高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统设计研究

孙鹏举，刘 俊，李 博

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国铁路总公司调度部，北京 100844)

高速铁路具有速度快、密度大、准点率高、舒适性好等诸多优点，承担着越来越重要的旅客运输任务，而且旅客对高速铁路的正点率以及紧急突发情况的快速、有效处置的需求也越来越高。由于高速铁路车站人员密度大、建筑结构复杂、环境特殊，如果对应急情况处理不当或不及时，往往会使事故后果扩大，带来不利影响[1］。调度部门作为铁路运输指挥的中枢，在运营管理及应急处置等方面有着突出的作用，高速铁路列车调度员对现场行车拥有直接的控制权，其操作水平、业务技能和应急处置能力直接关系到高速铁路和旅客的安全[2］。目前，部分列车调度员存在应急响应不及时、信息报送不完整、应急组织不紧密、命令发布不规范等问题。因此，开展高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统设计研究，旨在有效提升列车调度员应急处置能力。

1 高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统需求分析

1.1 应急场景处置作业过程

列车调度员作为一个调度区段运输生产的直接组织与指挥者[3］，在应急场景处置中发挥着突出的作用，其作业过程主要是根据应急场景信息、区段综合信息，完成满足规范性与及时性的设备操作、信息交互、处置决策等工作的过程。高速铁路列车调度员应急场景处置作业过程如图1所示。其中，应急场景信息包括场景发生的时间和地点、现场的即时情况、故障的影响范围等[4］；区段综合信息涵盖救援力量布局、设备实施信息、在途列车的实时属性；设备操作涉及列车运行图、列控限速、车务终端、调度命令等方面；信息交互主要指值班主任、车务应急值守人员、设备管理单位人员、司机、供电调度员间的信息传递与反馈等；处置决策是指运行计划调整、救援力量调动、故障处置等方案的制定。

图1 高速铁路列车调度员应急场景处置作业过程图Fig.1 Process of high speed railway dispatcher emergency disposal work

1.2 应急场景处置作业特点分析

（1）应急场景多样。由于高速铁路等级高、设备数量多、线路范围广，因而应急场景类别多，包括固定设备、移动设备故障类以及恶劣环境、应急事件突发类等。

（2）事件触发随机。非正常情况发生的时间、地点、车次、类别等具有随机性的特点，甚至在同一地点或同一时间可发生多项故障。

（3）设备操作复杂。调度集中区段，现场行车设备操作权向列车调度员转移，对调度人员的业务和综合素质提出了严峻的考验。应急场景发生时，高速铁路列车调度员需根据具体情况完成列车运行计划调整、调度命令拟写与发布、列控限速设置、车务终端操作等复杂的设备操作作业。

（4）信息交互丰富。作为应急场景处置的核心岗位，列车调度员需主导同值班(副)主任、司机、设备管理单位人员、车务应急值守人员、供电调度员等岗位的沟通、配合，进行联动处置。

（5）处置决策难。完成信息收集与紧急处理等应急处置先期工作后，列车调度员需根据应急场景类型、调度区段在途列车实时属性、运行计划、救援力量布局等制定合理的救援决策方案。

（6）作业要求项点多。面对突发情况，列车调度员既要做到处置规范、符合各类规章要求，也要做到反应及时、减少故障延误时间，还要做到与其他岗位沟通顺畅、配合到位。

1.3 应急场景处置仿真系统需求分析

依据高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统总体要求，在硬件方面，要求与实际调度工作环境尽可能保持一致；在软件方面，要求满足列车运行图、调度命令等各子系统全覆盖，而且各子系统的操作界面和功能与现场设备相同；在应用方面，要求系统可达到运行自动化和评判智能化的效果。因此，高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统需求主要体现在以下方面。

（1）平台工况逼真。应以当前正在使用的运营设备为标准进行搭建，复制或高度仿真与调度员应急处置相关联的各系统界面与功能，并符合软、硬件相关要求。

（2）多类别应急场景再现。要进行精细化的场景设计，考虑故障类型、运行计划、故障地点、故障时间、故障触发条件和故障恢复条件等要素，满足场景类型覆盖全面、触发方式多样的特点，涵盖设备操作、信息交互等环节[5］。

（3）关联岗位自动配合。除列车调度员(助理调度员)本岗位外，系统需实现其他岗位(司机、设备管理单位人员、车务应急值守人员等)在场景处置全过程的自动配合，解决关联岗位多，需要人工替代的问题。

（4）作业过程关键环节辨识与评价。根据调度员应急处置决策难、处置作业要求项点多的特点，对应急处置关键点(如调度命令正确性、运行计划调整方案合理性)进行智能化评判，涵盖规范性、及时性、协作性及处置决策合理性等项点。

2 高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统设计

高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统分为设备操作、应急处置、作业考评、支持系统4个模块，利用通信服务作为系统的中转站，承接各个模块的信息，并根据指令做出响应。高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统框架设计如图2所示。

图2 高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统框架设计Fig.2 Simulation system structure design for high speed railway dispatcher emergency disposal

2.1 设备操作模块

设备操作模块直接接触用户，包含运行图、车务操作、调度命令、防灾系统、调度通信、列控限速等子系统。其中，运行图子系统包括基本图加载、阶段计划下达、运行计划调整等功能；调度命令子系统包括场景库建立、命令编辑、受令人及处所选择与增补等功能；列控限速子系统包括命令编辑、命令校验、激活校验、命令执行等功能；车务操作子系统包括单站与区段显示、进路序列查看、进路排列与取消等功能；调度监督子系统包括区间设备与站场设备信息显示、列车运行状态显示、临时限速显示等功能；防灾子系统包括雨量监测预警、风速监测预警、异物侵限监测报警等功能；调度通信子系统包括列车通信、车站通信、台间通信、单呼与组呼等功能。

2.2 应急处置模块

应急处置模块主要用于场景设计与关联岗位配合，旨在实现高速铁路列车调度员现场应急处置工况的仿真，在应急场景类型、关联岗位仿真、应急场景触发、故障现象4个方面可实现以下要求。

（1）应急场景类型。根据高速铁路运行试验的故障模拟及应急演练测试内容，通过研究提出《高速铁路应急场景库》，该场景库涵盖84项场景，其中涉及高速铁路列车调度员应急处置场景如表1所示。

（2）关联岗位仿真。在应急场景处置时，系统可模拟替代各关联岗位，完成自动应答、信息交互、按令操作、自主处置等作业。

（3）应急场景触发。根据应急场景的模拟形式，场景触发可满足立即触发、条件触发2类。场景立即触发满足即时模拟的需要，如设置动车组列控车载设备故障后，列车可立即采取降速措施，降速至0 km/h。场景条件触发满足场景化模拟的需要，可在线路任意地点、时刻设置故障，具备条件时自动触发，如设置列车在654 G处发生受电弓自动降弓故障，司机可在列车运行至654 G时，立即向列车调度员汇报故障情况。

（4）故障现象。系统CTC终端故障现象显示应与实际运营调度台保持一致，如突发大风报警时，防灾系统应有声光报警提示，并根据设定的风速等级对应显示相应限速的提示信息。

2.3 作业考评模块

作业考评模块用于对列车调度员作业信息的采集、评价与反馈，包括列车调度员设备操作、信息交互、处置结果性指标等方面。在功能上，作业考评模块一是满足考评自动化，考评工作完全由计算机实现；二是满足评估全景化，系统应可记录列车调度员在实操及信息传递过程中的所有操作过程；三是满足评价智能化，部分复杂的评价项点可实现智能的偏离度比对[6］；四是满足数据挖掘功能，通过建立数据中心，利用数据挖掘与数据分析，发现调度指挥的能力短板，为培训方案的制订及培训场景设置提供可靠依据[7］。

2.4 支持系统模块

支持系统模块用于外部接口的模拟，通过配置外部系统仿真软件模拟列控系统、联锁系统、无线调度命令传输系统、RBC系统、车载CIR系统及室外设备仿真系统，采用虚拟机技术将多个车站的虚拟自律机集中于一台服务器，实现自动排路、人工排路等功能，并与外部系统仿真软件相接[8］。

3 高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统关键技术及应用

3.1 自动应答及配合技术

通过运用语音识别技术，可实现列车调度员在应急场景处置过程中与配合岗位的实时沟通，促进场景触发与推进。列车调度员可通过FAS台、固定电话与相关岗位进行语音对话，配合岗位能根据场景设置或设备信息的实时更新，与列车调度员进行即时的信息传递。此外，配合岗位可根据故障条件或列车调度员的指示完成相关动作，如司机岗位因接触网突发停电立即停车、供电调度员岗位根据列车调度员指示完成接触网停送电操作等。

3.2 列车运行控制技术

列车运行控制效果是体现平台仿真度的重要要素。一是列车模拟运行需同运营实际列车的牵引、运行、制动性能相匹配。二是在应急场景模拟中，司机可以根据故障信号条件、故障牵引供电条件、实时限速要求、列车调度员即时指示等精准控制列车。

表1 高速铁路列车调度员应急处置场景表Tab.1 High speed railway dispatcher emergency disposal scenes

（1）计算机图形技术。应利用可视化编程语言及计算机图形技术，直观、实时地显示列车运行过程及列车编组、线路条件，并模拟司机对列车操纵。每个有效的计算点的速度、距离、时分及早晚点信息都可输出到显示界面。

（2）牵引计算模拟技术。需要用电子计算机进行列车运行计算，系统中线路和列车等比较固定的数据预先编译成数据文件，程序运行时读入需要的原始数据模拟列车运行。这些固定数据包括机车数据、车辆数据、常用牵引系数、常用制动系数、紧急制动系数等。系统需要根据机车特性建立相应的牵引计算模型，支持不同类型的列车牵引计算。

（3）列车控制模拟技术。通过模拟列控车载设备功能，对列车连续不断地进行速度监督，实现超速防护。通过轨道电路和有源应答器模拟布点接收调度中心发来的有关指令或列车调度员的实时语音控车命令，与列车的制动条件相结合，经过精确计算后得出实时、合理的运行速度。

3.3 智能评判技术

为规避既有主观评价在客观性与准确性方面不足的影响，在满足自动化评价的基础上，可运用智能评判技术，解决调度工作评价的难点问题。高速铁路列车调度员应急场景处置项点评价指标如表2所示。

表2 高速铁路列车调度员应急场景处置项点评价指标Tab.2 Item point evaluation standard of high speed railway dispatcher emergency disposal

（1）设备操作规范性的考评。对于调度命令发布的规范性考评，可通过基于改进的编辑距离算法自动完成调度命令模板文本与列车调度员拟写的调度命令内容文本检查，及时发现多字或少字情况、受令车站或车次错误，实现内容与受令处(所)间有关车站、车次的闭环检查。

（2）信息传递的协作性考评。对列车调度员同其他岗位沟通的协作性考评，运用语音识别功能结合语意识别技术，对列车调度员同其他配合岗位沟通过程中存在的漏项、卡顿、反复等问题予以记录。

（3）处置决策的合理性考评。对动车组无法继续运行等场景救援方案的合理性考评，系统应依据故障地点及故障现象，结合救援设施设备布局、后续列车位置与停站方案等智能生成最佳应急处置决策方案，并可根据学员实际处置决策所影响的时间、耽误列车数量等参数同最佳方案进行偏离度对比。

3.4 系统应用

高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统的应用主要体现在以下方面。一方面，在对高速铁路应急处置预案设计与优化时，调度部门可利用系统对复杂应急场景、特定应急场景进行场景模拟，通过处置试验，分析出最优处置流程，设计场景应急预案；也可利用系统对既有应急场景进行多种处置方案的推演，根据系统数据中心的分析功能，发掘既有应急预案的可优化项点。另一方面，以高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统为基础，建立起高速铁路列车调度员CTC仿真模拟实训平台，从而实现提升新职学员岗前培训效果、提高在职学员设备操作熟练度、增强列车调度员应急处置能力。结合调度部门的运营与培训实际，可以按学员等级、线路特点对用户进行平台类型设计。高速铁路列车调度员CTC仿真模拟实训平台体系如图3所示。

4 结束语

高速铁路列车调度员仿真系统的设计和建立，不仅可以模拟高速铁路列车调度员应急场景处置，还可以解决实作培训缺乏平台支撑的问题，从而满足高速铁路调度员对各种应急场景下的调度处置培训需求，及时对列车调度员的实作能力水平进行评价，找出能力短板，不断优化应急处置预案的分析和推演点。高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统的设计与建立是适应调度部门运输组织精细化、应急处置水平提高、实作培训效果提升、列车调度员科学化管理等需要，为更好地强化提升调度作业水平提供支撑，不断促进铁路安全运输生产。

图3 高速铁路列车调度员CTC仿真模拟实训平台体系图Fig.3 CTC simulation training platform system of high speed railway dispatcher