城轨列车运行自动控制实践教学系统的设计与开发

南 洋

（长春职业技术学院，长春 130033）

目前，符合国家建设地铁标准的城市，国务院已经批准了39个，预计到2020年将达到50个左右，总规划里程达7000km，是目前总里程的4.3倍。快速发展的轨道交通，保障其高效、安全、可靠运营的根本就是列车控制系统，而列控系统离不开轨道交通信号及控制专业相关技术人员的努力。因此，培养大批具有应用技术能力及创新思维的专业人才成为高职教育责无旁贷的重任[1]。列控系统的广泛应用对系统维护人员的需求量和职业技能水平也不断增加，高职院校需要开发适合职业岗位技能需求的实践教学平台，以增强学生对理论知识的巩固和对职业技能的培养，满足实践教学需求。

1 城轨列车运行自动控制

城市轨道交通系统中，有效提高列车运行效率并且保证列车运行安全是系统运营的首要任务，而确保上述功能实现的方式就是城轨列车运行自动控制技术（Automatic Train Control，ATC）。其以车载信号为主体信号，根据地面传送的速度或距离等信息，自动控制列车的运行，是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行自动化，提高运输效率，减轻运营人员劳动强度的关键设备，是一套完整的管理、控制、监督系统[2]。

根据城市轨道交通通信信号技术的发展，目前我国应用的列车运行自动控制系统主要有基于轨道电路的列车控制系统（Track Circuit Based Train Control，TBTC）和基于无线通信的列车控制系统（Communication Based Train Control，CBTC）。TBTC系统技术成熟，安全可靠，但由于TBTC系统基于轨道电路来检测列车位置并向列车发送控制信息，其轨道电路在性能和功能上存在缺陷和限制。CBTC是新型的城市轨道交通ATC系统，包括采用感应环线和无线通信的CBTC系统[3]。

2 城轨列车运行自动控制实践教学现状

2.1 ATC系统技术革新推动职业技能培养水平提高

随着科技的不断发展，ATC系统也从传统的基于模拟轨道电路的ATC系统发展到基于数字轨道电路的ATC系统，再到现在的基于无线通信的CBTC系统，而未来互联互通的CBTC系统将成为我国列车控制系统的发展趋势。

为了更好地满足现代学徒制建设需要，完成企业对学徒的用工需要，城市轨道交通通信信号技术相关专业学生需要通过实践课程的实际动手操作，了解城轨ATC系统不断变化的新技术。但是，目前我国有关列控系统实践教学和培训的设备较少，各高等院校相关设备列控功能体现不全面，且针对性较差，使学生尚不能完全掌握相关岗位工作内容，也无法提高他们的实践动手能力。因此，为跟上ATC系统技术革新的步伐，更好地提高学生职业技能水平，设计开发满足实践教学和培训需求的列控系统实践教学平台已经迫在眉睫。

2.2 城轨列车运行自动控制实践教学系统自主开发，性价比高

目前，我国列控系统设备价格昂贵，动辄上千万元一套，而且国外公司列控系统核心技术受知识产权保护，处于保密状态。对于高职院校而言，价格如此昂贵，如果作为学生实践教学设备，一次性投入过大，性价比较低。而通过自主设计开发列控实践教学系统，可以大大节省资金，同时可以通过仿真教学来为高职院校学生和企业员工提供技术培训，除了实现教学应用外还具有一定的社会服务功能。

2.3 设计开发实践教学系统对接企业需求，针对性强

传统城市轨道交通通信系统和信号系统实训设备主要以沙盘演示及通信、信号设备实物操作为主，普遍通用化设计且功能展示以结果为主，缺少针对性。基于企业实际需求的设计理念来进行列控实践教学系统的设计与开发，可以充分吸收已有相关实训设备的优点，同时兼顾实用性、经济性及可操作性。在满足行业、企业对信号段、通信段工作人员的职业技能需求基础上，与理论课程相适应、与学生层次相适应、与岗位技能相适应，力求通过简单的实践操作和过程演示，让学生通过观察现象及动手实际操作实现对理论知识的巩固，从而实现“学徒”的职业技能培养。

3 城轨列车运行自动控制实践教学系统设计思路

根据长春轨道交通集团有限公司所提出的职业技能需求，该实践教学平台可用于实现辅助专业多门理实一体课程及专修实践课程中相关实验课程及实训项目的实践教学。

城轨列车运行自动控制实践教学系统主要由信号仿真教学模块和通信真教学模块两部分组成，如图1所示。两套系统可根据实际教学需要单独启动某一系统，或者可以两者联合启动，以实现相关实验、实训要求。该实践教学平台采用虚实结合的方式，通过真实设备和虚拟仿真相结合，更加立体地呈现实践教学系统相关功能。

图1 列车运行自动控制实践教学系统

3.1 信号仿真教学模块

城市轨道交通列控系统中，不论是TBTC系统还是CBTC系统，其信号系统都肩负着保护运行列车的运行安全，提高列车运行效率的重要使命。对于信号段工作人员来说，需要掌握其主要基础设备的日常维护与检修、联锁系统的日常维护及车载设备的调试与维护等工作内容，并具备相关实际操作技能。

为培养城市轨道交通通信信号技术专业学生相关职业能力，通过信号仿真教学模块的基本控制功能可以集中展示各信号基础设备的联锁关系，并可以单独展示各自的工作过程，同时可实现相关设备性能测试的操作。此外，此实践教学系统还可对列控系统的功能进行仿真。

例如，信号仿真教学系统具备的主要功能设计有：通过信号基础设备的不同状态表示进路位置及开通状态；通过接收信号控制命令驱动相关信号设备动作，如信号机、道岔的控制等，学生可以了解信号系统控制命令执行过程；可设置进路故障，引导学生对分路不良、“红光带”误显示等故障进行分析处理；能够实现信号设备相关电气性能测试，提高学生对地铁现场日常巡检工作流程的熟练度；能够通过信号仿真平台进行ATO系统的模拟和ATS系统的模拟等。

3.2 通信教学模块

城市轨道交通通信系统是指挥列车运行、公务联络和传递各种信息的重要手段，是保证列车安全、快速、高效运行不可缺少的综合通信系统[4]。通信系统是列车自动控制的基础设备，一方面负责传输各种控制指令和行车信息，另一方面实现全线各个系统的通信与联动工作，因此数据互通是信号模块与通信模块设计的首要要求。对于通信段工作人员来说，除了需要掌握车-地通信传输系统（包括有线通信和无线通信）的基本工作原理及工作过程以外，还应该掌握专用通信设备的日常维护及常见故障处理方法，并具备相关实际操作技能。

为培养城市轨道交通通信信号技术专业学生相关职业能力，通信系统仿真平台主要展现传输系统的工作过程，实现有线通信和无线通信，通过仿真平台可实现性能测试。此外，此平台还可通过添加扩展模块实现其他通信子系统功能展现，如PA系统、CCTV系统等。

例如，通信仿真教学系统具备的主要功能设计有：能够通过有线通信和无线通信方式实现车地双向通信，可通过平台修改行车信息从而实现对信号系统的控制；能够通过传输系统联动其他通信子系统，有效实现通信系统功能展示等。

4 结语

城市轨道交通系统快速发展的背景下，列控系统的应用越来越广泛，系统维护人员的需求量不断增加，其职业技能水平要求也不断提高。设计与开发城轨列车运行自动控制教学系统，可以增强学生对理论知识的巩固和对职业技能的培养，满足实践教学需求。该系统可适用于城市轨道通信信号技术专业的实践教学工作，可对信号工、通信工进行专业培训。