高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路運輸信號仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈，是社會發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展的先行產(chǎn)業(yè)，也是社會的基礎(chǔ)設(shè)施。鐵路運輸部門是國民經(jīng)濟中的一個重要部門，它肩負著國民經(jīng)濟各種物資運輸?shù)闹厝?，對社會主義建設(shè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。為了適應(yīng)中國高速鐵路和客運專線的迅速發(fā)展、保證鐵路運輸安全的需要，鐵道部研制成功了中國列車運行控制系統(tǒng)(CTCS，Chinese Train Control System)<XTCS根據(jù)功能要求和配置劃分應(yīng)用等級，分為0?4級。目前中國列車運行控制系統(tǒng)多為應(yīng)用等級2和應(yīng)用等級3，保證其行車安全的為列車自動保護(ATP,Automatic Train Protect1n)車載信號系統(tǒng)，因生產(chǎn)車載信號設(shè)備廠家較多，致使車載信號設(shè)備存在較大差異。
[0003]ATP車載信號系統(tǒng)均采用模塊化設(shè)計，同一系列的車載信號設(shè)備與地面環(huán)境、其他車載設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互接口相對統(tǒng)一，因此相同型號的動車組可以裝配不同型號的車載信號設(shè)備，這使得ATP車載信號系統(tǒng)的適應(yīng)性更廣泛，但也導(dǎo)致了車載信號設(shè)備種類較為繁多。各種車載信號設(shè)備在其內(nèi)在功能方面存在一定的差異性，這種差異性主要體現(xiàn)在信號內(nèi)部條件判斷、信號屏人機界面(DMI，Drive Machine Interface)交互方式等多個方面。對于列車司機而言，則需要熟練掌握多種車載信號設(shè)備的使用方法，難度較大且不易于學(xué)習(xí)，因而需要對列車司機進行培訓(xùn)。若在真實的高速鐵路列車上培訓(xùn)，實訓(xùn)周期長且會影響行車安全，因而提供一種高效的高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有車載信號系統(tǒng)現(xiàn)場培訓(xùn)周期長、培訓(xùn)實時性差、培訓(xùn)效果不理想的問題。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括外部環(huán)境模擬裝置、內(nèi)部處理裝置以及訓(xùn)練效果反饋裝置;所述外部環(huán)境模擬裝置適于模擬地面環(huán)境和列車運行狀態(tài)以向內(nèi)部處理裝置提供列車運行條件，并接收內(nèi)部處理裝置輸出的列車防護信息;所述內(nèi)部處理裝置適于根據(jù)列車司機的操作信號和列車運行條件進行運算以生成所述列車防護信息；訓(xùn)練效果反饋裝置適于根據(jù)內(nèi)部處理裝置的運算數(shù)據(jù)和所述列車運行條件對列車司機的操作進行量化評價。
[0006]本發(fā)明提供的高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，不依賴于真實的設(shè)備及外部環(huán)境，而是依托于整個列車駕駛仿真運行環(huán)境，可模擬各類車載信號系統(tǒng)正常及非正常行車流程，不涉及到真正行車的安全問題，極大地縮短了列車司機的培訓(xùn)周期，在短期內(nèi)提升列車司機的業(yè)務(wù)水平。并且，通過設(shè)置訓(xùn)練效果反饋裝置，可以給出列車司機在仿真培訓(xùn)過程中存在的問題，從而達到良好的培訓(xùn)效果。
[0007]所述外部環(huán)境模擬裝置包括地面信號模擬系統(tǒng)和動車組仿真駕駛模擬器;所述地面信號模擬系統(tǒng)適于對調(diào)度集中控制系統(tǒng)、列控中心、無線閉塞中心、道岔、軌道電路以及信號機進行模擬以產(chǎn)生地面數(shù)據(jù)信息;所述動車組仿真駕駛模擬器適于對車載設(shè)備狀態(tài)和控制電路進行模擬以產(chǎn)生列車狀態(tài)信息。
[0008]所述地面數(shù)據(jù)信息包括C3移動授權(quán)信息、軌道電路發(fā)碼信息、應(yīng)答器線路數(shù)據(jù)以及應(yīng)答器臨時限速信息。
[0009]所述列車狀態(tài)信息包括電源狀態(tài)信息、隔離狀態(tài)信息、車輛方向狀態(tài)信息、手柄位置狀態(tài)信息、制動狀態(tài)信息以及牽引計算狀態(tài)信息。
[0010]所述內(nèi)部處理裝置包括人機交互顯示層、人機交互邏輯層、數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換層以及信號核心運算層;所述人機交互顯示層適于記錄列車司機的操作信號，并顯示所述信號核心運算層的運算狀態(tài)和需要列車司機確認(rèn)的各類條件;所述人機交互邏輯層適于控制所述人機交互顯示層的跳轉(zhuǎn)邏輯，并將列車司機的操作信號轉(zhuǎn)化為各類判斷條件;所述數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換層適于將所述信號核心運算層輸出的基本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所述人機交互邏輯層進行判斷所需的數(shù)據(jù)，并將所述人機交互邏輯層生成的判斷條件轉(zhuǎn)換為所述信號核心運算層進行運算所需的條件;所述信號核心運算層適于根據(jù)所述人機交互邏輯層生成的條件和所述列車運行條件進行運算以生成所述列車防護信息。
[0011]通過對所述內(nèi)部處理裝置采用分層設(shè)計的思想，分離人機交互與信號核心功能的具體實現(xiàn)。一方面，依據(jù)車載信號系統(tǒng)現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，封裝測試車載信號系統(tǒng)的各項核心功能；另一方面，針對各種類或各版本人機交互的差異性進行單獨適配，做到車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的快速開發(fā)與適配，縮短開發(fā)周期，保證培訓(xùn)的實時性。并且，通過對所述內(nèi)部處理裝置進行分層設(shè)計，各層計算及數(shù)據(jù)交互均透明，外部環(huán)境變化和操作均可被記錄，便于所述訓(xùn)練效果反饋裝置對培訓(xùn)效果做出快速評估。
[0012]所述列車防護信息包括最具限制速度曲線、目標(biāo)點、起模點、運行等級、駕駛模式以及制動等級。
[0013]基于上述高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)方法，包括:在所述外部環(huán)境模擬裝置中設(shè)置列車狀態(tài)初始條件，以對所述外部環(huán)境模擬裝置、所述內(nèi)部處理裝置以及所述訓(xùn)練效果反饋裝置進行初始化;列車司機與所述內(nèi)部處理裝置進行人機交互操作，完成起車流程;列車司機在所述外部環(huán)境模擬裝置中進行行車作業(yè)，所述內(nèi)部處理裝置生成列車防護信息;課程結(jié)束，所述訓(xùn)練效果反饋裝置對列車司機的操作進行量化評價。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明提供的高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)功能和仿真操作方法與真實信號設(shè)備系統(tǒng)高度吻合，其運行依賴于地面環(huán)境模擬和列車運行狀態(tài)模擬，內(nèi)部處理裝置可進行運算生成列車防護信息。根據(jù)模擬信號所產(chǎn)生的人機交互方式與作業(yè)流程等方面與鐵路現(xiàn)場實際高度一致，不僅能夠動態(tài)模擬車載信號系統(tǒng)所有功能，而且還能夠在不影響行車安全的情況下模擬各項非正常行車現(xiàn)象及其對應(yīng)的處理流程，在較短的時間內(nèi)提升列車司機的操作技能與業(yè)務(wù)水平以及非正常行車的應(yīng)急處理能力，有效降低了培訓(xùn)成本、縮短了實訓(xùn)周期。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例的內(nèi)部處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例的高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0017]圖1是本發(fā)明實施例的高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述高速鐵路車載信號仿真培訓(xùn)系統(tǒng)包括外部環(huán)境模擬裝置11、內(nèi)部處理裝置12以及訓(xùn)練效果反饋裝置13。
[0018]所述外部環(huán)境模擬裝置11與所述內(nèi)部處理裝置12進行數(shù)據(jù)交互，適于模擬地面環(huán)境和列車運行狀態(tài)以向所述內(nèi)部處理裝置12提供列車運行條件，并接收所述內(nèi)部處理裝置12輸出的列車防護信息。具體地，所述外部環(huán)境模擬裝置11包括地面信號模擬系統(tǒng)和動車組仿真駕駛模擬器。所述地面信號模擬系統(tǒng)適于對調(diào)度集中控制(CTC，CentralizedTraffic Control)系統(tǒng)、列控中心、無線閉塞中心(RBC，Rad1 Blocking Center)、道貧、軌道電路以及信號機等設(shè)備進行模擬以產(chǎn)生地面數(shù)據(jù)信息，所述列車調(diào)度信息包括C3系統(tǒng)移動授權(quán)信息、軌道電路發(fā)碼信息、應(yīng)答器線路數(shù)據(jù)以及應(yīng)答器臨時限速信息等。所述動車組仿真駕駛模擬器適于對車載設(shè)備狀態(tài)和控制電路進行模擬以產(chǎn)生列車狀態(tài)信息，所述列車狀態(tài)信息包括電源狀態(tài)信息、隔離狀態(tài)信息、車輛方向狀態(tài)信息、手柄位置狀態(tài)信息、制動狀態(tài)信息以及牽引計算狀態(tài)信息等。
[0019]所述內(nèi)部處理裝置12適于根據(jù)列車司機的操作信號和所述列車運行條件進行運算以生成所述列車防護信息，列車司機的操作信號包括列車司機在所述外部環(huán)境模擬裝置11上進行操作產(chǎn)生的電信號以及在所述內(nèi)部處理裝置12上進行操作產(chǎn)生的電信號，所述列車運行條件包括所述地面數(shù)據(jù)信息和所述列車狀態(tài)信息。所述內(nèi)部處理裝置12依據(jù)列車司機的操作信號和所述列車運行條件計算列車最具限制速度曲線(MRSP，Most RestrictiveSpeed Profile)、目標(biāo)點、起模點、運行等級、駕駛模式等狀態(tài)及控制信息，同時向所述動車組仿真駕駛模擬器輸出各類制動等級，防護列車運行安全。進一步，所述外部環(huán)境模擬裝置11和所述內(nèi)部處理裝置12之間的數(shù)據(jù)交互采用封裝后的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基礎(chǔ)平臺或直接采用各類分布式交互仿真DIS系統(tǒng)所提供的支撐環(huán)境。
[0020]本發(fā)明實施例提供所述內(nèi)部處理裝置12的一種具體結(jié)構(gòu)。參考圖2，所述內(nèi)部處理裝置12采用多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計，依據(jù)具體對象功能及業(yè)務(wù)邏輯分為四層結(jié)構(gòu)。具體地，所述內(nèi)部處理裝置12由高到低包括人機交互顯示層21、人機交互邏輯層22、數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換層23以及信號核心運算層24。其中，隨著層級的降低，其對應(yīng)的功能通用性越強，內(nèi)聚度越高，與其他層級的接口越穩(wěn)定，耦合性更松，越有利于實現(xiàn)單獨封裝與測試。
[0021]所述人機交互顯示層21包括DMI屏，適于記錄列車司機的操作信號，并顯示所述信號核心運算層24的運算狀態(tài)和需要列車司機確認(rèn)的各類條件。本層與列車司機進行雙向信息交互，不僅記錄列車司機的具體操作步驟，還顯示信號內(nèi)部狀態(tài)及需要司機確認(rèn)的各類條件。本層級不僅要符合相應(yīng)列控等級對應(yīng)的人機交互界面規(guī)范，還與具體的信號產(chǎn)品相關(guān)，因此差異性較大。
[0022]所述人機交互邏輯層22適于控制所述人機交互顯示層21的跳轉(zhuǎn)邏輯，并將列車司機的操作信號轉(zhuǎn)化為各類判斷條件。本層控制DMI人機交互界面的各種跳轉(zhuǎn)邏輯、生成各類文本顯示信息及確認(rèn)條件、記錄列車司機每一步操作并轉(zhuǎn)化為各類判斷條件。不同于所述人機交互顯示層21，本層相對于不同的車載信號系統(tǒng)而言，具有部