CN112185210A - 列车模拟驾驶系统及模拟驾驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种列车模拟驾驶系统及模拟驾驶方法，其中该系统包括：视景子系统、仿真测试环境子系统和列车控制信号子系统；视景子系统用于可视化展示列车模拟驾驶操作单元、硬件控制设备和列车仿真运行场景；列车控制信号子系统包括实际列车控制信号单元和实际列车管理信号单元；仿真测试环境子系统分别与上述两子系统通信连接，用于模拟列车驾驶的硬件及软件程序环境设备，以根据用户对列车模拟驾驶操作单元和硬件控制设备的操作，由实际列车控制信号单元和实际列车管理信号单元获取真实控制与管理信号，并基于此在列车仿真运行场景下进行列车模拟驾驶。本发明实施例模拟驾驶效果逼真，能为信号系统的改进和更新提供更有力的支持。

Description

列车模拟驾驶系统及模拟驾驶方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车模拟驾驶系统及模拟驾驶方法。

背景技术

近年来，随着移动网络通信技术和计算机科学的发展，城市轨道信号系统也正朝着更加综合化、自动化和智能化的方向发展。为保障城轨信号系统设备的正常研发和不断改进，现在通用的方式是先在计算机上进行纯软件功能测试，再在实验室环境下搭建仿真平台，对信号系统进行功能、性能的验证。

但是，由于上述纯软件模拟驾驶系统仿真平台是在模拟驾驶界面上进行操作，与在真实操作台上的操作方式相差较大且操作不便。同时，由于这种纯模拟的驾驶系统只模拟出信号系统的表象功能，并不能完全模拟出真实信号系统的运行情况，因此不能真实反映列车的实际运行情况，不利于信号系统的改进和更新。

发明内容

本发明实施例提供一种列车模拟驾驶系统及模拟驾驶方法，用以解决现有技术中模拟驾驶操作不便且安全可靠性不高的缺陷，实现逼真的模拟驾驶效果，并为信号系统的改进和更新提供有力支持。

本发明实施例提供一种列车模拟驾驶系统，包括：视景子系统、仿真测试环境子系统和列车控制信号子系统；

所述视景子系统用于可视化展示列车模拟驾驶操作单元、硬件控制设备和列车仿真运行场景；

所述列车控制信号子系统包括实际列车控制信号单元和实际列车管理信号单元；

所述仿真测试环境子系统分别与所述视景子系统和所述列车控制信号子系统通信连接，用于模拟列车驾驶的硬件环境设备和软件程序环境设备，以根据用户对所述列车模拟驾驶操作单元和所述硬件控制设备的操作，由所述实际列车控制信号单元和所述实际列车管理信号单元获取真实控制与管理信号，并基于所述真实控制与管理信号，在所述列车仿真运行场景下进行列车模拟驾驶。

根据本发明一实施例的列车模拟驾驶系统，所述视景子系统具体包括：列车运动学仿真模型、列车硬件控制模块和列车运行场景模块；

所述列车运动学仿真模型用于模拟和显示列车的运动控制单元，所述运动控制单元包括制动系统仿真模块、牵引系统仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块和运动学物理仿真模块，用于向所述仿真测试环境子系统输送列车运动控制过程信号，以使所述列车控制信号子系统根据用户对所述列车模拟驾驶操作单元和所述硬件控制设备的操作，控制列车运行；

所述列车硬件控制模块连接列车车头和车尾驾驶舱的驾驶台，并控制所述驾驶台相关设备的运行；

所述列车运行场景模块用于根据实际线路，进行列车运行线路和运行场景的模拟与显示。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述列车控制信号子系统具体包括：列车自动防护与运行子系统、计算机联锁子系统、区域控制器子系统和列车自动监控子系统；

所述列车自动防护与运行子系统包括列车自动防护子系统和列车自动运行子系统；所述列车自动防护子系统用于所述硬件环境设备中地面设备信息的接收、注册注销管理，以及列车运行过程中列车安全状态的监控与防护；所述列车自动运行子系统用于在所述列车自动防护子系统防护下，根据所述列车自动监控子系统的指令，实现列车的自动驾驶和列车在区间运行的自动调整；

所述列车自动监控子系统用于通过局域网获取所述列车自动防护与运行子系统和联锁设备提供的列车运行状态信息、信号设备的状态信息和列车位置信息，采用大屏幕显示实际线路的车站、区间及车辆段的信号设备状态和列车运行状态；

所述计算机联锁子系统用于排列进路，并用于控制信号机、区段、道岔和站台门的动作，以及设置列车限速和车列跟踪；

所述区域控制器子系统用于通过局域网获取联锁进路、区段状态、临时限速命令、列车状态和位置报告信息，并实时生成列车移动授权控制信息发送给车载设备，以控制列车安全追踪运行。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述硬件环境设备具体包括：多功能车辆总线接口平台、车载接口平台和计算机联锁接口平台；

所述多功能车辆总线接口平台用于通过与车载设备的多功能车辆总线通信和与仿真环境中列车控制及管理仿真模型的以太网通信，实现所述车载设备和所述列车控制及管理仿真模型间的通信连接；

所述计算机联锁接口平台分别与所述仿真测试环境子系统和所述列车控制信号子系统通信连接，用以将所述仿真测试环境子系统中仿真的轨旁设备状态数据发送给所述列车控制信号子系统中的计算机联锁子系统，并自所述计算机联锁子系统接收相应的轨旁设备驱动信息及应答器报文；

所述车载接口平台通过以太网分别与区域控制器模块、计算机联锁模块和列车自动监控模块通信连接，用以实现与所述区域控制器模块、所述计算机联锁模块和所述列车自动监控模块的数据交互。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述列车运行场景模块用于模拟以下列车运行环境中的一种或多种：

正线铁路路基基础，包括轨道、架空线路、轨旁设备、标志性建筑、隧道及内部设备、站台和站房中的一种或多种；

信号机，包括进出站信号机、调车信号机、通过信号机和预告信号机中的一种或多种；

岔道，是按照真实线路的岔道位置、形状和类型制作渲染的；

线路标志，包括停车标、站牌、应答器、百米标、限速标、警冲标、预告标灯和线路标志中的一种或多种；

铁路沿线景物，包括树木、房屋、护栏、草和公路中的一种或多种。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述列车运行场景模块还用于：通过操作界面加载雨、雪、雾、白天或黑夜的天气模型，以改变当前运行场景的天气情况；以及，通过操作界面加载轨道障碍物或车站火灾的应急场景，并向所述仿真测试环境子系统发送故障场景信号。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述仿真测试环境子系统包括列车运行线路的运行图程序模块，用于实现与地面设备的信息交互，并实现设备状态设置和列车运行故障模拟。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述仿真测试环境子系统在实现所述列车运行故障模拟时，具体用于：

设置或者清除指定轨道区段上的计轴故障；

设置道岔状态，以及设置或者清除道岔故障状态；

设置信号机状态，以及设置或者清除信号机故障状态；

设置屏蔽门状态，以及设置或者清除屏蔽门故障状态；

设置或者清除应答器故障状态；

在轨道区段任意位置创建或删除列车。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，所述视景子系统还包括人机界面，所述列车自动防护与运行子系统的实物设备连接所述人机界面的实体设备，并通过CAN总线向所述人机界面的实体设备发送列车运行状态信息，以通过所述人机界面对所述列车运行状态信息进行实时显示。

本发明实施例还提供一种根据以上所述的列车模拟驾驶系统进行的列车模拟驾驶方法，包括：

初始化系统，并利用所述视景子系统，将列车运行场景设置为初始场景；

利用所述仿真测试环境子系统，在仿真测试环境运行图初始位置建立列车，并使所述仿真测试环境子系统连接至实物列车自动防护子系统设备控车；

远程或利用所述视景子系统本地唤醒列车，以使列车向前运行，并利用所述视景子系统播放列车仿真运行场景；

进行列车定位，并利用所述列车控制信号子系统，分别在列车和所述列车控制信号子系统的计算机联锁子系统、区域控制器子系统和列车自动监控子系统间建立通信连接；

若连接成功，升级控车，并采用自动驾驶模式驾驶列车运行到终点站；

控制列车向车辆段进行折返，直至列车行驶回车辆段的车库内，模拟驾驶结束。

本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统及模拟驾驶方法，通过采用真实的车载ATP/ATO子系统进行控车，视景子系统采用CGI技术，根据真实线路进行原尺寸线路模拟与显示，模拟驾驶效果逼真，能为信号系统的改进和更新提供更有力的支持。

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为本发明一实施例提供的列车模拟驾驶系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统中视景子系统的结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统中列车控制信号子系统的结构示意图；

图4为根据本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统中硬件环境设备的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的列车模拟驾驶系统的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的列车模拟驾驶系统的安装效果示意图；

图7为本发明一实施例提供的列车模拟驾驶方法的流程示意图。

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、完整地描述，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作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。

本发明实施例针对现有技术中列车模拟驾驶系统效果不够逼真的问题，通过采用真实的车载ATP/ATO子系统进行控车，视景子系统采用CGI技术，根据真实线路进行原尺寸线路模拟与显示，模拟驾驶效果逼真，能为信号系统的改进和更新提供更有力的支持。以下将结合图1-图7，具体通过多个实施例对本发明实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明一实施例提供的列车模拟驾驶系统的结构示意图，该系统可以模拟全自动无人驾驶和基于通信的列车自动控制系统，实现逼真的列车模拟驾驶效果，如图1所示，该系统包括：视景子系统101、仿真测试环境子系统102和列车控制信号子系统103。其中：

视景子系统101用于可视化展示列车模拟驾驶操作单元、硬件控制设备和列车仿真运行场景；列车控制信号子系统103包括实际列车控制信号单元和实际列车管理信号单元；仿真测试环境子系统102分别与视景子系统和列车控制信号子系统通信连接，用于模拟列车驾驶的硬件环境设备和软件程序环境设备，以根据用户对列车模拟驾驶操作单元和硬件控制设备的操作，由实际列车控制信号单元和实际列车管理信号单元获取真实控制与管理信号，并基于真实控制与管理信号，在列车仿真运行场景下进行列车模拟驾驶。

可以理解为，本发明实施例的列车模拟驾驶系统至少应包括视景子系统101、仿真测试环境子系统102和列车控制信号子系统103，分别用于实现列车运行场景的展示、列车运行测试环境的模拟和提供真实的列车控制信号。其中的仿真测试环境子系统102分别与视景子系统101和列车控制信号子系统103之间通信连接，以实现数据交互，如从列车控制信号子系统103获取真实的列车运行与管理信号注入到模拟驾驶环境中，以使模拟驾驶效果更逼真，再如将用户进行模拟驾驶产生的运行状态输出到视景子系统101以进行直观展示等。

具体而言，本发明实施例在实验室环境下搭建出更真实的列车模拟驾驶环境，包括根据真实线路构建的运行场景、真实的列车驾驶室和列车驾驶台和较完整的列车信号系统。该环境既可以用来调试信号系统的各个子模块功能，也可以调试信号系统整体运行功能，进行各个子系统联调联动的系统测试。

其中的视景子系统101展示出列车模拟驾驶时需要展示的列车本身、列车运行场景以及驾驶列车需要操作的硬件设备等。仿真测试环境子系统102则用于提供列车驾驶过程中的运行环境模拟，包括硬件环境如列车控制接口平台，以及软件环境如线路的运行图程序和模拟驾驶台界面程序等。列车控制信号子系统103是真实的列车自动控制信号系统，包括列车自动运行子系统(Automatic Train Operation,ATO)、列车自动防护子系统(Automatic Train Protection,ATP)、列车自动监控子系统(Automatic TrainSupervision,ATS)等，用于为列车模拟驾驶系统提供真实的列车控制信号，获得更真实的驾驶体验。

仿真测试环境子系统102作为模拟驾驶的中心系统，分别与视景子系统101和列车控制信号子系统103之间通信连接，仿真测试环境子系统102从视景子系统101获取用户的模拟驾驶操作数据，并从列车控制信号子系统103获取实际的列车运行及管理信号，经过仿真测试环境处理后，分别提供给这两个子系统所需数据，实现这两个子系统的数据交互。

可以理解的是，视景子系统101根据牵引制动级位，自行算出列车运动状态，并根据运动状态自行控制运行场景。牵引制动级位由列车控制子系统算出(或由视景子系统的列车硬件控制模块采集牵引制动手柄状态)，属于控制信号，发送给仿真测试环境子系统102，由仿真测试环境子系统102转发给视景子系统101。仿真测试环境子系统102对这视景子系统101和列车控制信号子系统103提供所需数据的处理和转发。

本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统，通过采用真实的车载ATP/ATO子系统进行控车，视景子系统采用CGI技术，根据真实线路进行原尺寸线路模拟与显示，模拟驾驶效果逼真，能为信号系统的改进和更新提供更有力的支持。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，其中的视景子系统的结构组成如图2所示，为根据本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统中视景子系统的结构示意图，具体包括：列车运动学仿真模型201、列车硬件控制模块202和列车运行场景模块203。其中：

列车运动学仿真模型201用于模拟和显示列车的运动控制单元，运动控制单元包括制动系统仿真模块、牵引系统仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块和运动学物理仿真模块，用于向仿真测试环境子系统输送列车运动控制过程信号，仿真测试环境子系统将列车运动控制过程信号处理后，提供给列车控制信号子系统，以使列车控制信号子系统根据用户对列车模拟驾驶操作单元和硬件控制设备的操作，控制列车运行；列车硬件控制模块202连接列车车头和车尾驾驶舱的驾驶台，并控制驾驶台相关设备的运行；列车运行场景模块203用于根据实际线路，进行列车运行线路和运行场景的模拟与显示。

具体而言，如图2所示，视景子系统组成主要包括列车运动学仿真模型201、列车硬件控制模块202和由计算机成像(Computer Generated Imagery,CGI)技术构建的列车运行场景模块203。其中的列车运动学仿真模型201进行列车运动学模型的仿真，以对列车的运动控制系统如牵引、制动等进行模拟和可视化展示。本发明实施例中仿真的列车运动控制单元包括列车的制动系统仿真模块、牵引系统仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块和运动学物理仿真模块。通过将列车运动控制的这些模块集成到仿真的列车运动控制单元中，可以向仿真测试环境子系统输送列车运动控制过程信号，以使列车控制信号子系统根据用户对列车模拟驾驶操作单元和硬件控制设备的操作，控制列车运行。

列车硬件控制模块202能够采集和控制列车车头和车尾驾驶舱的驾驶台，包括驾驶台的所有按钮、开关及司控器等，也控制乘客舱的车门、报站屏、报站语音以及站台的屏蔽门、紧急关闭按钮及折返按钮等硬件。列车运行场景模块203根据真实线路进行原尺寸线路模拟与显示，车站、线路相对位置关系符合实际情况，地势走向和坡度与实际一致，给模拟驾驶人员身临其境的感觉。

本发明实施例采用真实的列车驾驶舱和驾驶操作台，并根据真实的列车运行线路场景等，同比例生成列车运行场景，测试人员可以通过操作真实驾驶台控制列车运行或者通过信号系统自动驾驶列车，驾驶室的前窗和侧窗播放真实线路的运行场景，测试人员能够沉浸式体检信号系统控制下的列车运行状况，效果逼真。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，列车运行场景模块用于模拟以下列车运行环境中的一种或多种：

正线铁路路基基础，包括轨道、架空线路、轨旁设备、标志性建筑、隧道及内部设备、站台和站房中的一种或多种；

信号机，包括进出站信号机、调车信号机、通过信号机和预告信号机中的一种或多种；

岔道，是按照真实线路的岔道位置、形状和类型制作渲染的；

线路标志，包括停车标、站牌、应答器、百米标、限速标、警冲标、预告标灯和线路标志中的一种或多种；

铁路沿线景物，包括树木、房屋、护栏、草和公路中的一种或多种。

可以理解为，本发明实施例利用列车运行场景模块模拟的列车运行场景包括铁路线路及其附属功能性建筑模型。其中铁路线路包括正线铁路路基基础，附属功能性建筑模型包括信号机、道岔、线路标志以及铁路沿线景物等。其中道岔的位置、相似度、类型均依照真实线路和数据进行制作。实际系统模拟中，可以模拟出以上线路和附属功能性建筑模型中的一种或者多种。同样的，也可以根据实际情况模拟出线路和附属功能性建筑模型属性中的一种或者多种。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，列车运行场景模块还用于：通过操作界面加载雨、雪、雾、白天或黑夜的天气模型，以改变当前运行场景的天气情况；以及，通过操作界面加载轨道障碍物或车站火灾的应急场景，并向仿真测试环境子系统发送故障场景信号。

可以理解为，本发明实施例的列车模拟驾驶系统还可以通过操作界面手动或者自动加载雨、雪、雾、白天、黑夜等天气模型，用以改变当前运行场景的天气情况，也可以手动或者自动加载轨道障碍物、车站火灾等应急场景，同时会向仿真测试环境发送故障场景信号。

进一步的，本发明实施例的运行场景可以响应改变信号机状态指令，在运行场景中信号机模型状态与其保持同步，实现场景中的信号灯亮灭。同时，运行场景可以响应改变道岔状态指令，在运行场景中道岔状态与其保持同步，能改变道岔在定位还是反位状态，列车可在场景中驶入不同的列车轨道。

视景子系统采集驾驶台所有按钮、开关和司控器状态，也采集乘客舱的车门状态、站台屏蔽门状态、站台紧急关闭按钮及折返按钮状态等相关硬件状态，发送给仿真测试环境。同时，也响应仿真测试环境发送过来的硬件控制指令，如驾驶台指示灯显示、车辆的报站屏和报站语音，车门和屏蔽门的开关等。

视景子系统也根据司控器状态或者仿真测试环境发送过来的牵引制动级位来计算列车运动物理学模型的加速度特性，根据加速度特性获取列车的速度和累计运行距离。另外，视景子系统根据计算出来的速度和累计运行距离，保持运行场景播放的速度和画面帧数，同时将列车的速度和累计运行记录发送给仿真测试环境。

本发明实施例可以用于产品的展出，在驾驶室里可以最真实感受到真实的运行环境以及基于信号系统的列车运行效果，便于信号产品的展示。另外，该系统可用于人员的培训，和真实环境接近，可提升培训效果。

进一步的，根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，视景子系统还包括人机界面，列车自动防护与运行子系统的实物设备连接人机界面的实体设备，并通过CAN总线向人机界面的实体设备发送列车运行状态信息，以通过人机界面对列车运行状态信息进行实时显示。

可以理解为，本发明实施例的列车模拟驾驶系统中还包括人机界面(HumanMachine Interface,HMI)实物设备。HMI人机实物设备连接车载ATP/ATO子系统实物设备，使得车载ATP/ATO子系统可通过CAN总线向人机设备发送车辆运行状态信息，并由HMI人机实时显示列车运行状态。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，列车控制信号子系统的结构组成如图3所示，为根据本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统中列车控制信号子系统的结构示意图，具体包括：列车自动防护与运行子系统301、计算机联锁子系统302、区域控制器子系统303和列车自动监控子系统304。其中：

列车自动防护与运行子系统301包括列车自动防护子系统和列车自动运行子系统。列车自动防护子系统用于硬件环境设备中地面设备信息的接收、注册注销管理，以及列车运行过程中列车安全状态的监控与防护；列车自动运行子系统用于在列车自动防护子系统防护下，根据列车自动监控子系统的指令，实现列车的自动驾驶和列车在区间运行的自动调整。列车自动监控子系统302用于通过局域网获取列车自动防护子系统、列车自动运行子系统和联锁设备提供的列车运行状态信息、信号设备的状态信息和列车位置信息，采用大屏幕显示实际线路的车站、区间及车辆段的信号设备状态和列车运行状态。计算机联锁子系统303用于排列进路，并用于控制信号机、区段、道岔和站台门的动作，以及设置列车限速和列车跟踪。区域控制器子系统304用于通过局域网获取联锁进路、区段状态、临时限速命令、列车状态和位置报告信息，并实时生成列车移动授权控制信息发送给车载设备，以控制列车安全追踪运行。

具体而言，如图3所示，列车控制信号子系统主要由车载自动防护与运行(Automatic Train Protection/Automatic Train Operation,ATP/ATO)子系统、计算机联锁(Computer Interlocking,CI)子系统、区域控制器(Zone Controller,ZC)子系统和列车自动监控(Automatic Train Supervision,ATS)子系统组成。

其中，车载ATP子系统用于地面信息的接收、注册及注销管理，同时进行列车位置报告、列车超速防护、车门防护、零速检测、退行防护、无意识移动防护、列车状态监控和制动确认等，确保列车运行安全。

车载ATO子系统用于在ATP子系统的安全防护下，根据ATS子系统的指令，实现列车的自动驾驶和列车在区间运行的自动调整，确保达到要求的设计间隔及旅行速度。

ATS子系统通过局域网获取ATP/ATO和联锁设备提供的列车运行状态信息、信号设备的状态信息和列车位置信息等，并采用大屏幕显示实际线路的车站、区间及车辆段的信号设备状态和列车运行状态。

ZC子系统通过局域网获取联锁进路和区段状态、ATS临时限速命令和车载设备提供的列车状态、位置报告信息，并据此实时生成列车移动授权等控制信息发送给车载设备，以控制列车以移动闭塞方式安全追踪运行。

CI子系统用于排列进路，以及控制信号机、区段、道岔和站台门等设备的动作，同时还用于设置列车限速和列车跟踪。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，硬件环境设备的结构组成如图4所示，为根据本发明实施例提供的列车模拟驾驶系统中硬件环境设备的结构示意图，具体包括：多功能车辆总线接口平台401、车载接口平台402和计算机联锁接口平台403。其中：

多功能车辆总线接口平台401用于通过与车载设备的多功能车辆总线通信和与仿真环境中列车控制及管理仿真模型的以太网通信，实现车载设备和列车控制及管理仿真模型间的通信连接；车载接口平台402通过以太网分别与区域控制器模块、计算机联锁模块和列车自动监控模块通信连接，用以实现与区域控制器模块、计算机联锁模块和列车自动监控模块的数据交互；计算机联锁接口平台403分别与仿真测试环境子系统和列车控制信号子系统通信连接，用以将仿真测试环境子系统中仿真的轨旁设备状态数据发送给列车控制信号子系统中的计算机联锁子系统，并自计算机联锁子系统接收相应的轨旁设备驱动信息及应答器报文。

具体而言，仿真测试环境的硬件环境如图4所示，仿真测试接口柜提供车载接口平台用来支撑一套车载实物设备接入，提供如应答器、速度、输入/输出IO量、CAN总线等数据的硬线收发，并按统一通道接口与ATP/ATO代理通信，实现数据交互。

也就是说，首先仿真测试接口柜提供多功能车辆总线(Multifunction VehicleBus,MVB)接口平台，MVB接口平台实现仿真环境中的列车控制及管理(Train Control andManagement System,TCMS)仿真模型与车载设备之间的通信，MVB接口平台与车载设备是通过MVB通信的，而与仿真测试环境内部的TCMS仿真模型是通过以太网进行通信的。

其次，仿真测试接口柜提供计算机联锁(Computer Interlocking,CI)接口平台，用来支撑一套CI实物设备或者CI仿真模型接入，可实现CI子系统和仿真测试环境的数据交互。仿真测试环境有线路仿真模块，能够仿真轨旁设备，CI接口平台将仿真的轨旁设备状态数据发送给CI子系统，CI子系统将相应的轨旁设备驱动信息以及应答器报文发送给CI接口平台。

另外，仿真测试接口柜可以通过以太网连接区域控制器(Zone Controller,ZC)实物或者ZC仿真模型，实现仿真测试接口柜与ZC的数据交互。另外，仿真测试接口柜可以通过以太网连接列车自动监控(Automatic Train Supervision,ATS)实物或者ATS仿真模型，实现接口柜与ATS的数据交互。

本发明的一个实施例中，CI和ZC都是采用仿真模型，ATS和车载采用实物设备接入，可称为半实物仿真。

本发明实施例提供一套半实物仿真的信号系统测试环境，可以通过使用真实ATP和驾驶台、虚拟ATP和虚拟驾驶台，实现多车在运行线路图上运行，能够进行多车和单车的系统测试和调试，也可以对单个子系统进行独立的测试。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，仿真测试环境子系统包括列车运行线路的运行图程序模块，用于实现与地面设备的信息交互，并实现设备状态设置和列车运行故障模拟。

可以理解为，本发明实施例可以在测试中注入故障场景，进行信号系统的故障处理功能测试，能够直观展现在视景中，感觉真实。

根据本发明一个实施例的列车模拟驾驶系统，仿真测试环境子系统在实现列车运行故障模拟时，具体用于：

设置或者清除指定轨道区段上的计轴故障；

设置道岔状态，以及设置或者清除道岔故障状态；

设置信号机状态，以及设置或者清除信号机故障状态；

设置屏蔽门状态，以及设置或者清除屏蔽门故障状态；

设置或者清除应答器故障状态；

在轨道区段任意位置创建或删除列车。

可以理解为，本发明实施例的仿真测试环境还包含线路的运行图程序，该程序实现了用户与地面设备的交互，通过运行图界面上操作相应的设备或按钮，实现设备状态设置和故障模拟。其中在进行故障模拟时，对轨道区段可做如上设置。

此外，仿真测试环境还可包含模拟驾驶台界面程序，该程序模拟列车驾驶操作台，通过界面上的按钮实现控制列车的运行，主要包括列车运行方向选择、列车运行档位和紧急制动等常用功能。

本发明实施例的列车模拟驾驶系统使用仿真测试环境实现视景子系统和列车信号系统的数据交互和支持，也实现列车信号系统的各个子系统的实物设备与仿真设备的切换使用。同时，对于故障的注入方便，故障展示直观。

如图5所示，为本发明另一实施例提供的列车模拟驾驶系统的结构示意图，其中，仿真测试环境子系统的仿真测试接口柜同时连接视景子系统和实际列车控制信号系统。其中车载ATP/ATO子系统使用真实的车载实物设备，该设备软件搭载真实的ATP和ATO子系统软件。HMI使用真实的人机实物设备，HMI安装在驾驶舱的驾驶台上，通过硬线与车载ATP/ATO实物设备连接。CI子系统可以使用真实的CI设备，也可以使用仿真的CI模块，本实施例使用仿真的CI模块。ZC子系统可以使用真实的ZC设备，也可以使用仿真的ZC模块，本实施例使用仿真的ZC模块。ATS子系统可以使用真实的ATS设备，也可以使用仿真的ATS模块，本实施例使用真实的ATS实物设备。

在上述各实施例的基础上，如图6所示，为本发明一实施例提供的列车模拟驾驶系统的安装效果示意图，其中示出了本发明实施例的列车模拟驾驶系统中各子系统的一种安装方式示例。

图中，601为根据真实列车驾驶舱结构和乘客舱结构搭建的列车模型，包含车头和车尾驾驶室以及一小节乘客车厢。驾驶室包含驾驶操作台，乘客车厢包含报站屏、报站广播、紧急开门装置以及车门等。车载ATP/ATO实物设备和仿真测试接口柜放置在驾驶舱内。

602为可以开关的一节屏蔽门，与屏蔽门对应位置的是601里面的车门，同样可以开关。602里还包含站台的紧急关闭按钮、折返按钮和站台屏蔽门开关按钮等。

603为监控和调度中心，其中包含视景系统操作台、仿真测试环境操作台、ATS监控和调度中心操作台。

604为一大显示屏幕，由ATS控制显示实际线路的车站、区间以及车辆段的信号设备状态和列车运行状态。

本发明实施例的列车模拟驾驶系统具有以下优势：

其一，集成度高，可以支持全自动无人驾驶系统的演示和测试，同时兼顾基于通信的列车自动控制系统的演示和测试，可将信号系统、车辆设备和综合监控集成融合到一起进行控制，克服各个系统之间接口难，复杂的问题。

其二，扩展性强，仿真测试环境支持信号子系统的实物设备和仿真模型的切换，支持单车和多车的信号系统运行调试和功能测试，支持视景子系统应急场景的注入和轨旁设备的故障场景注入，实现信号系统的故障场景测试。

其三，节约时间和成本，该系统将信号系统、车辆设备和综合监控集成融合到一起进行控制，不需要为测试数据准备大量设备重新布置环境，节省了搭建仿真测试环境的时间。

其四，模拟驾驶效果逼真，由于采用真实的车载ATP/ATO子系统进行控车，视景子系统采用CGI技术，根据真实线路进行原尺寸线路模拟与显示，车站、线路相对位置关系符合实际情况，地势走向和坡度与实际一致，列车的运动学物理模型也考虑到制动系统的特性曲线、牵引电机的特性曲线、列车运动过程中的基本阻力和线路当中的坡度等参数进行建模，模拟驾驶效果逼真，引入入胜，可以很好的进行人员的培训，也是一个优秀的信号产品展示平台。

基于相同的发明构思，本发明实施例根据上述各实施例提供一种列车模拟驾驶方法，该方法通过应用上述各实施例提供的列车模拟驾驶系统，实现列车的模拟驾驶。因此，在上述各实施例的列车模拟驾驶系统中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各个处理步骤的理解，具体可参考上述实施例，此处不在赘述。

作为本发明的一个实施例，所提供的列车模拟驾驶方法包括以下处理过程：

初始化系统，并利用视景子系统，将列车运行场景设置为初始场景；

利用仿真测试环境子系统，在仿真测试环境运行图初始位置建立列车，并使仿真测试环境子系统连接至实物列车自动防护子系统设备控车；

远程或利用视景子系统本地唤醒列车，以使列车向前运行，并利用视景子系统播放列车仿真运行场景；

进行列车定位，并利用列车控制信号子系统，分别在列车和列车控制信号子系统的计算机联锁子系统、区域控制器子系统和列车自动监控子系统间建立通信连接；

若连接成功，升级控车，并采用自动驾驶模式驾驶列车运行到终点站；

控制列车向车辆段进行折返，直至列车行驶回车辆段的车库内，模拟驾驶结束。

具体而言，如图7所示，为本发明一实施例提供的列车模拟驾驶方法的流程示意图，其中在列车模拟驾驶系统正常行驶过程，从车辆段的车库内激活列车，列车从车辆段方向运行到线路终点站，在终点站方向进行折返，从终点站重新运行到车辆段的车库内，完成整条线路的正常场景运行。

在列车运行过程中，可以通过视景子系统操作界面注入故障场景，视景子系统会发送故障场景信号到仿真测试平台，用于测试信号系统对故障场景的处理。同时也可以通过仿真测试环境的运行图界面注入轨旁设备故障，用于测试信号系统对轨旁设备故障的处理。也可以在仿真测试的运行图界面建立虚拟列车，由虚拟的ATP程序控制列车，并通过模拟驾驶台界面操控列车的实际运行，由此可以在模拟驾驶系统中完成多车的测试。

本发明实施例提供的列车模拟驾驶方法，通过采用真实的车载ATP/ATO子系统进行控车，视景子系统采用CGI技术，根据真实线路进行原尺寸线路模拟与显示，模拟驾驶效果逼真，能为信号系统的改进和更新提供更有力的支持。

可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解，各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(如个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各方法实施例或者方法实施例的某些部分所述的方法。

另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：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实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种列车模拟驾驶系统，其特征在于，包括：视景子系统、仿真测试环境子系统和列车控制信号子系统；

所述视景子系统用于可视化展示列车模拟驾驶操作单元、硬件控制设备和列车仿真运行场景；

所述列车控制信号子系统包括实际列车控制信号单元和实际列车管理信号单元；

所述仿真测试环境子系统分别与所述视景子系统和所述列车控制信号子系统通信连接，用于模拟列车驾驶的硬件环境设备和软件程序环境设备，以根据用户对所述列车模拟驾驶操作单元和所述硬件控制设备的操作，由所述实际列车控制信号单元和所述实际列车管理信号单元获取真实控制与管理信号，并基于所述真实控制与管理信号，在所述列车仿真运行场景下进行列车模拟驾驶。

2.根据权利要求1所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述视景子系统具体包括：列车运动学仿真模型、列车硬件控制模块和列车运行场景模块；

所述列车运动学仿真模型用于模拟和显示列车的运动控制单元，所述运动控制单元包括分别与所述仿真测试环境子系统通信连接的制动系统仿真模块、牵引系统仿真模块、基本阻力系统仿真模块、线路系统仿真模块和运动学物理仿真模块，用于向所述仿真测试环境子系统输送列车运动控制过程信号，以使所述列车控制信号子系统根据用户对所述列车模拟驾驶操作单元和所述硬件控制设备的操作，控制列车运行；

所述列车硬件控制模块连接列车车头和车尾驾驶舱的驾驶台，并控制所述驾驶台相关设备的运行；

所述列车运行场景模块用于根据实际线路，进行列车运行线路和运行场景的模拟与显示。

3.根据权利要求1所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述列车控制信号子系统具体包括：列车自动防护与运行子系统、计算机联锁子系统、区域控制器子系统和列车自动监控子系统；

所述列车自动防护与运行子系统包括列车自动防护子系统和列车自动运行子系统；所述列车自动防护子系统用于对所述硬件环境设备中地面设备信息的接收、注册注销管理，以及列车运行过程中列车安全状态的监控与防护；所述列车自动运行子系统用于在所述列车自动防护子系统防护下，根据所述列车自动监控子系统的指令，实现列车的自动驾驶和列车在区间运行的自动调整；

所述列车自动监控子系统用于通过局域网获取所述列车自动防护与运行子系统和联锁设备提供的列车运行状态信息、信号设备的状态信息和列车位置信息，采用大屏幕显示实际线路的车站、区间及车辆段的信号设备状态和列车运行状态；

所述计算机联锁子系统用于排列进路，并用于控制信号机、区段、道岔和站台门的动作，以及设置列车限速和车列跟踪；

所述区域控制器子系统用于通过局域网获取联锁进路、区段状态、临时限速命令、列车状态和位置报告信息，并实时生成列车移动授权控制信息发送给车载设备，以控制列车安全追踪运行。

4.根据权利要求1-3中任一所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述硬件环境设备具体包括：多功能车辆总线接口平台、车载接口平台和计算机联锁接口平台；

所述多功能车辆总线接口平台用于通过与车载设备的多功能车辆总线通信和与仿真环境中列车控制及管理仿真模型的以太网通信，实现所述车载设备和所述列车控制及管理仿真模型间的通信连接；

所述计算机联锁接口平台分别与所述仿真测试环境子系统和所述列车控制信号子系统通信连接，用以将所述仿真测试环境子系统中仿真的轨旁设备状态数据发送给所述列车控制信号子系统中的计算机联锁子系统，并自所述计算机联锁子系统接收相应的轨旁设备驱动信息及应答器报文；

所述车载接口平台通过以太网分别与区域控制器模块、计算机联锁模块和列车自动监控模块通信连接，用以实现与所述区域控制器模块、所述计算机联锁模块和所述列车自动监控模块的数据交互。

5.根据权利要求2所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述列车运行场景模块用于模拟以下列车运行环境中的一种或多种：

正线铁路路基基础，包括轨道、架空线路、轨旁设备、标志性建筑、隧道及内部设备、站台和站房中的一种或多种；

信号机，包括进出站信号机、调车信号机、通过信号机和预告信号机中的一种或多种；

岔道，是按照真实线路的岔道位置、形状和类型制作渲染的；

线路标志，包括停车标、站牌、应答器、百米标、限速标、警冲标、预告标灯和线路标志中的一种或多种；

铁路沿线景物，包括树木、房屋、护栏、草和公路中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述列车运行场景模块还用于：通过操作界面加载雨、雪、雾、白天或黑夜的天气模型，以改变当前运行场景的天气情况；以及，通过操作界面加载轨道障碍物或车站火灾的应急场景，并向所述仿真测试环境子系统发送故障场景信号。

7.根据权利要求1所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述仿真测试环境子系统包括列车运行线路的运行图程序模块，用于实现与地面设备的信息交互，并实现设备状态设置和列车运行故障模拟。

8.根据权利要求7所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述仿真测试环境子系统在实现所述列车运行故障模拟时，具体用于：

设置或者清除指定轨道区段上的计轴故障；

设置道岔状态，以及设置或者清除道岔故障状态；

设置信号机状态，以及设置或者清除信号机故障状态；

设置屏蔽门状态，以及设置或者清除屏蔽门故障状态；

设置或者清除应答器故障状态；

在轨道区段任意位置创建或删除列车。

9.根据权利要求3所述的列车模拟驾驶系统，其特征在于，所述视景子系统还包括人机界面，所述列车自动防护与运行子系统的实物设备连接所述人机界面的实体设备，并通过CAN总线向所述人机界面的实体设备发送列车运行状态信息，以通过所述人机界面对所述列车运行状态信息进行实时显示。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的列车模拟驾驶系统进行的列车模拟驾驶方法，其特征在于，包括：

初始化系统，并利用所述视景子系统，将列车运行场景设置为初始场景；

利用所述仿真测试环境子系统，在仿真测试环境运行图初始位置建立列车，并使所述仿真测试环境子系统连接至实物列车自动防护子系统设备控车；

远程或利用所述视景子系统本地唤醒列车，以使列车向前运行，并利用所述视景子系统播放列车仿真运行场景；

进行列车定位，并利用所述列车控制信号子系统，分别在列车和所述列车控制信号子系统的计算机联锁子系统、区域控制器子系统和列车自动监控子系统间建立通信连接；

若连接成功，升级控车，并采用自动驾驶模式驾驶列车运行到终点站；

控制列车向车辆段进行折返，直至列车行驶回车辆段的车库内，模拟驾驶结束。

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