CN113870649B - 轨道交通信号仿真培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道交通信号仿真培训系统，所述系统包括操作模块、仿真控制系统和显示模块；所述操作模块用于接收用户输入的列车操作指令；联动场景下，所述仿真控制系统用于基于所述列车操作指令和真实列控设备的设备数据，进行联动仿真，生成联动场景信息；所述显示模块用于显示所述联动场景信息。本发明提供的系统，通过在受训人员驾驶列车运行过程中，由仿真控制系统基于用户输入的列车操作指令和真实列控设备的设备数据进行联动仿真，生成联动场景信息，再由显示模块显示联动场景信息，从而为用户提供逼真、实时的运营场景显示，从视觉上增加了受训人员的驾驶沉浸感，提高了信号系统的培训效果，同时保证了与真实信号系统的同步。

Description

轨道交通信号仿真培训系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通信号仿真培训系统。

背景技术

近年来随着城市化进程日益加快，各大城市轨道交通建设项目呈现出迅猛发展的势头。与之伴随而来的是各地城市轨道交通运营单位对精通业务的城轨运营维护队伍的迫切需求。信号系统作为城轨系统的关键控制技术部分，是一个城市轨道交通网安全高效运转的基础，相应也是运营维护队伍建设所需关注的重点。鉴于以上现状，能够提供最大程度采用信号系统实物设备、最大程度贴近现实运营场景、面向多工种的培训系统成为信号系统集成项目中的独特亮点。

目前，ATC(Automatic Train Control，列车自动控制)仿真培训中心设备可对信号系统进行功能演示，用于培训在日常及紧急情况下如何合理操作设备，同时可对城轨运营维护人员进行实操培训，但该培训中心设备无法呈现城轨系统的运营场景，导致受训人员的参与度较低，无法身临其境地感受城轨系统的运营场景。

发明内容

本发明提供一种轨道交通信号仿真培训系统，用以解决现有技术中无法呈现城轨系统的运营场景的缺陷，实现为用户提供逼真、实时的运营场景显示。

本发明提供一种轨道交通信号仿真培训系统，包括操作模块、仿真控制系统和显示模块；

所述操作模块用于接收用户输入的列车操作指令；

联动场景下，所述仿真控制系统用于基于所述列车操作指令和真实列控设备的设备数据，进行联动仿真，生成联动场景信息；

所述显示模块用于显示所述联动场景信息。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，联动场景下，所述仿真控制系统中的第一仿真系统和第二仿真系统建立连接，通过所述第一仿真系统基于所述列车操作指令和设备数据生成列车的联动运行信息，通过所述第二仿真系统基于所述联动运行信息生成所述联动场景信息。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，所述显示模块包括人机界面；

联动场景下，所述人机界面与所述第一仿真系统建立连接，用于显示所述联动运行信息。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，模拟场景下，通过所述第二仿真系统基于所述列车操作指令，进行三维场景仿真，生成模拟场景信息；

所述显示模块用于显示所述模拟场景信息。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，还包括驾驶台接口平台和数据采集和控制系统；

联动场景下，所述驾驶台接口平台与所述操作模块建立连接，获取所述列车操作指令并将所述列车操作指令发送至所述第一仿真系统；

模拟场景下，所述数据采集和控制系统与所述操作模块建立连接，获取所述列车操作指令并将所述列车操作指令发送至所述第二仿真系统。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，所述第二仿真系统包括前向视景工作站，所述前向视景工作站用于运行视景仿真系统；

所述视景仿真系统用于基于计算机成像技术生成所述联动场景信息或所述模拟场景信息。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，所述前向视景工作站还用于运行情景化专家引导系统、列车电气路逻辑仿真系统、列车牵引制动性能仿真系统、声音模拟系统和系统技术支撑平台中的至少一种。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，还包括教员工作站，所述教员工作站用于运行智能评估系统和教员管理系统；

所述智能评估系统用于对学员的作业流程和/或作业结果进行评估，所述教员管理系统用于对学员信息、教学资源、课程、监控授权、实训成绩记录和数据统计与分析中的至少一种进行管理。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，还包括故障模拟工作站；所述故障模拟工作站用于对继电器柜故障、客室车门故障、客室监视故障和制动阀故障中的至少一种进行模拟。

根据本发明提供的一种轨道交通信号仿真培训系统，所述联动场景信息包括列车运行前方的线路轨道、轨道周围、道岔开向、信号机状态和站台状态中的至少一种。

本发明提供的轨道交通信号仿真培训系统，通过在受训人员驾驶列车运行过程中，由仿真控制系统基于用户输入的列车操作指令和真实列控设备的设备数据进行联动仿真，生成联动场景信息，再由显示模块显示联动场景信息，从而为用户提供逼真、实时的运营场景显示，从视觉上增加了受训人员的驾驶沉浸感，提高了信号系统的培训效果，同时保证了与真实信号系统的同步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是现有技术提供的ATC仿真培训中心设备的结构示意图；

图2是本发明提供的轨道交通信号仿真培训系统的结构示意图之一；

图3是本发明提供的轨道交通信号仿真培训系统的结构示意图之二；

图4是本发明提供的场景切换开关的前视图；

图5是本发明提供的主控钥匙采集参考电路图；

图6是本发明提供的牵引制动手柄控制参考电路图；

图7是本发明提供的ATO发车按钮参考电路图；

图8是本发明提供的门允许指示灯参考电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。

目前，ATC仿真培训中心设备是基于ATC仿真系统研发的一套服务于用户培训的分布式系统。图1是现有技术提供的ATC仿真培训中心设备的结构示意图，如图1所示，该培训中心设备可以包括可视化操作界面和半实物仿真两层结构。该培训中心设备采用分布式仿真技术，将地理位置上独立分布的不同软硬件设备有机整合，构建起一整套支持ATC系统所有子系统用户培训的仿真环境，能够实现轨旁设备(如计轴、信号机、转辙机、应答器、发车计时器DTI、紧急停车按钮ESB等)、车载设备，联锁(Computer Interlocking，CI)设备、ZC(Zone controller，区域控制器)设备、车载ATP/ATO(Automatic Train Protection/Automatic Train Operation，列车自动防护/列车自动运行)等实物设备的接入，可以支撑半实物集成培训环境。

对此，本发明实施例以该培训中心设备为原型设计，提供了一种轨道交通信号仿真培训系统。图2是本发明提供的轨道交通信号仿真培训系统的结构示意图之一，如图2所示，该系统包括操作模块100、仿真控制系统200和显示模块300；

操作模块100用于接收用户输入的列车操作指令；

联动场景下，仿真控制系统200用于基于列车操作指令和真实列控设备的设备数据，进行联动仿真，生成联动场景信息；

显示模块300用于显示联动场景信息。

具体地，为了给受训人员提供逼真的驾驶体验，本发明提供的系统配置了驾驶操纵台，该驾驶操纵台包括操作模块100和显示模块300，操作模块100可以由各种按钮、手柄和开关等操作相关设备组成，显示模块300可以由各种显示屏、仪表等显示相关设备组成，从而实现对受训人员进行各种驾驶操作的培训和演练，并且使得受训人员获得如同真实设备的操作感受和体验。

考虑到现有的培训中心设备无法呈现城轨系统的运营场景，导致受训人员的参与度较低，无法身临其境地感受城轨系统的运营场景。针对这一问题，本发明提供的系统还配置了仿真控制系统200，该仿真控制系统200具备联动场景功能，此处的联动场景指的是3D(3Dimensions，三维)场景模拟与真实信号系统联动仿真所得到的列车运营场景。

当受训人员选择联动场景功能时，在受训人员驾驶列车运行过程中，通过该仿真控制系统200基于操作模块100的列车操作指令和真实列控设备的设备数据，进行联动仿真，实时生成列车运行位置处的联动场景信息，并向显示模块300发送该联动场景信息，以便显示模块300显示该联动场景信息，从而通过完整模拟呈现出列车运行过程中的运营场景，增加受训人员的驾驶沉浸感。

此处，列车操作指令即用户在驾驶列车运行过程中，通过控制操作模块100的各个设备所输入的指令，例如可以是方向指令、模式降级指令、紧急制动指令等。真实列控设备可以是接入的真实信号系统中的列控设备，可以包括列控地面设备和列控车载设备，真实列控设备的设备数据可以包括列车位置、轨道状态、移动授权等。联动场景信息即用于表征联动仿真的情形下列车运行位置处场景的信息，例如可以是线路轨道、轨旁设备、沿线景物、隧道等。联动仿真具体可以通过仿真控制系统200包括的某一子系统独立完成，也可以通过仿真控制系统200包括的多个子系统共同完成，本发明实施例对此不作具体限定。

需要说明的是，本发明所提供的联动场景功能，不仅通过实时同步显示列车运行位置处的联动场景信息，从视觉上给予受训人员强烈的驾驶沉浸感，使得受训人员能够真实地感受列车在运行过程中周围环境的变化，还通过与真实信号系统中列控设备的结合，保证了与真实信号系统运行数据的同步，大大提高了轨道交通信号仿真培训系统的真实性。

本发明实施例提供的方法，通过在受训人员驾驶列车运行过程中，由仿真控制系统基于用户输入的列车操作指令和真实列控设备的设备数据进行联动仿真，生成联动场景信息，再由显示模块显示联动场景信息，从而为用户提供逼真、实时的运营场景显示，从视觉上增加了受训人员的驾驶沉浸感，提高了信号系统的培训效果，同时保证了与真实信号系统的同步。

基于上述任一实施例，联动场景下，仿真控制系统中的第一仿真系统和第二仿真系统建立连接，通过第一仿真系统基于列车操作指令和设备数据生成列车的联动运行信息，通过第二仿真系统基于联动运行信息生成联动场景信息。

具体地，仿真控制系统可以包括第一仿真系统和第二仿真系统，在联动场景下，可以通过第一仿真系统和第二仿真系统建立连接，由第一仿真系统和第二仿真系统共同完成3D场景模拟与真实信号系统的联动仿真，联动场景信息具体可以通过第一仿真系统基于列车操作指令和设备数据生成列车的联动运行信息，第一仿真系统将列车的联动运行信息发送给第二仿真系统，再由第二仿真系统基于联动运行信息生成联动场景信息。此处，联动运行信息可以包括联动场景下列车的站台门、车门、停准停稳、完整性、目标距离、速度、目的地、下一站等运行状态信息。

进一步地，在联动场景下，第一仿真系统可以通过驾驶台接口平台与操作模块建立连接，从而获取到操作模块的列车操作指令，并通过设备接口平台与真实列控设备建立连接，从而获取到真实列控设备的设备数据。第一仿真系统可以采用ATE(AsynchronousTerminal Emulation，异步终端仿真)工作站。

基于上述任一实施例，显示模块包括人机界面；

联动场景下，人机界面与第一仿真系统建立连接，用于显示联动运行信息。

具体地，为了受训人员能够查看列车的实时运行状态，本发明实施例中显示模块包括人机界面(Human Machine Interface，HMI)，在联动场景下，人机界面与第一仿真系统建立连接，从第一仿真系统获取列车的联动运行信息并进行显示。另外，受训人员可以与该人机界面进行信息交互，获得如同真实设备的操作感受和体验。

基于上述任一实施例，模拟场景下，通过第二仿真系统基于列车操作指令，进行三维场景仿真，生成模拟场景信息；

显示模块用于显示模拟场景信息。

具体地，为了增加培训场景的灵活性，除了提供联动场景功能之外，本发明实施例中仿真控制系统还具备模拟场景功能，此处的模拟场景指的是在列车运行过程中通过3D场景模拟得到的列车运营场景，从而可以为受训人员提供两种运营场景功能，受训人员可根据培训需求选择使用相应场景功能。

当受训人员选择模拟场景功能时，在受训人员驾驶列车运行过程中，第二仿真系统与操作模块建立连接，获取操作模块的列车操作指令，随即，根据列车操作指令自主进行3D场景仿真，实时生成列车运行位置处的模拟场景信息，并向显示模块发送该模拟场景信息，以便显示模块显示该模拟场景信息，从而同样可以实现从视觉上给予受训人员强烈的驾驶沉浸感。

进一步地，模拟场景信息具体可以是第二仿真系统首先根据列车操作指令生成列车的模拟运行信息，再根据该模拟运行信息生成的。此处，模拟运行信息可以包括模拟场景下列车的站台门、车门、停准停稳、完整性、目标距离、速度、目的地、下一站等运行状态信息。在模拟场景下，第二仿真系统与第一仿真系统断开连接，第二仿真系统不处理第一仿真系统发送的数据，根据列车操作指令自主完成三维场景仿真。

基于上述任一实施例，该系统还包括驾驶台接口平台和数据采集和控制系统；

联动场景下，驾驶台接口平台与操作模块建立连接，获取列车操作指令并将列车操作指令发送至第一仿真系统；

模拟场景下，数据采集和控制系统与操作模块建立连接，获取列车操作指令并将列车操作指令发送至第二仿真系统。

具体地，本发明提供的系统还包括驾驶台接口平台和数据采集和控制系统。在模拟场景与联动场景两种运营场景下，驾驶操纵台上操作模块的信息采集处理设备有所不同。具体如下：

(1)在联动场景下，列车运行过程中操作模块的信息采集处理设备采用驾驶台接口平台实现，驾驶台接口平台与第一仿真系统连接，获取列车操作指令并将列车操作指令发送至第一仿真系统，以供第一仿真系统基于列车操作指令和真实列控设备的设备数据生成列车的联动运行信息。

(2)在模拟场景下，列车运行过程中操作模块的信息采集处理设备采用数据采集和控制系统，数据采集和控制系统与操作模块建立连接，对模拟驾驶训练过程中所有列车操作指令进行实时采集，再将这些指令送到第二仿真系统中进行逻辑仿真及牵引计算，通过第二仿真系统将计算所得到的有关计算结果输出给显示模块。为了确保系统安全性与可靠性，可以选用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作为数据采集和控制系统。

本发明实施例提供的方法，通过驾驶台接口平台和数据采集和控制系统分别在联动场景和模拟场景下采集操作模块的列车操作指令，该设计具有减少连接数量和连接器、易于扩展、灵活性高、安全性与可靠性高等优点。

基于上述任一实施例，在模拟场景与联动场景两种运营场景下，HMI的连接方式也有所不同：在模拟场景下，HMI通过一组CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)线与数据采集和控制系统建立连接，由于数据采集和控制系统与第二仿真系统连接，此时HMI可以从第二仿真系统获取模拟场景对应列车的模拟运行信息并进行显示；在联动场景下，通过另外一组CAN线与第一仿真系统建立连接，从而可以从第一仿真系统获取联动场景对应列车的联动运行信息并进行显示。

基于上述任一实施例，第二仿真系统包括前向视景工作站，前向视景工作站用于运行视景仿真系统；

视景仿真系统用于基于计算机成像技术生成联动场景信息或模拟场景信息。

具体地，第二仿真系统可以包括前向视景工作站，前向视景工作站可以用于运行视景仿真系统，视景仿真系统可以基于计算机成像(Computer-Generated Imaging，CGI)技术进行视景仿真，模拟列车能够到达区域内的相关场景。此处，视景仿真具体可以通过建立列车运行线路的三维场景模型实现，可提供列车模拟运行过程中指定线路的正线三站两区间的三维线路场景。

在联动场景下，视景仿真系统可以生成该场景对应的联动场景信息，再将该联动场景信息发送给驾驶操纵台的显示模块进行显示；在模拟场景下，视景仿真系统可以生成该场景对应的模拟场景信息，再将该模拟场景信息发送给驾驶操纵台的显示模块进行显示。

模拟场景和联动场景两种运营场景可供选择，提高了培训场景的灵活性，通过计算机成像技术生成对应场景的场景信息，实现了逼真的列车运营场景效果，从视觉上增加了受训人员的驾驶沉浸感，提高了培训质量。

基于上述任一实施例，前向视景工作站还用于运行情景化专家引导系统、列车电气路逻辑仿真系统、列车牵引制动性能仿真系统、声音模拟系统和系统技术支撑平台中的至少一种。

具体地，为了实现全方位模拟列车的驾驶系统，前向视景工作站还可以用于运行情景化专家引导系统、列车电气路逻辑仿真系统、列车牵引制动性能仿真系统、声音模拟系统和系统技术支撑平台中的一种或多种。其中，情景化专家引导系统用于采用“专家引导、学员跟随”的方式实训情景化教学，列车电气路逻辑仿真系统用于对列车在各种运行条件下电路、气路的逻辑变化进行模拟，列车牵引制动性能仿真系统用于对列车的牵引、惰行、制动等状态进行实时仿真，声音模拟系统用于采用数字音频技术实现对列车运行或电器动作相关的声音仿真，系统技术支撑平台用于为模拟驾驶系统提供技术支撑。

基于上述任一实施例，第二仿真系统还可以包括仿真工作站，仿真工作站可以用于运行开关机管理系统和服务器控制系统，其中，开关机管理系统用于实现相关设备的开机、关机和重启操作，服务器控制系统用于对学员账号、教员账号、教员课程、学员操作记录和考核成绩记录中的一种或多种进行存储。

基于上述任一实施例，该系统还包括教员工作站，教员工作站用于运行智能评估系统和教员管理系统；

智能评估系统用于对学员的作业流程和/或作业结果进行评估，教员管理系统用于对学员信息、教学资源、课程、监控授权、实训成绩记录和数据统计与分析中的至少一种进行管理。

具体地，为了方便教员对于学员的评估以及对于实训的管理，本发明提供的系统还可以包括教员工作站，教员工作站可以用于运行智能评估系统和教员管理系统。其中，智能评估系统可以实时检测学员的操作以及操作结果，对学员的作业流程进行智能评估，或者对学员的作业结果进行智能评估，或者对学员的作业流程和作业结果进行综合评估。教员管理系统能够实现对学员信息、教学资源、课程、监控授权、实训成绩记录和数据统计与分析中的一种或多种进行管理，从而满足教员的实训管理需要。

基于上述任一实施例，该系统还包括故障模拟工作站；故障模拟工作站用于对继电器柜故障、客室车门故障、客室监视故障和制动阀故障中的至少一种进行模拟。

具体地，为了锻炼受训人员的故障处理能力，本发明提供的系统还可以包括故障模拟工作站，故障模拟工作站可以实现对继电器柜故障、客室车门故障、客室监视故障和制动阀故障中的一种或多种进行模拟。此处，故障模拟工作站还可以实现对信号机故障、道岔故障等其他故障状况的模拟，从而覆盖列车运行中所遇到的各类故障的模拟。

基于上述任一实施例，联动场景信息包括列车运行前方的线路轨道、轨道周围、道岔开向、信号机状态和站台状态中的至少一种。

具体地，为了尽可能真实还原列车运行过程中的运营场景，本发明实施例中仿真控制系统生成的联动场景信息可以包括列车运行前方的线路轨道、轨道周围、道岔开向、信号机状态和站台状态中的一种或多种，从而实现从视觉上给予受训人员强烈的驾驶沉浸感。此处，轨道周围可以包括轨旁设备、沿线景物、标志性建筑、隧道及内部设备等场景信息。

基于上述任一实施例，图3是本发明提供的轨道交通信号仿真培训系统的结构示意图之二，如图3所示，该系统包括用户操作层、仿真支撑层和实物设备层三层结构，该系统的硬件组成可以包括：数据采集和控制系统、驾驶操纵台(即图3中的实物驾驶台)、第一仿真系统(即图3中的ATE工作站)、第二仿真系统、故障模拟工作站、教员工作站、驾驶台接口平台、真实列控设备(包括车载ATP、车载ATO、联锁和ZC设备等)和设备接口平台(包括车载接口平台和CI实物接口设备)等。需要说明的是，图3中虚线框所标注的是该系统的重点。

其中，数据采集和控制系统采用PLC，在模拟场景下，PLC与操作模块建立连接，对模拟驾驶训练过程中所有列车操作指令进行实时采集，再将这些指令送到第二仿真系统中进行逻辑仿真及牵引计算；另外，同样在模拟场景下，HMI与PLC建立连接，由于PLC与第二仿真系统连接，此时HMI可以从第二仿真系统获取模拟场景对应列车的模拟运行信息并进行显示。

该设计有下列优点：

1.减少连接数量和连接器；

2.模块化紧凑布局；

3.易于扩展；

4.高速数据更新；

5.模块发生故障时，调换模块时不需要重新连线；

6.支持各种通讯协议；

7.强大的逻辑处理能力；

8.可实现驾驶台操作按钮、开关等操作模块的数据采集，并将采集数据发送至第二仿真系统；

9.可实现驾驶台相关指示灯显示的驱动；

10.可实现与HMI通信，通讯方式采用CAN协议。列车运行过程中向HMI发送相应的通信信息，通信信息遵循《HMI通信协议》，列车运行过程中对于驾驶台操作的响应须满足《车载设备HMI界面显示说明》、《车载设备操作手册》的要求。

驾驶操纵台上的显示模块除了包括HMI之外，还可以包括视景显示终端，用于受训司机操作时的前向视景显示，从而可以让受训司机沉浸在完全真实的操作环境中，体验真实列车运行时的视觉感受，可选的，视景显示终端采用65英寸的LED曲面液晶显示器。

驾驶操纵台除了包括操作模块和显示模块外，还可以包括声音仿真设备，从而能够为受训司机提供运行环境时的真实听觉效果，逼真的仿真列车运行时的声音环境，可选的，可以嵌入安装1套迷你音响在驾驶操纵台内，作为声音仿真设备。驾驶操纵台的司机座椅可以采用仿真司机座椅，可调高度、靠背位置，面料材质采用真皮、皮革、绒布，填充物采用高回弹冷发泡海棉。

第二仿真系统包括仿真工作站和前向视景工作站，仿真工作站用于运行开关机管理系统、服务器控制系统，可以采用型号为HPZ4G4的工作站；前向视景工作站为高性能图形工作站，能够提供满足前向主视屏通道高清、高帧速率、高分辨率的宽视野动态高速刷新，超级运算能力能够保证高保真数字音频混响MIDI动态合成运算能力，具有完成高帧、高速率画面光影烘焙特效的数学运算目标能力，可以采用型号为HPZ4G4的工作站，需升级满足使用要求。

故障模拟工作站用于对继电器柜故障、客室车门故障、客室监视故障和制动阀故障中的一种或多种进行模拟，可以采用1台型号为HPZ4G4的工作站(含1台显示器)，需升级满足使用要求。教员工作站用于运行智能评估系统、教员管理系统，可以采用1台型号为HPZ4G4的工作站(含2台显示器)。

本发明提供的系统采用计算机仿真技术，结合列车动力学和地铁控制理论，借助影像、图形图像、声音以及可沉浸其中的虚拟现实场景、模拟仿真设备等手段，逼真地再现城轨列车的控制场景。所有电气、电子、机械、气动系统的逻辑、关联关系与真实城轨列车情况一致，可以全面、真实地模拟地铁运行管理的全过程。

基于上述任一实施例，为了方便受训人员对于运营场景的选择，驾驶操纵台上的操作模块可以包括场景切换开关，该开关可以为2工位多触点转换开关。图4是本发明提供的场景切换开关的前视图，如图4所示，通过控制该开关，可以实现模拟场景和联动场景两种运营场景的切换。

该开关的具体作用如下：

1.用于控制HMI通过CAN总线与车载控制器(Vehicle On-board Controller，VOBC)或与数据采集和控制系统导通。当开关选择至模拟场景时，HMI CAN线与数据采集和控制系统导通；当开关选择至联动场景时，HMI CAN线与车载控制器导通，由于车载控制器通过车载接口平台与第一仿真系统连接，车载控制器可以从第一仿真系统获取列车的联动运行信息，并控制HMI进行显示，此时HMI即可显示ATP/ATO子系统输入的各类信号信息(包括但不限于：站台门、车门、停准停稳、完整性、目标距离、速度、目的地、下一站等运行信息)。

2.驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集该开关状态：

当开关切换至模拟场景后，驾驶台接口平台采集开关状态为模拟场景，第一仿真系统不与第二仿真系统建立连接，数据采集和控制系统采集到开关状态为模拟场景，第二仿真系统自主控制列车，并向HMI发送列车的模拟运行信息；

当开关切换至联动场景后，驾驶台接口平台采集开关状态为联动场景，第一仿真系统与第二仿真系统建立连接，第一仿真系统将基于列车操作指令和设备数据生成的列车的联动运行信息发送给第二仿真系统和HMI，数据采集和控制系统采集到开关状态为联动场景，第二仿真系统中的前向视景工作站处理第一仿真系统发送的数据，生成联动场景信息，第二仿真系统不向HMI发送信息。

3.该开关用来控制由数据采集和控制系统或车载控制器驱动折返指示灯、ATO发车指示灯、门允许指示灯、门状态指示灯、ATP激活指示灯。

驾驶操纵台的颜色、尺寸等属性可以设置与实际运营中的列车操作台保持一致。驾驶操纵台上的操作模块还可以包括：主控钥匙、方向手柄、牵引制动手柄、开/关左/右门按钮、强制门允许按钮、ATO发车按钮、折返按钮、模式升级按钮和模式降级按钮、确认按钮、门控模式选择开关、ATP切除开关、门允许指示灯、门状态指示灯、司控器(开关量)等信号相关设备组成，各个设备的布局方式可以最大程度还原实际运营中的列车操作台。

驾驶操纵台上的操作模块及显示模块可以通过电气线路分别与驾驶台接口平台、数据采集和控制系统连接，从而在模拟场景、联动场景两种不同运营场景下，在列车运行过程中模拟与线路上实际场景一致的内部逻辑、功能及现象；显示模块可以通过软件系统设计，具有与真实一致的操作方式、分辨率、颜色、菜单结构、内部逻辑与功能。

1)主控钥匙

主控钥匙用于激活本端司机室。图5是本发明提供的主控钥匙采集参考电路图，如图5所示，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集主控钥匙开关状态，作为车载ATP、第二仿真系统激活/待机的前提条件。当本端插入主控钥匙并打到“ON”位置后，本端主控钥匙的开关状态节点为环路，否则为开路。

2)方向手柄

方向手柄用于控制驾驶列车前进或者后退，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集方向手柄状态，节点闭合代表方向手柄处于后退位/前进位，用于是否具备ATO发车条件以及方向和溜车判别。当方向手柄处于前进位时，方向手柄前进位节点为环路；当方向手柄处于后退位时，方向手柄后退位信号为环路。方向手柄采集电路可参考主控钥匙采集参考电路图。

3)牵引制动手柄

牵引制动手柄用于控制列车的牵引、制动力的大小。图6是本发明提供的牵引制动手柄控制参考电路图，如图6所示，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集牵引制动手柄牵引、制动命令、级位信息。牵引制动级位对应表如表1所示。

表1

4)开/关左/右门按钮

开/关左/右门按钮用于在手动开关门模式时控制车门的开启/关闭，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。开/关左/右门按钮采集电路可参考主控钥匙采集参考电路图。

5)强制门允许按钮

驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态，该节点闭合代表受训司机要求信号系统状态在不具备信号自动输出门允许的条件下，强制输出门允许。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。强制门允许按钮采集电路可参考主控钥匙采集参考电路图。

6)ATO发车按钮(带指示灯)

该按钮用于ATO的发车功能。图7是本发明提供的ATO发车按钮参考电路图，如图7所示，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态，ATO具备投入控车的条件后，该节点导通状态作为受训司机确认投入ATO的条件。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。ATO系统/数据采集和控制系统分别可控制输出驱动该指示灯，驱动ATO启动按钮中的指示灯点亮，代表本端具备进入ATO状态的条件。

7)折返按钮(带指示灯)

该按钮用于完成信号系统的折返功能，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态，在具备折返条件但未进入折返状态时，节点闭合代表受训司机要求进入折返状态；在已处于折返状态时，节点闭合代表受训司机要求退出折返状态。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。ATP输出驱动该指示灯，驱动折返按钮中的指示灯点亮，代表本端具备自动折返条件。折返按钮电路参考ATO发车按钮的电路图。

8)模式升级按钮和模式降级按钮

该按钮用于选择列车当前预选模式，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态，节点闭合代表受训司机要求提高/降低当前的预选模式。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。模式升级按钮和模式降级按钮采集电路可参考主控钥匙采集参考电路图。

9)紧急制动按钮

该按钮用于受训司机遇到紧急突发事件后手动触发列车紧急制动，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态，节点闭合代表受训司机已确认。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。紧急制动按钮采集电路可参考主控钥匙采集参考电路图。

10)确认按钮

该按钮用于确认受训司机对信号系统状态(紧急制动、限速转换等)信息完成的确认，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集按钮状态，节点闭合代表受训司机已确认。当按钮按下，节点为环路，否则为开路。确认按钮采集电路可参考主控钥匙采集参考电路图。

11)门控模式选择开关

该开关为3工位转换开关，分别对应人工开关门(MM)、自动开门人工关门(AM)和自动开关门(AA)三个位置，用于选择当前门控模式，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集该开关状态。门控制模式选择开关采集电路参考主控钥匙采集参考电路图。

12)ATP切除开关

该开关用于切除ATP，可直接控制ATP、ATO供电电源，驾驶台接口平台、数据采集和控制系统分别采集该开关状态。ATP切除开关的采集电路参考主控钥匙采集参考电路图。注：在驾驶台通过硬件电路应实现当ATP切除开关选择至切除位时，ATP切除指示灯亮；否则，ATP切除指示灯不亮。

13)门允许指示灯

图8是本发明提供的门允许指示灯参考电路图，如图8所示，在驾驶台接口平台、数据采集和控制系统判断允许开左(右)门时，输出干节点为环路状态，否则为开路状态。

14)门状态指示灯

在驾驶台接口平台、数据采集和控制系统判断门关闭且锁闭时，输出干节点为环路状态，否则为开路状态。门状态指示灯电路参考门允许指示灯的电路图。

基于上述任一实施例，本发明提供的系统的软件组成可以包括：视景仿真系统、情景化专家引导系统、列车电气路逻辑仿真系统、列车牵引制动性能仿真系统、声音模拟系统、系统技术支撑平台、智能评估系统、教员管理系统、开关机管理系统、服务器控制系统和故障处理系统等。

其中，视景仿真系统基于CGI技术构建线路场景，可模拟列车能够到达区域内的相关场景，包括轨道、架空线路、轨旁设备、沿线景物、标志性建筑、隧道及内部设备、列车内部客室、站台、站房的其他列车、线路的坡道、弯道等。为了使整个系统具有更强烈的沉浸感，在驾驶操纵台安装侧窗视景显示系统，可以同步驾驶系统展示列车侧窗视景变化。

本系统主要功能：

1.系统主要由列车前视景构成，前视景能保持视景刷新率和视场角度一致性。

2.前视景显示的站台画面、线路画面、车辆段与停车场等场景画面最大限度与现场实际情况一致。

3.前视景能够显示轨旁信号设备(如信号机、道岔、计轴、应答器等)。

4.前视景显示的线路场景能够根据列车的速度进行匹配。

5.前视景中能够显示一天的不同时间的视景，如白天、夜晚、黎明、黄昏。

情景化专家引导系统采用“专家引导、学员跟随”的方式实训情景化教学，进入预设的实训情景后，专家系统以引导栏的方式给出每一步的操作提示，包含操作方法、设备位置、应产生的现象和结果等。引导信息符合有关规章，处理步骤、操作方法与实际作业程序、作业标准、作业规范一致，并对照标准操作步骤逐步评判对错，演练完成自动生成成绩。该系统实现了对学员的一对一指导，大大提高了学员的学习效率并有效减少了教员的指导工作量。另外，该系统提供情景练习和情景考核两种模式，在考核模式下，系统自动关闭操作提示功能。

列车电气路逻辑仿真系统仿真列车所有电路、气路的逻辑关系与实际一致，该系统能够全面、真实地模拟列车在各种运行条件下的电气路逻辑变化，是整个模拟系统能够按照实际逻辑情况运行的核心支撑模块。列车牵引制动性能仿真系统依据力学原理，能够准确地依据线路情况、列车自身状态等进行列车牵引力、阻力、制动力的运算，对列车的牵引、惰行、制动等状态进行实时仿真。

声音模拟系统能够逼真地模拟列车外部和内部的声响效果，这些声音包括在不同车速下列车所具备的声音，从而实现在受训人员驾驶列车运行过程中，从视觉、听觉上多方位地增加受训人员强烈的沉浸感。系统技术支撑平台包括城轨列车牵引计算软件模块、3D渲染引擎模块、物理(动力学仿真)仿真引擎模块、城轨列车电、气路逻辑仿真软件模块、城轨列车电路逻辑控制、动态显示模块、通讯模拟功能(广播与联络装置)模块。

智能评估系统不仅能对学员严格按照作业流程操作情况下进行评估，也能对学员不按作业流程操作情况下进行评估，系统评估能够根据学员的各种操作状况，给出合理、准确的评估结果，以成绩单的形式体现。对于系统提供的所有课程，系统可记录学员的所有操作，并对有效操作做出评分，最终给出该课程成绩。

教员管理系统主要包含监控管理、课程管理、成绩管理、数据分析、教学资源、教员信息、系统日志等功能模块。监控授权模块包含临时授权与长期授权，主要功能有分配课程、下发课程、监控学员端、控制学员端以及管理长期授权等功能；课程管理模块对课程与试卷列表，以及所包含的任务列表与项点列表进行管理操作；成绩管理模块可以针对某一份试卷查询统计信息与成绩排名，还可以对成绩单和操作记录进行管理操作；数据分析模块分为按单位分析和按试卷分析，可以针对学员或小组进行数据统计分析和职业能力分析，数据统计分析可以在自定义时间段内分析累计学时、参与考试次数、考试均分、考试合格率等，职业能力分析针对标准化作业、操纵作业、制动机操作、故障处理、非正常处理等进行分析；教学资源界面左侧显示教学资源的种类及每个种类下的已有教学资源，默认显示系统中已有的任务信息，右侧显示选中的教学资源详情；教员信息模块可以设置学员分组、新增学员、删除学员、以及查询学员的详细信息；系统日志模块将记录登录本教师机用户的四大操作内容：管理员及超级管理员的登录、更改用户成绩、用户信息变更操作、数据分析的导出。

开关机管理系统可以通过一台主机控制其他多台计算机的开机、关机、重启操作，同时也可以对仿真操作区的相关设备进行开关机操作，操作简便，省时快捷。服务器控制系统的网络中心和数据中心，为用户提供任务请求、成绩上传、接受教师机控制等服务，并保存用户的多种信息数据以及训练、考试成绩数据。故障处理系统可以部署在故障模拟工作站上，继电器柜故障、客室车门故障、客室监视故障和制动阀故障等故障可以通过显示器显示，方便受训人员进行故障处理。

基于上述任一实施例，本发明提供的城轨信号仿真培训系统可以提供如下两种运营场景：

一、模拟场景(即通过3D场景模拟得到的列车运营场景)

1列车操纵演练实训

1.1.熟悉驾驶线路

第二仿真系统采用逼真的三维视景仿真技术模拟列车正常运行线路和进出车站的运行线路，使学员能够在城轨信号仿真培训系统上熟悉线路、掌握在不同线路上列车运行的特点，提高驾驶技术。

1.2.驾驶台显示模块操作

驾驶台显示模块包含TCMS(Train Control and Management System，列车控制和管理系统)显示屏和HMI显示屏，TCMS显示屏显示车辆基本信息、行车信息、牵引计算信息。HMI上显示ATP/ATO子系统输入的各类信号信息(包括但不限于：站台门、车门、停准停稳、完整性、目标距离、速度、目的地、下一站等信息)。

1.3.训练对不同信号的反应

城轨信号仿真培训系统可以仿真正常和异常列车信号，以及信号机的不同显示方式，使受训司机熟悉、了解各种信号的含义和对应的操作方法。

1.4.训练制动的施加

城轨信号仿真培训系统可真实地反映列车的牵引/制动特性，对制动系统所具有的紧急制动、快速制动、停车制动、停放制动等多种制动方式都能真实地进行仿真，可以锻炼受训司机施加制动的操作和时机。

2非正常行车仿真实训

教员通过教员端任务设置，实现城轨列车运营过程中遇到的各种突发事故。在三维环境下，受训司机能够按照非正常处理流程逐步进行处理。可模拟应急状况与突发事件，以锻炼受训人员的应急处理、反应能力和临阵心理素质，培养受训司机分析判断、非正常处理执行的能力。能够模拟列车追踪，在模拟视景中设置一个列车停在固定位置，模拟列车驾驶过程中，逼近前方固定列车可以制动停车。

二、联动场景(即3D场景模拟与真实信号系统联动仿真所得到的列车运营场景)

具体控制过程如下所述：

1.受训人员切换场景切换按钮至联动场景侧，受训人员在第一仿真系统界面区域添加列车。

2.受训人员驾驶列车运行，第一仿真系统为真实列控车载设备提供列车的速度、位置等运行信息，并将该运行信息通过以太网发送通信信息至第二仿真系统，生成联动场景信息，驾驶操纵台的显示模块同步显示联动场景信息，从而确保了第二仿真系统与真实列控车载设备运行数据同步。联动场景信息包括但不限于：列车运行前方的线路轨道、轨道周围、道岔开向、信号机状态、站台状态。

注：第一仿真系统与第二仿真系统通信方式及内容如下：

通讯方式：第一仿真系统与第二仿真系统采用以太网通讯方式，通信协议按照《第一仿真系统与第二仿真系统通信协议》。第一仿真系统为第二仿真系统提供列车的运行信息，包括：列车速度，位置信息(区段+偏移量)，加速度，运行方向，所有控制区内的道岔、信号机、站台门状态。

本发明提供的系统具有以下优势和特点：

1.通过该系统可实现对驾驶人员、调度中心行调人员、乘务人员、车站值班人员、信号维护人员等地铁运营人员的培训，既能够用于其中一个工种作业的独立培训，又能够用于多个相关工种作业的联合演练。

2.系统提供驾驶人员前向视景3D模拟，视景体验真实，沉浸感强，能模拟天气(如打雷下雨，天黑天明)，障碍物，侵限等导致列车运行受阻的情况。

3.体现列车在线路上以EUM，RM，CM(CTC/ITC)，AM(CTC/ITC)模式运行的场景。

4.体现列车到站后可通过操纵台控制车门打开或关闭。

5.具备较高仿真度的牵引计算输出，可展示各种正常的工况状态，加减速时间合理、制动距离合理。

6.车载广播可正常使用，可随时关闭声音，仿真PIS(Passenger InformationSystem，乘客信息系统)功能提供报站信息显示及报站语音功能。

7.系统可实现两种场景功能：模拟场景、联动场景，受训人员可根据培训需求选择使用相应场景。

8.受训人员选择联动场景时，第一仿真系统为真实车载设备提供列车的速度、位置等运行信息，并将该运行信息发送至第二仿真系统，生成联动场景信息，驾驶操纵台的显示模块同步显示联动场景信息。

9.受训人员选择模拟场景时，第二仿真系统控制虚拟列车运行，同时向HMI发送相关运行信息，HMI实现速度、运行模式、门状态等信息的显示；另外，列车运行过程中如果驾驶台上按钮人工操作时，系统将会依据《ATP用户操作手册》进行响应。

10.受训人员选择模拟场景时，能够模拟列车追踪，在模拟视景中设置一个列车停在固定位置，模拟列车驾驶过程中，逼近前方固定列车可以制动停车。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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 (5)

1.一种轨道交通信号仿真培训系统，其特征在于，包括操作模块、仿真控制系统和显示模块；

所述操作模块用于接收用户输入的列车操作指令；

联动场景下，所述仿真控制系统用于基于所述列车操作指令和真实列控设备的设备数据，进行联动仿真，生成联动场景信息；所述联动场景指的是三维场景模拟与真实信号系统联动仿真所得到的列车运营场景；

所述显示模块用于显示所述联动场景信息；

联动场景下，所述仿真控制系统中的第一仿真系统和第二仿真系统建立连接，通过所述第一仿真系统基于所述列车操作指令和设备数据生成列车的联动运行信息，通过所述第二仿真系统基于所述联动运行信息生成所述联动场景信息；

所述联动场景信息包括列车运行前方的线路轨道、轨道周围、道岔开向、信号机状态和站台状态中的至少一种；

模拟场景下，通过所述第二仿真系统基于所述列车操作指令，进行三维场景仿真，生成模拟场景信息；

所述显示模块用于显示所述模拟场景信息；

还包括驾驶台接口平台和数据采集和控制系统；

联动场景下，所述驾驶台接口平台与所述操作模块建立连接，获取所述列车操作指令并将所述列车操作指令发送至所述第一仿真系统；

模拟场景下，所述数据采集和控制系统与所述操作模块建立连接，获取所述列车操作指令并将所述列车操作指令发送至所述第二仿真系统；

所述第二仿真系统包括前向视景工作站，所述前向视景工作站用于运行视景仿真系统；

所述视景仿真系统用于基于计算机成像技术生成所述联动场景信息或所述模拟场景信息。

2.根据权利要求1所述的轨道交通信号仿真培训系统，其特征在于，所述显示模块包括人机界面；

联动场景下，所述人机界面与所述第一仿真系统建立连接，用于显示所述联动运行信息。

3.根据权利要求1所述的轨道交通信号仿真培训系统，其特征在于，所述前向视景工作站还用于运行情景化专家引导系统、列车电气路逻辑仿真系统、列车牵引制动性能仿真系统、声音模拟系统和系统技术支撑平台中的至少一种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轨道交通信号仿真培训系统，其特征在于，还包括教员工作站，所述教员工作站用于运行智能评估系统和教员管理系统；

所述智能评估系统用于对学员的作业流程和/或作业结果进行评估，所述教员管理系统用于对学员信息、教学资源、课程、监控授权、实训成绩记录和数据统计与分析中的至少一种进行管理。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的轨道交通信号仿真培训系统，其特征在于，还包括故障模拟工作站；所述故障模拟工作站用于对继电器柜故障、客室车门故障、客室监视故障和制动阀故障中的至少一种进行模拟。