城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真實(shí)訓系統

一、系統介紹

★城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真實(shí)訓系統仿真沙盤(pán)

（一）城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真沙盤(pán)的總體功能及特點(diǎn)

圖1 城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真沙盤(pán)系統平面圖

1. 以微縮城市軌道交通設備模擬線(xiàn)路運行情況，可以實(shí)現線(xiàn)路上列車(chē)行車(chē)調度信號、指揮系統和調度系統的模擬訓練。

2. 采用四個(gè)實(shí)體站+N個(gè)虛擬仿真站的方式實(shí)現完整的線(xiàn)路模擬系統，投資量小，但可以通過(guò)虛實(shí)結合的方式模擬完整地鐵線(xiàn)路。仿真小車(chē)在駛出真實(shí)線(xiàn)路區域后，將在虛擬存車(chē)線(xiàn)中運行。

3. 系統按CBTC系統實(shí)際分布及應用等級劃分為控制中心仿真設備、車(chē)站級軌旁仿真設備、車(chē)載仿真設備三部分，系統劃分明細，各子系統間接口清晰，方便對各子系統的單獨學(xué)習和研究，亦可實(shí)現整個(gè)大系統的聯(lián)動(dòng)實(shí)訓。

4. 采用真實(shí)的轉轍機、信號機等室外信號設備，并與聯(lián)鎖系統接口，能夠實(shí)現聯(lián)鎖系統對真實(shí)轉轍機的操縱、定/反位轉臺采集、信號點(diǎn)燈及真實(shí)軌旁信號設備的維護實(shí)訓等。

5. 可進(jìn)行CBTC和點(diǎn)式后備模式下的地鐵信號系統運營(yíng)仿真實(shí)訓，模擬信號系統故障降級模式下的系統運營(yíng)；

6. 能夠模擬演示信號故障，演繹行車(chē)規則，訓練行調和值班站長(cháng)對事故處理的能力。

7. 能夠真實(shí)顯示出操作列車(chē)運行圖、列車(chē)閉塞、運行等；道岔能電控，庫內調車(chē)。

8. 列車(chē)運營(yíng)沙盤(pán)的行車(chē)調度能反映城市軌道交通現場(chǎng)行車(chē)組織與相關(guān)設備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)編制調度指揮計劃和下達控制系統指令，實(shí)現列車(chē)在模擬線(xiàn)路上運行，直觀(guān)體現出各項行車(chē)組織作業(yè)與車(chē)站、線(xiàn)路、車(chē)輛等運輸設備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成仿真實(shí)訓系統制定的行車(chē)任務(wù)。

9. 實(shí)訓系統載體是場(chǎng)站、行車(chē)、調度、信號等平臺建設內容的集中體現，表現形式分為靜態(tài)展示和動(dòng)態(tài)演示兩部分。靜態(tài)展示形象地表示地形地貌、場(chǎng)景綠化、城市建筑、高架橋梁、山形隧道和河流水系等基礎設施；動(dòng)態(tài)演示是指根據行車(chē)調度系統下達的計劃，通過(guò)轉化為控制系統指令，完成列車(chē)在實(shí)訓系統載體上的調度運行控制，從而達到動(dòng)態(tài)演示的目的。

10. 車(chē)站控制設備訓練系統是城市軌道交通工程訓練體系的重要組成部分，能幫助學(xué)生更直觀(guān)、更感性的理解信號和行車(chē)調度的理論知識，加深調度和車(chē)輛之間協(xié)調的認識，同時(shí)利于學(xué)生在腦海中快速建立線(xiàn)路和車(chē)輛運行的立體圖。

11. 軌道交通綜合調度控制仿真教學(xué)系統包括ATC實(shí)訓系統、聯(lián)鎖仿真實(shí)訓系統、城市軌道交通ATS系統、軌道交通運營(yíng)沙盤(pán)信息系統等，可作為軌道交通運營(yíng)沙盤(pán)綜合實(shí)驗教學(xué)平臺。

12. 軌道交通運輸線(xiàn)路仿真實(shí)訓系統：集成了常見(jiàn)的軌道交通固定及移動(dòng)設備，可仿真城軌系統的運行過(guò)程，并可與軌道交通綜合調度控制仿真教學(xué)系統集成，形成軟硬件結合的一體化仿真實(shí)訓平臺。

13. 系統提供教學(xué)組織管理功能，用于教師組織學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和實(shí)驗。

14. 系統性能滿(mǎn)足連續工作時(shí)間不低于12小時(shí)，能夠適應-10～50攝氏度及不高于85%相對濕度的環(huán)境。

15. 具備為用戶(hù)提供所有控制系統的通信及接口協(xié)議，所有控制及數據信號均能進(jìn)入以太網(wǎng)的能力。

16. 軌道交通列車(chē)運營(yíng)沙盤(pán)在設計時(shí)統一布局，操作上能相互獨立，也能相互關(guān)聯(lián)。

17. 地鐵信號系統的車(chē)地通信采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，采用自由無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)模擬實(shí)現。

18. 實(shí)訓系統臺體模型及控制系統能為系統后續升級拓展提供接口和詳細說(shuō)明書(shū)。

19. 系統采用分布式仿真計算架構，可以采用可伸縮的部署方案，對于軟件模塊的部署沒(méi)有工作站的劃分限制。甚至一個(gè)工作站可以運行多個(gè)車(chē)站的仿真單元?？梢愿鶕F場(chǎng)的運算負載進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調整。

城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真系統沙盤(pán)的實(shí)體線(xiàn)路單軌圖如下圖所示：

圖2 CBTC信號控制系統沙盤(pán)的實(shí)體線(xiàn)路單軌圖

（二）組成及架構

城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真系統由控制中心仿真設備、車(chē)站級軌旁仿真設備、車(chē)載仿真設備三部分組成，具體組成及功能如下：

表1城市軌道交通CBTC信號控制及運營(yíng)管理仿真系統設備組成

各子系統的具體組成及功能描述如下：

1）控制中心仿真子系統：

控制中心仿真系統采用與南京地鐵2號線(xiàn)控制中心OCC相同的人機界面和符號集表示方式，可在以下方面對調度人員進(jìn)行ATS相關(guān)的模擬培訓：

• 進(jìn)行列車(chē)識別號的管理；
• 模擬列車(chē)和車(chē)次號步進(jìn)，模擬線(xiàn)路上列車(chē)的運營(yíng)；
• 在大屏幕上綜合顯示全線(xiàn)線(xiàn)路狀況、列車(chē)位置及狀態(tài)；
• 生成列車(chē)運行的各種數據和報表及打??；
• 進(jìn)行用戶(hù)權限管理；
• 信號設備模擬：可以模擬車(chē)輛段和正線(xiàn)信號設備的狀態(tài)變化，并響應培訓學(xué)員在培訓工作站上對信號設備的操作；
• 故障模擬：模擬控制中心軌道/計軸故障及故障恢復；模擬道岔狀態(tài)故障及故障恢復；模擬信號機故障及故障恢復；模擬控制中心外部外部接口故障等；
• 場(chǎng)景保存與調用：模擬系統可以將當前的模擬場(chǎng)景保存到硬盤(pán)，并可以在下次模擬時(shí)快速調用恢復場(chǎng)景。

設備組成：控制中心仿真設備組成如下圖所示：

圖3 控制中心仿真設備組成

此次提供的控制中心仿真設備參考西門(mén)子信號系統ATS功能及顯示方式，力求和實(shí)際系統的*。系統實(shí)物設備包括：

1）綜合顯示大屏：采用8臺46寸液晶LCD（2行×4列）組成的大屏幕顯示陣列、支架和分屏器組成，用于模擬顯示線(xiàn)路上的所有列車(chē)、軌道區段、道岔、信號機、車(chē)站等的實(shí)時(shí)狀態(tài)，顯示的內容和符號定義與真實(shí)系統**；

2）中央ATS服務(wù)器：用于模擬中央ATS系統處理服務(wù)器的列車(chē)車(chē)次號管理、自動(dòng)進(jìn)路設置、列車(chē)調整、用戶(hù)權限管理、控制權管理、記錄和回放、報警及事件管理等功能；

3）培訓模擬器：可模擬線(xiàn)路和軌旁設備狀態(tài)，可模擬一定數量的點(diǎn)式或CBTC列車(chē)，并能根據排列出的進(jìn)路自動(dòng)控制多列車(chē)運行，可模擬和生成控制中心常見(jiàn)故障；

4）調度員工作站HMI：兩臺調度員培訓工作站HMI可以讓學(xué)員實(shí)際操作ATS人機界面，完成人工進(jìn)路設置、部分或全部信號機自排全開(kāi)/自排全關(guān)、追蹤全開(kāi)/追蹤全關(guān)、單獨操作或鎖閉軌旁信號設備、車(chē)次號操作、控制權的交接、設置緊急停車(chē)、扣車(chē)、跳停指令、聯(lián)鎖相關(guān)的道岔單操、道岔單鎖、關(guān)閉信號、重新開(kāi)放信號、封鎖（單個(gè)或全區）信號、區段封鎖等功能。學(xué)員也可分析和處理工作站上出現的相關(guān)事件信息和故障報警信息；

5）打印機：可生成列車(chē)運行的各種數據報表，能生成學(xué)員模擬和操作記錄；

6）網(wǎng)絡(luò )設備：構成冗余的控制中心網(wǎng)絡(luò )。

2）車(chē)站級軌旁仿真子系統：

車(chē)站級軌旁仿真設備是基于城市軌道交通主流ATC軌旁系統架構及設備研發(fā)的一套服務(wù)于用戶(hù)培訓的分布式仿真系統。該系統采用*的分布式仿真技術(shù)，將地理位置上獨立分布的不同軟硬件設備有效整合，構建成一套實(shí)物與仿真模擬設備相結合的車(chē)站級軌旁ATC仿真系統。該系統具有以下功能特點(diǎn)：

• 可實(shí)現對行車(chē)管理人員（調度員、車(chē)站值班員）和信號設備維護人員進(jìn)行軌旁ATC系統功能和原理的培訓；
• 可以培養信號維修人員發(fā)現和處理軌旁信號設備故障的能力，考核維修人員的工作水平。
• 通過(guò)現地工作站可實(shí)現車(chē)站級本地ATS相關(guān)功能。通過(guò)對車(chē)站值班員進(jìn)行培訓，可使其全面掌握站級ATS系統的相關(guān)操作；
• 對軌旁室外信號基礎設備維護人員進(jìn)行培訓，使其熟悉并掌握各種軌旁設備的功能及原理；
• 真實(shí)的計軸系統配合仿真小車(chē)，可以模擬一個(gè)計軸軌道區段的占用和出清，使學(xué)員能對計軸和軌道區段相關(guān)功能及原理有更進(jìn)一步的認識；
• 可仿真實(shí)現聯(lián)鎖系統相關(guān)功能，通過(guò)與真實(shí)的西門(mén)子S700K轉轍機和真實(shí)信號機的連接，了解聯(lián)鎖系統、轉轍機、信號機相關(guān)維護、接口原理、操作方法、常見(jiàn)故障識別與處理等；
• 采用真實(shí)的電源屏系統，可以開(kāi)展電源屏的操作、使用、維護及常見(jiàn)故常排除等實(shí)訓教學(xué)。

設備組成：車(chē)站級軌旁仿真設備組成如下圖所示：

圖4 車(chē)站級軌旁仿真設備組成

車(chē)站級軌旁仿真設備是以南京地鐵2號線(xiàn)CBTC系統的軌旁室內/室外設備為基礎進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，軌旁室外設備大多采用真實(shí)設備，室內仿真機柜無(wú)論在外觀(guān)和功能上都力求和實(shí)際系統*。系統設備包括：

1）計算機聯(lián)鎖設備：模擬西門(mén)子SICAS聯(lián)鎖系統相關(guān)功能，可實(shí)現排列和取消進(jìn)路、操控轉轍機、開(kāi)放信號機等相關(guān)聯(lián)鎖功能，可模擬常見(jiàn)的聯(lián)鎖故障現象；

2）區域控制器：模擬西門(mén)子TrainguardMT系統的軌旁WCU-ATP子系統的相關(guān)功能，能實(shí)現列車(chē)跟蹤、移動(dòng)授權計算等的仿真；

3）計軸主機：模擬計軸系統實(shí)現計軸功能；

4）繼電器接口柜：采用真實(shí)的繼電器接口柜和鐵路信號重力式安全型繼電器；

5）防雷分線(xiàn)柜：含機柜及防雷端子；

6）電源屏：采用真實(shí)電源屏設備，選用目前地鐵項目中使用的主流電源屏品牌；

7）現地工作站：通過(guò)現地工作站可實(shí)現車(chē)站級本地ATS相關(guān)功能，仿真界面及符號集定義與南京地鐵2號線(xiàn)現地工作站**；

8）網(wǎng)絡(luò )交換機等網(wǎng)絡(luò )設備：采用16口以太網(wǎng)交換機組建車(chē)站級軌旁仿真網(wǎng)絡(luò )；

9）計軸磁頭：采用2套計軸磁頭，可構成一個(gè)完整的軌道區段，配合仿真小車(chē)可實(shí)現軌道區段的占用和出清；

10）信號機：選用地鐵正線(xiàn)所使用的真實(shí)矮柱三顯示信號機；

11）三相交流轉轍機：選用地鐵正線(xiàn)所使用的真實(shí)西門(mén)子S700K轉轍機，通過(guò)仿真計算機聯(lián)鎖設備實(shí)現對轉轍機的操縱；

12）緊急停車(chē)按鈕：實(shí)物車(chē)站緊急停車(chē)按鈕；

13）發(fā)車(chē)計時(shí)器或表示器DTI：采用LED點(diǎn)陣發(fā)車(chē)計時(shí)器，包含外殼及支架；

14）可變數據應答器：定制的450mm╳260mm╳40mm歐標應答器（含可變應答器電纜）教具1臺；

15）固定數據應答器：定制的450mm╳260mm╳40mm歐標應答器教具2臺；

16）AP機柜及天線(xiàn)：模擬軌旁AP機柜1臺及柱狀自由波天線(xiàn)2根；

17）無(wú)人折返按鈕：實(shí)物按鈕；

18）LEU機柜：仿真軌旁L(fǎng)EU機柜一臺；

19）箱盒及線(xiàn)纜：根據仿真系統搭建的需要，配置箱盒及線(xiàn)纜。

3）車(chē)載仿真子系統：

地鐵CBTC實(shí)訓系統設備用于信號維修及使用人員全面理解和掌握信號ATC系統控制中心設備、軌旁設備、車(chē)載設備系統組成及原理、相關(guān)功能和操作、故障識別與維護等方面的知識和技能。

車(chē)載仿真系統采用實(shí)物和仿真設備相結合的系統構成方案，能夠模擬城市軌道交通車(chē)載信號系統真實(shí)設備環(huán)境、外部傳感器環(huán)境和車(chē)輛接口環(huán)境，能提供逼真的駕駛室人機交互界面HMI、駕駛臺指示燈、按鈕、開(kāi)關(guān)，提供全功能、全過(guò)程、具有實(shí)時(shí)駕乘體驗的仿真培訓服務(wù)。

車(chē)載仿真設備可以對城軌列車(chē)司機和車(chē)載信號設備操作維護人員進(jìn)行下列模擬實(shí)訓工作：

• 利用仿真車(chē)載ATP/ATO系統主機對車(chē)載信號設備操作維護人員進(jìn)行設備的工作原理、設備組成、基本操作、故障識別與排查的培訓與考核；
• 對安裝和維護人員進(jìn)行車(chē)載外部真實(shí)傳感器設備的安裝和日常維護作業(yè)培訓； 
• 通過(guò)測速仿真裝置提供的調速系統及調試電機，根據模擬的列車(chē)速度驅動(dòng)車(chē)載脈沖里程計OPG旋轉，并隨著(zhù)仿真列車(chē)速度的變化改變OPG轉速；
• 通過(guò)模擬故障注入訓練提高信號維修人員發(fā)現和處理故障的能力，考核維修人員的工作水平；
• 培訓設備可以模擬車(chē)載ATP、ATO系統和設備的運行情況，配合駕駛臺指示燈和司機顯示單元HMI，可進(jìn)行車(chē)載信號系統的駕駛模式管理、列車(chē)定位、超速防護、自動(dòng)駕駛、車(chē)門(mén)監督與控制、扣車(chē)/越站、退行監督等功能的演示和操作體驗；
• 可對列車(chē)駕駛員進(jìn)行培訓，進(jìn)行模擬駕駛操作，使其了解信號的相關(guān)知識及操作方式。

設備組成：車(chē)載仿真設備組成如下圖所示：

圖5 車(chē)載仿真設備組成

車(chē)載仿真設備以目前國內主流的城市軌道交通信號系統設備組成、界面及功能為基礎，做到與真實(shí)系統的界面及功能相*。為了提高系統的仿真實(shí)訓效果，測速仿真裝置仿真地鐵項目中使用的真實(shí)脈沖速度傳感器，并采用電機和調速系統根據仿真列車(chē)速度實(shí)時(shí)驅動(dòng)和模擬車(chē)軸及測速傳感器旋轉。

車(chē)載仿真設備組成包括：

1）車(chē)載ATP/ATO設備：模擬西門(mén)子CBTC系統的車(chē)載OBCU設備。能夠實(shí)現車(chē)載ATP/ATO的系統的上電操作、駕駛模式預選操作及管理、列車(chē)定位、防護曲線(xiàn)計算、超速告警與防護、自動(dòng)駕駛、站臺自動(dòng)精確停車(chē)、車(chē)門(mén)監督與控制、扣車(chē)/越站、退行監督等功能；

2）列車(chē)模擬器：模擬真實(shí)信號系統與車(chē)輛接口，接收來(lái)自于司機培訓臺的開(kāi)關(guān)、按鈕和控制手柄的操作指令。仿真列車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，根據人工或ATO的牽引/制動(dòng)操作命令，對列車(chē)的速度、加速度和位置進(jìn)行模擬，并根據仿真列車(chē)位置向車(chē)載ATP/ATO設備發(fā)送和更新應答器報文信息；

3）車(chē)載無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)：提供兩套模擬的CBTC系統的車(chē)載柱狀自由波天線(xiàn)教具；

4）車(chē)載應答器查詢(xún)器：提供一套模擬的車(chē)載應答器查詢(xún)器教具；

5）測速仿真裝置：仿真脈沖式速度傳感器，并結合驅動(dòng)電機及調速系統，根據列車(chē)模擬器輸入的仿真列車(chē)速度，實(shí)時(shí)驅動(dòng)車(chē)軸及速度傳感器旋轉；

6）模擬駕駛培訓臺（器）：包含信號系統司機顯示單元HMI、駕駛臺操作按鈕、開(kāi)關(guān)和指示燈。其中司機顯示單元HMI采用10.4”高分辨率顯示屏，通過(guò)接收車(chē)載ATP/ATO系統傳來(lái)的顯示信息，實(shí)時(shí)顯示列車(chē)當前速度、推薦速度、緊急制動(dòng)觸發(fā)速度、目標速度、目標距離、列車(chē)控制級別、運行模式、緊急制動(dòng)狀態(tài)、車(chē)門(mén)狀態(tài)、警示信息等內容；駕駛臺操作按鈕包括：車(chē)門(mén)允許按鈕、ATO啟動(dòng)按鈕、駕駛模式預選升級按鈕、駕駛模式預選降級按鈕、自動(dòng)折返按鈕、確認按鈕；駕駛臺操作開(kāi)關(guān)包括：門(mén)模式選擇開(kāi)關(guān)、駕駛室激活鑰匙、列車(chē)方向開(kāi)關(guān)及手柄等；指示燈包括：ATO啟動(dòng)燈、折返指示燈、門(mén)狀態(tài)指示燈等?；虿捎梅抡嬗嬎銠C仿真技術(shù)實(shí)現計算機軟界面仿真駕駛操作。

大屏及實(shí)物設備

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