于仿真軟件進行進一步學習。仿真軟件的功能包括幾個方面，如設計盡露排列、列車狀態追蹤、運行圖繪制及相關。利用仿真軟件進行學習，學員可以不斷磨練技術，最終形成對系統的理性認知。隨后，通過實驗室仿真環境能夠對真實項目試驗做出具體分析。

城市軌道交通人才專業隊伍的培養，一直以來多以理論與實踐分離的方式，容易造成學習者對實踐項目的水土不服。CBTC系統仿真實驗室設計的前提則是學習者理論與實踐項目相結合，提高學習者項目經驗為主。因此，設計對實際線路的開通以及維護等均具有重要價值，區別于傳統教學形式，通過實驗室學習者可以了解更多實踐工作情況，為軌道交通事業的發展起到促進作用。

五、實驗室搭建效果分析

CBTC系統仿真實驗室的設計與監理，能夠承擔起多項測試工作。且因為具備完成的CBTC系統設備，實現能力較強，可以對現實中諸多問題進行解決。SIL-4等級安全認證環節之中，實驗室就可以完成大量試驗以及測試工作。實驗室的落成更加有助于對我國低速磁懸浮工程項目以及相關內容的仿真研究。

如實驗室構建的MTC-I類別的系統作為我國具有自主知識產權類型系統模式，有效填補我國此類系統被國外壟斷局面，實驗室在設計開發過程中得到諸多領域與力量的支持。

六、結語

綜上所述，CBTC系統仿真實驗室的設計需要經過合理規劃，尤其需要著力構建完整的CBTC系統，一方面需要降低成本，另一方面需確保實驗本身具有高效性。實驗室同時需要具備新線安全認證以及已有線路維護等相關功能。實踐證明，構建仿真實驗室設計的思路，可以通過借助集成設計思維方式完成，本研究則針對此設計思路進行了嘗試，并希望能夠對未來相關研究提供幫助。

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*基金項目：城市軌道交通CBTC仿真實訓系統方案研究（項目編號，PTZD2018010）。

（作者單位：安徽三聯學院）