城市轨道交通仿真软件系统联动设计研究

王慧

【摘 要】城市轨道交通专业实训基地建设以职业引导、能力递进为基本思路，以“教、学、做”为主线，基于工作过程，按照真实的工作场景、真实设备、真实作业流程构建实训场地。实训基地的站厅实训设备、站台实训设备、车控室实训设备、模拟驾驶实训设备、OCC调度中心实训设备、移动驾驶地铁列车及线路设备等形成一条完整地铁线路运营环境，实现行调、电调、环调、维调、车站值班员、站务员和司机等岗位的联合演练培训，各实训系统实现数据交换、联控联动。

【关键词】地铁；系统联动；联合演练培训；模拟仿真

为纾解城市巨大的交通压力，我国城市轨道交通行业规模不断扩大、高新技术飞速发展，地铁公司普遍大量采用高智能化和自动化的先进技术设备，如自动售检票系统、站台屏蔽门系统、消防系统、环境监控系统、调度指挥系统等，城市轨道交通运营呈现出运营时间长、客流量大、先进技术设备组成多样、设备自动化程度高、行车密度大等技术特点，又因新增线路周期短、国内相关人才缺口量大，地铁公司迫切需要专业素质过硬，能够迅速上岗的应用型技术人才。

1 选题背景及研究意义

近几年我国计算机技术、软件技术和虚拟仿真技术迅猛发展，国内厂家参照地铁运营设备，仿真制造了多专业、多种类的模拟培训设备，国内相关高校和地铁公司购置后，主要用于满足司机模拟驾驶、行车调度指挥演练、车辆基本检修等独立的、单一化的教学演练，一定程度上解决了学员和员工缺乏实践教学的培训难题，但这些模拟教学设备只能进行简单的、重复的和单调的技能培训，不能使受训学员和员工整体感知并融入地铁运营现场环境，实现多专业、多岗位的联合演练实训。

因此，研究模拟仿真地铁车站及地铁运营各系统实训设备、研究各系统间实现联控联动与互联互通，探索多专业、多岗位联合实训演练实现方法，具有较强的现实意义。

2 国内外行业现状

欧美各国及日本、韩国、台湾和香港地区的地铁运营部门均配置有先进的计算机仿真培训系统，为地铁从业人员提供职业培训所需要的实作训练。

香港地铁也投入大量的资金用于培训工作，其配置有覆盖地铁运营所有岗位的仿真培训系统，以互为关联的OCC仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、地铁列车驾驶仿真系统为主，将地铁运营涉及的列车、线路、供电、信号、调度、车站、售票等工作岗位与环节联系在一起，形成了虚拟的列车运营仿真系统。

所有新入地铁的员工和调整、晋升职位的员工都要接受培训，在职的员工也要定期“充电”；新设备、新系统投入使用也要接受培训。每半年，凡有驾驶资格的人士（司机、车站站长、中央控制室行车控制主任）都要到培训中心进行两天的轮训，以适应地铁发展的需要。从而有效地保证了调度人员的基本技能与素质。

目前，国内各高校及相关研究机构对城市轨道交通的行车调度策略等有了一定的研究，城市轨道交通的车站值班员作业仿真培训系统已有应用的案例，如苏州地铁、无锡地铁、合肥地铁等。但国内既有专业实训设备依旧存在一些问题，主要表现为：

（1）实训设备均为非标定制设备，针对某单一专业设计生产，仅能针对限定的专业进行单独培训，致使实训设备结构不健全，没有形成完整体系。

（2）部分厂家实训设备仿真度差、质量参差不齐，本应完全仿真地铁真实设备性能和运营情况的实训设备，在设备外观、操作性、逻辑功能等方面与地铁真实设备差距较大，受训学员无法得到有效演练。

（3）仿真实训设备行业缺乏统一标准，不同厂家生产的实训设备不能互通互联。

（4）目前高校开发出的实训设备还不能完全实现系统联动。

其中最为关键的是整个实训系统软件的联动设计。

3 软件系统联动设计

培训软件通过系统搭建的高速数据传输网络，模拟替代了无线数据传输，应答器数据传输、波导管、轨道电路、光纤数据传输等实际轨道交通中数据传输的方式，实现了各软件间相互的数据传输交换，全面模拟岗位操作功能。

信号系统仿真软件和综合监控仿真软件为系统联动的两大核心软件，联动时接收各子系统软件和硬件设备实时数据，逻辑运算后反馈运算信息到子系统软件及设备进行状态更新，确保同一时间基地內各实训室软硬件数据一致，完成系统间的联动。

联动时各实训室构成了一个由OCC控制中心，虚拟车站、真实车站、列车、接触网、正线线路、车辆段线路、ATS信号系统及联锁系统等组成的完整线路。16辆模拟驾驶系统提供所有运营所需列车对象的仿真模型，它是连接OCC仿真系统，车站值班员仿真、虚拟运营电子沙盘系统、虚拟场景系统及站台相关设备的纽带。通过模拟驾驶系统内车辆运行，可以计算出整条线路上所有车辆的位置、速度及功耗等参数，从而可实现基地内软硬件在共同的平台上进行仿真训练。

实训基地内各系统软件开发，参照实际运营线路各岗位软件功能进行软件编程，根据实际系统间交互的数据类型设置常用数据接口，系统升级及功能拓展时可方便调用数据，软件开发选用常用编程软件，代码规范，协议清晰。实现3D虚拟现实场景同ATS服务器、联锁服务器、沙盘大屏、教师机、模拟驾驶器间的数据互联互通。

（1）ATS与模拟器联动时的数据交换

系统联动时，通过时刻表编辑软件生成计划运行图，当从车辆段发车时，由车辆段联锁软件与电子沙盘绑定，实现列车从车辆段开出，在转换轨将控制权交出并通知ATS服务端，N辆模拟器车辆依次根据计划运行图上的车次号实现与ATS系统的绑定，实现按计划车运行；在收车时，列车在ATS转换轨交出控制并由车辆段联锁软件再次绑定，控制列车由车辆实现控制；

绑定成功后，ATS不再与3D进行绑定，仅建立连接，实现3D场景数据传递列车实时数据的到ATS服务端，ATS仿真系统对列车速度进行监控；

具体的数据如下：

软件间绑定命令；

模拟器实时传输速度、模式等信息到ATS系统；

电子沙盘实时传递列车位置到ATS显示；

ATS送出所有信号机设备到电子沙盘以驱动信号设备；

ATS送出列车防护距离、停车距离到模拟器（用于列车CBTC时运算速度）；

ATS送出当前信号模式，用于模拟器选择运行模式；

ATS送出扣车、跳停、紧停命令、停站时间等信息：

ATS发送行车许可到模拟器；

模拟器运行到仿真车站时（滨河路站）及沿线其他虚拟车站时，车门及屏蔽门联动控制由模拟器的开关门信息进行控制；

（2）真实线路联锁EI32系统与仿真列车间软件联动功能：

当真实列车在线路中运行时，由EI32联锁系统送出信号系统作为运行条件，即传输信号机信号；

当真实列车在线路中运行时，车站的屏蔽门不再与ATS系统联动，真实列车仿真软件对屏蔽门的控制较ATS仿真系统具备更高的优先级，屏蔽门的控制根据列车的开关门指令实现，真实列车需要上传当前的位置（轨道信息），用于EI32联锁系统进行进路占用、出清、信号关闭等功能；

在真实列车ATO，ATP运行时，由车载系统根据EI32联锁开放的信号状态实现不再由联锁系统实现ATO、ATP功能。

4 结论

近年来我国城市轨道交通行业飞速发展，带动了人才培训模式的改革，也促进了仿真培训设备行业的迅猛发展，但多数培训设备仍然存在功能单一性、缺乏整体联动等问题。本文针对不同功能、不同用途的专业实训设备，如何构建通讯网络、软件如何互联互通，进行了探索研究，并得出结论：各专业实训设备遵循标准通信协议，构建千兆级高速通信网络，各系统软件参照真实地铁开发，按照标准数据接口通信，能够实现一个全方位理论及实践相结合、与真实地铁运营情况高度一致的多专业可联动培训环境。endprint