高速铁路车载信号仿真培训系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路运输信号仿真技术领域，特别涉及一种高速铁路车载信号仿真培训系统及方法。
【背景技术】
[0002]铁路是国民经济的大动脉，是社会发展和经济发展的先行产业，也是社会的基础设施。铁路运输部门是国民经济中的一个重要部门，它肩负着国民经济各种物资运输的重任，对社会主义建设的发展有着举足轻重的作用。为了适应中国高速铁路和客运专线的迅速发展、保证铁路运输安全的需要，铁道部研制成功了中国列车运行控制系统(CTCS，Chinese Train Control System)<XTCS根据功能要求和配置划分应用等级，分为0?4级。目前中国列车运行控制系统多为应用等级2和应用等级3，保证其行车安全的为列车自动保护(ATP,Automatic Train Protect1n)车载信号系统，因生产车载信号设备厂家较多，致使车载信号设备存在较大差异。
[0003]ATP车载信号系统均采用模块化设计，同一系列的车载信号设备与地面环境、其他车载设备间的数据交互接口相对统一，因此相同型号的动车组可以装配不同型号的车载信号设备，这使得ATP车载信号系统的适应性更广泛，但也导致了车载信号设备种类较为繁多。各种车载信号设备在其内在功能方面存在一定的差异性，这种差异性主要体现在信号内部条件判断、信号屏人机界面(DMI，Drive Machine Interface)交互方式等多个方面。对于列车司机而言，则需要熟练掌握多种车载信号设备的使用方法，难度较大且不易于学习，因而需要对列车司机进行培训。若在真实的高速铁路列车上培训，实训周期长且会影响行车安全，因而提供一种高效的高速铁路车载信号仿真培训系统是十分必要的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的是现有车载信号系统现场培训周期长、培训实时性差、培训效果不理想的问题。
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种高速铁路车载信号仿真培训系统，包括外部环境模拟装置、内部处理装置以及训练效果反馈装置;所述外部环境模拟装置适于模拟地面环境和列车运行状态以向内部处理装置提供列车运行条件，并接收内部处理装置输出的列车防护信息;所述内部处理装置适于根据列车司机的操作信号和列车运行条件进行运算以生成所述列车防护信息；训练效果反馈装置适于根据内部处理装置的运算数据和所述列车运行条件对列车司机的操作进行量化评价。
[0006]本发明提供的高速铁路车载信号仿真培训系统，不依赖于真实的设备及外部环境，而是依托于整个列车驾驶仿真运行环境，可模拟各类车载信号系统正常及非正常行车流程，不涉及到真正行车的安全问题，极大地缩短了列车司机的培训周期，在短期内提升列车司机的业务水平。并且，通过设置训练效果反馈装置，可以给出列车司机在仿真培训过程中存在的问题，从而达到良好的培训效果。
[0007]所述外部环境模拟装置包括地面信号模拟系统和动车组仿真驾驶模拟器;所述地面信号模拟系统适于对调度集中控制系统、列控中心、无线闭塞中心、道岔、轨道电路以及信号机进行模拟以产生地面数据信息;所述动车组仿真驾驶模拟器适于对车载设备状态和控制电路进行模拟以产生列车状态信息。
[0008]所述地面数据信息包括C3移动授权信息、轨道电路发码信息、应答器线路数据以及应答器临时限速信息。
[0009]所述列车状态信息包括电源状态信息、隔离状态信息、车辆方向状态信息、手柄位置状态信息、制动状态信息以及牵引计算状态信息。
[0010]所述内部处理装置包括人机交互显示层、人机交互逻辑层、数据处理及转换层以及信号核心运算层;所述人机交互显示层适于记录列车司机的操作信号，并显示所述信号核心运算层的运算状态和需要列车司机确认的各类条件;所述人机交互逻辑层适于控制所述人机交互显示层的跳转逻辑，并将列车司机的操作信号转化为各类判断条件;所述数据处理及转换层适于将所述信号核心运算层输出的基本数据转换为所述人机交互逻辑层进行判断所需的数据，并将所述人机交互逻辑层生成的判断条件转换为所述信号核心运算层进行运算所需的条件;所述信号核心运算层适于根据所述人机交互逻辑层生成的条件和所述列车运行条件进行运算以生成所述列车防护信息。
[0011]通过对所述内部处理装置采用分层设计的思想，分离人机交互与信号核心功能的具体实现。一方面，依据车载信号系统现有的技术标准及规范，封装测试车载信号系统的各项核心功能；另一方面，针对各种类或各版本人机交互的差异性进行单独适配，做到车载信号仿真培训系统的快速开发与适配，缩短开发周期，保证培训的实时性。并且，通过对所述内部处理装置进行分层设计，各层计算及数据交互均透明，外部环境变化和操作均可被记录，便于所述训练效果反馈装置对培训效果做出快速评估。
[0012]所述列车防护信息包括最具限制速度曲线、目标点、起模点、运行等级、驾驶模式以及制动等级。
[0013]基于上述高速铁路车载信号仿真培训系统，本发明还提供一种高速铁路车载信号仿真培训方法，包括:在所述外部环境模拟装置中设置列车状态初始条件，以对所述外部环境模拟装置、所述内部处理装置以及所述训练效果反馈装置进行初始化;列车司机与所述内部处理装置进行人机交互操作，完成起车流程;列车司机在所述外部环境模拟装置中进行行车作业，所述内部处理装置生成列车防护信息;课程结束，所述训练效果反馈装置对列车司机的操作进行量化评价。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
本发明提供的高速铁路车载信号仿真培训系统及方法，系统功能和仿真操作方法与真实信号设备系统高度吻合，其运行依赖于地面环境模拟和列车运行状态模拟，内部处理装置可进行运算生成列车防护信息。根据模拟信号所产生的人机交互方式与作业流程等方面与铁路现场实际高度一致，不仅能够动态模拟车载信号系统所有功能，而且还能够在不影响行车安全的情况下模拟各项非正常行车现象及其对应的处理流程，在较短的时间内提升列车司机的操作技能与业务水平以及非正常行车的应急处理能力，有效降低了培训成本、缩短了实训周期。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例的高速铁路车载信号仿真培训系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的内部处理装置的结构示意图；
图3是本发明实施例的高速铁路车载信号仿真培训方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0017]图1是本发明实施例的高速铁路车载信号仿真培训系统的结构示意图，所述高速铁路车载信号仿真培训系统包括外部环境模拟装置11、内部处理装置12以及训练效果反馈装置13。
[0018]所述外部环境模拟装置11与所述内部处理装置12进行数据交互，适于模拟地面环境和列车运行状态以向所述内部处理装置12提供列车运行条件，并接收所述内部处理装置12输出的列车防护信息。具体地，所述外部环境模拟装置11包括地面信号模拟系统和动车组仿真驾驶模拟器。所述地面信号模拟系统适于对调度集中控制(CTC，CentralizedTraffic Control)系统、列控中心、无线闭塞中心(RBC，Rad1 Blocking Center)、道贫、轨道电路以及信号机等设备进行模拟以产生地面数据信息，所述列车调度信息包括C3系统移动授权信息、轨道电路发码信息、应答器线路数据以及应答器临时限速信息等。所述动车组仿真驾驶模拟器适于对车载设备状态和控制电路进行模拟以产生列车状态信息，所述列车状态信息包括电源状态信息、隔离状态信息、车辆方向状态信息、手柄位置状态信息、制动状态信息以及牵引计算状态信息等。
[0019]所述内部处理装置12适于根据列车司机的操作信号和所述列车运行条件进行运算以生成所述列车防护信息，列车司机的操作信号包括列车司机在所述外部环境模拟装置11上进行操作产生的电信号以及在所述内部处理装置12上进行操作产生的电信号，所述列车运行条件包括所述地面数据信息和所述列车状态信息。所述内部处理装置12依据列车司机的操作信号和所述列车运行条件计算列车最具限制速度曲线(MRSP，Most RestrictiveSpeed Profile)、目标点、起模点、运行等级、驾驶模式等状态及控制信息，同时向所述动车组仿真驾驶模拟器输出各类制动等级，防护列车运行安全。进一步，所述外部环境模拟装置11和所述内部处理装置12之间的数据交互采用封装后的网络服务基础平台或直接采用各类分布式交互仿真DIS系统所提供的支撑环境。
[0020]本发明实施例提供所述内部处理装置12的一种具体结构。参考图2，所述内部处理装置12采用多层次结构设计，依据具体对象功能及业务逻辑分为四层结构。具体地，所述内部处理装置12由高到低包括人机交互显示层21、人机交互逻辑层22、数据处理及转换层23以及信号核心运算层24。其中，随着层级的降低，其对应的功能通用性越强，内聚度越高，与其他层级的接口越稳定，耦合性更松，越有利于实现单独封装与测试。
[0021]所述人机交互显示层21包括DMI屏，适于记录列车司机的操作信号，并显示所述信号核心运算层24的运算状态和需要列车司机确认的各类条件。本层与列车司机进行双向信息交互，不仅记录列车司机的具体操作步骤，还显示信号内部状态及需要司机确认的各类条件。本层级不仅要符合相应列控等级对应的人机交互界面规范，还与具体的信号产品相关，因此差异性较大。
[0022]所述人机交互逻辑层22适于控制所述人机交互显示层21的跳转逻辑，并将列车司机的操作信号转化为各类判断条件。本层控制DMI人机交互界面的各种跳转逻辑、生成各类文本显示信息及确认条件、记录列车司机每一步操作并转化为各类判断条件。不同于所述人机交互显示层21，本层相对于不同的车载信号系统而言，具有部