高帆等

[摘 要]利用Opentrack軟件可以對城市軌道交通列車運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時仿真，以動畫的形式呈現(xiàn)給用戶，并可生成列車運(yùn)行圖等有效數(shù)據(jù)，從事運(yùn)營管理的人可直觀判斷并計算分析城市軌道交通行車組織方案是否可行、可靠。發(fā)揮Opentrack軟件優(yōu)良的仿真特性，為學(xué)生提供很好的實(shí)驗(yàn)平臺，可設(shè)計開放式、綜合性、研究性的仿真實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，從而培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的應(yīng)用型人才。

[關(guān)鍵詞]Opentrack 行車組織仿真實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號] TP391.9；U239.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）18-0101-02

引言

城市軌道交通在設(shè)計上一般有站間距離較短、行車密度較高、行駛速度較快、安全性能好的要求。因此，對于從事運(yùn)行管理的人員來說，根據(jù)客流量等前期數(shù)據(jù)計算并制訂合理的行車組織方案對日后軌道交通安全、高效運(yùn)行起著決定性作用。所以，如果能在正式運(yùn)營之前依據(jù)設(shè)計好的行車組織方案對列車運(yùn)行進(jìn)行仿真測試，并依據(jù)仿真結(jié)果修改而制訂出更加合理、可靠的行車組織方案也有著重要意義。

利用Opentrack軟件實(shí)現(xiàn)仿真后，用戶可直觀地看到列車運(yùn)行過程、軌道占用情況、進(jìn)路排列情況等的二維動畫。然后，用戶可利用仿真后設(shè)置生成的列車運(yùn)行圖等仿真數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種指標(biāo)的計算和分析，以進(jìn)一步確定行車組織方案的可行性并做出合理優(yōu)化。

目前城市軌道交通運(yùn)營管理的數(shù)字化、智能化、信息化是可持續(xù)發(fā)展的根本保證，這要求學(xué)校培養(yǎng)具有專業(yè)理論知識和熟練操作能力的，適應(yīng)生產(chǎn)、管理、服務(wù)于一線的應(yīng)用型人才。為滿足培養(yǎng)需求，運(yùn)用Opentrack軟件給學(xué)生提供一個良好的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)生利用多方面專業(yè)理論知識自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)。這樣遠(yuǎn)比傳統(tǒng)教學(xué)模式中單純的知識灌輸更加形象直接，也更易于學(xué)生的理解和應(yīng)用。

一、Opentrack軟件結(jié)構(gòu)和功能

（一）Opentrack軟件結(jié)構(gòu)

Opentrack用戶需輸入的三大類型數(shù)據(jù)分別對應(yīng)三個模塊：車輛和牽引機(jī)車數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)線路設(shè)施數(shù)據(jù)和列車時刻表數(shù)據(jù)，用戶輸入相關(guān)數(shù)據(jù)信息后即可進(jìn)行仿真。仿真運(yùn)行是利用連續(xù)—離散計算方法來模擬的，通過不同運(yùn)動方式連續(xù)模擬列車運(yùn)行，離散模擬信號設(shè)備信息顯示狀態(tài)。仿真過程中能提供多種不同格式的數(shù)據(jù)輸出以ASCII碼形式保存，用戶可根據(jù)需要用文本編輯器或Excel完成保存和處理。

（二）Opentrack軟件功能

結(jié)合我國城市軌道交通的發(fā)展情況，經(jīng)過應(yīng)用實(shí)踐，Opentrack軟件除了可以完成列車運(yùn)行實(shí)時仿真外，還可對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行需求分析與規(guī)劃，以及完成對線路和車站的運(yùn)營能力分析和列車牽引分析。設(shè)置列車時刻表并分析其適應(yīng)性和魯棒性，同時還能對自動閉塞系統(tǒng)和移動閉塞系統(tǒng)等多種信號系統(tǒng)進(jìn)行分析。此外其最突出的功能是事故模擬（基礎(chǔ)設(shè)施故障和車輛故障等）和延遲模擬分析。

二、基于Opentrack的行車仿真實(shí)驗(yàn)流程

（一）實(shí)驗(yàn)的目的及意義

在有關(guān)行車組織方案的日常教學(xué)中，由于涉及的專業(yè)知識面廣且多數(shù)需以動態(tài)模式展示，所以在教學(xué)過程中往往存在教授知識片面、不夠系統(tǒng)直觀的問題。這都是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識和技術(shù)進(jìn)行城市軌道交通有效安全運(yùn)營等專業(yè)能力的瓶頸。利用Opentrack軟件不僅可幫助教師完成教學(xué)演示，還可幫助學(xué)生直觀、輕松地學(xué)習(xí)多方面的專業(yè)知識，將理論知識與實(shí)際聯(lián)系起來，提高學(xué)生對多類專業(yè)知識的實(shí)際應(yīng)用能力。學(xué)生還可利用該軟件在課后自主實(shí)驗(yàn)完成操作仿真，大大地提高自主創(chuàng)新能力的實(shí)際操作能力。

（二）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計與開發(fā)

Opentrack作為良好的輔助工具，首先應(yīng)制訂好行車組織計劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿真并利用仿真數(shù)據(jù)完成對列車運(yùn)行計劃的合理優(yōu)化分析。利用Opentrack完成仿真實(shí)驗(yàn)的操作流程如圖所示。

三、基于Opentrack的行車仿真實(shí)驗(yàn)操作

（一）線路搭建及其數(shù)據(jù)輸入

利用Opentrack進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真的基礎(chǔ)是線路搭建。利用路網(wǎng)編輯器，構(gòu)建車站及區(qū)間的軌道網(wǎng)拓?fù)鋱D，并對線路長度、曲線半徑、坡度、線路等信息進(jìn)行編輯。[4]不僅可以搭建簡單線路，還可完成對復(fù)雜線路、不同種配線的搭建。

利用Opentrack分別對其完成仿真運(yùn)行，用戶便可直觀地看到列車運(yùn)行情況并得到多方面結(jié)果數(shù)據(jù)，完成對不同運(yùn)行結(jié)果的比對分析，從而確定哪種運(yùn)行方案更加適用、可靠。

在歐洲，挪威軌道交通全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行測試均是由Opentrack軟件仿真模擬的，并且充分發(fā)揮了Opentrack完成復(fù)雜線路仿真的特性。

（二）信號系統(tǒng)的設(shè)置及其數(shù)據(jù)輸入

為保證列車必要的通過能力和行車安全[5]，將軌道線路分成若干個區(qū)間（閉塞分區(qū)）。在每個區(qū)段內(nèi)只允許一列列車運(yùn)行，使前行列車和追蹤列車之間保持一定的距離，這種行車方法為空間間隔法的閉塞方式，也是我國常用的閉塞方式。Opentrack軟件仿真時采用的就是這種閉塞方式，用三種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過對信號機(jī)的設(shè)置來描述線路網(wǎng)絡(luò)。

第一層次為區(qū)段。區(qū)段由一系列連續(xù)的雙頂點(diǎn)和雙頂點(diǎn)之間的軌道組成，即閉塞區(qū)間。第二層次為進(jìn)路。進(jìn)路是列車或調(diào)車車列在站內(nèi)運(yùn)行所經(jīng)過的線路，由同一方向的一個或多個區(qū)段組成。第三層次為運(yùn)行路線，即為列車排列進(jìn)路，決定列車的運(yùn)行線路。

在該軟件中，聯(lián)鎖是按照既定規(guī)則在后臺自動實(shí)現(xiàn)的，用戶只需根據(jù)列車實(shí)際運(yùn)行線路排好進(jìn)路，通過對運(yùn)行線（Course）的設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)信號機(jī)、進(jìn)路道岔的聯(lián)鎖，列車運(yùn)行線路即可自動生成。

（三）車輛的設(shè)置及其數(shù)據(jù)輸入

Opentrack作為一款基于鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的仿真軟件，把列車分為城際列車、區(qū)域列車、貨物列車，不同的列車類型決定了軟件中阻力計算公式的不同。該軟件本身具有在仿真計算中應(yīng)用的列車數(shù)據(jù)庫，用戶可根據(jù)需要直接進(jìn)行選擇，操作相對簡單，同時軟件還支持用戶自定義列車類型，通過列車屬性編輯器按要求輸入列車的相關(guān)參數(shù)，包括最大加速度、列車重量、牽引制動曲線等。

編輯好列車數(shù)據(jù)后，軟件依據(jù)列車作業(yè)過程，按照后臺既定規(guī)則模擬所有列車在線路內(nèi)的運(yùn)行過程。其核心部分為運(yùn)行模擬，主要通過牽引計算實(shí)現(xiàn)，但用戶可將軟件看成一個“黑箱”，無需探究其內(nèi)部操作過程，只需根據(jù)要求輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，并直接利用其仿真結(jié)果即可。

（四）完成仿真及其結(jié)果輸出

最后用戶只需將事先制訂的行車組織方案中的列車時刻表的相關(guān)時間按照要求輸入到仿真軟件中即可完成列車運(yùn)行仿真。用戶可直觀地看到列車運(yùn)行過程、軌道占用情況、進(jìn)路排列情況等的二維動畫，且可利用仿真后設(shè)置生成的列車運(yùn)行圖等仿真數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種指標(biāo)的計算和分析。

四、結(jié)語

經(jīng)過實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)將Opentrack仿真軟件運(yùn)用到平時教學(xué)中后，除了對教師的課堂講解起到較好的輔助作用之外，對于學(xué)生各方面能力的提高也有著顯著的作用。借助Opentrack仿真軟件，可提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的應(yīng)用型人才，從而更好地服務(wù)于城市軌道交通行業(yè)。同時，仿真實(shí)驗(yàn)作為一種全新的教學(xué)手段，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，尤其是在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備受到限制的條件下，開展實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)是一條切實(shí)可行之路，也是高等教育的大眾化發(fā)展的一種必然趨勢。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 邱薇華，李健.城市軌道交通企業(yè)管理[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[2] 高帆，謝世豪.基于Opentrack的軌道交通運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)開發(fā)與設(shè)計[J].沿海企業(yè)與科技，2013（4）：28.

[3] 徐金祥，沖蕾.城市軌道交通信號基礎(chǔ)[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]