CTC仿真實訓系統關鍵技術及應用

丁長征 中國鐵路上海局集團有限公司調度所

1 背景

隨著CTC 系統技術的推廣應用，調度所內CTC 列車調度臺已逐步占主導地位，CTC 列車調度員的業務素質和技能直接影響調度作業安全。當前CTC 列車調度員培訓基本在生產作業崗位上培訓，通過師傅帶教方式進行訓練，主要存在以下問題：

一是CTC 列車調度員生產平臺上操練容易影響運輸生產安全。

二是在生產平臺上無法進行各種故障場景下應急處置培訓。

三是當前CTC 調度員培訓缺少系統性、程式化訓練過程。

為有效解決上述問題，上海局調度所與卡斯柯信號有限公司共同研發了一套CTC 仿真實訓系統。下面就該系統的組成、特點、關鍵技術和應用情況予以介紹。

2 系統介紹

仿真實訓系統需要實時計算仿真列車的速度和位置，也需要根據仿真的現場信號條件變化進行運行模式的切換，對信號機燈位變化、列控發碼的變化和限速光帶變化進行實時響應，通過運行模式制動或加速來達到和真實系統一致的效果。

2.1 系統組成

基于現有CTC 系統軟件，CTC 仿真實訓系統增加了相關仿真實訓功能的軟件，包括教師機、學員機、仿真FAS 電臺、模擬輔助單元、模擬集成服務器、流程編輯器和場景編輯器（圖1）。

圖1 CTC仿真實訓系統結構圖

教師機軟件部署在教師臺，是培訓教師進行培訓管理的操作界面。教師機軟件的主要功能包括學員機部署、考題發布、考試監督、考試分析、題庫管理和用戶管理。

學員機軟件部署在學員臺，是培訓學員學習、練習和考試操作界面。學員機軟件的主要功能包括學習、練習、考試、成績查看、交互、流程顯示和用戶登錄等。

仿真FAS 電臺軟件部署在學員臺，模擬真實FAS 電臺功能，用于培訓學員的語音交互。

模擬輔助單元部署在后臺服務器，負責加載運行線，車次確認，模擬實現對調度命令和階段計劃的簽收和回執等。模擬集成服務器部署在后臺服務器，負責模擬聯鎖、列控、RBC、TSR 和 GSM-R 等 CTC 外部系統接口，模擬列車運行，模擬外部信號設備狀態等。

流程編輯器用于編輯和制作應急處置流程，主要功能包括流程文件新建、修改、保存等。

場景編輯器用于編輯和制作運行場景，運行場景包括運行圖和場景故障。

2.2 系統特點

（1）引入完全真實的CTC系統

（2）高度仿真軌旁設備

（3）高度仿真列車運行

（4）高度仿真多工種角色

（5）完整的“學練考評”實訓模塊

（6）應急處置流程標準化

系統能夠支持標準化和格式化的應急處置流程，培訓教師可通過流程編輯器修改編輯。

（7）場景動態化

系統能夠支持動態化的場景，可切換選擇不同的調度臺進行仿真，在仿真的過程中在不同的位置設置不同種類的故障。系統可根據設置的故障和當前運行狀態動態計算處理流程處置的操作。

（8）考評自動化

學員在考試過程中，系統會自動識別學員的操作，并與事先定義的標準流程和評分規則進行匹配，自動評分。

（9）作業分析數據化

系統支持學員練習和考試操作的數據分析，從學員和考題兩個維度進行統計分析，對易錯操作和具有薄弱環節學員提供預警功能。

（10）支持比武和協同兩種演練模式

比武模式時多個調度臺運行同一調度區段數據，用于相同場景下的訓練或比武；協同模式時使用某條線路上多個相鄰調度區段數據，可訓練鄰臺間的計劃傳遞、協作等。

2.3 關鍵技術

（1）列車仿真運行技術

CTC 仿真實訓系統需要實時計算仿真列車的速度和位置，也需要根據仿真的現場信號條件變化進行運行模式的切換，對信號機燈位變化、列控發碼的變化和限速光帶變化進行實時響應，通過運行模式制動或加速來達到和真實系統一致的效果。列車根據定義的四種運行模式運行，勻速、加速、制動和緊急制動。一般情況下，加速運行到設計最高速度后，保持勻速運行，具體列車運行模擬切換如圖2所示。

圖2 列車運行模式切換

緊急制動模式下的一次制動計算模型是最基本的速度曲線模型，在實際使用中，采用二次或多次制動的方法會取得更好的模擬效果，使到開點更準確，更符合實際情況。

（2）參數化流程處理技術

CTC 仿真實訓系統應急處置流程為支持不同位置故障的處置需要實現參數化流程處理。參數化流程處理是將應急處置流程表示分為固定部分和動態部分，并提供了動態部分參數具體的計算和更新處理過程，其中固定部分可用于表示標準的操作流程和用語，動態部分用于表示與具體故障場景相關的可變信息。與靜態流程相比，參數化流程能夠適應故障位置和運行車次的變化，可有效的提高應急處置流程的通用性。

（3）語音交互技術

列車調度員的日常工作需要與多個角色的工種進行語音交互，例如司機、車站值班員等。為了高度仿真調度員的工作方式，需要通過語音交互技術進行模擬調度員的語音對話。語音交互技術包括語音識別和語音合成兩個方面，語音識別將語音轉換為文字實現語音的輸入，語音合成將文字轉換為語音實現語音的輸出。基于科大訊飛語音識別和語音合成技術，結合調度員應急處置流程的特點，系統對調度員的語音交互進行了針對性的優化處理，能夠實現調度員與多工種角色的語音交互。

3 系統應用情況

上海局調度所實訓基地部署一套CTC 仿真實訓系統，制作22 個應急處置流程和1 個基本操作流程，配置了1 個教師臺和15 個學員臺，能夠支持15 組調度員（共30 名調度員）同時進行培訓和考試（圖3）。

圖3 調度員現場使用效果

上海局調度所依托該系統組織開展調度員的日常培訓和年度展演，調度員的日常培訓已經實現規范化和標準化。

4 結束語

通過使用CTC 仿真實訓系統，CTC 調度員能熟練掌握CTC 系統設備操作、設備操作前提條件和應急處置時各個作業流程及作業環節，形成了科學的培訓管理機制。該系統在上海局的成功應用，有效提高了CTC 列車調度員培訓質量，提升了CTC 調度人員業務水平和應急處置能力，降低CTC 調度作業風險，未來還將積極向全路推廣，為增進高速鐵路網的效率及效益做更多的貢獻。