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        高鐵列車(chē)調(diào)度員CTC實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

        2021-09-16 08:41:04郭峰李慶鋒李鵬飛潘榮坤
        中華建設(shè) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:調(diào)度員列車(chē)運(yùn)行行車(chē)

        郭峰 李慶鋒 李鵬飛 潘榮坤

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,高速鐵路在我國(guó)得到了快速發(fā)展,逐漸形成了高鐵網(wǎng)絡(luò)。高鐵具有快速、舒適、行車(chē)間隔短、安全和環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn),這強(qiáng)力吸引著人們以高鐵作為出行方式的首選。但如果發(fā)生行車(chē)安全事故,其帶來(lái)的后果是不堪設(shè)想的,因此行車(chē)安全是鐵路永恒不變的主題。而高鐵列車(chē)調(diào)度員作為行車(chē)的管理者和指揮者,肩負(fù)著列車(chē)運(yùn)行安全的重要使命,因此有必要加強(qiáng)對(duì)高鐵列車(chē)調(diào)度員的能力培訓(xùn)。正常情況下,采用的培訓(xùn)模式都脫離了設(shè)備,多以“對(duì)話”方式進(jìn)行。由此可見(jiàn),這種方式并不能帶來(lái)高效、滿意的培訓(xùn)結(jié)果。CTC系統(tǒng)以其先進(jìn)的功能,輔助列車(chē)調(diào)度員輕松完成行車(chē)作業(yè),且起到了保障行車(chē)安全的目的。但是,在突發(fā)情況下,高鐵列車(chē)調(diào)度員由于自身業(yè)務(wù)水平、決策能力和處置經(jīng)驗(yàn)等的限制,導(dǎo)致無(wú)法有效、快速地處置行車(chē)突發(fā)事件,這將對(duì)行車(chē)安全產(chǎn)生致命打擊。綜上,對(duì)高鐵列車(chē)調(diào)度員是有必要時(shí)刻進(jìn)行強(qiáng)化演練和培訓(xùn),從而有效保證行車(chē)安全。這迫切需要一套CTC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),輔助高鐵列車(chē)調(diào)度員完成日常訓(xùn)練,保障高鐵行車(chē)安全。

        近年來(lái),相關(guān)學(xué)者和專家對(duì)高鐵列車(chē)調(diào)度員實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)都進(jìn)行了大量研究,且成果頗豐。宋鵬飛等基于CTC實(shí)際數(shù)據(jù),研究集聯(lián)鎖、閉塞、列控和通信等為一體的仿真平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了無(wú)差異化的教學(xué);馬文暉等針對(duì)鐵路現(xiàn)場(chǎng)中調(diào)度員對(duì)工作的需求,詳細(xì)分析了CTC系統(tǒng)功能,從功能仿真出發(fā),設(shè)計(jì)了CTC仿真培訓(xùn)系統(tǒng);張曉梅從CTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析,通過(guò)數(shù)據(jù)建模、模型轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫(kù)建立和仿真編程實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì);何宏偉對(duì)現(xiàn)有設(shè)備做出分析,從系統(tǒng)環(huán)境、教學(xué)功能和日常管理三方面出發(fā),融合多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),對(duì)仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行了研究;陳世忠等提出一套鐵路調(diào)度實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng),能進(jìn)行非正常情況設(shè)置,全過(guò)程反映列車(chē)調(diào)度員的處置流程和執(zhí)行情況。

        通過(guò)這些研究成果,為本文提供了大量的參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)?;谶@些成果,本文也將著重對(duì)高鐵列車(chē)調(diào)度員實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行研究,以期對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面有所助力,最終促進(jìn)高鐵行車(chē)日益安全。

        一、高鐵列車(chē)調(diào)度員培訓(xùn)現(xiàn)狀分析

        目前,針對(duì)鐵路行車(chē)人員實(shí)操訓(xùn)練,主要采用的是“對(duì)話”方式進(jìn)行,達(dá)不到訓(xùn)練的效果,無(wú)法真實(shí)體驗(yàn)操作過(guò)程。通過(guò)現(xiàn)有訓(xùn)練模式分析,在許多方面都存在問(wèn)題,主要集中在以下幾點(diǎn)。

        1.培訓(xùn)模式方面

        當(dāng)前高鐵列車(chē)調(diào)度員的培訓(xùn),主要采用線下理論培訓(xùn)的傳統(tǒng)模式,缺乏列車(chē)調(diào)度員動(dòng)手操作的實(shí)踐環(huán)節(jié),較大程度上影響到列車(chē)調(diào)度員解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí),采用教員講解、學(xué)員聽(tīng)課的形式,受教員的教學(xué)水平、知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)員技能不同的影響,若采用同一情景、同一環(huán)境下教學(xué),使得培訓(xùn)結(jié)果因人而異,無(wú)法針對(duì)不同的學(xué)員做到因材施教。這種模式不僅加大了培訓(xùn)強(qiáng)度,也延長(zhǎng)了列車(chē)調(diào)度員的培養(yǎng)、培訓(xùn)周期。

        2.應(yīng)急處置培訓(xùn)方面

        日常演練多在“天窗”時(shí)段內(nèi)進(jìn)行,采用“口頭對(duì)話”方式進(jìn)行,難以還原現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景化的演示操作,只是按照固定流程完成應(yīng)急處置。而且,日常對(duì)于非正常行車(chē)處置培訓(xùn)方面,都局限于規(guī)章和案例講解,學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥,無(wú)法真正領(lǐng)會(huì)處置流程。

        因此,急需一套CTC實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng),模擬真實(shí)作業(yè)環(huán)境,解決目前高鐵列車(chē)調(diào)度員培訓(xùn)所面臨的問(wèn)題。

        二、詳解CTC實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)

        1.實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)簡(jiǎn)介

        利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù),結(jié)合系統(tǒng)集成技術(shù),綜合設(shè)計(jì)CTC實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)。構(gòu)建具備運(yùn)行圖終端、助調(diào)終端、調(diào)度命令終端、調(diào)度監(jiān)督終端以及實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)的仿真平臺(tái)。

        2.實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)功能

        (1)運(yùn)行圖終端

        運(yùn)行圖終端系統(tǒng)是CTC系統(tǒng)的重要組成部分,是行車(chē)調(diào)度組織工作的重要工具,也是實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的重要組成部分。通過(guò)運(yùn)行圖終端系統(tǒng),主要實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃編制和調(diào)整、計(jì)劃下達(dá)管理、列車(chē)屬性管理、列車(chē)節(jié)點(diǎn)屬性管理以及列車(chē)查找等相關(guān)功能。操作方式與實(shí)際調(diào)度臺(tái)運(yùn)行圖終端保持一致。

        (2)助調(diào)終端

        助調(diào)終端系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)列車(chē)進(jìn)路的自動(dòng)排列,必要時(shí)可進(jìn)行人工干預(yù),以及對(duì)道岔、信號(hào)機(jī)的相關(guān)操作。由自律機(jī)系統(tǒng)根據(jù)階段計(jì)劃,自動(dòng)生成接發(fā)車(chē)進(jìn)路序列表,顯示車(chē)次號(hào)、計(jì)劃時(shí)間、觸發(fā)條件、股道、進(jìn)路類型、進(jìn)路名稱、觸發(fā)方式及狀態(tài)等信息。在助調(diào)終端可對(duì)觸發(fā)方式、股道等進(jìn)行人工干預(yù)。操作方式與實(shí)際調(diào)度臺(tái)助調(diào)終端保持一致。

        (3)調(diào)度命令終端

        調(diào)度命令終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令管理、編輯、審批、下發(fā)、簽收和查詢功能,以及列控限速命令的設(shè)置和下達(dá)功能。

        列控限速管理模擬仿真TSRS,接受調(diào)度命令終端系統(tǒng)編制生成的列控限速命令,實(shí)現(xiàn)列控限速命令的激活校驗(yàn)、初始化、執(zhí)行、刪除等基本操作。操作方式與實(shí)際調(diào)度臺(tái)一致。

        (4)調(diào)度監(jiān)督終端

        調(diào)度監(jiān)督終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)區(qū)段畫(huà)面/單站畫(huà)面自由切換,主要對(duì)站場(chǎng)示意圖、信號(hào)機(jī)、線路和車(chē)站等進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)調(diào)度監(jiān)督終端系統(tǒng),對(duì)列車(chē)運(yùn)行整個(gè)過(guò)程實(shí)施全程監(jiān)控。

        (5)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)

        實(shí)訓(xùn)管理的對(duì)象主要為學(xué)員和訓(xùn)練內(nèi)容。具備學(xué)員登錄客戶端、創(chuàng)建訓(xùn)練內(nèi)容、更新訓(xùn)練內(nèi)容、接收訓(xùn)練內(nèi)容、訓(xùn)練環(huán)境初始化的功能。通過(guò)教員創(chuàng)建并實(shí)時(shí)更新訓(xùn)練內(nèi)容,以符合實(shí)際作業(yè)規(guī)范,和滿足個(gè)性化訓(xùn)練的目的。

        三、實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        為了與現(xiàn)實(shí)CTC系統(tǒng)功能吻合,最大程度復(fù)刻系統(tǒng)功能,需要對(duì)CTC實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真環(huán)境的搭建。主要包括調(diào)度臺(tái)CTC操作終端、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、通信接口服務(wù)器等,并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)互聯(lián)。具體如下圖所示。

        圖1 仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)環(huán)境結(jié)構(gòu)

        2.通信、信號(hào)系統(tǒng)仿真

        通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)的搭建,在現(xiàn)有CTC平臺(tái)的基礎(chǔ)上,仿真構(gòu)建一套與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境一致的仿真系統(tǒng)。RBC、GSM-R、聯(lián)鎖和TSRS是維持CTC仿真平臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心通信、信號(hào)系統(tǒng),針對(duì)這幾部分內(nèi)容進(jìn)行功能仿真。

        (1)RBC仿真

        CTC仿真系統(tǒng)通過(guò)RBC接口服務(wù)器與RBC系統(tǒng),采用專用數(shù)字通道進(jìn)行連接,兩者實(shí)現(xiàn)信息互通功能。CTC能從RBC接受列車(chē)信息,列車(chē)相關(guān)信息包含了列車(chē)車(chē)次號(hào)、速度、位置、長(zhǎng)度以及移動(dòng)授權(quán)等。除了從RBC處接受列車(chē)信息以外,RBC還需要從CTC接受文本信息,按照系統(tǒng)的指令對(duì)仿真列車(chē)進(jìn)行創(chuàng)建、注冊(cè),實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行仿真。

        (2)GSM-R仿真

        CTC仿真系統(tǒng)通過(guò)GSM-R接口服務(wù)器與GSM-R系統(tǒng),采用專用數(shù)字通道或者以太網(wǎng)進(jìn)行連接,兩者實(shí)現(xiàn)信息互通功能。CTC可向GSM-R發(fā)送無(wú)線調(diào)度命令、無(wú)線進(jìn)路預(yù)告等信息。CTC從GSM-R接受無(wú)線車(chē)次校核信息、調(diào)度命令、進(jìn)路預(yù)告等信息。

        (3)聯(lián)鎖仿真

        CTC仿真系統(tǒng)通過(guò)車(chē)站自律機(jī)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備連接,兩者實(shí)現(xiàn)信息互通功能,雙方需要保證控制指令的完整傳達(dá)和執(zhí)行。CTC可向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送控制指令,并接受來(lái)自于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)反饋的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)以及設(shè)備報(bào)警等重要信息??刂浦噶畎ㄅ帕羞M(jìn)路、總?cè)斯そ怄i、道岔解鎖、信號(hào)機(jī)操作等相關(guān)指令。

        (4)TSRS仿真

        CTC仿真系統(tǒng)通過(guò)TSRS接口服務(wù)器與TSRS系統(tǒng),采用專用數(shù)字通道進(jìn)行連接,兩者實(shí)現(xiàn)信息互通功能。CTC系統(tǒng)可向TSRS發(fā)送臨時(shí)限速調(diào)度命令,以及臨時(shí)限速命令的激活和執(zhí)行,并從TSRS處接受限速命令激活和執(zhí)行結(jié)果,以及臨時(shí)限速的狀態(tài)信息。

        四、仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

        1.模擬列車(chē)運(yùn)行技術(shù)

        模擬列車(chē)運(yùn)行是仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵,而列車(chē)的牽引、制動(dòng)過(guò)程是模擬列車(chē)運(yùn)行的核心所在,系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)實(shí)際速度和列控允許速度的差距,完成列車(chē)制動(dòng)或者牽引,實(shí)現(xiàn)列車(chē)位移。

        (1)線路允許速度的確定

        由于實(shí)際中的線路情況復(fù)雜,運(yùn)行環(huán)境多變,導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行至不同地段,使得允許速度受不同條件限制,包括線路臨時(shí)限速、橋梁和曲線限速等。因此,列車(chē)運(yùn)行允許速度應(yīng)分地段取各限速條件對(duì)應(yīng)的最小值,即

        圖2 線路區(qū)段允許速度

        (2)列控允許速度曲線的建立

        通過(guò)以上方法,得到列控允許速度曲線,如下圖所示。

        圖3 列控允許速度曲線

        (3)模擬列車(chē)運(yùn)行

        2.進(jìn)路觸發(fā)檢測(cè)技術(shù)

        列車(chē)在站到發(fā)及通過(guò),需要提前排列相應(yīng)進(jìn)路。CTC系統(tǒng)中,通過(guò)進(jìn)路序列實(shí)現(xiàn)進(jìn)路排列。因此,進(jìn)路觸發(fā)是仿真系統(tǒng)的又一關(guān)鍵技術(shù)。進(jìn)路觸發(fā)時(shí)機(jī)受時(shí)空關(guān)系邏輯控制,在列車(chē)到達(dá)或通過(guò)之前10分鐘或者提前8個(gè)閉塞分區(qū)觸發(fā)進(jìn)路,開(kāi)放信號(hào);在列車(chē)出發(fā)之前1-2分鐘觸發(fā)進(jìn)路,開(kāi)放信號(hào)。但是,這并不代表只要列車(chē)進(jìn)路觸發(fā)時(shí)機(jī)滿足觸發(fā)條件,即可排列進(jìn)路。區(qū)間和車(chē)站內(nèi)存在列車(chē)群,可能多列車(chē)同時(shí)滿足這樣的時(shí)空條件,且這些列車(chē)的進(jìn)路之間存在共同部分。所以,在觸發(fā)進(jìn)路之前,需要由系統(tǒng)激活進(jìn)路觸發(fā)檢測(cè)機(jī)制,符合要求后方可進(jìn)行進(jìn)路觸發(fā)。

        當(dāng)多列列車(chē)的進(jìn)路觸發(fā)時(shí)機(jī)滿足時(shí)空條件后,由系統(tǒng)遍歷區(qū)間、車(chē)站內(nèi)所有列車(chē),獲取這些列車(chē)的到發(fā)、通過(guò)時(shí)刻以及線路占用信息。通過(guò)檢測(cè)本列車(chē)前方徑路是否被占用,并根據(jù)列車(chē)到發(fā)、通過(guò)時(shí)刻優(yōu)先檢測(cè),若無(wú)占用,則觸發(fā)進(jìn)路。進(jìn)路觸發(fā)檢測(cè)機(jī)制如下圖所示。

        圖4 進(jìn)路觸發(fā)檢測(cè)機(jī)制流程

        通過(guò)模擬列車(chē)運(yùn)行和進(jìn)路觸發(fā)檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)虛擬列車(chē)的自走行,為高鐵列車(chē)調(diào)度員的培訓(xùn)提供了環(huán)境基礎(chǔ)。

        五、結(jié)語(yǔ)

        按照上述內(nèi)容以及仿真設(shè)計(jì),構(gòu)建的CTC實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo)。

        1.改變了傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式

        通過(guò)實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái),真實(shí)還原與現(xiàn)場(chǎng)一致的作業(yè)場(chǎng)景,極大解決了理論和實(shí)際脫節(jié)的問(wèn)題,加強(qiáng)了對(duì)學(xué)員實(shí)踐能力的培養(yǎng),減少由于人員因素差異對(duì)培訓(xùn)結(jié)果的影響,減輕了培訓(xùn)負(fù)荷,縮短了培訓(xùn)周期,作用效果明顯。

        2.通過(guò)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng),可由教員根據(jù)教學(xué)安排自行創(chuàng)建培訓(xùn)內(nèi)容,并下發(fā)至學(xué)員,通過(guò)系統(tǒng)加載內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練。尤其是針對(duì)行車(chē)突發(fā)應(yīng)急事件,通過(guò)CTC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)突發(fā)應(yīng)急事件預(yù)演,使高鐵列車(chē)調(diào)度員熟悉整個(gè)操作流程,從而保障了行車(chē)安全。

        基于實(shí)際數(shù)據(jù)構(gòu)建CTC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),通過(guò)不斷演練培訓(xùn),提升了高鐵列車(chē)調(diào)度員的業(yè)務(wù)水平、決策能力和處置經(jīng)驗(yàn),保障了高鐵行車(chē)安全,適應(yīng)了我國(guó)高速鐵路的發(fā)展需求。

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