高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)方案研究與應(yīng)用

夏進(jìn)波 王 勇

(四川瑞云信通科技有限公司， 成都 610083)

目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)高速鐵路值班員的培訓(xùn)仍以師傅帶徒弟、單機(jī)版聯(lián)鎖操作和模擬演練等傳統(tǒng)培訓(xùn)模式為主。然而，此類培訓(xùn)常導(dǎo)致職工實(shí)際動(dòng)手能力與操作環(huán)節(jié)嚴(yán)重不足、對(duì)車站接發(fā)車應(yīng)急處置理解不透徹等問題，已不能滿足高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜作業(yè)要求[1]。因此，急需能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸專業(yè)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用來(lái)完成高鐵值班員日常教學(xué)和實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

擬開發(fā)的系統(tǒng)主要用來(lái)完成對(duì)聯(lián)鎖調(diào)度的培訓(xùn)，具體包括基礎(chǔ)操作培訓(xùn)、非正常接發(fā)車培訓(xùn)、操作演練、復(fù)雜場(chǎng)景實(shí)訓(xùn)等培訓(xùn)功能。該系統(tǒng)在培訓(xùn)過程中需對(duì)聯(lián)鎖的基本原理、常規(guī)操作、各種進(jìn)路選排解鎖等進(jìn)行文字講解并配以同步實(shí)例演示，幫助學(xué)員快速全面地掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作方式[2]；同時(shí)，此系統(tǒng)還需集成突發(fā)應(yīng)急演練和復(fù)雜場(chǎng)景下的培訓(xùn)和考核功能，提高用戶的綜合操作能力和操作流程的規(guī)范性；此外，該系統(tǒng)需集成站細(xì)資料查詢和車務(wù)非正常作業(yè)辦法的學(xué)習(xí)功能，使該軟件不僅成為一個(gè)實(shí)訓(xùn)演練的工具，還是一個(gè)針對(duì)具體車站資料查詢、邊學(xué)邊練的實(shí)用工具；需注意的是，聯(lián)鎖調(diào)度培訓(xùn)的目的是使學(xué)員從“不會(huì)”到“會(huì)”再到“熟練”，最后到“精通”。

同時(shí)，該系統(tǒng)也可為鐵路運(yùn)輸主管部門對(duì)現(xiàn)場(chǎng)職工開展客觀性考核和上崗培訓(xùn)提供一個(gè)有力的管理平臺(tái)，為鐵路實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”的目標(biāo)提供強(qiáng)力保障；此外，該套高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)還需滿足鐵路高校相關(guān)運(yùn)輸專業(yè)的日常教學(xué)任務(wù)，可為《旅客運(yùn)輸》、《鐵路行車組織基礎(chǔ)》、《鐵路運(yùn)輸調(diào)度與統(tǒng)計(jì)分析》等多門課程開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[3]；最后，該套系統(tǒng)需提供“學(xué)、訓(xùn)、考”一體化的智能教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸專業(yè)的多元化教學(xué)功能。因此，某公司專門立項(xiàng)完成高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研制。

1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)需求分析

1.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用語(yǔ)音智能識(shí)別技術(shù)、虛擬技術(shù)、體感交互技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，用以仿真完整的鐵路接發(fā)車應(yīng)用場(chǎng)景；從運(yùn)行圖規(guī)劃到行車進(jìn)路開放、車務(wù)值班員指揮操作，再到模擬司機(jī)駕駛完成行車計(jì)劃的閉環(huán)環(huán)境，系統(tǒng)需體現(xiàn)所有信號(hào)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)工種的工作聯(lián)動(dòng)機(jī)制關(guān)系[4]。系統(tǒng)中擬采用模擬仿真技術(shù)將虛擬環(huán)境帶入到整個(gè)培訓(xùn)過程中，既能完整仿真各系統(tǒng)的設(shè)備情況，又能保證系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境的一致性；同時(shí)，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)不同聯(lián)鎖及調(diào)度指揮設(shè)備供應(yīng)商的仿真培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)“一站一定制”，提高實(shí)訓(xùn)效果；此外，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)采用沉浸式人機(jī)交互演練的方式，實(shí)現(xiàn)鐵路車務(wù)人員作業(yè)流程的完全仿真培訓(xùn)和考核。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)流程

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)流程如圖2所示。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)基于已有高速鐵路的線路基本數(shù)據(jù)開發(fā)，通過收集現(xiàn)場(chǎng)所需線路和列車的基本信息建成專屬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)“1∶1”基礎(chǔ)元素的建模，搭建信號(hào)仿真系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)場(chǎng)景，完成單角色和多角色作業(yè)模擬，通過場(chǎng)景交互組件的開發(fā)，設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)教師端和學(xué)生端，完成實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)流程[5]。

圖2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)流程圖

2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)技術(shù)突破

與其他實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)相比，高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)突破：

(1)采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能夠適應(yīng)不同聯(lián)鎖廠家設(shè)備的系統(tǒng)仿真；結(jié)合每個(gè)車站的不同站細(xì)和不同的接發(fā)車應(yīng)急指揮流程，實(shí)現(xiàn)“一站一定制”。

(2)采用通信技術(shù)，結(jié)合鐵路現(xiàn)場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)鐵路車站聯(lián)鎖及CTC的功能仿真、操作培訓(xùn)、非正常接發(fā)車培訓(xùn)、操作演練、復(fù)雜場(chǎng)景實(shí)訓(xùn)、在線考試、站細(xì)及規(guī)章制度查詢、培訓(xùn)分析等車務(wù)人員綜合培訓(xùn)管理功能[6]。

(3)采用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)和體感交互技術(shù)，完成系統(tǒng)的自動(dòng)化操作響應(yīng)、人機(jī)對(duì)話響應(yīng)、人員身份識(shí)別和人體動(dòng)作采集，模擬真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作和信息交互，實(shí)現(xiàn)車務(wù)人員作業(yè)流程的完全仿真培訓(xùn)和考核。

(4)利用大數(shù)據(jù)分析，針對(duì)不同的學(xué)員實(shí)現(xiàn)自主化出題、自動(dòng)生成試卷、自動(dòng)判卷和自動(dòng)分析等功能，解決實(shí)訓(xùn)中對(duì)學(xué)員實(shí)際操作綜合能力考核和精準(zhǔn)培訓(xùn)的難題。

(5)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化工程數(shù)據(jù)快速生成軟件，實(shí)現(xiàn)定制服務(wù)的工程化，以達(dá)到快速響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工程的需求。

2.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真流程

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真流程如圖3所示。

圖3 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的仿真流程圖

由圖3可知，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真流程如下：

(1)根據(jù)開發(fā)流程收集線路數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，構(gòu)建出實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的仿真環(huán)境。

(2)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)仿真環(huán)境啟動(dòng)后，判斷實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是否是聯(lián)鎖調(diào)度一體化培訓(xùn)，若為“是”則表示系統(tǒng)啟動(dòng)成功，進(jìn)入聯(lián)鎖調(diào)度一體化培訓(xùn)仿真過程，否則要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，轉(zhuǎn)入(5)，通過列車運(yùn)行仿真監(jiān)控列車的運(yùn)行，再確定調(diào)度指揮的決策。系統(tǒng)驗(yàn)證正確后系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。

(3)進(jìn)入聯(lián)鎖調(diào)度一體化培訓(xùn)系統(tǒng)后判斷是否進(jìn)行突發(fā)狀態(tài)演習(xí)，若為“是”則生成故障信息，啟動(dòng)行車調(diào)度子系統(tǒng)；否則啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編圖子系統(tǒng)。

(4)行車調(diào)度子系統(tǒng)啟動(dòng)后，根據(jù)故障信息進(jìn)行路網(wǎng)仿真和運(yùn)行圖數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)生成線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和開行方案數(shù)據(jù)，進(jìn)行列車運(yùn)行圖編制，接著實(shí)施運(yùn)行計(jì)劃；根據(jù)運(yùn)行仿真結(jié)果輸出培訓(xùn)成績(jī)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后結(jié)束系統(tǒng)運(yùn)行[7]。

(5)根據(jù)行車調(diào)度子系統(tǒng)的原理仿真自動(dòng)調(diào)整，生成進(jìn)路控制、車站聯(lián)鎖控制以及列車控制生成列車運(yùn)行控制的仿真來(lái)支撐系統(tǒng)的驗(yàn)證。

(6)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同子系統(tǒng)，根據(jù)線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和開行方案數(shù)據(jù)編制列車運(yùn)行圖，確定好列車運(yùn)行計(jì)劃，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)整；根據(jù)日班計(jì)劃生成的行車計(jì)劃、反饋信息，對(duì)調(diào)度指揮決策、行車計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，輸出運(yùn)行計(jì)劃成績(jī)及結(jié)果完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要特點(diǎn)

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的主要特點(diǎn)包括：

(1)基于不同聯(lián)鎖廠家系統(tǒng)設(shè)備操作界面的兼容技術(shù)。系統(tǒng)能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)主流聯(lián)鎖系統(tǒng)(包括TYJL-ADX 聯(lián)鎖界面、DS6-60 聯(lián)鎖界面、EI32-JD聯(lián)鎖界面、iLOCK聯(lián)鎖界面)的完全仿真[8]。

(2)基于自動(dòng)培訓(xùn)過程的人機(jī)交互實(shí)訓(xùn)技術(shù)。調(diào)度聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了邊學(xué)邊練、用戶自主化出題、自動(dòng)化生成試卷、自動(dòng)化判卷等功能，解決了實(shí)訓(xùn)中對(duì)于學(xué)員實(shí)際操作能力不易考核的難題，可有效提高實(shí)訓(xùn)效果。

(3)基于大數(shù)據(jù)的智能實(shí)訓(xùn)及精準(zhǔn)培訓(xùn)技術(shù)。系統(tǒng)通過對(duì)現(xiàn)有用戶數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可查找日常鐵路車務(wù)運(yùn)營(yíng)中存在的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)車務(wù)日常管理中的管理缺陷，提升管理水平，改進(jìn)管理流程，達(dá)到精準(zhǔn)培訓(xùn)的目標(biāo)。

3.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件功能

根據(jù)對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)特點(diǎn)以及技術(shù)分析，提出系統(tǒng)軟件功能項(xiàng)目，如表1所示，主要包括計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真、CTC仿真、數(shù)字調(diào)度臺(tái)仿真、教師機(jī)實(shí)訓(xùn)、培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)以及信息管理平臺(tái)。以上功能基本上涵蓋所有聯(lián)鎖、調(diào)度的工作實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，可有效解決車務(wù)人員的工作內(nèi)容培訓(xùn)需求[9]。

表1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件功能項(xiàng)目表

3.3 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真功能

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可對(duì)聯(lián)鎖調(diào)度進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)基本操作功能、列車運(yùn)行仿真功能和非正常情況下仿真功能等內(nèi)容。

3.3.1 基本操作功能

(1)新建線路標(biāo)準(zhǔn)界面，采用新標(biāo)準(zhǔn)，坡道接車進(jìn)站信號(hào)的開放要不間斷檢查延續(xù)進(jìn)路區(qū)段空閑狀態(tài)。

(2)自動(dòng)閉塞多站相連模擬行車，如出現(xiàn)站場(chǎng)咽喉方向不一致的兩個(gè)站環(huán)接，則需修改代碼在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)模擬行車，將此種情況改為可配置或軟件自主判別。

(3)界面指示燈狀態(tài)變化，對(duì)于各型號(hào)聯(lián)鎖界面中的零散指示燈，或者狀態(tài)指示燈，其狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬仿真，不同的狀態(tài)具備不同的顯示效果。

(4)記錄功能可實(shí)現(xiàn)軟件界面的操作回放。

(5)根據(jù)數(shù)據(jù)配置文件來(lái)確定按鈕的名稱、形式，保證仿真界面按鈕與現(xiàn)場(chǎng)的一致性。

3.3.2 列車運(yùn)行仿真功能

(1)輔助路票發(fā)車仿真，在區(qū)間紅光帶情況下，首次發(fā)車不開信號(hào)，采用路票發(fā)車，列車順序壓過發(fā)車進(jìn)路，之后發(fā)車直接開信號(hào)。

(2)各界面對(duì)于通過按鈕的封鎖做共性處理，不再按照名稱控制。

(3)中岔要隨發(fā)車進(jìn)路自動(dòng)單鎖，防護(hù)道岔是否要隨主道岔邏輯位置鎖閉而自動(dòng)單鎖需處理為可配置。

(4)選岔前的進(jìn)路條件檢查，檢查不通過則不允許有選岔動(dòng)作，檢查條件包括照查、道岔單鎖非邏輯位置、道岔或防護(hù)道岔岔封等。

(5)道岔轉(zhuǎn)動(dòng)過程仿真室外，先斷表示，然后轉(zhuǎn)動(dòng)到位，恢復(fù)表示。

(6)道岔區(qū)段紅光帶、綠光帶、白光帶時(shí)道岔室外強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)，監(jiān)控機(jī)界面顯示需要斷表示。

(7)站內(nèi)無(wú)岔區(qū)段，接近區(qū)段可實(shí)現(xiàn)封鎖。

3.3.3 非正常情況下仿真功能

(1)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)典型案例，可以自由編輯題目(最多只能編寫25步)。

(2)接發(fā)車非正常情況演練時(shí)，辦理閉塞及開放引導(dǎo)信號(hào)會(huì)彈出電子簿冊(cè)，以便對(duì)進(jìn)路的辦理以及信號(hào)的開放進(jìn)行記錄。

(3)全場(chǎng)停電模擬分為兩種，一種為室外設(shè)備停電、聯(lián)鎖不停電，另一種為室外設(shè)備及聯(lián)鎖均停電，兩種模式可切換；聯(lián)鎖全場(chǎng)停電，需上電解鎖時(shí)，中岔直接解鎖無(wú)延時(shí)。

(4)針對(duì)進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方第一個(gè)區(qū)段出現(xiàn)紅光帶故障時(shí)，不應(yīng)實(shí)現(xiàn)閉塞辦理功能(iLOCK聯(lián)鎖軟件面對(duì)該故障，則可以辦閉塞，其他型號(hào)聯(lián)鎖均不能辦理閉塞)。

(5)自動(dòng)閉塞雙接故障按鈕及雙接故障恢復(fù)按鈕處理為可配置控制其顯示，類似鄰站半自動(dòng)閉塞模擬按鈕。

(6)區(qū)段故障/區(qū)段占用情況下，手動(dòng)扳道岔，顯示失去表示狀態(tài)。

(7)對(duì)于半自動(dòng)閉塞有閉塞切換、計(jì)軸功能的站，半自動(dòng)閉塞自動(dòng)辦理。

4 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用

4.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用情況

系統(tǒng)利用聯(lián)鎖調(diào)度仿真軟件采用Visual Studio 2013框架進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，整體應(yīng)用UML建模，同時(shí)完成了兼容性設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于通用WINDOWS計(jì)算機(jī)平臺(tái)[10]。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)，得到鐵路運(yùn)輸部門的一致好評(píng)。

4.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用范圍

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)適用范圍廣泛，主要有：

(1)鐵路運(yùn)營(yíng)單位：對(duì)于高速鐵路值班員培訓(xùn)具有重要意義，主要客戶是各個(gè)鐵路局(集團(tuán)公司)和鐵路沿線的車站。

(2)高校教學(xué)單位：主要針對(duì)開設(shè)信號(hào)專業(yè)和交通運(yùn)輸專業(yè)的高校建設(shè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。目前全國(guó)開設(shè)了相關(guān)專業(yè)的高校近100所，而且超一半的高校都是近兩三年才開設(shè)這些專業(yè)，急需建設(shè)配套的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[11]。

(3)其他制式軌道交通：可以根據(jù)地鐵、有軌電車、懸掛式單軌、山地軌道交通等新制式軌道交通特殊需求進(jìn)行延伸功能配置，滿足培訓(xùn)基地或沿線車站培訓(xùn)需求。

(4)海外項(xiàng)目：可以根據(jù)海外項(xiàng)目需求，量身打造適用于當(dāng)?shù)匦枨蟮暮Ｍ猱?dāng)?shù)丶夹g(shù)人員培訓(xùn)。

5 結(jié)論

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，能有效解決現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)設(shè)備不能反復(fù)演練的難題；同時(shí)，該平臺(tái)突破了培訓(xùn)工作中時(shí)間、空間、人員數(shù)量的限制，提高培訓(xùn)效率，節(jié)約培訓(xùn)成本；此外，該系統(tǒng)直觀性好，使培訓(xùn)人員身臨其境，便于理解和掌握培訓(xùn)內(nèi)容；最后，該平臺(tái)具有考試模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)操題目用戶的自主出題和自動(dòng)判別，解決難以考察實(shí)訓(xùn)效果的難題。