馬秀飛，王柏華

（江蘇師范大學(xué)軌道交通信息與控制國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，徐州 221116）

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展，高鐵行業(yè)從業(yè)人員逐步增多，人才培養(yǎng)需求旺盛。高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是鐵路信號(hào)控制的核心，是一個(gè)復(fù)雜龐大、設(shè)備種類繁多且價(jià)格昂貴的系統(tǒng)[1-2]。目前，我國(guó)鐵路行業(yè)的列控設(shè)備處于全天候的持續(xù)工作狀態(tài)，對(duì)列控設(shè)備的各類操作關(guān)乎鐵路行車安全，稍有不慎，可能引發(fā)鐵路行車事故，給鐵路運(yùn)輸造成巨大損失。除了在“垂直”天窗點(diǎn)內(nèi)，其他時(shí)間禁止對(duì)列控設(shè)備進(jìn)行各類非指令性操作，實(shí)際運(yùn)行中的列控設(shè)備給予人員操作演示和實(shí)踐學(xué)習(xí)的空間太小。完整的真實(shí)列控系統(tǒng)由于設(shè)備規(guī)模大、成本高昂、不能單站運(yùn)行、需要車地配合等原因，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。因此，我中心聯(lián)合北京中智天成信息技術(shù)有限公司開發(fā)了一套集成度高、運(yùn)行條件簡(jiǎn)單、具有實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)功能的高鐵列控虛擬仿真系統(tǒng)，以滿足相關(guān)專業(yè)學(xué)生教學(xué)和職工培訓(xùn)的需求。

1 高鐵列控虛擬仿真系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）完整的列控系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)除了仿真列控主機(jī)外，還包括CTC、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、TCC、車載等設(shè)備仿真，以及線路數(shù)據(jù)仿真，提供了龐大完整的仿真功能。

（2）強(qiáng)大的室外仿真環(huán)境

高鐵列控設(shè)備的特點(diǎn)之一是不能單站或單區(qū)間運(yùn)行，需要較長(zhǎng)的線路環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室不具備該條件。本系統(tǒng)的線路仿真服務(wù)器提供了系統(tǒng)運(yùn)行所需要的室外環(huán)境，并可隨意設(shè)置各種正?；蚬收蠣顟B(tài)，如線路占用、災(zāi)害、燈絲斷絲等，使系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各種條件下的仿真。線路仿真服務(wù)器還可以模擬列車運(yùn)行，通過牽引計(jì)算控制列車運(yùn)行速度，并按照真實(shí)車長(zhǎng)在軌道上等比例顯示，保持與室外行車的一致性。

（3）數(shù)據(jù)圖形化顯示

列控系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要龐大的數(shù)據(jù)做為基礎(chǔ)，列控系統(tǒng)內(nèi)部存在著大量的數(shù)據(jù)交互，而這些數(shù)據(jù)的查看和理解需要時(shí)間，而且數(shù)據(jù)變化多，稍縱即逝，實(shí)驗(yàn)者不容易觀察到。為了將抽象復(fù)雜的數(shù)據(jù)形象直觀的讓實(shí)驗(yàn)者看到，本系統(tǒng)的線路仿真服務(wù)器提供了數(shù)據(jù)的圖形化顯示方式，在列車收到應(yīng)答器報(bào)文或行車許可后，可以立即繪制出行車許可曲線，一目了然，方便觀察。

（4）具有語(yǔ)音提示功能

1.1 臨床資料 回顧性分析2012年5月至2016年12月江蘇省中醫(yī)院收治的52例SAP患者，其中男性32例，女性20例；年齡28～76歲，平均年齡（47.3±12.7）歲；膽源性胰腺炎29例，暴飲暴食10例，高脂血癥8例，病因不明5例。所有患者的診斷均符合《急性胰腺炎診治指南》［5］，本研究經(jīng)過本院的倫理委員會(huì)審查同意，所有納入人群均簽署知情同意書；排除合并嚴(yán)重心肝腎或其他全身系統(tǒng)性疾病、機(jī)械性腸梗阻、腸道占位或正在參加其他藥物試驗(yàn)者。

列控系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)是動(dòng)態(tài)變化的，每種事件都是瞬間發(fā)生，且很多事件的發(fā)生都與數(shù)據(jù)變化有關(guān)系，用戶無法及時(shí)捕捉。本系統(tǒng)提供了關(guān)鍵事件語(yǔ)音提示功能，使得用戶不會(huì)錯(cuò)過任何一個(gè)關(guān)鍵事件。

（5）數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)保持一致

本系統(tǒng)使用鄭西客運(yùn)專線數(shù)據(jù)，該線路為CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，從中截取滎陽(yáng)南至洛陽(yáng)南三站兩區(qū)間做為本系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)的一致。

下面以高鐵列控系統(tǒng)綜合仿真實(shí)驗(yàn)為例，說明本系統(tǒng)在高速鐵路列車運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

2 高鐵列控系統(tǒng)綜合仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：仿真排列進(jìn)路，下達(dá)和取消限速信息，查看應(yīng)答器報(bào)文，觀察車載模式曲線和行車許可信息的變化，仿真各種故障，觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況；兩列列車一前一后同向運(yùn)行，前車采用手動(dòng)控制，后車采用ATP控制，觀察列車追蹤運(yùn)行情況。

2.1 排列進(jìn)路

例如：在滎陽(yáng)南站排列進(jìn)路X3-SF。

操作方法：在聯(lián)鎖軟件界面下方的全景區(qū)域點(diǎn)擊第一個(gè)車站，使聯(lián)鎖界面顯示滎陽(yáng)南站；在滎陽(yáng)南站聯(lián)鎖軟件上依次單擊X3和SF按鈕；進(jìn)路排列成功后，會(huì)以白色光帶顯示，出站信號(hào)機(jī)X3開放點(diǎn)綠燈，如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖進(jìn)路排列結(jié)果

2.2 下達(dá)限速信息

在CTC軟件主菜單上點(diǎn)擊“限速下達(dá)”菜單，彈出限速下達(dá)窗口，起始位置和結(jié)束位置分別選則滎陽(yáng)南、5953，限速值200，即在滎陽(yáng)南站的5953區(qū)段下達(dá)一條限速命令，限速值為200km/h，如圖2所示。

圖2 限速下達(dá)

設(shè)置完成后點(diǎn)擊“生成命令”按鈕生成限速命令，點(diǎn)擊“下達(dá)”按鈕將限速命令下達(dá)到RBC和列控中心，在窗口的限速列表中將會(huì)顯示該條限速信息，并顯示執(zhí)行結(jié)果。在CTC站場(chǎng)圖上也可以看到該限速信息的顯示，如圖3中標(biāo)黃部分表示該區(qū)段有限速。

圖3 限速信息顯示

2.3 查看應(yīng)答器報(bào)文

為了方便學(xué)生更好地理解應(yīng)答器復(fù)雜的報(bào)文結(jié)構(gòu)和含義，本系統(tǒng)對(duì)于應(yīng)答器報(bào)文的每一部分都進(jìn)行了具體詳細(xì)的描述，線路仿真服務(wù)器軟件上顯示的所有應(yīng)答器的報(bào)文都可以實(shí)時(shí)查看，只需要點(diǎn)擊想要查看的應(yīng)答器圖標(biāo)即可。例如：點(diǎn)擊SF處應(yīng)答器組（69-2-2-29號(hào)），彈出如圖4所示的報(bào)文窗口，可以看到報(bào)文中包含了剛下達(dá)的臨時(shí)限速信息（圖中標(biāo)藍(lán)部分的最后一行的描述信息顯示“臨時(shí)限速的限制速度：40×5km/h”，表示相應(yīng)區(qū)段的限速值為200km/h）。

2.4 添加ATP列車

在線路仿真服務(wù)器上，在想要添加列車的位置上單擊鼠標(biāo)右鍵，例如滎陽(yáng)南站3G，彈出如圖5菜單，點(diǎn)擊“添加列車”，彈出列車編輯窗口，可依次設(shè)置列車編號(hào)、運(yùn)行方向、初速度、站名、初始區(qū)段和長(zhǎng)度，如圖6為列車添加成功的界面。

圖4 應(yīng)答器報(bào)文

圖5 線路仿真服務(wù)器右鍵菜單

圖6 列車添加成功界面

2.5 ATP列車注冊(cè)

在DMI車載軟件上依次輸入司機(jī)號(hào)、車次號(hào)，執(zhí)行制動(dòng)測(cè)試，選擇運(yùn)行等級(jí)為“CTCS-3”，使用默認(rèn)的RBC ID和電話號(hào)碼，連接上RBC后，設(shè)置列車長(zhǎng)度，選擇載頻為“下行載頻”，列車啟動(dòng)完成。點(diǎn)擊“目視”按鈕，進(jìn)入目視模式，列車限速40km/h，如圖7所示為DMI目視模式界面。使用鍵盤的向上“↑”和向下“↓”按鍵控制速度，按“↑”鍵列車牽引或取消制動(dòng)，按“↓”鍵列車制動(dòng)或取消牽引。

圖7 DMI目視模式界面

2.6 觀察車載模式曲線的變化

當(dāng)列車車尾越過出站信號(hào)機(jī)后，列車將收到RBC的行車許可，并產(chǎn)生模式曲線，列車的運(yùn)行模式由目視轉(zhuǎn)為完全監(jiān)控模式，如圖8所示，圖中右側(cè)藍(lán)色部分為模式曲線，中間的凹槽為剛剛設(shè)置的臨時(shí)限速。

圖8 DMI完全監(jiān)控模式界面

2.7 觀察行車許可信息

在線路仿真軟件上可以觀察到：列車車頭越過出站信號(hào)機(jī)位置時(shí)收到了C2報(bào)文數(shù)據(jù)，列車上方繪制出了C2行車許可數(shù)據(jù)的圖形；當(dāng)列車車尾越過出站信號(hào)機(jī)且車尾出清后，列車收到了C3行車許可數(shù)據(jù)，在C2數(shù)據(jù)下面繪制出了C3行車許可數(shù)據(jù)的圖形。在C2和C3的圖形上，都可以看到限速信息，以黃線表示，如圖9所示。行車許可曲線下方的白色曲線是線路坡度曲線。

列車運(yùn)行過程中，如果前方出現(xiàn)區(qū)段占用，行車許可將發(fā)生變化。例如：點(diǎn)擊前方區(qū)段6069BG，使其占用，線路仿真服務(wù)器軟件上C3行車許可數(shù)據(jù)曲線立刻縮回，C2數(shù)據(jù)曲線無變化；車載DMI的模式曲線也將同時(shí)變化，目標(biāo)距離變短；當(dāng)再次點(diǎn)擊6069BG區(qū)段使其空閑，C3行車許可數(shù)據(jù)曲線立刻延長(zhǎng)。

圖9 列車車尾越過出站信號(hào)機(jī)時(shí)的行車許可信息

2.8 取消限速

在CTC上點(diǎn)擊限速取消菜單，選中要取消的限速，即可取消該條限速命令。限速取消后線路仿真服務(wù)器中C3行車許可數(shù)據(jù)曲線的限速會(huì)同時(shí)消失，C2數(shù)據(jù)曲線的限速信息依然存在，如圖10所示。這說明限速取消的信息列車已經(jīng)通過RBC收到，但未能通過C2的通道傳送給車載，因?yàn)榱熊囈呀?jīng)越過出站信號(hào)機(jī)，無法收到有源應(yīng)答器中的限速信息。

圖10 限速取消后的行車許可信息變化

2.9 仿真故障

本系統(tǒng)具有各種故障仿真功能，例如仿真線路發(fā)生災(zāi)害、軌道電路分路不良、占用故障、信號(hào)機(jī)燈絲斷絲、GSM-R通信基站故障、應(yīng)答器數(shù)據(jù)丟失等，可以觀察故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。例如：在6069BG上點(diǎn)擊右鍵，彈出如圖11所示菜單，選擇“災(zāi)害”，6069BG變?yōu)榧t色虛線表示該區(qū)段出現(xiàn)災(zāi)害。觀察6069BG前后區(qū)段發(fā)碼情況的變化，發(fā)現(xiàn)6069BG入口的綠燈變?yōu)榧t燈，相鄰的6051BG入口的綠燈變?yōu)辄S燈，如圖12所示。

2.10 列車追蹤運(yùn)行仿真

在ATP列車前方再添加一列“手動(dòng)列車”。例如：在6069BG上單擊右鍵，選擇添加列車，在彈出的窗口中單擊“手動(dòng)添加列車”按鈕，在列車列表中選中該列車，如圖13所示，在右側(cè)的初始化信息中設(shè)置初速度為50，點(diǎn)擊“確定”按鈕。

圖11 軌道區(qū)段設(shè)置菜單

圖12 區(qū)段設(shè)置“災(zāi)害”后的發(fā)碼變化情況

圖13 手動(dòng)添加列車界面

在車載DMI界面上為ATP列車加速，嘗試超越手動(dòng)添加的列車，觀察現(xiàn)象。會(huì)發(fā)現(xiàn)ATP列車始終無法越過前車所在的閉塞分區(qū)入口，說明列車自動(dòng)防護(hù)功能起到了應(yīng)有的作用，可以實(shí)現(xiàn)安全地列車追蹤運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了高速鐵路列車運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出了利用高鐵列控虛擬仿真系統(tǒng)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的解決方法，以高鐵列控系統(tǒng)綜合仿真實(shí)驗(yàn)為例來說明該仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，分別介紹了進(jìn)路排列、限速信息的下達(dá)與取消、應(yīng)答器報(bào)文的查看、車載模式曲線和行車許可信息的觀察、故障仿真、列車追蹤運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)操作方法。通過實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生掌握整個(gè)高鐵列控系統(tǒng)的組成、工作過程和故障分析，增強(qiáng)解決列控系統(tǒng)實(shí)際問題的動(dòng)手能力。