模擬仿真技術(shù)在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程中的應(yīng)用

黃斌

【摘 要】隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)的技能型人才是鐵路院校亟待解決的關(guān)鍵問題；以鐵道信號專業(yè)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程為例，把模擬仿真技術(shù)融入教育教學(xué)改革中，使師生共同體驗(yàn)、操作、思考和探索；實(shí)踐證明，融入模擬仿真技術(shù)極大地調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的積極性、主動性、創(chuàng)造性，取得了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路 鐵道信號 列車運(yùn)行控制系統(tǒng) 教學(xué)改革 模擬仿真技術(shù)

【中圖分類號】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）08C-0188-03

高等職業(yè)教育是我國高等教育不可或缺的組成部分，主要培養(yǎng)社會生產(chǎn)、維修維護(hù)、管理、服務(wù)等一線的高技能型人才。鐵路高職院校的鐵道通信信號專業(yè)是主要面向鐵路現(xiàn)場安裝、調(diào)試、維護(hù)、管理等崗位開設(shè)的專業(yè)，培養(yǎng)具有較強(qiáng)的鐵道信號設(shè)備安裝、調(diào)試、日常養(yǎng)護(hù)、設(shè)備故障處理及檢維修等崗位技術(shù)能力，符合鐵路信號一線崗位要求的高素質(zhì)技能型人才，而列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)是鐵道通信信號專業(yè)的核心課程。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程的教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到本專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，是鐵路運(yùn)輸、特別是高速鐵路的安全與可靠的根本保障。模擬仿真技術(shù)是利用簡單的設(shè)備或方法實(shí)現(xiàn)與真實(shí)設(shè)備功能一致的一種技術(shù)。結(jié)合鐵路現(xiàn)場設(shè)備，利用模擬仿真技術(shù)來演示、操作，使抽象的概念、原理變得直觀、清晰，打破理論教學(xué)的弊端。

一、課程介紹

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程是一門發(fā)展迅速、技術(shù)含量高，具有網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、數(shù)字化、智能化的現(xiàn)代系統(tǒng)的技術(shù)課程。對學(xué)生未來從事鐵道通信信號設(shè)備維修、施工、設(shè)備器材檢修和制造等崗位工作具有重要意義。

課程主要講授機(jī)車信號、LKJ監(jiān)控記錄裝置車載設(shè)備與地面設(shè)備、車站電碼化、CTCS-2級與CTCS-3級列控系統(tǒng)設(shè)備等內(nèi)容。學(xué)完本課程，學(xué)生應(yīng)具備機(jī)車信號、LKJ監(jiān)控記錄裝置、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)列控中心及車載設(shè)備的養(yǎng)護(hù)與維修、應(yīng)答器及軌旁電子單元的日常養(yǎng)護(hù)與維修、專用儀器設(shè)備使用、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)別施工及安裝調(diào)試等基本的崗位技能，提高廣大信號工作人員的技術(shù)水平，以充分發(fā)揮現(xiàn)代化信號系統(tǒng)的作用。要達(dá)到良好的教與學(xué)的雙贏效果，對于鐵路專職任課教師來說，除了明確該專業(yè)與課程的培養(yǎng)目標(biāo)及該課程的教學(xué)目的外，還要采用適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，進(jìn)行理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。

二、模擬仿真的應(yīng)用

（一）機(jī)車信號演示平臺的應(yīng)用

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)是專業(yè)性、理論性很強(qiáng)的一門課程，在了解鐵路列控設(shè)備基本構(gòu)成的基礎(chǔ)上，才能夠深入理解其工作原理與工作過程。在講授機(jī)車信號的結(jié)構(gòu)及工作原理時，如果只講理論，或是講完理論后到現(xiàn)場參觀，學(xué)習(xí)的效果是不理想的。筆者采用理論實(shí)踐一體進(jìn)行講授，即邊講邊做，利用由自治區(qū)教學(xué)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)和研制的機(jī)車信號演示平臺達(dá)到理實(shí)講授目的。

機(jī)車信號演示平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，該平臺完全模擬鐵路現(xiàn)場機(jī)車信號系統(tǒng)，主要分兩個部分，第一部分為操作盤面，圖1的上半部分主要進(jìn)行移頻發(fā)碼控制，故障設(shè)置等，另一部分為機(jī)車信號主機(jī)及電源系統(tǒng)，圖1的下半部分，主要是接收移頻后控制機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)燈。因此該平臺可以進(jìn)行機(jī)車信號系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、簡單原理、工作狀態(tài)、正常顯示的講授與操作，還可以設(shè)置故障、根據(jù)故障現(xiàn)象檢修故障原因，做到機(jī)車信號的日常養(yǎng)護(hù)和定期維修內(nèi)容、操作規(guī)程及作業(yè)程序講解與訓(xùn)練等。

圖1 機(jī)車信號演示平臺結(jié)構(gòu)圖

如進(jìn)行側(cè)線接車時，此時模擬列車從0G至3G，機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)燈情況變化為，在0G區(qū)段，接收到11.4Hz調(diào)制信號，機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)一個綠燈；在1G區(qū)段接收到13.6Hz調(diào)制信號，機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)一個半綠半黃的燈；在2G區(qū)段接收到14.7Hz調(diào)制信號，機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)一個帶2的黃燈；在3G區(qū)段接收到18Hz調(diào)制信號，機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)一個雙半黃燈。再如，通過手動調(diào)低1區(qū)段移頻信號，正線接車時，1區(qū)段內(nèi)的移頻信號為13.6Hz所調(diào)制，模擬機(jī)車到達(dá)1G區(qū)段后，機(jī)車信號主機(jī)接收移頻信號應(yīng)使機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)半綠半黃的燈光，但由于調(diào)低了1G區(qū)段的移頻信息，機(jī)車信號主機(jī)無法可靠地接收該信息，此時機(jī)車信號機(jī)點(diǎn)白燈或者是半綠半黃與白燈交替點(diǎn)亮，從而對機(jī)車信號靈敏度有了更深的理解。

由此可見，通過平臺演示、分析、操作及模擬鐵路現(xiàn)場維護(hù)內(nèi)容等，一方面讓學(xué)生真正理解了機(jī)車信號的工作過程與顯示意義，另一方面通過故障現(xiàn)象分析故障原因，更有利于學(xué)生掌握機(jī)車信號系統(tǒng)。

（二）多媒體動畫仿真的應(yīng)用

多媒體具有圖、文、聲并茂且有視頻播放的特點(diǎn)，對列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程的教學(xué)過程來說是特別寶貴的特性與功能。利用多媒體動畫仿真教學(xué)不但能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以形象地表示出相關(guān)知識點(diǎn)的原理與工作過程，有利于學(xué)生理解和掌握。

例如，在對CTCS-2級列控系統(tǒng)中地-車通信時，原理是：兩根鋼軌上有移頻信息，由于列車輪對短路，流過鋼軌的電流較大，裝在車頭下方、鋼軌上方的接收線圈通過電磁感應(yīng)原理從鋼軌上感應(yīng)到移頻信號，供列車使用；同時，兩根鋼軌中間裝有應(yīng)答器，這些應(yīng)答器平時處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)機(jī)車底部的天線經(jīng)過應(yīng)答器上方時才工作。由此可見，地-車通信的原理或者說工作過程完全可以制作相應(yīng)用動畫來體現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 多媒體動畫仿真地-車通信

隨著高速鐵路的迅速發(fā)展，CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，充分理解CTCS-3級列控系統(tǒng)對學(xué)生學(xué)習(xí)CTCS-3級列控設(shè)備維護(hù)有重要意義。CTCS-3列控系統(tǒng)是一種基于無線通信的列控系統(tǒng)，地-車通信為雙向通信，如何實(shí)現(xiàn)地-車雙向通信呢？這時采用flash動畫來呈現(xiàn)CTCS-3級列控系統(tǒng)地-車雙向通信的原理，如圖3所示。這樣，學(xué)生就非常直觀地掌握了CTCS-3級列控系統(tǒng)地-車通信原理，同時也提高了學(xué)習(xí)積極性。

圖3 CTCS-3列控系統(tǒng)地-車通信動畫endprint

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程引用多媒體動畫仿真技術(shù)，有利于教師整合教學(xué)資源，提高了教學(xué)效益。

（三）高鐵列控沙盤的應(yīng)用

高鐵列控沙盤模擬設(shè)計(jì)了鐵路現(xiàn)場移頻發(fā)送器、接收器及電氣絕緣節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)，并且保證了關(guān)鍵參數(shù)與鐵路現(xiàn)場一致；模擬了高速列車運(yùn)行自動控制，即可以根據(jù)軌面移頻信息調(diào)整機(jī)車自身速度，實(shí)現(xiàn)了多列車追蹤運(yùn)行等，高鐵列控沙盤如圖4。

圖4 高鐵列控沙盤

在講解高鐵列控地面設(shè)備與車載設(shè)備配合工作時可借助自主研發(fā)的列控沙盤系統(tǒng)，使學(xué)生具備感性認(rèn)識，提升課堂教學(xué)效果。例如，CTCS-2級列控系統(tǒng)列車的速度是如何自動控制的，從理論上知道，機(jī)車從地面軌道電路上接收連續(xù)的移頻信息，從應(yīng)答器上接收點(diǎn)式的信息，從而經(jīng)過車載安全計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算后生成速度控制曲線，列車安全按照該曲線行車。此時，利用沙盤人為控制某一區(qū)段發(fā)送HU碼，當(dāng)列車運(yùn)行至該區(qū)段時接收HU碼，觀察列車運(yùn)行速度的變化，同時可以讓學(xué)生利用移頻表對各區(qū)段進(jìn)行測試，與鐵路現(xiàn)場參數(shù)對照，這樣既增加了學(xué)生對理論的理解，又提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性。

再如，鐵路車站載頻配置情況，從理論教學(xué)可以知道，下行正線股道采用1700-2型配置，下行側(cè)線股道采用1700-1型與2300-1型交替配置，但與正線股道相臨的側(cè)線股道必為2300-1型配置。通過沙盤車站股道講解與測量，理實(shí)一體，對學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的推動。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，全國鐵路進(jìn)入到高鐵時代，鐵道通信信號設(shè)備更趨于自動化、智能化，鐵路企業(yè)對信號設(shè)備維護(hù)和管理的技術(shù)人才在數(shù)量和質(zhì)量上提出了更新、更高的要求。在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)的教學(xué)中融入模擬仿真技術(shù)，不僅充分發(fā)揮了教師的積極性、創(chuàng)造性，而且還極大地調(diào)動了學(xué)生探索的積極性、創(chuàng)造性，在課堂教學(xué)中取得了較好的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張國侯.高職列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程項(xiàng)目化教學(xué)模式探討[J].職業(yè)時空，2011，7（12）

[2]張鐵增.列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2011

【基金項(xiàng)目】廣西壯族自治區(qū)教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2013YB357）

【作者簡介】黃 斌（1983- ），男，碩士，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：鐵路自動化，信號處理。

（責(zé)編 丁 夢）endprint

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程引用多媒體動畫仿真技術(shù)，有利于教師整合教學(xué)資源，提高了教學(xué)效益。

（三）高鐵列控沙盤的應(yīng)用

高鐵列控沙盤模擬設(shè)計(jì)了鐵路現(xiàn)場移頻發(fā)送器、接收器及電氣絕緣節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)，并且保證了關(guān)鍵參數(shù)與鐵路現(xiàn)場一致；模擬了高速列車運(yùn)行自動控制，即可以根據(jù)軌面移頻信息調(diào)整機(jī)車自身速度，實(shí)現(xiàn)了多列車追蹤運(yùn)行等，高鐵列控沙盤如圖4。

圖4 高鐵列控沙盤

在講解高鐵列控地面設(shè)備與車載設(shè)備配合工作時可借助自主研發(fā)的列控沙盤系統(tǒng)，使學(xué)生具備感性認(rèn)識，提升課堂教學(xué)效果。例如，CTCS-2級列控系統(tǒng)列車的速度是如何自動控制的，從理論上知道，機(jī)車從地面軌道電路上接收連續(xù)的移頻信息，從應(yīng)答器上接收點(diǎn)式的信息，從而經(jīng)過車載安全計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算后生成速度控制曲線，列車安全按照該曲線行車。此時，利用沙盤人為控制某一區(qū)段發(fā)送HU碼，當(dāng)列車運(yùn)行至該區(qū)段時接收HU碼，觀察列車運(yùn)行速度的變化，同時可以讓學(xué)生利用移頻表對各區(qū)段進(jìn)行測試，與鐵路現(xiàn)場參數(shù)對照，這樣既增加了學(xué)生對理論的理解，又提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性。

再如，鐵路車站載頻配置情況，從理論教學(xué)可以知道，下行正線股道采用1700-2型配置，下行側(cè)線股道采用1700-1型與2300-1型交替配置，但與正線股道相臨的側(cè)線股道必為2300-1型配置。通過沙盤車站股道講解與測量，理實(shí)一體，對學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的推動。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，全國鐵路進(jìn)入到高鐵時代，鐵道通信信號設(shè)備更趨于自動化、智能化，鐵路企業(yè)對信號設(shè)備維護(hù)和管理的技術(shù)人才在數(shù)量和質(zhì)量上提出了更新、更高的要求。在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)的教學(xué)中融入模擬仿真技術(shù)，不僅充分發(fā)揮了教師的積極性、創(chuàng)造性，而且還極大地調(diào)動了學(xué)生探索的積極性、創(chuàng)造性，在課堂教學(xué)中取得了較好的效果。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]張鐵增.列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2011

【基金項(xiàng)目】廣西壯族自治區(qū)教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2013YB357）

【作者簡介】黃 斌（1983- ），男，碩士，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：鐵路自動化，信號處理。

（責(zé)編 丁 夢）endprint

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程引用多媒體動畫仿真技術(shù)，有利于教師整合教學(xué)資源，提高了教學(xué)效益。

（三）高鐵列控沙盤的應(yīng)用

高鐵列控沙盤模擬設(shè)計(jì)了鐵路現(xiàn)場移頻發(fā)送器、接收器及電氣絕緣節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)，并且保證了關(guān)鍵參數(shù)與鐵路現(xiàn)場一致；模擬了高速列車運(yùn)行自動控制，即可以根據(jù)軌面移頻信息調(diào)整機(jī)車自身速度，實(shí)現(xiàn)了多列車追蹤運(yùn)行等，高鐵列控沙盤如圖4。

圖4 高鐵列控沙盤

在講解高鐵列控地面設(shè)備與車載設(shè)備配合工作時可借助自主研發(fā)的列控沙盤系統(tǒng)，使學(xué)生具備感性認(rèn)識，提升課堂教學(xué)效果。例如，CTCS-2級列控系統(tǒng)列車的速度是如何自動控制的，從理論上知道，機(jī)車從地面軌道電路上接收連續(xù)的移頻信息，從應(yīng)答器上接收點(diǎn)式的信息，從而經(jīng)過車載安全計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算后生成速度控制曲線，列車安全按照該曲線行車。此時，利用沙盤人為控制某一區(qū)段發(fā)送HU碼，當(dāng)列車運(yùn)行至該區(qū)段時接收HU碼，觀察列車運(yùn)行速度的變化，同時可以讓學(xué)生利用移頻表對各區(qū)段進(jìn)行測試，與鐵路現(xiàn)場參數(shù)對照，這樣既增加了學(xué)生對理論的理解，又提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性。

再如，鐵路車站載頻配置情況，從理論教學(xué)可以知道，下行正線股道采用1700-2型配置，下行側(cè)線股道采用1700-1型與2300-1型交替配置，但與正線股道相臨的側(cè)線股道必為2300-1型配置。通過沙盤車站股道講解與測量，理實(shí)一體，對學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的推動。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，全國鐵路進(jìn)入到高鐵時代，鐵道通信信號設(shè)備更趨于自動化、智能化，鐵路企業(yè)對信號設(shè)備維護(hù)和管理的技術(shù)人才在數(shù)量和質(zhì)量上提出了更新、更高的要求。在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)的教學(xué)中融入模擬仿真技術(shù)，不僅充分發(fā)揮了教師的積極性、創(chuàng)造性，而且還極大地調(diào)動了學(xué)生探索的積極性、創(chuàng)造性，在課堂教學(xué)中取得了較好的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張國侯.高職列車運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)課程項(xiàng)目化教學(xué)模式探討[J].職業(yè)時空，2011，7（12）

[2]張鐵增.列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2011

【基金項(xiàng)目】廣西壯族自治區(qū)教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2013YB357）

【作者簡介】黃 斌（1983- ），男，碩士，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：鐵路自動化，信號處理。

（責(zé)編 丁 夢）endprint