（模式识别与智能系统专业论文）地铁occ行车调度仿真培训系统设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 =i 舅曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼皇曼曼蔓曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼苎曼! ! 曼曼皇曼舅曼 摘要 地铁操作控制中心( o c c ) 作为地铁线路运营的中枢神经，是行车调度员、电力调 度员，环控调度员对全线的行车组织、电力供应、环境控制进行集中指挥的操作中 心，其对线路的安全运营起到至关重要的作用。随着我国城市轨道交通建设事业的 飞速发展，对地铁o c c 调度人员的需求大大增加。而传统的培训方式又难以解决对 大量调度人员的需求矛盾。设计出相应的地铁o c c 调度仿真培训系统，是解决当前 面临需求矛盾的重要途径。 o c c 行车调度仿真培训系统作为整个o c c 调度仿真培训系统中的重要组成部分。 将为o c c 行车调度人员的培训提供强有力的支持。本文将对o c c 行车调度仿真培训 系统的设计实现进行论述。 行调仿真培训系统为实现对o c c 行车调度人员的培训功能，在对行车调度员培训 内容深入了解的基础上，根据仿真培训系统的特点进行了仿真子系统与功能模块的 划分。本文从明确行车调度人员的培训需求开始，具体介绍了行调仿真培训系统的 总体结构，并对教员子系统、学员子系统、服务器等子系统仿真流程及其涉及到的 故障设置、多服务协调仿真等功能的实现流程进行了介绍。此外，对微机联锁、a t c ( 列车自动控制) 逻辑功能模块的仿真、数据库访问技术等进行了论述。通过采用 h l a ( 高层体系架构) 作为系统仿真架构有效的解决了系统的互操作与可重用等方面 的问题，本文描述了基于h l a 的系统实现流程。 与以往的仿真培训系统相比，本系统不但实现了对行车调度各环节的逻辑功能仿 真与行调人员的操作环境仿真，而且作为o c c 调度仿真培训系统的一部分，系统不 再只局限于对行车调度仿真培训功能的实现，而是以实现其与其它运营仿真培训子 系统的联合仿真培训为目标。通过与其它培训系统的拓展连接，可实现对地铁运营 多个环节的联合仿真培训与演练，为组成地铁运营综合仿真平台打下了坚实的基础。 关键字：o c c ；行车调度；a t c ；联锁：h l a ；仿真 西南交通大学硕士研究生学位论文第l | 页 a b s t r a c t a st h en e r v o u sc e n t r a lo ft h es u b w a yl i n e ，t h eo p e r a t i o nc o n t r o lc e n t e r ( o c c ) i st h e c o m m a n dc e n t e ro ft h ec e n t r a l i z e do p e r a t i o n t h et r a f f i cd i s p a t c h e r , p o w e rd i s p a t c h e r , e n v i r o n m e n t a ld i s p a t c h e rc o n t r o lt h et r a f f i co r g a n i z a t i o n ，p o w e rs u p p l ya n de n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n si no c c s o ，i tp l a y sac r u c i a lr o l ei ns e c u r i t yo p e r a t i o n s a st h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec h i n a su r b a nr a i lc o n s t r u c t i o n ，t h ed e m a n do f d i s p a t c h e r si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y a n dt h et r a d i t i o n a la p p r o a c ht ot r a i n i n g i sh a r dt o a d d r e s st h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h en e e d sa n dt h es u p p l yo fal a r g en u m b e ro f d i s p a t c h e r s s od e v e l o pa l lo c cd i s p a t c h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e mi sa ni m p o r t a n tw a y t or e s o l v et h ep r o b l e m o c ct r a f f i cd i s p a t c h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e mi sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ew h o l e o c cd i s p a t c h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m o c ct r a f f i cd i s p a t c h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n g s y s t e mw i l lp r o v i d es t r o n gs u p p o r tf o r t h et r a f f i cd i s p a t c h e rt r a i n i n g t h i sf i l l w i l ld i s c u s s t h ed e s i g no ft h es i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m f o rt h er e a l i z a t i o no ft h et r a i n i n gf u n c t i o nf o rt h eo c ct r a f f i cd i s p a t c h e r , t r a f f i c d i s p a t c h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e mw i l l b ed i v i d e di n t os u b s y s t e ma n df u n c t i o n m o d u l e s ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e ma n db a s e do nt h e u n d e r s t a n d i n go ft h ed i s p a t c h e r st r a i n i n gc o n t e n t s w ew i l lb e g i nw i t i lt h er e a l i z eo ft h e d i s p a t c h e rt r a i n i n gn e e d si n t h i sp a p e r t h e ni n t r o d u c et h es i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m s s t r u c t u r e t h es i m u l a t i o np r o c e s so ft h et e a c h e r ss u b s y s t e m s ，s t u d e n t ss u b s y s t e m s ，s e r v e r s a n do t h e rs u b s y s t e m sw i l lb ei n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gt h es e to ff a i l u r e ，m u l t i - s e r v i c e c o o r d i n a t i o ns i m u l a t i o nd e s i g na n do t h e rf u n c t i o n so ft h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s i n a d d i t i o n ，t h ec o m p u t e ri n t e r l o c k i n gs y s t e m ，a t c ( a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) l o g i cf u n c t i o n m o d u l e so ft h es i m u l a t i o n ，d a t a b a s ea c c e s st e c h n i q u e sa r ed i s c u s s e d h l a ( h i 曲l e v e l a r c h i t e c t u r e ) i su s e da sa ne f f e c t i v es o l u t i o no fi n t e r o p e r a b i l i t ya n dr e u s a b i l i t y t h i sp a p e r d e s c r i b e st h es y s t e mi m p l e m e n t a t i o np r o c e s sb a s e do nt h eh l a c o m p a r e dw i t l lt h ep r e v i o u ss i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m t h eo c ct r a f f i cd i s p a t c h e r s i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e mh a sn o to n l yr e a l i z e dt h ef u n c t i o nl o g i cs i m u l a t i o na n dt h e o p e r a t i n ge n v i r o n m e n ts i m u l a t i o n a sap a r to ft h ew h o l eo c cd i s p a t c h e rs i m u l a t i o n t r a i n i n gs y s t e m ，t h eo c ct r a f f i cd i s p a t c h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n gs y s t e m i sn ol o n g e r c o n f i n e dt ot h er e a l i z a t i o no fs i m u l a t i o na n dt r a i n i n go ft h et r a f f i cd i s p a t c h e r ，b u tt a k i n g t h ec o n n e c t i o nw i t ho t h e rs i m u l a t i o nt r a i n i n gs u b s y s t e m sa st h et a r g e t t h o u g ht h e c o n n e c t i o nw i t ho t h e rs u b s y s t e m s ，i tc a nr e a l i z ej o i n tt r a i n i n ga n ds i m u l a t i o ne x e r c i s e so f m o r el i n k so ft h em e t r oo p e r a t i o n t h i sw i l lm a k eas o l i df o u n d a t i o nt of o r ma ni n t e g r a t e d 西南交通大学硕士研究生学位论文第| ii 页 o p e r a t i o ns i m u l a t i o np l a t f o r m k e y w o r d s ：o c c ；t r a f f i cs c h e d u l i n g ；a t c ；i n t e r l o c k ；h l a ：s i m u l a t i o n 西南交通大学四南父逋大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密。使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“) 指导老师签名：7 乞z 饬 日期：卯，d 。；yfv y 7 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 、根据仿真培训系统的特点，对o c c 行车调度仿真培训系统的组织结构进行划 分。 2 、完成教员系统、学员系统、运算服务器等子系统的设计实现。 3 、实现行车调度系统涉及的各功能模块的仿真。包括城市轨道交通a t c 系统的 仿真，车流控制的仿真；微机联锁系统的逻辑仿真等。 4 、采用h l a 作为系统仿真架构，解决系统的互操作与可重用等问题。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确 说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签施甜 日期：弘皮4z 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 随着我国经济的高速发展，城市化进程不断推进，为我国的城市轨道交通的发 展带来了前所未有的机遇。统计显示，中国从1 9 9 8 年至2 0 0 8 年这1 0 年间，国内轨 道交通建设总量已经远远超过了这期间世界发达国家建设的总和。至今，我国已经 拥有或正在建设地铁的城市分别是北京、上海、天津、广州、大连、深圳、武汉、 南京、重庆和长春，提出或者正在筹备建设地铁的城市还有7 个，分别是成都、杭 州、沈阳、西安、哈尔滨、青岛、苏州和郑州。专家预测，按现在每年开工建设1 0 卜1 2 0 公里线路的发展速度，到2 0 2 0 年我国建设城市轨道交通线路将达到2 0 0 0 - - 3 0 0 0 公 里的规模。 在我国城市轨道交通飞速发展的同时，由此带来的问题和隐患也纷纷暴露。其 中，由于地铁规模扩大，合格的地铁操作人员急缺问题日益突出。整体分析我国地 铁人员培训的现状，还没有形成比较完善、科学、先进的培训体制和手段，基本难 以满足如今地铁发展的巨大需求。常此以往，人员培训问题必将成为制约我国地铁 发展的重要因素之一。 地铁操作控制中心( o c c ) 作为地铁线路运营的中枢神经，是行车调度人员、电力 调度人员，环控调度人员对全线的行车组织、电力供应、环境控制进行集中指挥的 操作中心，其对线路的安全运营起到至关重要的作用。其调度人员的基本素质与工 作水平将直接关系到全线的运营安全。目前，各地地铁运营部门都将有大量新上岗 的o c c 调度人员急需培训，设计出相应的地铁o c c 调度仿真培训系统，是解决当前 面临需求矛盾的重要途径。 o c c 行车调度仿真培训系统作为整个o c c 调度仿真培训系统中的重要组成部分。 将为o c c 行车调度人员的培训提供强有力的支持。本文将对o c c 行车调度仿真培训 系统的设计实现进行论述。 由于目前国内对城市轨道交通调度的培训系统研究相对较少，而且大多只针对 某一个环节开展，尚无完整的包括行车调度各个相关子系统的仿真培训系统被研究 设计。所以，本论文将通过对作业环境、运营环境、性能原理的仿真运算，设计出 完整的行车调度仿真培训系统，并对故障及突发事件仿真进行设计。最终，使系统 达到现有培训手段无法实现的培训效果。与此同时，作为地铁运营调度仿真培训系 统的一部分，如何实现o c c 行调仿真培训系统与o c c 电力调度仿真培训系统、o c c 环 境调度仿真培训系统、车站值班员仿真培训系统及司机驾驶仿真器等的有效拓展连 接，即如何实现行调仿真系统与其它运营仿真培训系统的互操作及系统自身的软件 可重用等问题，也是仿真培训系统急需解决的问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 _ 2 国内外研究现状 由于系统仿真在各种系统分析与结果推算等方面存在着明显优势。随着轨道交通 对运输效率和安全性等要求的不断提高，仿真技术被越来越多地在铁路系统的运营研 究和人员培训中得到应用，包括对列车群运行状态的仿真；对列车运行中机车牵引、 制动计算层面的仿真研究；应用于列车运行过程控制培训的仿真系统等等。涉及到行 车调度、行车安全、人员培训等多个方面。 在地铁调度人员的培训方面，国外及轨道交通发达地区较国内领先。欧美各国 及日本、韩国、台湾和香港地区的地铁运营部门均配置有先进的计算机仿真培训系 统，为地铁从业人员提供职业培训所需要的实作训练。国外地铁大多都设置有专门 的集中式培训基地，采用“因人施教、因材施教 以及启发式、多样化的教学理念， 给待培训人员分配相应岗位的培训课程，基于理论联合实际的思路，采用课堂教学、 现场参观实物、观摩事故演习、模拟仿真训练和跟班实习( 相较于我国目前的跟班 学习时间较短) 等多样化相互结合的方式，旨在更好的实现培训效果。并且，对地 铁在职人员也有相关再培训制度，实行半年制或一年制轮训，以不断提高工作人员 的业务水平。目前，各国地铁人员培训中特别强调应急处理和救援能力的培训，很 多国家如美国地铁，英国地铁，已经开始针对恐怖袭击等恶性事件的特殊情况，进 行对司机和调度等人员培训设置。 香港地铁也投入大量的资金用于培训工作，其配置有覆盖地铁运营所有岗位的仿 真培训系统，以互为关联的o c c 仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、地铁列车驾 驶仿真系统为主，将地铁运营涉及的列车、线路、供电、信号、调度、车站、售票等 工作岗位与环节联系在一起，形成了虚拟的列车运营仿真系统，可以实现2 4 小时不 间断的职业技能实作训练，学员们可以实际模拟调度列车运行和体验实际驾驶地铁列 车，注重理论与实际相结合，使学员能够收到良好的学习效果。所有新入地铁的员工 和调整、晋升职位的员工都要接受培训，在职的员工也要定期“充电 ；新设备、新 系统投入使用也要接受培训。每半年，凡有驾驶资格的人士( 司机、车站站长、中央控 制室行车控制主任) 都要到培训中心进行两天的轮训，务求全体员工的知识不断更新， 技术素质不断提高，以适应地铁发展的需要。从而有效地保证了调度人员的基本技能 与素质。香港地铁被称为全球经营管理最为成功、运行安全性最高、服务标准最高的 地铁公司，其先进的培训系统功不可没。在满足本公司职业技能培训需要的同时，港 铁还承担了全球许多城市地铁人员的培训业务，将通常观念上的“花钱”部门变成了 “挣钱”部门。但其各个培训子系统之间没有相对有效的联接方式。纵观国内外先进 国家和地区的经验可知，利用仿真培训系统进行职业技能训练可以有效缩短4 0 - 5 0 的培训时间，而且具有较高的培训质量。 我国内地利用仿真设备进行职业技能的培训，还处于初级阶段，但越来越多的行 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 业正在逐步加大对仿真培训的应用。目日i ，国内城市轨道交通领域尚尤完整的o c c 调 度仿真培训系统。国内各高校及相关研究机构对城市轨道交通的行车调度策略等有了 一定的研究。城市轨道交通的车站值班员作业仿真培训系统已有应用的案例，如深圳 地铁、天津地铁、广州地铁等。国内铁路领域( 朔黄铁路公司) 已采用铁路运输综合 仿真培训系统，该系统由行车调度指挥仿真培训系统、车站值班员作业仿真培训系统 与列车驾驶模拟器等系统组成，可实现各系统的联合演练功能。 图卜l 朔黄铁路运输综合仿真培训系统结构图 随着各种轨道交通仿真培训系统不断被开发与应用，系统设计过程中存在的问题 也逐步表现出来，最突出的问题表现为： ( 1 )系统仿真的精度不够。目前，由于系统规模和硬件条件的限制，培训系统 对于运营环境的仿真较真实现象大都存在着一定的差距，限定了其应用范围和培训效 果。 ( 2 ) 系统结构不健全，没有形成完整地体系。轨道交通运营过程中各个子系统 间存在着各种联系。目前各种仿真培训大多只是考虑针对某一方面进行仿真，没有设 计出系统间的访问接口，以实现对整个系统的仿真功能。 ( 3 )系统不够灵活，各逻辑功能没有实现模块化，目前的各种仿真培训系统大 多采用传统的d i s 结构，在引入新的培训系统后很难与已有系统兼容。可拓展性差， 这就为今后的拓展和功能的改造完善带来了困难，提高了应用维护成本。 1 3 行调仿真培训系统研究意义 地铁o c c 行车调度仿真培训系统作为一个融合多个行车调度环节的综合仿真系统， 将在行车调度员培养、各种方案预演等用途中发挥传统手段无可比拟的优势，具体可 概括为以下几点： ( 1 ) 常规的标准化训练 行调仿真培训系统为各受训人员营造出逼真的作业环境。通过相应的课程设定可 对各种运营状况进行再现，让学员反复操作练习，并得到教员的指导和评定。由于地 铁运营的特殊性，实际系统不可能让员工随意进行操作；以往的“师傅带徒弟”的培 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 训方式培训过程时间较长，手段单一，即浪费了大量时恻和精力，且很难达到预期的 培训目标。已不能适应地铁快速发展的需要。通过仿真培训系统可使新员工的工作技 能得到更直观、更有效、更全面的快速提高。同时也可对老员工操作进行标准化的再 培训。并且仿真训练可以反复进行，不受限制。 ( 2 ) 可设置各种运营故障 地铁行车调度仿真培训系统不但可以模拟正常情况下的各种调度操作，达到规范 化训练的目的；还可以对运营过程中的各种故障进行设置。 以往，通过在空闲时段对现场设备人为设置故障的方式实现对某一故障的训练目 的。这样不但容易造成现场设备的损坏，不利于系统保养。并且每次训练往往需要多 部门相互配合，大量人员和机车进行参与，成本较高。且地铁设备较昂贵，并非所有 设备都可以人为设置故障，更加表现出了培训内容的局限性。而在仿真培训系统中可 方便的实现对运营线路中轨道、信号、机车等设备故障的设置，从而加强调度员在紧 急情况下的应变能力训练，仿真环境中还可以根据需要模拟不易碰到的特殊作业和紧 急情况，有针对性的强化调度员在各种环境下的应变能力。 ( 3 ) 对各种运营方案的演练 仿真培训系统不但可以完成各种培训的目标，还可实现对运营方案的预演功能。 随着地铁运输能力的不断提高以及节假日、上下班各种时段客流量变化较大等问题的 存在，需要对系统运行图进行相应调整。修改后的运行图能否满足客流的需求? 站场 环境因素能否满足乘客的需求? 通过运营方案在仿真培训系统中进行预演，得出的相 关数据，对所面临的一系列问题进行分析解答；为最终运营方案的确定提供了更加安 全、节省的参考方式。 ( 4 ) 对重大故障情况下各种解决方案的训练与比选 当线路出现重大事故时往往会面临多套解决方案。采用什么样的方案能使损失降 到最低? 通过运营仿真培训系统，不但可以对各种应急解决方案进行培训。提高调度 人员在重大事故情况下的应变能力；而且还可通过对不同方案的解决时间，困难大小 进行评估，最终可辅助确定并训练应对类似事故时的解决方案。 将o c c 行车调度仿真培训系统、与电调仿真培训系统、环调仿真培训系统，以及 车站值班员培训系统、地铁列车驾驶模拟器等进行拓展连接，将实现列车驾驶、车站 作业、o c c 行车、电力、环境调度的联合培训，初步形成地铁虚拟运营仿真系统的主 体，将极大地提高地铁职业技能培训能力。并可实现地铁运营各系统的综合演练等功 能。必将为我国城市轨道交通的安全运营起到积极的作用。 1 4 本文研究的主要内容、目标与方法 通过本课题的研究，设计出一套完整的地铁o c c 行车调度仿真培训系统。该系 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 统模拟出与真实系统相i 司的各种逻辑控制功能，并实现车流等运营环境模型的仿真， 实现学员系统的培训功能，教员的各种监控功能、故障设置功能等，并设计出了基 于h l a 的仿真架构，为系统的拓展连接提供了有力支撑。 总之，本论文设计实现的行调仿真培训系统不但可以为缓解当前日益严峻的地 铁o c c 行调人员供求矛盾发挥重要作用，而且可实现与其它运营培训系统的联接功 能。 1 4 1 研究的主要内容 o c c 行车调度仿真培训系统研究将涉及：学员系统、教员系统、服务器等子系统 的设计，以实现逼真的操作环境仿真；同时，系统还将实现对a t c 功能、联锁功能 等行调系统逻辑功能的仿真。最终系统将运用h l a 架构实现各成员的开发，实现系 统仿真推进。研究的具体工作包括： ( 1 )系统运营环境、性能原理的实现：对行车系统相关的各子系统功能原理 的仿真，及对车流等运营环境因素的建模仿真。 ( 2 )实现运算服务器系统的程序框架设计、并实现大运算量下的多服务器同 步协调仿真机制等。 ( 3 )学员系统设计：每套学员系统功能模块的划分，学员系统的仿真流程。 完成对行调人员作业环境的仿真功能。 ( 4 )教员系统设计，教员系统需实现的主要功能包括：课程管理，系统维护， 学员监控，故障设置。 ( 5 )系统数据库的维护，包括基础数据访问等功能的实现。 ( 6 )系统仿真底层架构的实现：实现各子系统功能的基础上，同步推进仿真 运行。并能很好的实现系统可重用性与互操作性。 总之，o c c 行车调度仿真培训系统是用于对地铁行车调度人员进行培训的计算机 综合仿真系统，是计算机仿真技术、交通运输学、列车动力学等多种相关理论结合的 成果。它以仿真实际o c c 行车调度控制系统为目标；以对地铁运行中列车、线路、信 号等各种设备建模仿真为手段；对地铁的整个行车运营系统进行模拟；最终，达到在 各种正常与非正常状态下对行车调度作业的训练目的。 与以往的相关仿真培训系统相比，地铁行车调度仿真培训系统不但实现了对行调 人员的培训功能，还能实现与电调、环调以及车站值班员、列车驾驶仿真器等地铁运 营相关仿真培训子系统进行联接，共同组建成一个全面、灵活的运营仿真平台。 1 4 2 行调仿真培训系统研究方法 系统仿真作为一门综合性的学科是计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 程、信息处理、自动控制等高新技术的综合，它经历了物理模型仿真，模拟计算机仿 真和数字计算机仿真等阶段。它是通过建立模型对实际或设想的系统进行动态试验砂 究的一门综合技术。随着计算机技术的发展，应用计算机进行系统仿真日益受到人仃 的重视。计算机仿真技术结合了实验和分析这两种方法，将分析的方法用于模拟实验， 充分运用己有的基本物理量及相似性原理，可建立待研究系统的数学模型，采用与殛 实际的物理系统进行实验相同的基本研究方法，在计算机上运行仿真实验。由于仿勇 用模型代替实体作实验，因此，它具有经济、安全、实验周期短等特点。这些特点侣 得仿真技术作为一种分析、设计系统及训练人员的有利工具，己广泛应用于几乎所萑 的工程与非工程领域。 本课题应用计算机仿真的各种方法与新技术。实现行调仿真系统各环节的建模、 设计、开发。本系统研究方法包括： ( 1 ) 根据仿真培训系统的特点，为更好的发挥培训系统的应用效果，合理的划分 系统的组成结构。系统将根据仿真培训系统的特点，划分出教员系统、学员系统、 运算服务器、数据服务器等子系统。 ( 2 ) 在深入调研与理论验证的基础上进行合理的功能模块划分，实现与真实行调 系统一致的作业环境、运营环境、性能原理的仿真。并使系统具有灵活的可拓展性。 ( 3 ) 通过深入分析比较现有分布式系统结构与新型仿真体系结构，选用h l a 体系 架构的仿真底层架构，并实现了其在各成员开发中的设计。 1 5 论文内容安排 本论文共分为6 章，主要内容及组织如下： 、 第1 章，绪论部分介绍了本课题的研究背景，选题的目的和意义及研究方法， 最后介绍了论文的内容安排等。 第2 章，首先对行车调度系统涉及的主要系统进行了介绍。进而明确了行车调 度员的仿真培训需求。 第3 章，对系统的总体设计结构进行介绍，并对文中应用到的数据库、h l a 等技 术进行简介。 第4 章，对教员、学员、服务器等子系统的设计实现进行介绍。并对各子系统实 现中的多服务器运算设计、教员故障管理流程等进行了介绍。 第5 章，对系统主要功能模块的仿真实现进行了介绍。对a t c 系统的仿真，车流 运行管理仿真；微机联锁系统的逻辑仿真等的实现进行描述。 第6 章，对系统的拓展联接进行了简介。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章行车调度仿真培训系统需求分析 对地铁行车调度系统的仿真将涉及对地铁自动控制系统( a t c ，a u t o m a t i ct r a i n c o n t r 0 1 ) 系统、计算机联锁系统、运营列车等控制系统与对象的仿真实现。本章将在 对相关子系统简要介绍的基础上，明确仿真培训系统的仿真内容。同时，系统还在对 行车调度员工作职能了解的基础上，仿真出调度员的作业环境，使其在仿真培训系统 中可以完成相关作业的操作培训与各种突发事件及故障情况下的培训。最后，为了实 现对培训系统的管理工作，明确了教员系统的职责。 2 1 地铁o c c 行车调度系统背景简介 地铁行车调度系统作为行车调度人员操作指挥的平台，它是地铁运营生产活动的 管理中枢，是组织行车、保障运营并进行实时监控调整的指挥中心。地铁行车调度 系统涉及的主要信号子系统包括：列车自动控制系统( a t c ) 、微机联锁等。 2 1 1 a t c 系统功能简介 列车运行自动控制系统( a t c ，a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) ，是可以实现列车 自动控制和列车行车间隔自动调整的系统，它替代了传统的主要依赖司机的信号 系统。 通常a t c 系统包括三个子系统：列车自动监控系统( a u t o m a ti ct r a i n s u p e r v i s i o n ，简称a t s ) 、列车自动防护子系统( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ， 简称a t p ) 、列车自动运行系统( a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ，简称a t o ) a t s 功能：是a t c 的核心功能，可自动或人工控制迸路，实现行车调度指挥， 并向行车调度员及其它系统提供信息。 a t p 子系统主要实现对列车驾驶防护，对与安全相关的设备或系统进行监控， 实现列车间隔防护、超速防护功能。 a t o 子系统主要用于实现列车自动驾驶功能。使用a t o 子系统后，可使列车 处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速。 三个子系统相互联系、构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地 控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及 列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。 根据a t c 系统的特点，行调仿真培训系统实现的内容包括：运行图的铺画、 故障状态记录，自动排进路，列车速度调整等a t s 仿真功能；同时，系统还将实 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 现对车的a 1 、0 、a t p 功能仿真。实现列车的自动驾驶功能，超速、接近、故障等 状态下的防护功能。a t c 仿真系统实现的主要功能框图： 图2 1a t c 仿真系统实现的主要功能 2 1 2 微机联锁系统功能简介 微机联锁系统，就是采用计算机技术构成的车站信号自动控制系统。其在保障 铁路运输安全，提高铁路运输效率与自动化上发挥着重要的作用。联锁系统能响 应来自a t s 的功能命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号 的控制，将进路、轨道电路、道岔和信号的状态信息提供给a t c 系统。系统以迸 路、道岔、信号为控制对象，由计算机系统来实现进路、道岔、信号之间的联锁，并 按列车运行和调车作业的要求，自动控制选择进路、转换道岔、开放信号等。联锁将 完成对列车行车进路所有过程的控制处理，是列车安全行车的保证。进路的完整过程 指的是从选路命令生成到进路完全解锁的过程。进行联锁系统仿真设计时应考虑联锁 的特点，并针对特点进行仿真。 进进进信信进销 路 检查、 路 锁闭、 路 开放、号保持、号解锁、路解锁、毁 命选排”选进路”锁信号”开开放”保进路7解 完成”进 令排闭放持锁路 图2 2 进路操作过程示意框图 行调仿真培训系统要实现的联锁逻辑运算功能包括： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 ( 1 ) 建立进路：响应a t s 系统或人工发布的“建立进路”命令，完成进路选排 工作。能根据用户的操作命令和操作对象，从站场数据中搜索出唯一的一条进路。能 实现普通进路与变通进路的搜索功能，并将搜索出的进路存储于系统迸路表中。 ( 2 )取消进路：能够响应人工的“取消进路”命令，完成取消进路功能。此命 令在执行f i 应检查进路建立与进路空闲等条件。 ( 3 ) 人工延时解锁进路：能够响应“人工延时解锁”命令，解除处于接近锁闭 状态的进路。此命令在执行前应检查进路建立与接近区段有车状态。 ( 4 )道岔定位操作：能够响应“道岔定位操作”命令。在道岔未锁闭的条件 下，可进行单独操纵。 ( 5 ) 道岔反位操作：能够响应“道岔反位操作命令”命令。在道岔未受区段 锁闭，进路锁闭，和单独锁闭的条件下，可进行单独操纵。 ( 6 )道岔单独锁闭：人工无条件将道岔进行锁闭。 ( 7 )道岔单独解锁：人工无条件的将锁闭道岔进行解锁。 2 1 3 地铁行车调度仿真与铁路运营仿真的区别 铁路与地铁作为轨道交通的两个应用领域。在技术上拥有众多共同点的同时，有 着各自不同的运营特点。这些不同的运营特点决定了地铁行车调度仿真系统与铁路运 营仿真系统在设计上存在的区别。铁路与地铁运营上的区别主要表现在： 2 1 3 1 运行组织方式不同 ( 1 ) 运行速度方面的区别 铁路中存在列车种类的区分，例如铁路运输中涉及货车和客车等，客车又可分为 直达、特快、快速和普通等，一般情况下客车速度要快于货车，特快客车速度快于普 通客车。而地铁列车不存在运行级别高低的区别，故运行速度较为一致，所以不存在 区间追踪等的问题， ( 2 ) 间站超越的区别 铁路列车在中间站上有较多并行线，可以实现前辆列车停靠中间站，等待后辆列 车超越，以此来完成调整的任务。地铁由于自身条件限制，无法实现中间站停靠，等 待后行列车超越的调整方案 9 1 。 2 1 3 2 运行调整方式不同 ( 1 ) 无法实现超越调整 由于地铁列车受到自身地理条件以及工程构造的限制，无法在中间站实现停靠 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 n _ 一一u ! i 曼皇曼鼍皇量曼! 曼曼皇曼曼皇! ! ! ! 曼曼曼曼曼皇曼曼蔓! 曼! 曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼曼! 皇曼曼皇曼蔓曼曼曼曼曼曼曼! 舅曼曼曼量! 曼曼曼皇曼曼皇 后，等待后行列车超越的手续，因此，对于铁路运输来说最经常用的调整方式在地铁 调整中无法发挥效用。 ( 2 ) 区间运行距离短、时间较少，调整空间较小。 以北京六号线为例，其平均站间距分别为1 4 3 公里，与铁路列车较大的区间运行 距离相比，地铁列车的调整距离短，运行时间少，所以调整空间比较小，整个系统的 运行的纠错空间不能和铁路运输相比1 9 。 2 2 o c c 行车调度员的工作职责 o c c 行车调度员的职责是在值班主任的领导下，负责日常行车调度及突发情况 下的应急指挥，并与电调、环调配合，共同完成运营组织工作，确保班组运营安全， 指挥和协调行车各岗位的运作，组织实施各种行车工作计划，确保行车系统的正常 运转。具体工作内容包括： ( 1 )按照运营时刻表监控列车运行，监督、维持正线列车运行秩序，确 保列车运行安全、正点。 ( 2 )传达上级有关运营工作的指令，及时发布调度命令，布置、检查、落实 行车工作计划，确保行车工作顺利进行。 ( 3 )执行施工行车通告，组织调试车、工程车的开行、合理安排施工作 业，监督施工作业和人员的安全。 ( 4 )合理处置运营中的紧急事件，记录处理经过，分析影响程度，通报故障 及延误情况，及时调整列车服务，尽快恢复正常运营。 ( 5 )监控各种行车设备运作，做好故障记录与通报。 仿真培训系统将在实现a t c 、微机联锁等系统逻辑功能仿真的基础上，为行调学 员模拟出逼真的作业环境，使其实现以上作业内容的操作培训。 2 3 其它功能需求 作为仿真培训系统，除了要完成以上提及的逻辑功能仿真、学员作业环境仿真之 外，系统还将实现对仿真培训过程的管理、监控、故障与突发事件的设置、培训数据 的保存等工作。这些工作大多由负责管理仿真系统的教员系统完成。教员系统完成的 工作包括： ( 1 ) 设置或修改培训课程：设置仿真运行时刻、运行初始条件、仿真训练时段、 受训学员担当的角色；指定各种故障或突发事件产生的条件； ( 2 ) 提示或指导受训学员：通过通讯系统告知学员在培训过程中应当注意的事 项； ( 3 ) 观察学员操作情况：通过站场线路、实际运行图、学员屏幕等的临视观察 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 分析学员操作情况； ( 4 ) 干预学员的操作过程：通过实时设置或取消各种故障或突发事件，测试学员 处理故障和应急突发事件的能力； ( 5 ) 数据的维护与管理：完成线路、信号、道岔等数据更新，课程管理修改等工 作；完成培训记录数据统计与管理；用户信息管理和权限分配；运行日志数据管理； ( 6 ) 系统的状态检测与维护：检测系统各部分的状态与功能是否正常，记录运行 日志，并通过远程维护功能及时获得相关的技术支持。 图2 3 教员功能框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 曼量曼曼曼曼曼曼鼍i 一一一_ _ _ ；i i m 一一一一i 一一i i i 鼍曼曼曼曼 第3 章行调仿真培训系统总体设计 在对各行车调度相关环节进行深入研究的基础上，行车调度仿真培训系统将运用 计算机模拟出各子系统的逻辑功能并实现有效的联接，仿真出真实的运营环境，并能 实现故障设置等操作。最终，仿真系统将根据行调人员的工作职责，实现出对行车调 度人员的培训等功能。本章将对行调仿真培训系统的软硬件设计结构进行总体介绍， 并对系统应用的主要技术进行简介。 3 1 行调仿真培训系统硬件结构 根据地铁行车调度系统的特点及仿真培训系统的功能分布情况。可将行调仿真培 训系统划分为数据库管理系统、教员子系统、学员子系统、运算服务器子系统等进行 设计。 数据库管理系统负责对系统中基础数据的存储管理功能，存储的内容包括所有线 路相关的各种设备( 轨道、道岔、信号机) 数据、课程数据、故障数据等。 运算服务器是实现各种逻辑运算的核心设备。服务器系统将采用高性能服务器组。 在系统仿真运行过程中，它将实时实现自动进路办理、进路搜索、进路解锁、列车自 动驾驶、自动防护、车流管理等的运算功能。它将协调整个仿真系统同步推进。 教员系统是教员对训练进行管理平台，教员通过教员系统可对训练课程数据库的 管理( 日常维护、更新、添加、删除等) ，对训练过程进行实时的监控与管理；还可 通过教员系统实现对故障信息的编制，并在训练时进行故障的实时非实时设置； 学员子系统是行调学员进行仿真培训的操作平台。它仿真出与真实系统一致的人 机交互界面，并能实现行调人员的各种操作功能。包括进路办理、列车运行监控、站 停扣车等调度命令的操作实现。 各系统之间通过工业以太网实现硬件联接。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 行调学员一一 敦英系统 图3 1 行调仿真培训系统主要硬件结构图 3 2 行调仿真培训系统软件模块结构 3 2 1 各逻辑运算模块间的组织关系 根据o c c 行调系统的特点。行调仿真培训系统将实现对行车调度相关的车流、联 锁、a t c 等子系统的模拟功能。为行调人员培训设计出逼真的仿真操作环境和逻辑运 算环境。 根据系统主要逻辑实现划分，可将系统主要功能模块大体划分为进路管理模块、 联锁逻辑模块、运行图管理模块、车流仿真、列车运行仿真模块、设备状态管理模块 等。各模块间的逻辑组织关系如图3 - 2 所示。 系统根据运行图中的运营计划，实现出所需的车流模型控制，车流模型能够实现 对每一列车( 包括正线运营车辆与车场中准备车辆) 的状态管理与命令控制。每列车按 车流模型所发出的控制指令，进行a t o 驾驶计算与a t p 防护仿真。在地面进路管理环 节，同样将根据运行图运营计划或进路办理触发条件，生成相关进路办理命令，并下 发至联锁逻辑模块。通过联锁仿真系统的逻辑运算选出相关运行进路，并对设备仿真 对象进行状态设置。最终，通过各模块间的协调运行实现对行车调度环境的仿真功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 a t s 进路 命令 控锋0 设备状态仿真 管理仿真 r联锁逻辑仿真 尸 ( 轨道、道岔、信号机) j 参考条件 状态匹 锝 i 轨道占用 条件 a t s 车流 空刘 列车运行仿真 - 运行图管理模块 r 控制仿真 r( a t o 、a t p 仿真) 逻辑功能仿真 设备仿真 图3 2行调仿真系统逻辑运算模块关系图 3 2 2 各仿真子系统间逻辑关系 按仿真培训系统的结构特点。将主要功能模块分布于教员、学员、运算服务器等 子系统中进行实现。教员系统实现对训练课程的管理、监控功能，它将协调训练的仿 真推进并对学员进行实时指导。运算服务器将实现主