CN101201982A - 铁路综合培训仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种铁路综合培训仿真系统，包括列车模拟驾驶子系统、车站作业仿真子系统、列车调度指挥子系统；所述3个子系统通过使用共享的数据库与相同的主控计算机相互协调。本发明的铁路综合培训仿真系统可以用于培训铁路工作人员和城市轨道交通工作人员在运输作业过程中的主要作业技能，从而确保所述工作人员具有较高的业务水平以及较高的处理突发事件的能力。

Description

铁路综合培训仿真系统

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，尤其涉及一种铁路综合培训仿真系统。

背景技术

铁路运输是目前仅次于海运的一种主要运输方式。运量较大，运输速度较快，运输风险较小，能常年保持运营。尤其是随着集装箱运输和国际多式联运的发展使得铁路运输对物流运输业、甚至对一国的国民经济的发展都有着愈发重大的意义。

由于铁路运输与其他运输方式相比对整体效率以及运行安全性的要求更高，而铁路运输又要面对诸多自身独有的困难，比如，部分区间高坡区段多、桥隧多、曲线路线多，部分机车载重量大、挂接车厢长等等。所以在铁路运输中对安全运营历来十分重视。

在铁路运输的过程中，列车操纵作业、车站作业和行车调度作业是铁路运输作业中不可缺少的三个环节，是铁路运输生产任务能否安全顺利完成的重要保证。因此，如何有效对上述三个环节中的工作人员进行培训是一项重要的工作。

进入20世纪90年代以来，尤其是随着城市轨道交通的迅速发展，迫切需要对司乘人员、调度人员、车站值班员等进行业务技能考核，对已上岗人员也需要每年定期进行技能巩固培训。

传统的培训方式是对司乘人员、调度人员、车站值班员进行实地培训，这种培训方式成本高、周期长，而且目前尚无将模拟驾驶、车站作业、列车调度指挥结合起来的模拟培训系统。

因此，根据铁路运输及城市轨道交通的发展情况以及对相关工作人员要求的不断提高，实有必要研发一种铁路综合培训仿真系统，用于培训铁路工作人员以及城市轨道交通工作人员在运输作业过程中的主要作业技能。

发明内容

本发明的主要目的是在于，提供一种铁路综合培训仿真系统以便于快速、低成本的培训从事相关工作的人员。

为了实现上述目的，本发明的铁路综合培训仿真系统是这样设计的：

一种铁路综合培训仿真系统，包括列车模拟驾驶子系统、车站作业仿真子系统、列车调度指挥子系统；

所述列车模拟驾驶子系统包括主控装置、与该主控装置相连接的数据采集输出装置和视景仿真装置，所述主控装置通过网络与数据采集输出装置和视景仿真装置连接；

所述车站作业仿真培训系统包括信号联锁模拟控制装置和值班员模拟控制装置，所述值班员模拟控制装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接；

所述列车调度指挥子系统包括车站模拟装置、调度模拟装置和数据库，所述车站模拟装置、调度模拟装置和数据库通过网络相互连接。

作为优选实施例，所述列车模拟驾驶子系统包括相对独立的驾驶舱装置。

作为优选实施例，所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的车载计算机仿真装置和故障处理装置。

作为优选实施例，所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的音频播放装置和运动仿真装置。

作为优选实施例，所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的教员监控装置和学员观摩装置。

作为优选实施例，所述车站作业仿真培训系统包括助理值班员模拟控制装置，该助理值班员模拟控制装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接。

作为优选实施例，所述车站作业仿真培训系统包括教员监控装置，该教员监控装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接。

作为优选实施例，所述车站作业仿真培训系统包括观摩装置，该观摩装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接。

本发明的功效在于，该铁路综合培训仿真系统可以用于快速、低成本的培训铁路工作人员和城市轨道交通工作人员在日常作业过程中的主要作业技能，从而确保所述工作人员具有较高的业务水平以及较高的处理突发事件的能力。

附图说明

下面结合附图以及具体实施方式对本发明的铁路综合培训仿真系统的进行详细说明：

图1是本发明的列车模拟驾驶子系统部分的方框图；

图2是本发明的车站作业仿真培训系统部分的方框图；

图3是本发明的列车调度指挥子系统部分的方框图；

图4是本发明的铁路综合培训仿真系统方框图。

具体实施方式

本发明的铁路综合培训仿真系统由列车模拟驾驶子系统1、车站作业仿真子系统2、列车调度指挥子系统3三个子系统组成。

所述列车模拟驾驶子系统1、车站作业仿真子系统2和列车调度指挥子系统3通过使用共享的数据库与相同的主控计算机相互协调，既能成套联合使用，又能各子系统单独使用。

如图1所示，列车模拟驾驶子系统由一个中央控制装置即主控装置10和其他8个不同功能的装置组成。

列车模拟驾驶子系统1作为电力机车驾驶技能的培训工具，具有视景、声音与动感仿真功能，培训环境和内容与实际工作应该做到尽可能的一致，因此它包括：主控装置10、负责数据输入、输出的数据采集输出装置102、车载计算机仿真装置103、视景仿真装置104、音频播放装置105、运动仿真装置106、故障处理装置107、教员监控装置108、学员观摩装置109以及其他必要的辅助设备、电源设备等。

主控装置10：它是列车模拟驾驶子系统的核心，承担着列车模拟驾驶子系统中列车仿真实时计算、视景、声音、运动系统控制参数的实时计算与网络通讯控制等繁重的任务，它与其他装置的控制计算机保持最为频繁的信息交换，是系统性能得以保证的根本所在。所述主控系统10不但是列车模拟驾驶子系统的中枢而且同时用于处理车站作业仿真子系统2、列车调度指挥仿真培训子系统3的部分数据，以协调上述3个子系统协同工作，共同模拟铁路运行的完整系统。

数据采集输出装置102：该装置选用PC工控机，实现对驾驶员操纵台输入的数据采集，并且管理仪表、指示灯、显示设备的驱动控制，同时兼顾计算机显示界面仿真和列车控制逻辑运算。

所述数据采集输出装置102与所述主控装置10通过网络相互连接，使得所述主控装置10可以实时监控驾驶员通过操纵台输入的数据，并且根据其输入反馈回信息到操作台的相应的指示灯、仪表盘上或是为其他的驱动设备提供指令。

车载计算机仿真装置103：使用软件方式仿真车载计算机显示系统，可以通过不断的从所述主控装置10接受数据并发送至显示装置以便实时显示最新的模拟路况信息，比如前方区间是否已经被闭塞等。通过此类信息提示驾驶员接下来应该选择进行何种操作。显示屏幕可以选用与原车显示屏设备类似的代用品。

视景仿真装置104：由视景生成与控制设备和视景显示设备共同组成。其中，视景生成与控制设备包括视频播放单元与场景生成单元。所述视频播放单元采用直接放像技术，将线路实景事先录制在录像带、激光视盘等物理介质上，再利用相应的放像设备重放出来；所述场景生成单元采用计算机图像生成技术，通过计算机软件及相应的硬件显示设备，建立列车运行线路的三维场景模型，由计算机实时计算生成虚拟线路视景实现列车运行时的场景模拟，该场景生成单元将其产生的模拟场景数据发送到所述视景仿真装置的视频播放单元以便显示图象。而视景显示设备则采用三通道板块式视景显示系统，视景系统全部位于运动平台上，其中DLP投影设备、正投系统以及全封闭的前向投影室有较宽的视景并给人较强的沉浸感。所述视景显示设备用于接受并显示所述视景生成与控制设备传送的图像信息。

该视景仿真装置104通过接收所述主控装置10的指令来确定正在模拟的列车速度等信息，从而控制视频文件的播放速度，以达到所述视景仿真装置104能够真实再现列车环境的目的。所述数据采集输出装置102接收模拟驾驶输入数据，并将所述驾驶输入数据发送到所述主控装置；所述主控装置根据模拟驾驶输入数据生成仿真数据，并将该仿真数据发送到视景仿真装置以建立列车运行模拟场景。

音频播放装置105：采用数字式音响发生器，模拟方式有线传输、数字方式记录与回放的声音模拟系统。所述音频播放装置105配备支持5.1声道输出的高档音频处理卡，功放采用独立5.1声道的环绕立体声功放，扬声器采用六支高保真的同轴共面扬声器，确保声音信号的高质量还原。

该音频播放装置105的工作方式与上述视景仿真装置104类似，通过接收所述主控装置10的指令来确定正在模拟的列车速度等信息，从而控制音频文件的播放频率、音效等，以达到所述视景仿真装置104能够尽量真实再现列车驾驶室内音效环境的目的。

运动仿真装置106：运动仿真装置106从所述主控装置10接受运动指令并向液压传动机构发送运动指令。主控装置10指示所述运动仿真装置106带动模拟驾驶室产生相应的俯仰、横滚、摇摆、升降、纵向平移和侧向平移的运动。该运动仿真装置106具有优越的运动仿真性能、高可靠性和易维护性。

所述模拟驾驶室内部的结构、尺寸、操纵台设备及其布置、室内装饰灯与原车基本一致，给操纵者强烈的身临其境的感觉，以便本发明能够达到最佳的模拟效果。

故障处理装置107：故障设置与处理功能正是列车模拟驾驶子系统1的优势所在，它能够培训驾驶人员对故障分析、判断及实时查找和排除的能力。

列车模拟驾驶子系统1采用配置实物与软件模拟相结合的方式满足培训的需要。利用计算机多媒体技术，能够将实物电器柜以二维或者三维模型形式展示给受训驾驶员，并配置实物电控制动管路屏柜，将列车逻辑控制与实物模型相结合，允许司机在电器柜模型中通过交互方式查找、判断和排除故障。故障设制的方式采用即时产生式和故障预设式相结合的方法，故障设制的工作量小，教员还可以根据实时状况随意设置、撤销或者恢复故障状态，具有很强的灵活性。

所述故障处理装置107可以预设或随机产生若干故障，从而向所述主控装置10发出相应的故障信号，该主控装置10又把故障反应在指示面板、仪表之上，当在操作人员查找到并排除了预设的故障后指示面板恢复正常。

教员监控装置108：该教员监控装置108承担着列车模拟驾驶子系统1的全方位监管、控制和系统维护的任务。监控数据包括所述数据采集输出装置102的输入数据、车载计算机仿真装置103的输入数据、故障处理装置107的输入数据等。该教员监控装置108能够最大量的提供整个系统的各种信息，以便教员高效无误的工作。

学员观摩装置109：该学员观摩装置109可以从所述主控装置和所述数据采集输出装置接收数据。该学员观摩装置109采用主动式观摩系统，利用显示设备、耳机桌椅等用以接收来自除所述教员监控装置108以外各装置的输入及输出信息，并配备多媒体教室利用网络终端拓展教学的内容，使众多学员能够了解模拟操纵的驾驶员的驾驶过程并进行评价，极大的提高学员学习的兴趣。

该列车模拟驾驶子系统1的各装置均与所述主控装置10连接。这种分布式的星状网络体系结构具有可靠性、易用性高、维护方便和便于拓展等优点，其中任意一个装置出现故障后不影响其他装置的正常功能。它能够较为真实地从视觉、听觉、操纵真实感等方面模拟列车在各种环境与工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性、控制逻辑特性；既可模拟单机运行，又可模拟列车运行。

如图2所示，车站作业仿真培训系统2大致包含以下五个装置：他们分别是信号联锁模拟控制装置20、值班员模拟控制装置201、助理值班员模拟控制装置202、教员监控装置203、观摩装置204。所述信号联锁模拟控制装置20与其他四个装置分别通过网络相连接。

1、信号联锁模拟控制装置20

由于目前铁路的车站信号控制系统基本采用的是6502电气集中方式，并且大部分的中间站基本状况一致，即股道数、轨道电路、道岔、信号机等设施的中间的基本状况一致，所以我们选择具有一定代表性的中间站点，以硬件方式仿造与该代表性站点的实际电气集中控制台一致的电气集中模拟控制台。

该电气集中模拟控制台主要由车站6502电气集中模拟控制台及相关的通讯设备组成，而车站的6502电气集中控制系统的设备功能由计算机软件仿真实现，控制台上的显示、开关控制以及其他组件与实际情况完全一致，为受训人员提供一个与实际工作中完全一致的工作环境，能够强化模拟效果。

2、值班员模拟控制装置201

值班员模拟控制装置201主要由无线电台、对讲设备、电话、运行计划计算机、D-MIS计算机、车站电气集中复示显示器等组成，其模拟控制台也是按照具有一定代表性的中间站的模式设置。

其中，无线电台、对讲设备、电话采用与实物的形状、样式、功能均类似的代替品，经改造后接入所述值班员模拟控制装置201，所有通话内容均能够实现实时录音，并与训练过程建立索引关系。

运行计划计算机、D-MIS计算机的功能通过计算机软件仿真实现。我们采用三台计算机分别模拟值班员所在车站及相邻两个车站，值班员通过在所述值班员模拟控制装置201上输入操作指令，该操作指令经由所述信号联锁模拟控制装置20发出的控制信号操纵实现相邻车站之间的联锁闭塞控制关系，进而模拟车站值班员作业，实现列车的接发车、停车等控制过程。

3、助理值班员模拟控制装置202

该装置借助计算机图像生成技术，为助理值班员(包括车站的外勤人员)构筑一个虚拟的车站作业环境。该虚拟的车站作业环境由类似于所述视景仿真装置104的设备组成，这里不在赘述。

利用投影设备将车站现场及列车进出车站的视景在投影仪上显示，接受培训的助理值班员在显示屏幕前方进行接发车等作业训练。其控制原理与所述值班员模拟控制装置201的控制原理相同。这种方式站场视景场面较大，因此还可以与学员观摩装置共同采用一个投影显示系统。

4、教员监控装置203

该教员监控装置203由教员监控台、监控计算机、相关通讯设备及打印机等组成。所述教员监控装置203主要用于监控和管理培训过程。所述教员监控装置203可以监控所述值班员模拟控制装置201和所述助理值班员模拟控制装置202上发出的指令，教学人员可以干预和指导受训学员的培训过程，也可以设置突发事件、非正常现象、设备故障等训练和检验受训学员的综合素质与处理异常情况的能力。

5、观摩装置204

该观摩装置204主要由观摩学员区及相应的车站场景显示系统组成，学员可以直接观察正在受训人员的作业过程，从而学习和了解车站作业的特点。观摩学员还能够了解模拟操纵的学员的操作过程并进行评价，极大的提高观摩学员学习的兴趣。

为了达到较好的模拟培训效果，整个装置采用实物与模拟软件相结合的方式实现。

通过结合具体的培训铁路线路，设置一个与该具体铁路线路中典型车站类似的车站值班员、信号员工作场所，通常为车站的信号控制室，助理值班员的工作环境则采用虚拟方式实现。

车站作业仿真培训系统2采用分布式的星状网络体系结构，所述信号联锁模拟控制装置20通过星状网络与其他四种装置分别联结。这样每个装置实现一种功能，不受其他装置的影响。因此，车站作业仿真培训系统2具有高可靠性、易用性、可维护性和可拓展性。车站作业仿真培训系统2能够较为真实地从视觉、听觉、动感、操纵真实感等方面模拟车站的各种作业操作，使得培训人员熟知将来工作岗位的操作环境，是铁路工作人员能够在确保安全的前提下提高工作效率的有利保障。

如图3所示，所述列车调度指挥子系统3主要由车站模拟装置30、调度模拟装置31、数据库32组成。

车站模拟装置30：由车站D-MIS模拟控制计算机及相关模拟控制软件组成，可以模拟建立铁路全线所有车站的仿真平台。

调度模拟装置31：由模拟调度铁路全线所有车站的控制计算机及相关控制软件组成，包括模拟对讲设备、模拟无线电台等。

数据库32：由网络服务器和系统网络数据库管理软件等组成，能够与D-MIS模拟控制计算机系统实现网络接口和信息互换。所述数据库32为上述列车模拟驾驶子系统1、车站作业仿真子系统2、列车调度指挥子系统3三个子系统共用，方便共享数据。

所述列车调度指挥子系统3采用网状体系结构，所述车站模拟装置30、调度模拟装置31、数据库32通过网络相互联结。列车调度指挥子系统3能够较为真实地从视觉、听觉操纵真实感等方面模拟车站的各种作业操作，使得培训人员熟知将来工作岗位的操作环境，是铁路工作人员能够在确保安全的前提下提高工作效率的有利保障。

如图4所示，所述列车模拟驾驶子系统1、车站作业仿真子系统2和列车调度指挥子系统3通过计算机网络彼此相互连接，并且共享数据库。所述三个子系统既可独立作业，也可联合作业。适用于培训列车驾驶员、车站值班员、调度指挥人员等技术人才。

由以上说明可知，本发明的铁路综合培训仿真系统可以用于培训铁路工作人员和城市轨道交通工作人员在运输作业过程中的主要作业技能，从而确保所述工作人员具有较高的业务水平以及较高的处理突发事件的能力。

Claims (10)

1.一种铁路综合培训仿真系统，其特征在于：该铁路综合培训仿真系统包括列车模拟驾驶子系统、车站作业仿真子系统、列车调度指挥子系统；所述三个子系统通过使用共享的数据库与相同的主控计算机相互协调；

所述列车模拟驾驶子系统包括主控装置、与该主控装置相连接的数据采集输出装置和视景仿真装置，所述主控装置通过网络与数据采集输出装置和视景仿真装置连接；

所述车站作业仿真培训系统包括信号联锁模拟控制装置和值班员模拟控制装置，所述值班员模拟控制装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接；

所述列车调度指挥子系统包括车站模拟装置、调度模拟装置和数据库，所述车站模拟装置、调度模拟装置和数据库通过网络分别相互连接。

2.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的车载计算机仿真装置。

3.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的故障处理装置。

4.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的运动仿真装置。

5.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的教员监控装置。

6.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的音频播放装置。

7.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述列车模拟驾驶子系统包括与所述主控装置连接的学员观摩装置。

8.根据权利要求1所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述车站作业仿真培训系统包括助理值班员模拟控制装置，该助理值班员模拟控制装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接。

9.根据权利要求1或6所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述车站作业仿真培训系统包括教员监控装置，该教员监控装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接。

10.根据权利要求1或6所述的铁路综合培训仿真系统，其特征在于：所述车站作业仿真培训系统包括观摩装置，该观摩装置通过网络与所述信号联锁模拟控制装置连接。

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