CN109360465A - 一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，本方法包括将底层支撑层与既有实物设备通过网络接口相连接，编制培训脚本后，向培训综合执行交互层中输入培训脚本，综合执行交互层将培训脚本传输至培训综合调度层中，培训综合调度层形成解析后信息，培训综合管理层依照培训综合调度层消息生成线路环境、各种模型及案例库。本发明能够针对高铁信号的培训特点，依托高铁信号系统中各种实物设备，建立能够适应不同实物设备条件、不同线路环境下，能够快速搭建整套效果好、操作真实的高铁信号培训系统。

Description

一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法

技术领域

本发明涉及培训系统的模拟搭建领域，具体涉及一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法。

背景技术

现有的高速铁路信号培训系统/平台，主要是针对特定功能或模式，在特定线路条件下定制的纯仿真平台；由于该种系统不是专门针对培训系统来设计，信号系统内的重要设备均用工控机来模拟，导致培训时受到很大限制。仅能体现系统原理，而系统可靠性、实际的操作性与真实设备差距很大；信号系统的适用场景均特殊设定，不能展现高铁信号系统在所有线路场景下整体运行及各设备联动的情况。

随着高铁信号新的技术和新装备层出不穷，固定模式的仿真培训平台不具备可拓展性，不能快速并入整个培训系统中。目前一些培训系统会针对单个信号系统的某些单个设备，通过仿真信号驱动来实现设备现有的功能，但是并没有针对整体实现全信号设备系统的培训功能，学习的深度和广度受到影响。并且随着高速铁路发展，路局、工区或者培训学校均需要不断的采购部分信号的室内外实物设备，这些机构迫切需要一种技术能够快速的基于其现有的部分实物构建整套的高铁信号培训系统。

发明内容

为了解决现有技术中的培训系统完整性差、不可拓展、可操作性差、难以快速更新等技术问题，本发明提供了一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法。

一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，包括以下步骤：

将高铁信号培训系统内的底层支撑层与既有实物设备通过网络接口相连接；

制定学习计划，编制培训脚本；

向高铁信号培训系统内的培训综合执行交互层中输入培训脚本；

高铁信号培训系统内的培训综合执行交互层将培训脚本传输至高铁信号培训系统内的培训综合调度层中，培训综合调度层根据培训脚本的信息完成数据预处理和表示模块的解析，形成解析后信息；

高铁信号培训系统内的培训综合管理层依照培训综合调度层的消息生成线路环境、各种模型及案例库；

培训综合调度层驱动底层支撑层获取既有实物设备的信息状态；

底层支撑层将获取的信息再传输至培训综合调度层；

培训综合调度层将信息传递至培训综合执行交互层；

培训综合执行交互层显示系统构建正常，在培训综合执行交互层中按照操作指令完成培训任务。

进一步地，所述培训综合调度层采用消息帧方式与培训综合管理层、培训综合执行交互层进行数据传输。

进一步地，所述消息帧的数据结构包括：消息类型、消息标识符、时间戳、字符串键值对、字符串数组键值对、信息包键值对、信息包数组键值对。

进一步地，所述培训脚本的内容包括：线路信息、车站信息、设备信息、车地信信息、车载信息、案例信息，所述培训脚本的数据结构与消息帧的数据结构相同。

进一步地，所述底层支撑层与培训综合调度层的信息传输方式采用通信帧方式。

进一步地，所述通信帧为用于压缩、发送数据的接收数据线程，所述接收数据线程采用节点采集数据的运行机制和在接收数据的过程中压缩数据的运行机制。

进一步地，所述底层支撑层与培训综合管理层、既有实物设备之间的信息传递采用接入帧方式。

一种虚实结合的高铁信号培训系统，包括用于编辑学习计划的培训脚本、用于培训脚本输入和传递操作指令的培训综合执行交互层、用于数据预处理和数据表示的培训综合调度层、用于构建实物、线路模型的综合管理层和用于消息接入、消息同步、消息分发的底层支撑层，所述底层支撑层分别与既有实物设备、培训管理层通过接入帧信息连接，所述底层支撑层通过通信帧与培训综合调度层信息连接，所述培训综合调度层通过消息帧与培训综合执行交互层、培训综合管理层信息连接。

进一步地，所述底层支撑层包括用于监听既有实物设备的实物设备接入模块、用于过滤数据的包过滤模块、用于数据缓存和处理的动态链接库和用于周期性上传数据的独立库。

进一步地，所述实物设备接入模块包括采用接入帧定义接收数据的数据定义单元、采用Snappy压缩算法对数据进行压缩和解压的数据处理单元、采用两级缓存且调用memcpy函数写入方式的数据缓存单元和用于保证数据完整性的同步锁单元。

进一步地，所述培训综合管理层主要包括管理线路模型库、高铁信号设备模型库、高铁运行案例库、车载设备工作模式库和典型故障场景库。

进一步地，所述培训综合调度层包括多个动态加载相应数据的数据预处理模块和多个数据表示模块。

进一步地，所述数据预处理模块包括用于传送底层支撑数据层的数据主处理单元和多个用于数据解析的数据解析单元，所述数据主处理单元定时向数据解析单元的待解析同步队列中放入标志数据，实现多个数据解析单元采用周期同步的运行。

进一步地，所述培训综合执行交互层包括真实操作模块、三维培训模块、课件与考试模块。

通过本发明的技术方案，避免了通过纯模拟方式在固定的线路环境下建立高铁信号仿真平台，而是能够针对高铁信号的培训特点，依托高铁信号系统中各种实物设备，建立能够适应不同实物设备条件、不同线路环境下，能够快速搭建整套效果好、操作真实的高铁信号培训系统。通过本方法搭建的培训系统能够充分利用不同单位或学校实际的硬件设备环境，完成整套系统的功能及实训实操；同时紧密结合实际，能实现全系统全覆盖的人机互动的方式；培训系统结合三维呈现，采用云平台部署模式，充分满足学、练、考等多种培训形式。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实施例中虚实结合的高铁信号培训系统的结构图；

图2示出了底层支撑层内独立高层库模块采用协议帧的数据格式图；

图3示出了底层支撑层内独立高层库模块采用数据定义格式图；

图4示出了消息帧采用的数据定义格式图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了虚实结合的高铁信号培训系统的结构图，如图所示，一种虚实结合的高铁信号培训系统，包括底层支撑层、培训管理层、培训综合调度层、培训综合执行交互层和培训脚本，底层支撑层通过内部建立的通信网络与既有实物设备、培训管理层和培训综合调度层进行信息传输。

具体的，底层支撑层通过接入帧分别与既有实物设备的通信接口和培训综合管理层信息连接；底层支撑层通过通信帧与培训综合调度层信息连接。

底层支撑层包括实物设备接入模块、包过滤器模块、动态链接库模块和独立高层库模块。实物设备接入模块的功能是接入高铁信号系统内的各种实物设备，进行实物设备的数据采集，以满足本培训系统采集各种实物数据的需要。包过滤器模块为底层支撑层的核心结构，具体为一个虚拟设备驱动程序，包过滤器模块的功能是过滤数据包。动态链接库模块功能是，确保对于不同系统版本的服务端和用户端，无需重新编译底层支撑层内的数据。独立高层模块功能为，供接入模块调用用于采集数据的适配函数。

实物设备接入模块会通过底层支撑层内的通信网络会监听各个与底层支撑层相连接的通信接口，收集既有实物设备的数据、培训综合管理层的数据和培训综合调度层的数据，收集到的各层数据后传输给包过滤模块；

包过滤模块会对收集到的数据根据其他层所需要的数据格式及信息进行适配和组成的过滤方式形成原始数据包，将过滤后的数据包传输给独立高层库模块；

独立高层库模块中的数据缓存与处理单元对原始数据对进行缓存，并且按照与培训综合调度层的通信协议打包成为协议帧，协议帧的数据格式如附图2所示，以该种格式将原始数据放入待发送缓存队列中；

动态链接库模块会周期性的从缓存队列中提取打包好的数据传送给培训综合调度层。

为了保证数据安全性，本实施例的培训系统通过底层支撑层将既有高铁信号设备的维护监测机、维护终端等信号设备的数据采集压缩后按照定义的格式将数据发送给培训综合调度层，不对信号实物设备进行任何修改，确保了信号设备的可靠性。

实物设备接入模块包括数据定义单元、数据处理单元、数据缓存单元和同步锁单元，数据定义单元采用如图3所示的数据格式对接收的数据进行定义，数据处理单元采用Snappy压缩算法对定义后的数据进行压缩和解压，数据缓存单元采用两级缓存机制进行数据缓存，同时调用memcpy函数作为缓存数据的写入方式，对缓存的数据进行快速处理，memcpy函数设置在实物设备接入模块的底层。

由于各通信接口的信息采用如图3所示的数据格式进行定义，该种接入帧格式可以灵活配置被采集设备的类型以及数目，适配所有的被采集设备，能够将不同类型的数据汇总，将不同来源的数据同源化。同时考虑到整站配置时被采集设备信息重复信息多，数据冗余度大的特点，实物接入模块采用了Snappy压缩算法。Snappy是一个用来压缩和解压缩的专用算法，其目标不是最大限度压缩，而是提供高速压缩速度和合理的压缩率。同时由于采集到的实物接入模块需要通过多个线程接收被采集设备的数据，并将其放入缓存中，因此缓存的写入速度较关键，为此数据缓存单元采取了两级缓存的机制，并调用memcpy函数作为写入操作的方式。两级缓存的作用为：一级缓存用于存储单一设备数据，二级缓存用于汇集一级缓存数据，可以防止不同设备数据阻塞。除此以外，数据在读写过程中同时运行同步锁单元，使得同一时间只允许同一采集设备缓存读写，保证数据的有效性和完整性，便于底层支撑层能够快速对既有实物设备进行数据收集。

底层支撑层通过与各层的通信连接完成底层通信网络的建立、数据以及消息的分发、系统时间同步、实物设备的接入等。为本实施例系统的底层数据传输、通信和连接作支撑。

培训综合管理层主要包括管理线路模型库、高铁信号设备模型库、高铁运行案例库、车载设备工作模式库和典型故障场景库。

设备模型库有：CTC模型，联锁模型，TCC模型，轨道电路模型，道岔模型，信号机模型，应答器模型，RBC模型，TSR模型，模拟驾驶台，BTM模型，STM模型，ATP模型，DMI模型。设备模型库中的各种铁路信号模型与实物设备模型的应用逻辑、通信格式和人机界面完全一致，实现本实施例的培训系统能够充分满足培训系统的要求。

线路模型库，包括现有的地面线路信息，同时也能够按照地面线路的信息录入实现新线路的补充，实现本实施例的培训系统能够完成不同线路环境的实现。

高铁案例库中包含的14个运营场景、9个车载工作模式包含：注册与启动、注销、等级转换、RBC切换、行车许可、重联与摘解、调车作业、人工解锁进路、进出动车段、特殊进路、自动过分相、降级、临时限速、灾害防护。

车载模式包含：待机模式、完全监控模式、部分监控模式、引导模式、目视行车模式、调车监控模式、隔离模式、休眠模式；

典型故障场景：CTC故障、列控中心故障、安全数据网故障、RBC故障、TSRs故障、转辙机故障、轨道电路故障、集中监控故障、联锁故障、信号机故障等。

培训综合管理层还包括：虚拟现实培训中各种三维模型库，各种场景模型库，基础的学习课件等。

培训综合管理层实行智能管理方式，各模型均可支持高铁信号培训系统的版本升级，线路场景扩展，三维模型可编辑性，课件学习可按照需求编辑。本层包括多个用于动态加载相应数据的数据预处理模块和多个数据表示模块。

当有多个表示模块用到同一类型的消息时，需要在数据预处理模块处进行统一处理，以减少冗余代码满足不同表示模块的需求。此时数据预处理模块接收到底层支撑层发送过来的一个类型的消息时，会按照不同的消息标识符分别处理。

数据预处理模块的机制有两种，分别为：1、对于周期性数据，接收到消息数据后，对比上一次接收到的数据，仅向表示模块发送变化数据，能够减少表示模块接收到的数据量。并且需要根据不同表示模块的要求分别处理，适用于一些消息类型或者消息标识符不需要进行变化的判断。2、根据底层支撑层消息的时间基线，按照不同的消息标识符分别设置数据老化窗口，将超时或者失效的数据通知表示模块。

数据预处理模块包括数据主处理单元和数据解析单元，数据主处理单元用于向数据解析单元传输底层支撑层的数据。培训综合调度层接收底层支撑层传输的各类设备数据信息时，会根据数据类型的不同，调用培训综合调度层不同的数据解析单元对数据进行解析和处理。不同的数据解析单元需要解析处理的数据量和计算量并不相同，因此会出现经过不同数据解析单元解析处理后的数据次序与原始数据的次序不一致，造成解析处理后数据可信度下降。解决这一问题的方法是采用不同数据解析单元同步进行数据解析的方式。由于既有实物设备会向底层支撑层传送相应的周期性数据，因此底层支撑层向培训综合调度层传递的数据也会具有一定的周期性。根据接收到数据的特性，数据解析单元采用周期同步的方式，同步周期只要不大于设备的最小运行周期，就不会影响解析处理后数据的可信度。数据解析单元间的周期同步是通过数据主处理单元向数据解析单元的待解析同步队列中放入标志数据来实现。具体为，数据主处理单元会定时向各数据解析单元的待解析数据队列中放入标志数据，当解析该种标志数据的数据解析单元处理完队列中该标志数据之前的所有数据后，数据主处理单元才会继续向各数据解析单元分发待解析的数据。保证了各数据解析单元解析处理相同标志数据的数据是同步进行的。

培训综合调度层与底层支撑层之间的通信传递，通过接收数据线程进行数据传递，接收数据线程会对接收到的数据进行压缩，在将压缩后的数据发送至培训综合调度层。在接收数据线程工作时，考虑到压缩数据本身如果在数据发送的时候进行，而数据发送只有一个线程，所有的负荷都集中在该线程上，导致该线程过载。为实现负载均衡，在接收数据线程运行时，采用在接收数据的过程中就完成数据的压缩工作，边接收边压缩，再发送压缩后的数据。减缓了数据进入单一线程的速度，促使数据进入其他线程，实现将更多的负荷平均到多个接收线程中，达到负载均衡的目的。并且接收数据线程采用节点采集即多线程的数据接收机制，可以更加有效地利用云平台多处理器并发的硬件优势，达到提高本实施例中系统响应速度的目的。

培训综合调度层与培训综合执行交互层之间、培训综合调度层与培训综合管理层之间均采用消息帧的通信方式。该种用于传递数据的消息帧，采用如图4所示的数据定义方式，该种数据定义方式是通过分析高铁信号培训系统相关数据的信息，定义了一个统一的数据结构。消息帧的数据结构包括：消息类型、消息标识符、时间戳、字符串键值对、字符串数组键值对、信息包键值对、信息包数组键值对(存储信息包数组信息的哈希表，哈希表的键为字符串类型，值是信息包数组类型，用于名称与多个并列信息包的对应)。对于上述提到的信息包，其由以下几部分组成：字符串键值对、字符串数组键值对、信息包键值对和信息包数组键值对。

采用如图4所示的数据定义格式会使培训综合调度层接收到的消息具有层次化结构，实现培训综合调度层内的消息数据与培训管理层、培训综合执行交互层内采用的XML(可扩展标记语言)数据格式能够自然、容易的相互转换，实现培训综合调度层内的数据消息，不仅能在网络传输、调用既有的XML相应方法上获得便利，而且能够在本实施例培训系统的各层之间实现消息通信。

由于本实施例的培训系统中按照功能划分各层和“高内聚，低耦合”的设计要求，因此将培训系统中与用户交互的展示和操作界面部分和培训执行提取出来，整合成“培训综合执行交互层”进行设计和开发。

高铁信号培训系统在运行过程中需要将既有实物设备的数据和培训系统中的各种结果等通过直观的方式展现给用户，故需要具备能够将文字、图表、动画等多种手段进行展示的执行交互层。同时，培训系统还需要向用户提供便捷、灵活的操作界面，以接受用户输入的指令。需要向培训综合执行交互层中注入培训脚本信息，实现培训综合执行交互层具有多种预期功能。

脚本通过XML消息通信的方式完成脚本注入。培训脚本的数据结构包括：消息类型、消息标识符、时间戳、字符串键值对、字符串数组键值对、信息包键值对、信息包数组键值对，对于上述提到的信息包，其由以下几部分组成：字符串键值对、字符串数组键值对、信息包键值对、信息包数组键值对。其相应的内容包含：线路信息、车站信息、设备信息、车地信信息、车载信息、案例信息等。培训脚本的数据结构与消息帧的数据结构相对应，能够根据培训综合执行交互层内的功能获取既有实物设备中对应的数据，实现培训综合执行交互层能够真实操作高铁信号系统的功能。采用本实施例的培训系统和培训脚本注入的方式能够快速灵活的实现培训内容的设计。

培训综合执行交互层包括真实操作模块、三维培训模块和课件与考试模块。真实操作模块工作时会调取培训综合管理层中的各种模型场景，通过培训综合调度层采集与本实施例系统相连接的实物设备运行数据，形成真实的列车运行场景，实现培训综合执行交互层全系统全真实训实操的功能。

三维培训模块具有三维漫游功能、虚实互动功能和虚拟现实功能，有以下工作情形：1、三维培训模块工作时，能以三维漫游的方式展现信号楼中各室的布置、外观及结构、并展现周边的其他视景，并展现室内所有设备的布局、形状外观、操作方式、系统连接、典型故障等；2、能以三维重建的方式在虚拟三维场景中展现信号设备实物的状态；在三维场景中控制信号设备实物状态的相关操作；3、全虚拟场景，在虚拟场景中信号设备的操作方式、逻辑关系和触发形式及结果与真实设备完全一致，并且在三维培训模块中设置虚拟信号设备各种故障现象，检修和真实设备完全一致。通过三维培训模块不同的工作情形实现培训综合具有虚拟交互虚拟现实三维培训的的功能。

课件与考试模块具有培训管理功能、课件教学功能和练习考试功能。培训管理功能体现在：对培训案例库进行管理，对学员、课程、培训结果进行管理，保存5年内的培训记录；对学员终端进行统一管理、监控、维护和升级；课件教学功能体现在：支持课件制作、播放、管理；包含但不局限于高铁信号各设备等内容；练习考试功能体现在：支持考题的录入、管理、试卷生成等。并且在培训综合执行交互层培训综合执行交互层中学练考的内容可以和培训脚本的内容相互融合，实现了培训综合执行交互层“学练考”课件和考试的功能。

本实施例高铁信号培训系统的硬件部署采取云平台共享硬件资源的开放方式，具体的，云平台包括多个通过通信网络相互连接的虚拟机，将培训系统构建在若干虚拟机上，培训系统可以访问上述的每个虚拟机硬件资源，实现系统部署的分散式。同时各种培训交互界面，也采取相应的虚拟机共享方式，使培训的地点不必局限于一地。

本实施例依托高铁信号系统各种实物设备，建立能够适应不同实物设备条件，不同线路环境下，快速搭建整套高铁信号培训系统。高铁线路主要的信号设备分为线路中心设备、车站/中继站设备、轨道电路室内设备、若干室外设备和若干车载设备。

线路中心设备包括：无线闭塞中心RBC、临时限速服务器TSRS、调度集中系统CTC中心机、及相应的维护机；

车站/中继站设备包括：计算机联锁CI、地面列控中心TCC、调度集中系统CTC站机、集中监测系统CSM；

轨道电路室内设备：道岔缺口监测分机、智能电源屏及相应设备的维护机；

若干室外设备包括：轨道电路室外设备、道岔转辙机、应答器、信号机等；

若干车载设备包括C2车载和C3车载设备。

本高铁信号培训系统中的底层支撑层会根据现场实际条件与上述信号设备中的一个或者多个相连接，确保底层支撑层能够采集实物数据，实现本培训系统能够基于现有的实物设备构建真实的培训场景。

本实施例培训系统应用的实物条件如下但不限于：实物条件为整站实物时，本方法能够构建基于整站实物的全线路含多个车站和中继站的高铁信号培训系统；实物条件为车站室内部分实物时，本方法能构建基于车站室内部分实物的完整车站室内设备，三站两区间或者整条线路的高铁信号培训系统；实物条件为轨旁设备实物，本方法能构建基于轨旁设备实物的完整车站设备，构建三站两区间或者整条线路的高铁信号培训系统；实物条件为室内实物设备，本方法能基于室内实物设备构建含室外轨旁设备的，完整的室内外联动系统及三站两区间或者整条线路的高铁信号培训系统；实物条件为车载实物时，本方法能基于车载实物构建含室外地面设备，完整的车地互通系统及三站两区间或者整条线路的高铁信号培训系统；实物条件为地面实物设备时，本方法能基于室内地面实物设备构建含车载设备，完整地车地互通系统及三站两区间或者整条线路的高铁信号培训系统。

将本实施例高铁信号培训系统的各硬件部署在多个控制既有实物设备的虚拟机上，并将底层支撑层与既有实物设备相连接，即可完成本高铁培训系统的构建。

在高铁信号培训系统构建完成后，即可根据培训内容灵活构建培训系统。本实施例的培训系统运行机制和流程如下：

1、制定学习计划，按照培训脚本数据格式编制脚本。

2、向培训综合执行交互层注入培训脚本。

3、培训综合执行交互层将培训脚本传输至培训综合调度层，依据培训脚本内的配置文件，完成数据预处理和表示模块的解析。

4、培训综合管理层依照培训综合调度层消息生成线路环境，各种模型及案例库。

5、培训综合调度层驱动底层支撑层，通过底层通信网络的建立、数据以及消息的分发、系统时间同步、实物设备的接入，构建成完整的培训系统。通过消息订阅的方式来获取底层设备信息状态。

6、显示系统构建正常，即可按照操作指令获取底层支撑层传输的实物信息，完成培训任务。

根据上述步骤可以根据不同的实物设备条件快速搭建完全操作真实的高铁信号培训系统，并且能够在系统内进行不同的培训计划，有效体现了本实施例的实现方法适用性强，应用范围广。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，包括以下步骤：

将高铁信号培训系统内的底层支撑层与既有实物设备通过网络接口相连接；

制定学习计划，编制培训脚本；

向高铁信号培训系统内的培训综合执行交互层中输入培训脚本；

高铁信号培训系统内的培训综合执行交互层将培训脚本传输至高铁信号培训系统内的培训综合调度层中，培训综合调度层根据培训脚本的信息完成数据预处理和表示模块的解析，形成解析后信息；

高铁信号培训系统内的培训综合管理层依照培训综合调度层的消息生成线路环境、各种模型及案例库；

培训综合调度层驱动底层支撑层获取既有实物设备的信息状态；

底层支撑层将获取的信息再传输至培训综合调度层；

培训综合调度层将信息传递至培训综合执行交互层；

培训综合执行交互层显示系统构建正常，在培训综合执行交互层中按照操作指令完成培训任务。

2.根据权利要求1所述虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，其中，所述培训综合调度层采用消息帧方式与培训综合管理层、培训综合执行交互层进行数据传输。

3.根据权利要求2所述虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，其中，所述消息帧的数据结构包括：消息类型、消息标识符、时间戳、字符串键值对、字符串数组键值对、信息包键值对、信息包数组键值对。

4.根据权利要求2所述的虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，其中，所述培训脚本的内容包括：线路信息、车站信息、设备信息、车地信信息、车载信息和案例信息，所述培训脚本的数据结构与消息帧的数据结构相同。

5.根据权利要求1所述的虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，其中，所述底层支撑层与培训综合调度层的信息传输方式采用通信帧方式。

6.根据权利要求5所述的虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，其中，所述通信帧为用于压缩、发送数据的接收数据线程，所述接收数据线程采用节点采集数据的运行机制和在接收数据的过程中压缩数据的运行机制。

7.根据权利要求1所述的虚实结合的高铁信号培训系统的实现方法，其中，所述底层支撑层与培训综合管理层、既有实物设备之间的信息传递采用接入帧方式。

8.一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述培训系统包括用于编辑学习计划的培训脚本、用于培训脚本输入和传递操作指令的培训综合执行交互层、用于数据预处理和数据表示的培训综合调度层、用于构建实物、线路模型的综合管理层和用于消息接入、消息同步、消息分发的底层支撑层，所述底层支撑层分别与既有实物设备、培训管理层通过接入帧信息连接，所述底层支撑层通过通信帧与培训综合调度层信息连接，所述培训综合调度层通过消息帧与培训综合执行交互层、培训综合管理层信息连接。

9.根据权利要求8所述的一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述底层支撑层包括用于监听既有实物设备的实物设备接入模块、用于过滤数据的包过滤模块、用于数据缓存和处理的动态链接库和用于周期性上传数据的独立库。

10.根据权利要求9所述的一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述实物设备接入模块包括采用接入帧定义接收数据的数据定义单元、采用Snappy压缩算法对数据进行压缩和解压的数据处理单元、采用两级缓存且调用memcpy函数写入方式的数据缓存单元和用于保证数据完整性的同步锁单元。

11.根据权利要求8所述的一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述培训综合管理层主要包括管理线路模型库、高铁信号设备模型库、高铁运行案例库、车载设备工作模式库和典型故障场景库。

12.根据权利要求8所述的一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述培训综合调度层包括多个动态加载相应数据的数据预处理模块和多个数据表示模块。

13.根据权利要求12所述的一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述数据预处理模块包括用于传送底层支撑层数据的数据主处理单元和多个用于数据解析的数据解析单元，所述数据主处理单元定时向数据解析单元的待解析同步队列中放入标志数据，实现多个数据解析单元采用周期同步的运行。

14.根据权利要求8所述的一种虚实结合的高铁信号培训系统，其中，所述培训综合执行交互层包括真实操作模块、三维培训模块和课件与考试模块。