高速铁路CTC仿真培训系统的设计与应用

马文晖 杨 斐 冯国斌

(1. 中国铁路青藏集团有限公司， 西宁 810007； 2. 甘肃省工业交通自动化工程技术研究中心， 兰州 730070；3. 兰州安信铁路科技有限公司， 兰州 730070)

1 CTC仿真培训系统功能需求

我国高速铁路调度指挥使用调度集中系统(Centralized Traffic Control System, CTC)，运输指挥人员通过CTC实现对整条线路列车的调度工作。本文通过对计算机仿真软件研究(流程如图1所示)，设计并开发了针对高原地区的高速铁路CTC仿真培训系统。调度指挥人员利用仿真培训系统进行反复训练，可进一步提高自身职业技能，成为具备创新型知识的优秀职工[1-3]。

图1 仿真软件研究流程简图

CTC仿真系统是CTCS-3级列车控制仿真平台的一个子模块，平台包括RBC仿真和车载人机交互接口仿真两个功能，不仅可实现车站模块的车站CBI仿真、TCC仿真、站场以及区间信号设备仿真等功能，还也可模拟车辆在CTCS-3级列车控制等级下的运行情况。高速铁路CTC完成规定功能需依赖联锁、列控、TSRS、RBC、GSM-R等系统。通过对CTC系统功能进行分析，得到4个目前需要解决的需求[4-6]。

(1)目前，大多数信号仿真系统只能实现部分仿真或普速仿真，但现场的运输调度员工因工作需要，急需一套完整的高速铁路CTC仿真培训系统，用于岗前培训和日常练习，以确保快速、安全上岗。

(2)铁路局期望有一套与日常工作环境无较大差异的培训流程，在调度员和车站值班员上岗之前，可对其进行与岗位工作内容相同环境下的培训。为此，亟需一套高速铁路CTC仿真系统，通过操作流程培训，使运输人员熟悉工作线路、车站布局结构以及站规、站细等各方面的内容，以便快速上岗。同时，培训系统需具有更新的能力，若发生实际调度台管辖范围变更、车站站场维修改造、基本图变换等情况，系统可同步联网更新，调度指挥人员便可在仿真系统上提前训练，确保高速铁路运营安全。

(3)目前，对非正常情况下行车处置流程的培训和教学严重不足。铁路局对非正常情况的作业流程制定了多项操作规章，单独靠理论学习，不仅枯燥乏味，也不易掌握实际作业流程。因此，要求培训系统需具备提前预设故障、历史故障、现场复现等功能，并可对处理故障流程进行判分，从而提高教学和学习效率。

(4)新线开通之前，铁路局调度所会对线路进行满图负荷仿真试运行，以了解线路的满负荷运行能力，同时，对整条线路的运输流量瓶颈进行测评和推练，推断出可能出现的列车交汇集中点，为以后线路正常运行提供有价值的改善依据，提高线路的运输能力和运输效益。

针对上述需求，通过技术优化、流程再造、维修体系标准等手段将标准化作业流程、智能测量终端与物联网、互联网技术相结合，以应急指挥、生产、安全、质量、信息为首要任务，提高设备质量、缩短故障处理时间为目标。研发高速铁路CTC仿真培训系统时不我待。

2 高速铁路CTC仿真培训系统功能

作为一个功能复杂的培训系统，高速铁路CTC仿真培训系统的功能模块分为：(1)仿真通信子系统；(2)仿真多个信号子系统；(3)仿真车辆；(多个仿真子系统的集成整合及列车智能走行。CTC仿真系统的整体架构示意如图2所示。

图2 CTC仿真系统整体架构示意图

2.1 通信子系统的仿真

CTC仿真系统首先要满足阶段计划的生成、进路控制和命令执行3个功能，同时还要满足日常教学和学习的功能。高速铁路CTC仿真培训系统的几个功能需使用局域网进行数据交流，系统中教学和维护模块的部分工作是由教师机负责、管理和监督的。该系统的网络通信由抗干扰能力强的以太网交换机完成，通信子系统完成CTC与GSM-R的交互信息功能和FAS台功能。数据帧、通用发送帧关系结构如图3所示。

图3 数据帧、通用发送帧关系结构图

2.2 信号子系统仿真

高速铁路完成CTC运行的核心信号系统模块有联锁、列控中心、TSRS和RBC， CTC仿真系统需要完成以上模块的仿真。

(1)联锁仿真

模块主要模拟联锁模块的功能，具有系统所仿真线路的联锁表。接收CTC仿真系统的各种控制命令并正确执行，向CTC仿真系统发送站场信息以及与CTC系统交互非常站控或分散自律控制模式等。

(2)列车控制中心仿真

列控中心仿真模块主要包括区间方向判断和低频码信息计算。与CTC仿真模块进行区间和低频码信息的数据交流，同时完成当前所在区间列车占用与出清状态的检查，接收CTC仿真模块的控制命令，并检查区间是否有车。

(3)TSRS仿真

TSRS仿真模块的主要任务为接收CTC的限速命令并执行限速命令，与此同时向CTC仿真培训系统上传限速命令的执行状态，生成执行日志文件，以便后期查看限速命令的下达过程。

(4)RBC仿真

RBC仿真模块除向CTC仿真系统传输车辆仿真信息外，还要接收CTC仿真系统接口传输的文本信息，按照培训人员的操作指令进行仿真车辆的创建、注册等，结合联锁、车速等实现列车仿真运行，使其具备移动授权功能。通过这个模块可完成编制基本图、调整运行图、生成实际运行图等功能。运行图调整设计流程如图4所示，CTC中心行车指挥流程如图5所示。

图4 运行图调整设计流程图

图5 CTC中心行车指挥流程图

3 CTC仿真培训系统的实现

3.1 硬件设备配置

在硬件的基础配置上，重点完成了工作站系统搭建的设置，其中包括了各种服务器、交换机、Intel AMT (主动管理技术)等相关设备，还涉及到卡、声卡驱动等。系统设备应包括局域网设备、服务器、交换机和工作站操作系统补丁，同时还要将电脑硬件设备对应的驱动程序准确安装并配置成功。

服务器配置主要完成数据库配置的任务，用于存储保障列车行车的运行图数据、各种基础性的线路数据表以及仿真的站场图等，服务器由小型机和其相关设备组成，小型机使用Unix操作系统。

网络交换机拓扑能够避免总线故障而引起的全线网络故障，单个节点发生故障不会影响整个网络，每位用户的带宽能够达到100 Mbit/s，且可重新配置网络。

3.2 软件体系设计

培训系统软件由现场车站自律机和调度指挥控制中心软件两部分组成。调度指挥中心软件按其各自功能分成接口通信功能和服务应用功能。服务应用功能是给调度员准备的终端软件，是提供给信号设备维修人员系统维护与网络管理的软件。CTC仿真培训系统的软件模块逻辑关系如图6所示。

图6 CTC仿真培训系统的软件模块逻辑图

由图6可知，调度台的操作指令第一步流向应用服务器和通信服务器，然后流向前置机，最后由车站值班员凭借车务终端设备将其传输给自律机。

4 结束语

针对当前高速铁路现场人员的工作实际，本文通过分析CTC系统的功能需求，在CTCS-3级仿真培训系统的平台上，搭建了CTC系统仿真培训系统。在该系统下模拟高速铁路列车运行环境，测试即将投入使用的软件数据，并通过与联锁和列控设备的接口模拟，构建模拟真实环境进行功能试验。本仿真培训系统为独立系统，是专为提高车务人员业务水平而开发的培训系统。