高铁列车调度员CTC实训仿真系统设计研究

郭峰 李庆锋 李鹏飞 潘荣坤

随着我国经济发展，高速铁路在我国得到了快速发展，逐渐形成了高铁网络。高铁具有快速、舒适、行车间隔短、安全和环保等一系列优点，这强力吸引着人们以高铁作为出行方式的首选。但如果发生行车安全事故，其带来的后果是不堪设想的，因此行车安全是铁路永恒不变的主题。而高铁列车调度员作为行车的管理者和指挥者，肩负着列车运行安全的重要使命，因此有必要加强对高铁列车调度员的能力培训。正常情况下，采用的培训模式都脱离了设备，多以“对话”方式进行。由此可见，这种方式并不能带来高效、满意的培训结果。CTC系统以其先进的功能，辅助列车调度员轻松完成行车作业，且起到了保障行车安全的目的。但是，在突发情况下，高铁列车调度员由于自身业务水平、决策能力和处置经验等的限制，导致无法有效、快速地处置行车突发事件，这将对行车安全产生致命打击。综上，对高铁列车调度员是有必要时刻进行强化演练和培训，从而有效保证行车安全。这迫切需要一套CTC仿真实训系统，辅助高铁列车调度员完成日常训练，保障高铁行车安全。

近年来，相关学者和专家对高铁列车调度员实训系统都进行了大量研究，且成果颇丰。宋鹏飞等基于CTC实际数据，研究集联锁、闭塞、列控和通信等为一体的仿真平台，实现了无差异化的教学；马文晖等针对铁路现场中调度员对工作的需求，详细分析了CTC系统功能，从功能仿真出发，设计了CTC仿真培训系统；张晓梅从CTC系统结构分析，通过数据建模、模型转换、数据库建立和仿真编程实现调度指挥仿真实验平台的设计；何宏伟对现有设备做出分析，从系统环境、教学功能和日常管理三方面出发，融合多项关键技术，对仿真实训平台进行了研究；陈世忠等提出一套铁路调度实训仿真系统，能进行非正常情况设置，全过程反映列车调度员的处置流程和执行情况。

通过这些研究成果，为本文提供了大量的参考依据和理论基础。基于这些成果，本文也将着重对高铁列车调度员实训系统进行研究，以期对实训系统设计方面有所助力，最终促进高铁行车日益安全。

一、高铁列车调度员培训现状分析

目前，针对铁路行车人员实操训练，主要采用的是“对话”方式进行，达不到训练的效果，无法真实体验操作过程。通过现有训练模式分析，在许多方面都存在问题，主要集中在以下几点。

1.培训模式方面

当前高铁列车调度员的培训，主要采用线下理论培训的传统模式，缺乏列车调度员动手操作的实践环节，较大程度上影响到列车调度员解决实际问题的能力。同时，采用教员讲解、学员听课的形式，受教员的教学水平、知识储备和学员技能不同的影响，若采用同一情景、同一环境下教学，使得培训结果因人而异，无法针对不同的学员做到因材施教。这种模式不仅加大了培训强度，也延长了列车调度员的培养、培训周期。

2.应急处置培训方面

日常演练多在“天窗”时段内进行，采用“口头对话”方式进行，难以还原现场实景化的演示操作，只是按照固定流程完成应急处置。而且，日常对于非正常行车处置培训方面，都局限于规章和案例讲解，学习内容枯燥，无法真正领会处置流程。

因此，急需一套CTC实训仿真系统，模拟真实作业环境，解决目前高铁列车调度员培训所面临的问题。

二、详解CTC实训仿真系统

1.实训仿真平台简介

利用现代化计算机模拟仿真技术、通信技术、网络信息技术、自动化控制技术，结合系统集成技术，综合设计CTC实训仿真系统。构建具备运行图终端、助调终端、调度命令终端、调度监督终端以及实训管理系统的仿真平台。

2.实训仿真平台功能

（1）运行图终端

运行图终端系统是CTC系统的重要组成部分，是行车调度组织工作的重要工具，也是实训系统的重要组成部分。通过运行图终端系统，主要实现列车运行计划编制和调整、计划下达管理、列车属性管理、列车节点属性管理以及列车查找等相关功能。操作方式与实际调度台运行图终端保持一致。

（2）助调终端

助调终端系统主要实现列车进路的自动排列，必要时可进行人工干预，以及对道岔、信号机的相关操作。由自律机系统根据阶段计划，自动生成接发车进路序列表，显示车次号、计划时间、触发条件、股道、进路类型、进路名称、触发方式及状态等信息。在助调终端可对触发方式、股道等进行人工干预。操作方式与实际调度台助调终端保持一致。

（3）调度命令终端

调度命令终端系统实现调度命令管理、编辑、审批、下发、签收和查询功能，以及列控限速命令的设置和下达功能。

列控限速管理模拟仿真TSRS，接受调度命令终端系统编制生成的列控限速命令，实现列控限速命令的激活校验、初始化、执行、删除等基本操作。操作方式与实际调度台一致。

（4）调度监督终端

调度监督终端系统实现区段画面/单站画面自由切换，主要对站场示意图、信号机、线路和车站等进行实时显示。通过调度监督终端系统，对列车运行整个过程实施全程监控。

（5）实训管理系统

实训管理的对象主要为学员和训练内容。具备学员登录客户端、创建训练内容、更新训练内容、接收训练内容、训练环境初始化的功能。通过教员创建并实时更新训练内容，以符合实际作业规范，和满足个性化训练的目的。

三、实训仿真系统设计

1.实训仿真系统结构

为了与现实CTC系统功能吻合，最大程度复刻系统功能，需要对CTC实训仿真系统进行仿真环境的搭建。主要包括调度台CTC操作终端、数据库服务器、应用服务器、通信接口服务器等，并通过数据库与实训管理系统互联。具体如下图所示。

图1 仿真实训系统环境结构

2.通信、信号系统仿真

通过系统平台的搭建，在现有CTC平台的基础上，仿真构建一套与实际运行环境一致的仿真系统。RBC、GSM-R、联锁和TSRS是维持CTC仿真平台正常运转的核心通信、信号系统，针对这几部分内容进行功能仿真。

（1）RBC仿真

CTC仿真系统通过RBC接口服务器与RBC系统，采用专用数字通道进行连接，两者实现信息互通功能。CTC能从RBC接受列车信息，列车相关信息包含了列车车次号、速度、位置、长度以及移动授权等。除了从RBC处接受列车信息以外，RBC还需要从CTC接受文本信息，按照系统的指令对仿真列车进行创建、注册，实现列车运行仿真。

（2）GSM-R仿真

CTC仿真系统通过GSM-R接口服务器与GSM-R系统，采用专用数字通道或者以太网进行连接，两者实现信息互通功能。CTC可向GSM-R发送无线调度命令、无线进路预告等信息。CTC从GSM-R接受无线车次校核信息、调度命令、进路预告等信息。

（3）联锁仿真

CTC仿真系统通过车站自律机与计算机联锁设备连接，两者实现信息互通功能，双方需要保证控制指令的完整传达和执行。CTC可向计算机联锁系统发送控制指令，并接受来自于计算机联锁系统反馈的信号设备状态以及设备报警等重要信息。控制指令包括排列进路、总人工解锁、道岔解锁、信号机操作等相关指令。

（4）TSRS仿真

CTC仿真系统通过TSRS接口服务器与TSRS系统，采用专用数字通道进行连接，两者实现信息互通功能。CTC系统可向TSRS发送临时限速调度命令，以及临时限速命令的激活和执行，并从TSRS处接受限速命令激活和执行结果，以及临时限速的状态信息。

四、仿真系统关键技术

1.模拟列车运行技术

模拟列车运行是仿真系统的关键，而列车的牵引、制动过程是模拟列车运行的核心所在，系统根据列车实际速度和列控允许速度的差距，完成列车制动或者牵引，实现列车位移。

（1）线路允许速度的确定

由于实际中的线路情况复杂，运行环境多变，导致列车运行至不同地段，使得允许速度受不同条件限制，包括线路临时限速、桥梁和曲线限速等。因此，列车运行允许速度应分地段取各限速条件对应的最小值，即

图2 线路区段允许速度

（2）列控允许速度曲线的建立

通过以上方法，得到列控允许速度曲线，如下图所示。

图3 列控允许速度曲线

（3）模拟列车运行

2.进路触发检测技术

列车在站到发及通过，需要提前排列相应进路。CTC系统中，通过进路序列实现进路排列。因此，进路触发是仿真系统的又一关键技术。进路触发时机受时空关系逻辑控制，在列车到达或通过之前10分钟或者提前8个闭塞分区触发进路，开放信号；在列车出发之前1-2分钟触发进路，开放信号。但是，这并不代表只要列车进路触发时机满足触发条件，即可排列进路。区间和车站内存在列车群，可能多列车同时满足这样的时空条件，且这些列车的进路之间存在共同部分。所以，在触发进路之前，需要由系统激活进路触发检测机制，符合要求后方可进行进路触发。

当多列列车的进路触发时机满足时空条件后，由系统遍历区间、车站内所有列车，获取这些列车的到发、通过时刻以及线路占用信息。通过检测本列车前方径路是否被占用，并根据列车到发、通过时刻优先检测，若无占用，则触发进路。进路触发检测机制如下图所示。

图4 进路触发检测机制流程

通过模拟列车运行和进路触发检测技术，实现仿真系统虚拟列车的自走行，为高铁列车调度员的培训提供了环境基础。

五、结语

按照上述内容以及仿真设计，构建的CTC实训仿真系统，实现了以下目标。

1.改变了传统的培训模式

通过实训仿真平台，真实还原与现场一致的作业场景，极大解决了理论和实际脱节的问题，加强了对学员实践能力的培养，减少由于人员因素差异对培训结果的影响，减轻了培训负荷，缩短了培训周期，作用效果明显。

2.通过实训管理系统，可由教员根据教学安排自行创建培训内容，并下发至学员，通过系统加载内容进行训练。尤其是针对行车突发应急事件，通过CTC仿真实训系统实现突发应急事件预演，使高铁列车调度员熟悉整个操作流程，从而保障了行车安全。

基于实际数据构建CTC仿真实训系统，通过不断演练培训，提升了高铁列车调度员的业务水平、决策能力和处置经验，保障了高铁行车安全，适应了我国高速铁路的发展需求。