铁路车站接发列车实训系统设计与实现

王 海，李友孟

（中国铁路济南局集团有限公司 运输部，山东 济南 250001)

随着铁路网的扩大、车站的增多、列车密度的加大、列车运行速度的提高，对铁路运营安全提出了更高的要求，同时对车站接发列车人员的业务素质要求也更高。在实际运营过程中，由于设备类型不同、作业制式多样、故障场景复杂，给接发列车实训带来难度。因此，建立一套适用车站接发列车的实训系统，实现高拟真度仿真、覆盖全部关键场景、准确量化评估等功能，以解决现场实训所面临的难以与实际场景匹配，以及缺乏评价指标体系的难题。

1 铁路车站接发列车实训现状

真系统、沙盘仿真系统和实际车站仿真实验平台3种[8]。纯软件仿真系统和沙盘仿真系统协同作用能够为训练人员提供比较好的人机界面，但是缺乏足够的现场体验，难以达到足够的实训效果。实际车站仿真试验平台是构建实训系统的发展方向。因此，从铁路车站接发列车的实际操作流程和岗位技术要求、规章制度运用出发，基于铁路信号系统和调度指挥系统原理，建立能够兼容不同设备商操作界面的实训系统，以提升设备操作水平并加强技术能力。

2 铁路车站接发列车实训系统需求分析

铁路车站接发列车工作主要分2类：正常作业流程和突发事件下非正常作业流程。实现铁路车站接发列车实训的基础是精准模拟信号设备的联锁逻辑、列车的运行过程和作业内容，以及突发故障等，这样培训人员在实训系统中所面临的状况与真实系统保持极高的拟真度，方便将训练结果转换为实际技术能力。同时，还要对车站作业人员技术能力做出准确评估，以实现对培训人员操作行为的评判、操作过程的全程记录并进行量化分析，因而建立一套较为完善的考核系统尤为重要。针对铁路列车运行控制和行车调度指挥系统多制式混杂使用的现状，实现联锁逻辑的联锁子系统。铁路接发列车实训系统需求及功能分析如图1所示。

以列车调度指挥系统(TDCS)和调度集中系统(CTC)为主体的我国铁路行车指挥系统，具有极高的自动化程度，使人为因素所带来的安全隐患随之降低，同时为提升我国铁路网的整体运行效率发挥了重要作用。对于货物运输而言，车站接发列车对调度计划质量的影响极大[1]。然而，由于车站接发列车人员实际操作经验不同，不仅影响运输畅通，也存在较大的安全隐患[2]。由于现场设备承担着繁忙的运营服务，通过现场实地对员工进行训练具有比较高的安全风险，同时缺乏全面的评价体系，难以衡量训练效果。因此，为实现车站接发列车能力提升和量化评估，应加快开发面向铁路车站接发列车人员的实训系统。

铁路车站接发列车实训系统的核心在于精准模拟实际车站接发列车作业流程，保障用户实训的效果，使实训与现场操作高度一致。由于实训系统实质上是对联锁逻辑、信号装备及协作关系的仿真，同时保障操作界面、操作按钮等与实际系统的高度一致性。当前国外铁路系统常 采 用 Open Track[3]，RailSim[4]，RailSys[5-6]、SIMONE[7]等成熟的铁路仿真软件对现实中的信号及行车调度系统进行模拟，而这些软件存在与我国铁路制式不兼容、建模工作量大等问题，难以作为实训系统对操作人员进行训练。国内实训系统主要分为纯软件仿

图1 铁路接发列车实训系统需求及功能分析Fig.1 Requirements and function analysis of the professional training system

（1）联锁。基于《计算机联锁技术条件》和多模式融合原则，规范建立联锁逻辑及功能模块，为保障实训效果，操作显示界面可实现目前主流的6502电气集中联锁，以及铁路相关单位的计算机联锁设备制式。同时，还应具备自动闭塞、半自动闭塞等区间设备仿真及站间联系功能。

（2）CTC/TDCS。基于《调度集中系统技术条件》和《铁路列车调度指挥系统技术条件》建立CTC和TDCS仿真模拟系统，操作显示界面仿真主流CTC/TDCS厂家，在车站层面包括行车日志、人工报点、阶段计划和调度命令签收、CTC进路序列、 CTC控制台等功能。另外，为更好地配合车站，系统应具备调度台仿真功能，包括列车运行计划编制(运行图)和调度命令编发等。为更好地展示演练情况，系统应具备类似调度中心的区段画面显示功能，直观显示全部车站的演练情况。CTC/TDCS仿真可与联锁仿真完全联动，实现信息同步显示和CTC模式转换功能。

（3）CTCS。列车运行控制系统是保障CTC/TDCS调度和指挥命令能够准确执行的基础，因此，旨在实现车站接发列车的CTCS模块需要具备列车及调车运行仿真功能，可以按照指定的列车(调车)速度、列车(调车车列)长度模拟列车，联锁仿真指示的信号显示以及列车进路顺序占压轨道电路等情况设计，同时，还可以实现对司机的指令，包括交付调度命令、行车凭证，以及指示开车、停车等情况。

（4）故障注入。实训系统的核心在于培养车站作业人员掌握各种作业场景下的接发列车专业技能，尤其是故障模式下的接发列车流程。因此，实训系统需要具备在场景中设置故障条件的功能，场景中设置的故障条件可在指定的时间和地点自动出现，或在演练过程中通过教师机监控界面动态为学员设置故障条件。设置的故障至少应包括：①信号设备故障。区间、站内红光带，列车占用丢失，信号机故障(灯丝断丝)，道岔故障，区间方向电路故障等。②施工封锁或者灾害故障。断轨、坍塌或者落物、风雨灾害。③其他设备故障。接触网停电、机车车辆故障等。

（5）综合考核。完整、准确记录学员的所有操作行为，可以识别学员违反联锁关系、违背CTC自律规则、违反站细的操作，并进行扣分处理。同时，也可按照管理人员设定的流程作业要求对学员的操作顺序和作业环节进行检查，并自动统计得分。在演练或者考核中，系统自动进行全过程录音，由管理人员后期进行标准用语的评价。对于标准作业程序，系统还要能够识别其中的关键环节和关键执行顺序，并且特定的联锁操作或CTC操作能自动关联到标准作业程序的相关环节。

3 铁路车站接发列车实训系统设计与实现

3.1 设计原则

（1）协同仿真。联锁、TDCS及CTC互相联动，实现调度指挥、列车控制和逻辑判断三者的自主协作，保障铁路接发列车逻辑和流程的合理性、准确性和实时性。考虑到故障场景的设置，还需要支持维护人员、列车调度员、车站值班员和信号员，以及机车司机等各专业、各岗位之间的协同操作，实现计划、指挥、预告、汇报及处理等多环节的功能交叉验证，保障实训系统功能的完备性和真实性。

（2）并行演练。构建虚拟铁路线网，可实现不同车站的并行演练，并保障不同区域、不同模块以及不同操作信息的互联互通，实现列车运行的全铁路局集团公司模拟，有效演练车站之间的行车作业配合以及区间设备故障时的处理方法等。

（3）多模式融合。多模式融合的核心在于不同制式产品逻辑和人际交互界面的兼容性，基于实际的模式配置实现自由切换，保障实训人员获取最真实的体验。

3.2 逻辑架构

铁路车站接发列车实训系统基于Client/Server架构，包括后台服务软件模块、教师控制模块和学员操作模块(前台终端软件模块)3部分。后台服务软件模块负责主要业务逻辑和数据处理，涵盖线路及设备基础数据模块、现场信号仿真模块、联锁逻辑仿真模块、CTC自律仿真模块、列车运行仿真模块、其他岗位应答仿真模块、场景条件自动设置模块以及作业流程检查和考核模块；教师控制模块包括场景控制操作界面、演练监视界面、调度台仿真界面等，功能是为演练考核的管理者提供监控手段；学员操作模块包括联锁控制台操作界面、CTC控制台操作界面、调度电话仿真界面，是为学员提供和实际工作一致的作业手段。铁路车站接发列车实训系统的逻辑架构中如图2所示。

图2 铁路车站接发列车实训系统逻辑架构Fig.2 Logical architecture of the professional training system

3.3 功能设计

（1）数据管理。系统实现对车站作业的完全仿真，必须纳入与实际的站场布局、信号设备数据、《车站行车工作细则》等一致，并且系统应具备完善的数据管理维护功能，当现场设备情况发生变化时，可以方便地进行数据修改和升级，确保能够实现与实际完全一致的仿真演练环境。

（2）场景管理。系统可以通过制作并预存场景配置文件的方法为学员提供一个演练环境，场景配置应包括列车计划、线路占用状态、设备故障状态、特殊行车条件(调度命令)、作业流程考核条件等。在学员演练时，可以调入某一场景，场景一般是典型故障或者特殊情况的作业环境，车务管理人员可以随时总结本单位或者其他单位的经验教训制作故障场景，或者在列车密度提高、新线接入、长期施工等运行情况变化时制作相应演练场景，使职工尽快掌握新情况下的行车作业技能。

（3）教师机综合管理功能。教师机实现联锁界面和CTC界面展示和控制，同时也基于特权模式实现故障注入和加车等操作，基于非特权模式实现列车的起动和停车。为保障仿真模拟的时效性和便捷性，教师机可以实现对列车运行加速和减速的控制。

（4）语音识别功能。语音识别功能学员机可以实现车站值班员与列车调度员、司机以及设备单位之间基本语音通话的自动识别功能，减少人员配合，更好地体现与现场的高度融合。

3.4 主控流程

以功能模块为核心，铁路车站接发列车实训系统将各模块按照流程组织构建为一个有机的统一整体，以实现实训系统的综合功能。基于教师机的场景管理、设置及故障注入等给予学员机以统一的或个性化的训练内容，通过数据管理实现学员操作过程及语音指令的存储和回放，同时根据综合考核模块实现对学员综合能力的评估，保证实训系统的有效性和客观性。

4 铁路车站接发列车实训系统应用

2017年4月，铁路车站接发列车实训系统在中国铁路济南局集团有限公司(以下简称“济南局集团公司”)青西车务段和聊城车务段进行了测试和试用，并在2018年5月中旬完成在济南局集团公司的推广。

4.1 试用数据

（1）车站数据。在济南局集团公司内20条线的201个车站进行了实训系统的布置，实训系统布置情况如表1所示。

（2）人员数据。自2017年4月以来，铁路车站接发列车实训人员共有4 035人次通过实训系统进行了5 850 h的技能训练和考核。

（3）成绩数据。根据所有训练人员的首次考评结果进行统计分析发现，由于每个人对技术规范的了解程度不同，对系统操作的熟练程度不同，实训技能考核成绩具有较大的差异。为精确把握当前训练人员的整体水平，基于正态分布、Weibull分布，瑞利分布及广义极值分布对首次考评人员成绩进行概率密度特征拟合分析，首次考评人员成绩符合比较严格的正态分布函数。根据累计概率密度分布函数来看，低于80分的训练人员接近80%。

4.2 实训效果

基于首次考核结果，根据训练人员所存在的共性和个性问题进行针对性训练，包括技术规范的深化学习、操作流程和界面的熟练程度、语音交互的精确性等多方面予以加强，经过共计5 850 h的训练再次进行考核，考评得分出现了很大的变化。其中，经过较长时间的训练之后，平均分数由原来的75.4分提高到87.6分；通过训练后考评得分结果来看，80 ～ 95分占比接近90%，而训练之前80 ～ 90分占比只为20%。根据拟合结果来看，经过训练后的数据不再符合正态分布，同时呈现出均值提升、方差减小的非经典分布方式，改变了之前训练人员自主学习所呈现的正态分布特征，体现出车站接发列车实训系统的有效性。

表1 实训系统布置情况 个Tab.1 Installations layout of the professional training system

5 结束语

从我国铁路车站接发列车的实际需求出发，基于场景的复杂多变特征、接发列车流程的固定属性，设计并开发了一套面向接发列车工作人员的实训系统，旨在解决新员工实际操作经验不足、应急处置能力不强的问题。实训系统逻辑架构通过后台软件服务和算法实现了教师控制和学员操作之间的一体化，所提出的量化评估指标体系及故障注入方法保障了评价的准确性和场景的完备性，协同仿真技术和并行演练机制提升了实训系统的拟真度。在济南局集团公司的试用结果表明，该系统有助于训练人员提升自身技能，为提高我国铁路车站接发列车工作人员的专业技能提供有效的实训平台和客观的评价体系。