夏進(jìn)波 王 勇

(四川瑞云信通科技有限公司， 成都 610083)

目前，國內(nèi)針對高速鐵路值班員的培訓(xùn)仍以師傅帶徒弟、單機版聯(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)致職工實際動手能力與操作環(huán)節(jié)嚴(yán)重不足、對車站接發(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)場復(fù)雜作業(yè)要求[1]。因此，急需能夠?qū)崿F(xiàn)運輸專業(yè)教學(xué)的實驗系統(tǒng)，用來完成高鐵值班員日常教學(xué)和實訓(xùn)任務(wù)。

擬開發(fā)的系統(tǒng)主要用來完成對聯(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)雜場景實訓(xùn)等培訓(xùn)功能。該系統(tǒng)在培訓(xùn)過程中需對聯(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，此系統(tǒng)還需集成突發(fā)應(yīng)急演練和復(fù)雜場景下的培訓(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實訓(xùn)演練的工具，還是一個針對具體車站資料查詢、邊學(xué)邊練的實用工具；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”到“會”再到“熟練”，最后到“精通”。

同時，該系統(tǒng)也可為鐵路運輸主管部門對現(xiàn)場職工開展客觀性考核和上崗培訓(xùn)提供一個有力的管理平臺，為鐵路實現(xiàn)“強基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”的目標(biāo)提供強力保障；此外，該套高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實訓(xùn)平臺還需滿足鐵路高校相關(guān)運輸專業(yè)的日常教學(xué)任務(wù)，可為《旅客運輸》、《鐵路行車組織基礎(chǔ)》、《鐵路運輸調(diào)度與統(tǒng)計分析》等多門課程開設(shè)相關(guān)實驗內(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，實現(xiàn)鐵路運輸專業(yè)的多元化教學(xué)功能。因此，某公司專門立項完成高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實訓(xùn)平臺的研制。

1 實訓(xùn)平臺需求分析

1.1 實訓(xùn)平臺的結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用語音智能識別技術(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)用場景；從運行圖規(guī)劃到行車進(jìn)路開放、車務(wù)值班員指揮操作，再到模擬司機駕駛完成行車計劃的閉環(huán)環(huán)境，系統(tǒng)需體現(xiàn)所有信號設(shè)備和現(xiàn)場工種的工作聯(lián)動機制關(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)場實際環(huán)境的一致性；同時，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)現(xiàn)場不同聯(lián)鎖及調(diào)度指揮設(shè)備供應(yīng)商的仿真培訓(xùn)，實現(xiàn)“一站一定制”，提高實訓(xùn)效果；此外，實訓(xùn)平臺系統(tǒng)采用沉浸式人機交互演練的方式，實現(xiàn)鐵路車務(wù)人員作業(yè)流程的完全仿真培訓(xùn)和考核。實訓(xùn)平臺的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 實訓(xùn)平臺開發(fā)流程

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實訓(xùn)平臺的開發(fā)流程如圖2所示。該實訓(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)場所需線路和列車的基本信息建成專屬實訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)“1∶1”基礎(chǔ)元素的建模，搭建信號仿真系統(tǒng)的程序設(shè)計場景，完成單角色和多角色作業(yè)模擬，通過場景交互組件的開發(fā)，設(shè)計實訓(xùn)系統(tǒng)教師端和學(xué)生端，完成實訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)流程[5]。

圖2 實訓(xùn)平臺的開發(fā)流程圖

2 實訓(xùn)平臺設(shè)計

2.1 實訓(xùn)平臺技術(shù)突破

與其他實訓(xùn)系統(tǒng)相比，高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實訓(xùn)平臺實現(xiàn)了以下技術(shù)突破：

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

(2)采用通信技術(shù)，結(jié)合鐵路現(xiàn)場需求，實現(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)雜場景實訓(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)采用語音識別技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)和體感交互技術(shù)，完成系統(tǒng)的自動化操作響應(yīng)、人機對話響應(yīng)、人員身份識別和人體動作采集，模擬真實現(xiàn)場操作和信息交互，實現(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，針對不同的學(xué)員實現(xiàn)自主化出題、自動生成試卷、自動判卷和自動分析等功能，解決實訓(xùn)中對學(xué)員實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，實現(xiàn)定制服務(wù)的工程化，以達(dá)到快速響應(yīng)現(xiàn)場工程的需求。

2.2 實訓(xùn)平臺仿真流程

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

圖3 實訓(xùn)平臺的仿真流程圖

由圖3可知，實訓(xùn)平臺仿真流程如下：

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

(2)實訓(xùn)系統(tǒng)仿真環(huán)境啟動后，判斷實驗?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，否則要對系統(tǒng)進(jìn)行驗證，轉(zhuǎn)入(5)，通過列車運行仿真監(jiān)控列車的運行，再確定調(diào)度指揮的決策。系統(tǒng)驗證正確后系統(tǒng)才能正常運行。

(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，啟動行車調(diào)度子系統(tǒng)；否則啟動網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編圖子系統(tǒng)。

(4)行車調(diào)度子系統(tǒng)啟動后，根據(jù)故障信息進(jìn)行路網(wǎng)仿真和運行圖數(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)行列車運行圖編制，接著實施運行計劃；根據(jù)運行仿真結(jié)果輸出培訓(xùn)成績，完成實驗內(nèi)容后結(jié)束系統(tǒng)運行[7]。

(5)根據(jù)行車調(diào)度子系統(tǒng)的原理仿真自動調(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行控制的仿真來支撐系統(tǒng)的驗證。

(6)啟動網(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)編制列車運行圖，確定好列車運行計劃，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)整；根據(jù)日班計劃生成的行車計劃、反饋信息，對調(diào)度指揮決策、行車計劃進(jìn)行調(diào)整，輸出運行計劃成績及結(jié)果完成實驗內(nèi)容。

3 實訓(xùn)平臺功能實現(xiàn)

3.1 實訓(xùn)平臺主要特點

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實訓(xùn)平臺的主要特點包括：

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

(3)基于大數(shù)據(jù)的智能實訓(xùn)及精準(zhǔn)培訓(xùn)技術(shù)。系統(tǒng)通過對現(xiàn)有用戶數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可查找日常鐵路車務(wù)運營中存在的薄弱環(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 實訓(xùn)平臺軟件功能

根據(jù)對實訓(xùn)系統(tǒng)特點以及技術(shù)分析，提出系統(tǒng)軟件功能項目，如表1所示，主要包括計算機聯(lián)鎖仿真、CTC仿真、數(shù)字調(diào)度臺仿真、教師機實訓(xùn)、培訓(xùn)實訓(xùn)以及信息管理平臺。以上功能基本上涵蓋所有聯(lián)鎖、調(diào)度的工作實訓(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 實訓(xùn)平臺軟件功能項目表

3.3 實訓(xùn)平臺仿真功能

高速鐵路聯(lián)鎖調(diào)度一體化實訓(xùn)平臺可對聯(lián)鎖調(diào)度進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，實現(xiàn)基本操作功能、列車運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)自動閉塞多站相連模擬行車，如出現(xiàn)站場咽喉方向不一致的兩個站環(huán)接，則需修改代碼在系統(tǒng)中實現(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，對于各型號聯(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)記錄功能可實現(xiàn)軟件界面的操作回放。

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

3.3.2 列車運行仿真功能

(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，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。

(2)各界面對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)路自動單鎖，防護(hù)道岔是否要隨主道岔邏輯位置鎖閉而自動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)動過程仿真室外，先斷表示，然后轉(zhuǎn)動到位，恢復(fù)表示。

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

(7)站內(nèi)無岔區(qū)段，接近區(qū)段可實現(xiàn)封鎖。

3.3.3 非正常情況下仿真功能

(1)針對現(xiàn)場典型案例，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，辦理閉塞及開放引導(dǎo)信號會彈出電子簿冊，以便對進(jìn)路的辦理以及信號的開放進(jìn)行記錄。

(3)全場停電模擬分為兩種，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)鎖全場停電，需上電解鎖時，中岔直接解鎖無延時。

(4)針對進(jìn)站信號機內(nèi)方第一個區(qū)段出現(xiàn)紅光帶故障時，不應(yīng)實現(xiàn)閉塞辦理功能(iLOCK聯(lián)鎖軟件面對該故障，則可以辦閉塞，其他型號聯(lián)鎖均不能辦理閉塞)。

(5)自動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，類似鄰站半自動閉塞模擬按鈕。

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

(7)對于半自動閉塞有閉塞切換、計軸功能的站，半自動閉塞自動辦理。

4 實訓(xùn)平臺的應(yīng)用

4.1 實訓(xùn)平臺應(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，整體應(yīng)用UML建模，同時完成了兼容性設(shè)計，可應(yīng)用于通用WINDOWS計算機平臺[10]。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于高速鐵路現(xiàn)場，得到鐵路運輸部門的一致好評。

4.2 實訓(xùn)平臺應(yīng)用范圍

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

(1)鐵路運營單位：對于高速鐵路值班員培訓(xùn)具有重要意義，主要客戶是各個鐵路局(集團(tuán)公司)和鐵路沿線的車站。

(2)高校教學(xué)單位：主要針對開設(shè)信號專業(yè)和交通運輸專業(yè)的高校建設(shè)教學(xué)實驗室。目前全國開設(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)實驗平臺[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)海外項目：可以根據(jù)海外項目需求，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)度一體化實訓(xùn)平臺的實現(xiàn)，能有效解決現(xiàn)場真實設(shè)備不能反復(fù)演練的難題；同時，該平臺突破了培訓(xùn)工作中時間、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，該平臺具有考試模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)實操題目用戶的自主出題和自動判別，解決難以考察實訓(xùn)效果的難題。