滬蘇通CTC接發列車仿真培訓系統研究

陸汝杰 中國鐵路上海局集團有限公司蘇州站

為了減少行車安全隱患，提高職工日常業務能力和非正常情況下的應變能力，提高運輸效率和行車安全。特開發出滬蘇通鐵路CTC 接發列車仿真培訓系統，用來進行常規接發列車作業和非正常接發列車作業的日常培訓、實訓考評、技能鑒定和星級選拔實作考試、接發列車技能競賽等。

1 系統需求

1.1 完全仿真

該系統的使用界面與現場CTC 調度集中系統界面必須一致，完全仿真，使用操作、工作流程、故障處置等與現場實際一致。能夠模擬實現信、聯、閉等設備元器件信息的關聯顯示、操作響應和故障展現，可全程模擬、監視列車運行情況，同時觀察多車站值班員操作規范及與鄰站配合情況。

1.2 配置靈活

該系統能夠獨立組網或在辦公網內使用，如果OA 網內使用時，應能向直屬站仿真系統服務器上傳日常學習系統使用信息，并且能夠在培訓系統內查詢出使用情況。后臺統計系統可實時記錄學員學習情況，并生成報表，管理人員可以隨時查看每位職工日常業務學習演練情況。

1.3 互聯互通

該系統要具備運行穩定，出錯性少，兼容性好、響應速度快、操作簡單方便、易上手。同時在功能、結構、接口等方面遵循一致標準，能夠與原有的蘇州站接發列車仿真培訓系統兼容。

1.4 數據安全

該系統對運輸基礎數據要采用加密存儲，并采用完整性校驗機制，避免數據外泄和隨意更改，要保證系統的鐵路基礎數據安全。

2 系統功能

該系統的教師機采用單獨的界面模式，通過左鍵點擊信號機辦理進路和右鍵點擊相應設備選擇對應菜單進行功能操作，統一方式設置故障功能；對于學員機，系統全部按照現場界面風格和操作方式制作，避免誤導學員操作，降低培訓效果。

該系統通過交換機、路由器等網絡設備和遠程控制軟件，實現本機操作或者遠程操作，學員可以自己獨立開啟學員機和教師機，通過設置非正常情況下的各種行車故障和設備故障，進行故障處理和日常學習操作和培訓。在培訓、考核、競賽時學員開啟學員機，教師在遠程開啟教師機，由教師設置故障，學員根據故障現象進行非正常接發列車應急處置。同時，系統連接服務器，將連接信息、學員登錄信息和各種演練信息傳遞給服務器，服務器保存操作日志，隨時提供給管理人員查看和分析學員的學習信息和掌握程度。

2.1 服務器

服務器主要負責驗證學員和教師信息，保存基礎配置數據和直屬站內所有車站的進路信息、站場信息、聯鎖條件，并且能夠保存所有學員的操作日志和演練過程數據，并且為終端設備實時提供數據信息交換等。

2.2 教師機

控制直屬站段的一個或多個學員機，教師機除了能進行學員機絕大部分功能外，還可對所有控制的學員機在演練過程中動態設置故障、實時生效，模擬現場操作臺實際操作等。教師機可以是單機控制本電腦學員機，或通過本地局域網或OA網遠程控制學員機。

主要故障功能包括：

（1）區段的電路故障、列車占用、列車壓不死

（2）信號、道岔、閉塞設備的各種故障

（3）模擬列車運行和調度所簽發調度命令

2.3 學員機的計算機聯鎖

計算機聯鎖仿真設備核心符合《計算機聯鎖技術條件》的相關要求，仿真的是鐵科院TYJL-ADX 最新版計算機聯鎖各種制式的聯鎖關系。

主要聯鎖功能包括：

（1）列車進路辦理、引導進路辦理、調車進路辦理、取消進路辦理等

（2）辦理引導/引導總鎖、總取消、總人解

（3）道岔總定/總反、道岔單鎖/單解、道岔封閉/解封、區段解鎖

（4）自動閉塞、車次操作、非常站控、點燈/滅燈等等

2.4 學員機的CTC車務終端

模擬仿真通號公司CTC 系統車務終端操作及界面，除了包含上述計算機聯鎖的功能外，還額外包含如下功能：

（1）轉中心/車站/車站調車操作方式

（2）接收發送各種調度命令、簽發行車憑證（路票和綠色許可證）

（3）進路序列管理、站間透明、行車日志、人工報點

（4）交接班、CTC控制模式轉換等等

3 研究方案

3.1 系統結構圖（圖1）

圖1 系統結構

該系統分為服務器、教師機終端、學員機終端、網絡系統，服務器用于記錄學員連接管理，可以記錄學員的系統使用情況和各個終端的后臺數據管理；教師機用于設置故障、充當調度所和進行學員演練評判；學員機用于學員模擬操作CTC車務終端和計算機聯鎖終端。

軟件模擬各個中間站、車間實際情況，列車可以按自定義速度由 A 站出發，經過 B 站,C 站……N 站，分別由 A 站、B站、C站等相應車站值班員進行接發列車作業操縱，在直屬站遠程控制中心，可分別看到相應情況，同時在列車運行過程中，可由直屬站控制中心的教師機上設置各種不同故障，包括車站計算機聯鎖及區間閉塞設備故障等，所有故障設置均在相對應設備的下拉菜單里進行操作。

教師機可模擬所需站場設備的各種狀態，屏幕顯示與學員機相同的站場平面圖，道岔、信號、區段的操作，可同時與多臺學員機連接。學員機與教師機之間的通訊是雙向的。學員機和教師機的關系是：教師機為主，學員機為副，當學員機未連接上教師機時，只能在學員機上進行最基本的操作，包括總定、總反、單鎖、單解，進路辦理和取消等，只有當學員機連接上教師機時才能進行全部操作。

當網絡正常，網絡設置正確時，啟動教師機和學員機后，系統會自動連接，當學員機連接上教師機時，教師機上方會顯示“學員機N——在線”，否則顯示“學員機N——斷線”，其中N 表示數字1、2、……。學員機連接上教師機后，教師機會傳送信息到學員機，使之初始化，在學員機初始化期間不能對學員機進行操作，當初始化完畢后方可進行操作。

通過教師機，可向學員機發送進路模擬信息、占用信息、模擬故障信息等，在學員機上出現相應的顯示，并發出相應的語音提示。如：【道岔擠岔報警】、【斷絲報警】等。學員可以在學員機上學習正常和非正常時的處理方法。學員在學員機上的操作，如：辦理進路等，教師機上將會得到相應的顯示。

3.2 軟件模塊結構（圖2）

圖2 軟件模塊結構圖

整個系統以教師機聯鎖功能模塊為基礎，聯鎖軟件模塊通過數據庫管理模塊讀取數據庫數據，并根據變化，通過數據庫管理模塊實時更新數據庫；同時聯鎖軟件模塊通過計算界面管理模塊輸入的操作等信息，得到需要更新的界面數據或錯誤報警數據，返回到界面管理模塊或報警模塊，界面管理模塊和報警模塊收到數據信息，立即更新界面信息或發出報警；調度命令管理模塊管理所有相關調度命令和行車憑證報警信息會通過數據庫管理模塊保存報警信息，同時發送到界面顯示報警信息。

4 系統實現

4.1 系統界面設計

仿真培訓系統采用Visual Studio 2010作為開發工具，以VB.net 語言作為開發語言，ActiveX 控件技術作為設備組件設計工具，系統界面采用ActiveX 控件組合出來的，通過ActiveX 控件完美的封裝技術，對控件的屬性進行設置，就能達到改變站場狀態的目的。現場實際使用的三大聯鎖設備，因其各自在相同的情況下顯示和動作都一樣，屬同一類實體，因此設置了三個ActiveX控件：Signal、Switch、Section，分別對應信號燈、道岔、無岔區段和股道區段。將它們封裝起來，并向應用程序提供接口，以改變設備的狀態。利用此技術還可實現站場圖形的繪制，即站場圖可由此三類控件的實例拖放繪制，且各節點的靜態數據可在各控件的屬性頁里錄入，可以很方便的配置不同站場圖的學員機。

該系統學員機界面按照現場實際界面設計。教師機界面采用全新操作方式，鼠標左右鍵結合，右鍵彈出菜單，左鍵選擇菜單、辦理進路等，操作直接在設備上點擊左右鍵操作，設備狀態直接顯示在設備上，這樣系統界面簡潔美觀，操作方便，在基本不改變行車人員現有的習慣認識，同時能更生動的描述站場形態，讓行車人員能更快、更準的適應新系統的使用。

具體的控件開發采用VS2015 開發平臺的Active 控件來開發各個組件。例如信號機控件，為了保持透明效果，需要手動刷新控件，因此在控件Paint 事件內填寫繪制控件代碼，在采用定時器控制信號機燈絲斷絲等狀態的閃爍效果。

4.2 模塊功能程序設計

該系統運行中的核心模塊是聯鎖功能模塊，其他功能模塊都是服務于聯鎖模塊，因此計算機聯鎖模塊的設計是系統程序設計的核心工作。

計算機聯鎖模塊模擬的是鐵科院TYJL-ADX 最新版計算機聯鎖，其中聯鎖關系中的道岔操作、信號機操作、區段操作等都相對獨立、功能簡單。只有建立進路和解鎖進路的流程復雜，相互設備的關聯多，因此聯鎖功能設計對建立、解鎖進路流程關系是重點。具體的建立、解鎖進路流程如圖3。

圖3 建立、解鎖進路流程框圖

每次點擊信號機都檢查是否排列進路，如果是排列進路，則按照流程檢查進路建立條件并進行相應顯示。

4.3 后臺數據處理

系統采用微軟Office Access 2010 作為數據庫管理系統，對于站場進路的各種聯鎖條件、各個中間站的線路、道岔、信號機和設備的相對位置和連接關系等基礎數據，整理完畢后提前錄入數據庫，另外仿真培訓系統提供數據維護接口，提供給系統管理員進行基礎數據的修改和升級，確保仿真演練環境與現場實際環境一致。數據庫也提供學員在演練執行期間查詢進路表、進路條件表、模擬進路表等各種所需數據信息，進行學習和操練。另外通過對數據庫的所有相關數據進行關聯整合管理，促使系統編程工作簡化，還可以減少布置站場圖時錄入的靜態數據，并且能夠方便后期的調試、修改。

仿真培訓系統數據庫的主要數據為設備表和聯鎖表，聯鎖表內的設備編號對于設備內區段編號、信號機編號、道岔編號等，排列進路時根據聯鎖表查找設備表內設備，再根據設備數據進行聯鎖關系處理，見圖4。

圖4 仿真培訓系統數據庫的設備表和聯鎖表

本程序采用C/S結構，并且數據量較小，因此教師機在啟動時一次性讀取全部數據庫數據到內存里，并對數據進行相應的關聯處理。教師機作為服務器端儲存了所有數據，學員機作為客戶端只在啟動時讀取界面控件基本數據。學員機和教師機之間采用TCP/IP 協議點對點發送數據，學員機連接上教師機后，教師機傳送所有初始狀態數據給學員機，并在每次界面數據發生變化的時候向每個學員機發送變化數據，學員機收到數據后進行界面顯示變化設置，如信號機變綠燈時教師機向對應車站學員機發送”SignalDATA”& chr(30)& Index & chr(30) & State & chr(31) 數據，其中chr(30)和chr(31)分別為包內分割符和包結束符。如果中途學員機斷線，則再次連接時教師機會重新發送給該學員機所有初始化數據，確保教師機和學員機數據同步。

5 結束語

接發列車仿真培訓系統已正式投入使用，為職工提供了一個逼真的學習環境，幫助管理人員和操作人員通過模擬培訓系統進行日常學習，通過設置不同的故障狀態，讓學員在非正常狀態下進行實際操作，反復訓練，不斷提高自身業務技術水平及應急處置能力，形成“真培、真學、真練、真考”的良好氛圍，學員間相互比超，齊頭奮進，讓車站職工的技術水平整體上個臺階，為蘇州站行車安全工作質量提升提供了有效手段和強有力的保障。