城市軌道交通CBTC系統(tǒng)仿真實驗室設(shè)計

盧明宇 江勝月

摘要：文章主要分析的是CBTC系統(tǒng)仿真實驗室相關(guān)設(shè)計內(nèi)容。CBTC系統(tǒng)的構(gòu)建需要多項子系統(tǒng)作為支撐，具有高度集成等特點。設(shè)計中需首先完成對子系統(tǒng)部分的搭建，隨后對各項子系統(tǒng)完成集成化設(shè)計。實驗室中子系統(tǒng)均能夠?qū)嵤┓抡鎸嶒?，并進(jìn)行整體實驗操作。在經(jīng)過合理設(shè)計之后，實驗室之中可以建立CBTC系統(tǒng)環(huán)境，文章具體分析設(shè)計方法，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)技術(shù)開發(fā)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;CBTC;系統(tǒng)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(shè)的力度進(jìn)一步加強(qiáng)，通信列車控制系統(tǒng)（簡稱CBTC）已經(jīng)成為城市軌道內(nèi)交通建設(shè)過程中的重要技術(shù)，如何更好發(fā)揮出城市軌道交通優(yōu)勢，需要加強(qiáng)對CBTC的技術(shù)開發(fā)。CBTC屬于安全苛求系統(tǒng)，主要依據(jù)的是故障導(dǎo)向安全思路進(jìn)行設(shè)計，本研究通過具體分析系統(tǒng)仿真實驗室設(shè)計，以期能夠?qū)ξ磥硐嚓P(guān)技術(shù)研究提供一定借鑒。

二、實驗室布局設(shè)計

CBTC系統(tǒng)的設(shè)計需要構(gòu)建完成仿真環(huán)境，實驗室能夠?qū)ψ酉到y(tǒng)實施仿真測試，且可以對系統(tǒng)整體完成相關(guān)任務(wù)的執(zhí)行。本次設(shè)計中，實驗室主要劃分為四個區(qū)域。

（一）機(jī)柜區(qū)

完整CBTC系統(tǒng)在進(jìn)行硬件設(shè)計方面主要包括大量機(jī)柜，設(shè)計過程中機(jī)柜主要會被安置在控制中心以及車站設(shè)備室相關(guān)區(qū)域。

實驗室之中，為了由于主操作和布線，子系統(tǒng)機(jī)柜主要被設(shè)置在專門的機(jī)柜區(qū)。機(jī)柜區(qū)后側(cè)墻壁將會根據(jù)實際情況設(shè)計有安全電源，機(jī)柜則能夠就近完成供電操作。如有分屬不同機(jī)柜類型的多塊板卡需要進(jìn)行替換時，如果機(jī)柜被設(shè)計在多個區(qū)域，則將會對技術(shù)人員造成困擾。

機(jī)柜區(qū)之中的主要類型包括ATS、AC及相關(guān)類型機(jī)柜，功能包括模擬控制中心、車站設(shè)備等相關(guān)環(huán)境。

機(jī)柜本身還包括了一整套的KVM液晶套件，其主要功能是技術(shù)維護(hù)，操作系統(tǒng)為Windows Server，能夠完成系統(tǒng)升級、維護(hù)以及用戶登錄相關(guān)操作。機(jī)柜的運算結(jié)果則是通過工作站進(jìn)行輸出的。另外，在仿真設(shè)計過程中，機(jī)柜區(qū)旁邊設(shè)計的是工作站，有助于進(jìn)行信息運算輸出。

（二）工作站區(qū)

工作站區(qū)則主要以控制中心工作站等內(nèi)容進(jìn)行模擬，可以完成是列車進(jìn)路排列以及列車運行情況實施監(jiān)督。

工作站區(qū)在硬件設(shè)備方面主要包括電腦主機(jī)、顯示器以及鍵盤等;硬件設(shè)備與機(jī)柜之間進(jìn)行連接，并對機(jī)柜運行結(jié)果進(jìn)行輸出顯示。此類結(jié)構(gòu)設(shè)計，對培訓(xùn)人員更好了解和掌握仿真軟硬件設(shè)備等具有重要意義。

（三）車載設(shè)備區(qū)域

車載設(shè)備區(qū)之中具體涵蓋了駕駛臺以及車載設(shè)備，并采取分機(jī)設(shè)置的方式構(gòu)成。模擬的是地鐵列車司機(jī)室相關(guān)設(shè)備。在區(qū)域內(nèi)設(shè)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(jìn)行模擬，為此，需要設(shè)計兩套設(shè)備。車在社區(qū)的位置具體是在工作站對面，此設(shè)計方式有助于實驗人員快速有效完成相關(guān)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?qū)τ^察列車情況提供便利。

（四）辦公區(qū)

辦公區(qū)設(shè)置于實驗室盡頭，由工作臺、主機(jī)、顯示器等設(shè)備構(gòu)成，此區(qū)域不執(zhí)行CBTC 系統(tǒng)的實驗操作，不含有任何與 CBTC 系統(tǒng)有關(guān)的硬件設(shè)備。研發(fā)人員在此處進(jìn)行軟件開發(fā)、實驗結(jié)果匯總、分析討論等工作。

三、仿真系統(tǒng)搭建的主要環(huán)節(jié)

CBTC系統(tǒng)需要完成對大量數(shù)據(jù)的信息交換，邏輯關(guān)系十分復(fù)雜，為此，需要設(shè)計多項子系統(tǒng)配合工作。仿真系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，因此應(yīng)當(dāng)首先完成對子系統(tǒng)部分的搭建，其次，才需對整個系統(tǒng)完成集成。

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

實驗室設(shè)計最初階段，需對相關(guān)硬件設(shè)備等進(jìn)行合理位置布局。對子系統(tǒng)采取單獨構(gòu)建仿真環(huán)境的設(shè)計，子系統(tǒng)內(nèi)部仿真環(huán)境完成之后，需對其功能情況實施技術(shù)測試，在子系統(tǒng)符合功能要求條件下，進(jìn)行下一步的集成。

采用此方式，實現(xiàn)子系統(tǒng)到整體系統(tǒng)的逐步操作，可以降低子系統(tǒng)之中內(nèi)部發(fā)生錯誤而令系統(tǒng)整體受到影響的情況，模塊化設(shè)計思維更加對未來維護(hù)和保養(yǎng)提供了便利，避免錯誤造成嚴(yán)重后果。

四、專業(yè)人才隊伍的建設(shè)

城市軌道交通行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，要求相關(guān)專業(yè)人才隊伍建設(shè)水平需要提升。短期相關(guān)專業(yè)人才在實際供應(yīng)比例方面存在較大缺口，人才隊伍的培養(yǎng)也表現(xiàn)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(jié)構(gòu)，專業(yè)人員首先需掌握系統(tǒng)宏觀概念，了解子系統(tǒng)基本運行原理以及數(shù)據(jù)交換原理，隨后逐步落實對子系統(tǒng)軟硬件設(shè)計與開發(fā)的技術(shù)操作。

系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備集成于實驗室之中，有助于技術(shù)人員在學(xué)習(xí)過程中形成整體思維。教學(xué)方面，則采取理論與實踐相結(jié)合的方式，隨后進(jìn)行實操檢驗。學(xué)員學(xué)習(xí)最初階段，會學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)的需求以及接口設(shè)計相關(guān)資料，對系統(tǒng)形成基本認(rèn)知基礎(chǔ)上，隨后采取需要借助于仿真軟件進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)。仿真軟件的功能包括幾個方面，如設(shè)計盡露排列、列車狀態(tài)追蹤、運行圖繪制及相關(guān)。利用仿真軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)員可以不斷磨練技術(shù)，最終形成對系統(tǒng)的理性認(rèn)知。隨后，通過實驗室仿真環(huán)境能夠?qū)φ鎸嶍椖吭囼炞龀鼍唧w分析。

城市軌道交通人才專業(yè)隊伍的培養(yǎng)，一直以來多以理論與實踐分離的方式，容易造成學(xué)習(xí)者對實踐項目的水土不服。CBTC系統(tǒng)仿真實驗室設(shè)計的前提則是學(xué)習(xí)者理論與實踐項目相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)者項目經(jīng)驗為主。因此，設(shè)計對實際線路的開通以及維護(hù)等均具有重要價值，區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)形式，通過實驗室學(xué)習(xí)者可以了解更多實踐工作情況，為軌道交通事業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。

五、實驗室搭建效果分析

CBTC系統(tǒng)仿真實驗室的設(shè)計與監(jiān)理，能夠承擔(dān)起多項測試工作。且因為具備完成的CBTC系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)能力較強(qiáng)，可以對現(xiàn)實中諸多問題進(jìn)行解決。SIL-4等級安全認(rèn)證環(huán)節(jié)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(guān)內(nèi)容的仿真研究。

如實驗室構(gòu)建的MTC-I類別的系統(tǒng)作為我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)類型系統(tǒng)模式，有效填補(bǔ)我國此類系統(tǒng)被國外壟斷局面，實驗室在設(shè)計開發(fā)過程中得到諸多領(lǐng)域與力量的支持。

六、結(jié)語

綜上所述，CBTC系統(tǒng)仿真實驗室的設(shè)計需要經(jīng)過合理規(guī)劃，尤其需要著力構(gòu)建完整的CBTC系統(tǒng)，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(rèn)證以及已有線路維護(hù)等相關(guān)功能。實踐證明，構(gòu)建仿真實驗室設(shè)計的思路，可以通過借助集成設(shè)計思維方式完成，本研究則針對此設(shè)計思路進(jìn)行了嘗試，并希望能夠?qū)ξ磥硐嚓P(guān)研究提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉春花.基于城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中通信延遲對列車追蹤間隔的影響分析與研究[J].數(shù)字通信世界，2019（01）.

[2]侯曉音.LT E技術(shù)在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].時代農(nóng)機(jī)，2018（12）.

[3]董慧宇，唐濤，王洪偉.基于二維結(jié)構(gòu)熵的CBTC系統(tǒng)信息安全風(fēng)險評估方法[J].自動化學(xué)報，2019（01）.

[4]馮浩楠，范楷，段宏偉，唐凱林.城市軌道交通信號系統(tǒng)互聯(lián)互通協(xié)議框架研究[J].城市軌道交通研究，2018（11）.

[5]徐金祥.城市軌道交通信號系統(tǒng)迎接新時代發(fā)展的一些思考[J].城市軌道交通研究，2018（05）.

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

（作者單位：安徽三聯(lián)學(xué)院）