铁路行车调度实训全场景仿真系统研究

陈世忠，沈洪波，陈洪雨

(中国铁路武汉局集团有限公司电务部，武汉 430071)

1 实训仿真系统意义

行车调度是铁路日常运输生产组织的指挥中枢，正常情况下，列车均按基本列车运行图运行，系统处于基本自动化的控制过程，列车调度员是行车设备及列车运行状态的监控者，较少参与其控制过程。但在设备故障、异物侵限或是发生风、雨限速等突发情况，影响列车正常运行时，列车调度员的应急处置尤为重要。此时，列车调度员不仅是列车安全运行的保障者，更是列车运行秩序的维护者。而在日常正常运行的CTC 设备上，没有办法按照实景设置，也无法完成应急处置过程演练，缺乏真正提高行车调度应急处置水平的教培手段。

以此提出铁路行车调度实训仿真系统，由系统扮演司机、值班员、列车长、工、电、供等现场人员角色，通过故障场景设置，以剧本形式预置工况及标准处理流程，以上角色内容由教师机后台程序管理，实际操作演练时，形成“一对一”的交互演练模式，并提供学习和考评两种模式，构建融教学、培训、演练、实训为一体的标准化实训仿真系统，可以解决调度所多年来实操演练难题。

该系统能够提供铁路实操演练的高度仿真场景，可实现列车模拟运行和常见行车设备故障、自然灾害、线路事故等非正常情况的仿真设置，实现列车调度员与司机、工务、电务、供电等现场工作人员的模拟交互，全过程反映处置过程和作业标准执行情况，并能进行科学、客观、一致的考核评价，对提高列车调度员在非正常情况下的行车指挥水平，具有重要意义。

2 实训仿真系统主要面向对象

该套仿真系统主要面向对象是列车调度员，培养在正常和非正常情况下的具有高度行车作业指挥水平的调度员；也面向CTC 系统维护管理人员，培养一支CTC 运管修兼具的复合型人才队伍。

3 实训仿真系统主要功能

实训仿真环境下应具备不同调度台连接到同一套CTC 模拟环境中，调度台间互相影响，实现协同指挥，一套完整的模拟仿真系统由应用模拟服务器，自律机模拟服务器，模拟集成服务器，模拟通信服务器，调度台工作站，控制台工作站，车站操作工作站、数据库服务器、理论学习及考试系统组成。实训仿真系统结构示意如图1 所示。

图1 实训仿真系统结构Fig.1 Simulation system structure of practical training

3.1 CTC仿真系统基本功能

仿真系统列车调度台功能，包括基本图查阅、阶段计划调整和下达、邻台计划传递、自动/人工报点、实际图生成、调度命令（含临时限速）下达等。

仿真系统助理调度台功能包括车站模式转换、进路序列控制、进路按钮控制、调度命令下达、调车作业管理、临时限速设置等。另外还包括非正常情况行车作业控制，具体包括重开信号、办理引导信号、办理道岔单操、道岔单锁、道岔单解、道岔单封、道岔解封、分路不良确认和接触网停送电等。模拟系统站场显示调度台功能包括显示整个调度区段的列车运行状态、信号开放状态和区段占用状态等实时监视信息。

仿真系统中自律机的功能与实际自律机完全一致，具体包括：车次自动跟踪、自动报点、自动按图排路、人工排路、行车规则冲突检查、信号联锁冲突检查、列车紧跟踪报警、列车占用丢失报警、进路自动预告等。

仿真系统中车务终端功能与实际车务终端一致，具体包括：调度命令签收、阶段计划签收、进路控制、模式转换、运统报表管理等。

仿真系统中其他CTC 软件应与实际现场软件保持一致，实现与现场软件一致的功能等。

3.2 模拟列车实际运行、设备故障

模拟各种地面设备故障场景，显示模拟列车运行时移动的红光带，根据定制的模拟场景，模拟列车，按规定的速度、方向运行。系统可模拟完成室外信号设备、站内联锁系统、区间闭塞系统、列控系统、无线车次号校核系统、无线调度命令传输系统等进行仿真模拟，并可按照实际运行中发生的故障情况进行相应的故障设置，如非正常红光带、道岔挤岔、信号机断丝、列车停车等。系统初始化时根据场景描述，自动或人工铺画列车运行线，调度监督终端添加对应车次号，与实际工作场景保持高度一致。

3.3 学习和考评功能

系统提供学习和考评两种工作模式，在学习模式下，调度人员根据系统提示逐步操作，以熟悉设备操作标准流程及规定场景的应急处置标准和流程；在考评模式下，系统不提供操作步骤，但能提供有关错误提示。上述两种场景，系统均能记录操作者主要动作行为，实训模式能根据操作者的操作水平，提供实作的评估功能,用于日常培训和资格考试，系统可对参训调度员的操作流程进行评估和数据分析，并对错误部分提供相关文本，生成评估结果。

3.3.1 教师机功能

在图形界面操作，向学员机发送初始化模拟系统的操作功能，可以依据用户选择不同的模拟系统将调度台、车站、考试/学习模式等信息发送至每个学员机，由学员机进行本地软件（包括CTC 软件和CSS 软件）的初始化启动。

以图形界面为教师机用户提供与学员机用户进行文本消息交互的界面，实现教师机与学员机的沟通对话功能，以及一些常用的提示功能。

非正常行车流程发起的两种模式。

1）教师机通过故障设置主动向指定调度台的学员机发起对应的流程。

2）学员机主动向教师机发起指定的流程。

教师机向调度台发送流程内容消息，内容供学员机显示流程具体操作步骤。

模拟开始后，教师机需要读取本地保存的所有流程的标题，并将此标题列表发送给学员机，供学员机主动发起流程时进行流程选择。

可以自动接收学员机发出的模拟流程事件信息，模拟流程事件的两种处理方式。

1）虚拟事件（诸如通知值班主任等）由教师机直接向该调度台前端的所有学员机返回事件触发成功。

2）CTC 事件由教师机将此内容发送至模拟辅助单元，模拟辅助单元在处理后返回事件触发成功，如若无此CTC 事件则不返回任何消息。

教师机可指定演练所属调度区段、指定演练调度终端所连接的后台仿真环境、指定演练调度台演练方式，实时监控各模拟调度台的工作状态、网络通信状态等信息。并可以通过安装在调度台上的学员机软件与参加演练的调度员、司机、工务、电务等角色进行文字通讯，向参加演练的调度员发布指令、操作提示等。

3.3.2 学员机功能

以图形界面为学员机用户提供与教师机用户以及学员机之间进行文本消息交互的界面，实现教师机与学员机、学员机与学员机之间的沟通对话功能，以及一些常用的提示功能。

以图形化的界面为用户提供选择列车并进行机车控制的界面，并通过教师机向模拟集成服务器发送控车命令，实现控制功能。控制功能包括：列车限速、喊停列车、恢复常速、紧急制动、列车抖动、区间折返和调令行车等。

从教师机获取流程的标题列表并显示，供学员主动发起指定流程时进行选择。

从教师机获取具体的流程内容后，以不同的模式显示给学员参考，区别如下。

1）考试模式时，显示已完成的流程步骤。

2）学习模式时，显示全部的流程步骤。

从流程内容中读取每一步的流程具体操作，将分类为虚拟事件的流程内容乱序显示给学员，让学员进行参考选择并触发流程事件。

在流程进行过程中会将下一步的流程步骤信息发送至教师机，待流程成功触发完毕后，接收教师机的触发信息，将当前步骤进行到流程的下一步。

表1 非正常行车应急场景Tab.1 Emergency scene of abnormal train operation

3.4 正常情况下行车指挥作业场景

正常情况下，列车均按基本列车运行图运行，系统处于基本自动化的控制过程，列车调度员是行车设备及列车运行状态的监控者，很少参与其控制过程。另外需要实现的正常情况下的行车指挥作业场景也较多，故在此不一一列举。

3.5 非正常情况下行车指挥作业场景

目前需要实现的非正常情况下的行车应急场景计78 个，如表1 所示。

以目前现有的进站信号机故障场景为例，根据场景文件编写场景流程如表2 所示。

续表

表2 场景流程表格Tab.2 Scene f low table

续表

通过教师机和学员机的配合，按照流程的步骤，实现非正常场景流程的演练和实训。

流程的操作步骤主要如下。

在教师机上下发非正常场景流程，流程内容随教师的操作动态变化。教师只需关注在什么站什么设备下发什么非正常场景模板即可。学员机上收到非正常场景流程后，进入练习/考评模式，按照流程步骤走。

教师机和学员机通过非正常流程图进行文本通话，关于CTC 操作的部分需要学员在CTC 系统上具体操作完成，和非正常流程文件相关联。与CTC操作无关的部分通过下拉菜单框的文本对话形式体现。最后在非正常流程跑完之后，在教师台上有考评结果记录，里面包含了操作人员的操作时间、具体操作内容已经最后的得分，达到考评的效果。

4 系统规模及性能

实训系统按照实际情况配置设备数量，并预留调度台。实训系统数量应满足多个模拟调度台数量，保证所有调度台能同时进行同一个区段的模拟操作。

实训系统与实际行车调度作业场景吻合度100%，可根据实际学习规模设置学习机数量，满足教师机向多个学员机设置相同以及不同场景的需求。

实训系统应具有灵活的编辑能力和线路数据扩充能力，当行车场景作业流程发生变化或行车场景数量发生变化，能够灵活的进行调整，满足行车场景不断变化的需求。

支持目前国内主要行车作业模拟及理论学习、技能演练及考核功能。

5 实训系统硬件结构

实训系统在原有调度指挥平台仿真硬件基础上进行功能扩展，系统使用独立局域网，实训系统硬件部署图如图2 所示。

图2 实训系统硬件部署结构图Fig.2 Hardware deployment diagram of practical training system

6 系统实现目标

系统可以实现以下目标：

1）实现按照列车运行图完成列车运行的高度仿真；

2）实现各类非正常行车作业场景的设定和描述；

3）实现应急处置场景中，列车调度员与现场工作人员（系统设定）的半人工或全自动的交互功能；

4）实现现有调度仿真模拟平台功能实质性的突破，制定行车调度实训全场景仿真系统技术方案，并研发应用软件，建立实训系统平台。

可以设想，将铁路行车调度实训仿真系统中由系统扮演的司机、值班员、列车长、工、电、供等现场人员角色如果变为实际场景，智能调度系统终有一天会实现，希望此项研究为智能调度系统的实现做出一点贡献。