一种铁路应急演练仿真培训系统的制作方法

本发明涉及仿真培训技术领域，具体地，涉及一种铁路应急演练仿真培训系统。

背景技术：

随着我国铁路的快速发展，铁路的运营范围已基本覆盖全国，于此同时，正在建设和规划建设的铁路尤其是高速铁路也在大面积铺开。截止2016年底，全国铁路营业里程达12.4万公里，其中高速铁路达2.2万公里，2016年我国铁路客运量突破30亿人次。针对如此复杂而艰巨的运输任务，确保安全和高效是铁路运营的首要目标。因此，为应对铁路可能发生的突发事件及更好地进行突发事件应急管理，2007年，国务院通过《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》、铁道部(现铁路总公司)发布施行了《铁路交通事故应急救援规则》。2012年，铁道部(现铁路总公司)发布了“铁运33号--《高速铁路突发事件应急预案》”。这些制度文件对铁路可能发生的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、群体性事件等铁路突发事件制定了针对性的预案。铁路应急预案的作用在于防患于未然，通过预案的推演及时找出可能发生问题的隐患，同时通过对应急预案的演练，让各相关人员有序、协调工作，最大程度降低事故的后果，避免可能发生的次生灾害。因此，经常性地对应急预案的演练是意义重大且必要的。然而铁路应急预案演练组织难度大、费用高、有一定的安全隐患，一般情况下，演练形式局限于单项桌面演练，综合桌面演练、单项实战演练、综合实战演练的次数较少。

技术实现要素：

本发明提供了一种铁路应急演练仿真培训系统，解决了现有的铁路应急演练培训效率较低、成本较高的技术问题，实现了铁路应急演练的仿真培训，且仿真培训效率较高，成本较低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铁路应急演练仿真培训系统，包括环境仿真系统、驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、随车机械师桌面式仿真培训系统、虚拟ai应急协同系统、教员系统。本发明主要应用于应急预案流程和突发处置演练的铁路应急演练仿真培训，针对司机、随车机械师、调度、车站、工务、电务等不同的工种，对各工种的应急处置流程和操作进行联合仿真演练，在逼真的仿真环境中有效地提升各工种对应急预案的演练效果。

进一步地，所述环境仿真系统用于向驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统提供运行所需的虚拟仿真环境服务。主要包括虚拟站场服务、虚拟列车服务、虚拟调度车站指挥系统、语音通讯仿真系统。其中虚拟站场服务系统将建立一个与实际轨道线路、列车供电线路、轨旁设备、信号设备及其相互关系、相对位置、技术参数相一致的站场模型，虚拟列车在虚拟站场上运行实现与真实列车在站场上运行相一致的效果。系统可以接受教员监控系统控制，预先设定或实时设定站场设备故障/突发事件，并按故障类型模拟故障后的运行状态并向相关系统提供数据。虚拟列车服务系统为整个系统提供所有列车对象仿真模型。通过虚拟列车服务系统，可以计算出整条线路上所有车辆的位置、速度及功耗等参数。列车服务系统还可与列车驾驶仿真培训系统兼容，使驾驶仿真培训系统代替列车服务系统中的一辆或几辆列车在线路上运行，从而可实现驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统融合，使它们在共同的平台上进行仿真训练。虚拟调度车站指挥系统为驾驶仿真培训系统运行提供相应地面设备及控制指挥系统。语音通信仿真系统由通信仿真计算机及通信实现终端组成，实现车站作业仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、驾驶仿真培训系统等系统内部及系统间的语音通讯联络的功能，仿真各种有线及无线的通讯方式。当各系统独立运行时通讯仿真系统依旧能承担语音通讯功能且互不干扰。

进一步地，所述调度指挥仿真培训系统按照目前国内铁路运营的标准对铁路的列车运行、调度指挥、地面信号系统等进行仿真。模拟调度所作业的相关内容与操作功能，如运行图、实绩图、日班计划、调整计划、调度命令等，为调度指挥操作培训提供仿真交互平台。系统既可独立运行，也可与车站作业仿真培训系统、驾驶仿真培训系统等系统连接，实现突发事件应急演练培训功能。其中调度指挥模拟系统包括行调台终端仿真系统及助调台终端仿真系统。

进一步地，所述车站作业仿真培训系统用于为车站值班员提供实践车站工作任务的培训平台。系统将模拟铁路运营过程中的车流及其变化情况、线路信号与联锁设备功能，通过友好的图形化人机交互界面，为操作人员在培训过程中实时控制、调整列车运行状态提供有力的支撑；通过模拟实际信号系统人机界面为车站值班员监督列车运行提供交互界面，实现同质、相似条件下的仿真运行。

进一步地，所述随车机械师桌面式仿真培训系统主要解决动车组在运营途中所可能发生的突发事件及车辆故障的仿真模拟。系统采用纯3d虚拟现实的方式进行构建和实现，主要具备以下功能：车辆的设备(车内、车顶、车下等设备)仿真、车辆运行途中突发事件的触发与应急处理仿真、车辆非正常行车的触发与处理的仿真、车辆电气逻辑仿真、车辆故障仿真、车辆车载信息屏维护界面仿真。

进一步地，所述虚拟ai应急协同系统采用计算机ai的方式，实现电务、工务、站务、供电的作业仿真过程。系统定义好规范的接口数据收发流程，按照预定的方式反馈规范的信息。虚拟ai应急协同仿真系统确保整个突发事件应急演练仿真过程保持完整性、一致性。

进一步地，所述教员系统具备对整个系统进行管理与控制的功能，包括：系统数据库的管理、培训/考核课程的准备与编辑、故障信息的管理、设定系统初始运行环境与工况、对系统运行过程进行监控与干预、训练结束后数据的查询等。

教员系统软件主要由三大部分构成，分别是数据管理，运行监控和系统维护。基本运行环境参数与训练条件由教员在课程中加载相关信息而确定，仿真运行数据的记录根据不同课程分别进行保存。教员系统硬件主要由教员台、闭路监视系统、通讯系统、显示系统等设备组成。

本发明提供的铁路应急演练仿真培训系统实现一个仿真调度中心、多个仿真车站、多套列车驾驶仿真培训系统(动车、机车、轨道车)、随车机械师仿真培训系统，满足一条线上的行车、集控站作业、调度指挥工作的模拟训练，各工种仿真培训系统既可独立运行培训，也可接入联合演练进行培训。系统具有高拓展性：可按照需求增加列车驾驶仿真培训系统、仿真调度中心、仿真车站，整套系统满足同时进行多条线路、多工种联合训练的规模要求，并预留接口，具备未来拓展规模的能力。

进一步地，所述铁路应急演练仿真培训系统首先按照“列车/轨道车驾驶—调度指挥—车站值守”的关联关系，分别设计驾驶仿真培训系统(含随车机械师)、车站作业仿真培训系统、车站作业仿真培训系统，并实现四个子系统的信息互联，同时加入虚拟ai应急协同系统(工务、电务、供电、站务)，构成虚拟的行车环境。系统既可以独立进行列车/轨道车驾驶仿真培训、车站作业仿真培训、调度指挥仿真培训、随车机械师培训，也可以进行突发事件应急演练培训，具有模拟实际行车过程的功能，可以实现独立训练所不能及的培训效果。

进一步地，所述铁路应急演练仿真培训系统为驾驶仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、随车机械师仿真培训系统四个子系统提供了统一的虚拟运行服务，包括虚拟环境服务和虚拟列车服务。其中虚拟环境服务主要提供运行所需的虚拟站场、虚拟设备等服务。虚拟环境服务将建立一个与实际轨道线路、列车供电线路、轨旁设备、信号设备及其相互关系、相对位置、技术参数相一致的站场模型，可接受教员监控系统控制，实时设定站场设备故障，并按故障类型模拟故障后的运行状态并向相关系统提供数据。虚拟列车服务系统为整个系统提供所有列车对象仿真模型，完成诸如线路中虚拟列车的投放、虚拟列车信息的初始化、虚拟列车实时状态的计算及设置、相关环境设备状态的设置等工作，还可与驾驶仿真培训系统兼容，使驾驶仿真培训系统代替列车服务系统中的一辆或几辆列车在线路上运行，从而可实现驾驶仿真培训系统、调度仿真培训系统、车站作业仿真培训系统的有机融合，使它们在统一的平台上进行仿真运行。

本发明还提供了一种铁路应急演练仿真培训方法，所述方法包括：

步骤1：培训准备过程，确保所述环境仿真系统、驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、随车机械师桌面式仿真培训系统、虚拟ai应急协同系统均正确启动；

步骤2：所述教员系统首先根据编制好的培训计划下达课程命令，所述课程命令包含各分系统的初始化配置信息，课程命令将通过数据传输发送给所述驾驶仿真培训系统、环境仿真系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统；

步骤3：所述驾驶仿真培训系统在收到课程命令后即进行初始化，此时学员能够按照规定的流程进行模拟驾驶操作，各分系统之间将实时进行正常的数据交互，确保联合演练系统合理有序运行；

步骤4：所述教员系统将根据既定流程设置相关故障，故障信息通过数据传输发送给所述环境仿真系统、驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、随车机械师桌面式仿真培训系统、虚拟ai应急协同系统；

步骤5：所述驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、随车机械师桌面式仿真培训系统、虚拟ai应急协同系统根据故障信息进行相应的仿真模拟，同时将相关操作信息发送到教员系统并记录下来，作为评价系统的原始数据。

进一步的，所述应急演练流程为各工种在每个阶段、步骤所应该完成的操作，该操作具体为该工种在本阶段对输入信息的获取、对获取的信息进行的操作处理、在操作过程中与其他工种的沟通协调、操作结果信息的输出。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

实现了铁路应急演练的仿真培训功能。对各工种的应急处置流程和操作进行联合仿真演练，在逼真的仿真环境中有效提升各工种对于应急预案的演练效果；为铁路管理部门提供了一种安全、高效、低成本的应急演练方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本发明实施例的铁路应急演练仿真培训系统结构示意图；

图2是本发明实施例的铁路应急演练仿真培训系统结构关系图；

图3是本发明实施例的铁路应急演练仿真培训系统架构图。

具体实施方式

本发明提供了一种铁路应急演练仿真培训系统，解决了现有的铁路应急演练培训效率较低、成本较高的技术问题，实现了铁路应急演练的仿真培训，且仿真培训效率较高，成本较低。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例

图1是本发明实施例的铁路应急演练仿真培训系统系统结构示意图，所述铁路应急演练仿真培训系统包括环境仿真系统11、驾驶仿真培训系统12、调度指挥仿真培训系统13、车站作业仿真培训系统14、随车机械师桌面式仿真培训系统15、虚拟应急协同系统16、教员系统17，各子系统的结构关系如图2所示。

具体地，所述环境仿真系统11是为驾驶仿真培训系统12、调度指挥仿真培训系统13、车站作业仿真培训系统14、随车机械师桌面式仿真培训系统15提供运行所需的仿真环境服务。实现方法为：对各独立运行的仿真系统中的环境进行剥离、对各子系统的环境进行合并并建立相互关系形成环境系统、环境系统和各仿真培训系统进行通讯交互。环境仿真系统11由虚拟站场服务系统111、虚拟列车服务系统112、虚拟调度车站指挥系统113、语音通讯仿真系统114组成。需要说明的是，虚拟列车服务系统112是连接驾驶仿真培训系统12、调度指挥仿真培训系统13、车站作业仿真培训系统14、随车机械师仿真培训系统15的纽带。具体而言，虚拟列车服务系统为整个系统提供所有列车对象仿真模型，通过虚拟列车服务系统，可以计算出整条线路上所有车辆的位置、速度及功耗等参数。虚拟列车服务系统112还可与驾驶仿真培训系统12兼容，使驾驶仿真培训系统12代替虚拟列车服务系统112中的一辆或几辆列车在线路上运行，从而可实现驾驶仿真培训系统12、调度指挥仿真培训系统13、车站作业仿真培训系统14融合，使它们在共同的平台上进行仿真训练。

所述驾驶仿真培训系统12主要用于司机(包括新司机和现役司机)的培训和考核。通过驾驶仿真培训系统的培训，可以使新司机在安全、经济的前提下迅速掌握列车的操纵方法及列车车辆在各种状态下的性能特点，也可以使现役司机的操纵经验、技术以及应急处理能力在驾驶仿真培训系统上得到进一步的验证和提高。驾驶仿真培训系统12由驾驶仿真器121和教员系统122组成，需要说明的是，教员系统122具备对整个系统进行管理与控制的功能，包括：系统数据库的管理、培训/考核课程的准备与编辑、故障信息的管理、设定列车驾驶仿真运行环境与工况、对列车驾驶仿真的运行过程进行的监控与干预、训练结束后数据的查询等。

所述调度指挥仿真培训系统13具体实现以下功能：

(1)调度计划制定与调整仿真；

(2)运行图与班计划仿真；

(3)车流仿真，模拟列车的动态运行等；

(4)模拟车站联锁功能；

(5)模拟区间闭塞功能；

(6)实现车站、区间配置图的制作，在计算机屏幕上以图形方式模拟车站、区间线路、信号、闭塞等行车设备；

(7)模拟进路办理、接发列车过程；

(8)模拟相关设备故障产生及恢复；

(9)在车站、区间车站平面图平台上实现调度监督，以图形化方式动态显示列车运行状态，包括进路的开通、锁闭、占用及解锁，信号的转换，列车的动态运行等；

(10)不仅能够独立培训列车运行调度指挥作业人员，还能够与车站作业仿真培训系统及驾驶仿真培训系统一起完成协同训练。

所述调度指挥仿真培训系统13包括行调台终端仿真系统及助调台终端仿真系统，行车调度系统的人机交互界面提供以下控制和显示功能：概况显示、实迹运行图、运行图处理、运行图管理功能、调度命令管理。

所述车站作业仿真培训系统14具体实现以下功能：

(1)模拟车站的接、发车作业过程和相关的全部作业内容；

(2)进行车站作业流程的模拟，能够实现各类车站作业环境与作业内容的模拟训练；

(3)模拟车站作业过程中可能出现的(具有代表性的)突发事件、非正常情况、设备故障和紧急状态；

(4)实现正常情况与非正常情况下车站作业过程的培训；

(5)模拟列车作业活动；

(6)进行特殊情况下引导等作业规程的仿真培训；

(7)进行站场区间内作业(线路施工、设备检修)状态下的接发列车作业培训；

(8)进行无线电通讯故障的模拟以及机车或列车故障模拟，进行车站作业应急处理的培训；

(9)既能够进行车站作业人员的独立培训，又能与驾驶仿真培训系统及列车运行调度指挥仿真培训系统协同工作进行联和培训。

所述车站作业仿真培训系统14提供与现场车站值班员控制系统一致的操作设备及界面，模拟当前车站值班员与相邻车站值班员的呼叫通讯，模拟tdcs或ctc提供的列车运行计划信息的显示、通告与更新，配置模拟的无线电台、对讲设备、电话、车站微机联锁人机界面等设备。

所述随车机械师桌面式仿真培训系统15具备以下功能：

(1)具有学员登录功能(只有学员登录后才具有随车机械师仿真培训系统操纵权限)；

(2)具有训练素材接收与存储功能；

(3)具有训练素材选择与设置功能；

(4)具有整列车的3d模型(包括车辆内部模型、车辆顶部模型、车辆底下模型、车辆重要设备模型)，其中相关设备是可操纵的；

(5)在教学模式下具有设备介绍功能(介绍内容应包括设备原理、设备功能、设备结构等方面)；

(6)在教学模式下，在进行非正常行车、突发事件处理、故障处理训练时应具备相关处理步骤提示功能；

(7)在训练模式下，在进行非正常行车、突发事件处理、故障处理训练时不具备相关处理步骤提示功能。

图3是本发明实施例的铁路应急演练仿真培训系统系统架构图，系统采用高层体系架构的分布式仿真网络平台实现各子系统之间灵活、高效的联接。具体为：系统联合运行时，由所述教员系统首先开启课程，发送各系统的初始化命令。各系统正常启动后，所述调度指挥仿真培训系统定时搜索网络上请求加入的所述车站作业仿真培训系统，若有请求时，由所述调度指挥仿真培训系统的运行图模块和所述车站作业仿真培训系统的运行图模块互相通讯。同时，所述调度指挥仿真培训系统依据运行图建立相应车次的仿真模块，定时探测网络上是否有加入运行的所述驾驶仿真培训系统、所述随车机械师仿真培训系统，如有，将相应车次的所述驾驶仿真培训系统、所述随车机械师仿真培训系统变成一个通讯模块，进行通信与数据交互。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。