DBDCZ21 城市轨道交通ATSOCC虚拟实训系统之欧阳育创编.docx
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DBDCZ21城市轨道交通ATSOCC虚拟实训系统之欧阳育创编
DB-DCZ21城市轨道交通ATS（OCC）虚拟实训系统建设方案
时间：
2021.02.04
创作：
欧阳育
上海顶邦教育设备有限公司
一、概述2
二、系统实训岗位设置3
三、系统实训功能4
1.列车进路控制功能4
2.行车信息显示功能4
3.列车运行图/时刻表的编辑和管理功能5
4.列车运用计划及车辆管理功能5
5.列车运行的调整功能5
6.站台发车指示信息显示功能5
7.运营记录与统计报表功能5
8．故障报警功能5
9.故障模拟功能5
10.考核功能5
11.单机操作功能5
12.联机操作功能5
四、系统拓扑图5
五、系统采用的规范和适用标准6
六、系统技术要求和参数6
1.总体功能要求7
2.控制中心模拟子系统（ATS）软件7
3.ATP/ATO模拟子系统软件12
4.车站模拟子系统软件13
5.车辆段模拟子系统软件14
6.列车驾驶模拟子系统软件15
7.通信控制系统软件16
七、虚拟沙盘系统功能、组成明细17
一、概述
实训系统主要用于对车务人员接发列车的作业能力培训。
系统通过计算机技术、虚拟仿真技术、机器人技术、三维视景技术、环境音响技术、网络信息传输技术等多种技术手段，能从操作层上贴近实际的列车运行、办理接发列车，仿真依据取自真实的现场数据，并配备超大屏幕显示系统，实时显示列车的运行情况。
系统能够使学员充分体会接发列车作业全过程和作业情景，掌握ATS信号系统的操作运用，提高实际的动手能力，具备一定的故障处理能力和应对能力。
通过不同车站的群体协作与配合，增强列车运行安全正点、严肃认真的意识，提高学员的职业素养。
二、系统实训岗位设置
系统通过对学员进行按岗位分配的系统性的协作培训，使学员的操作有如在现场的身临其境的感受。
系统可对地铁行车、调度各个相关岗位：
控制中心调度员、行车调度员、电力调度员、信息调度员、票务员、值班站长、车站站台管理人员、值班员、电客车司机等进行培训。
系统模拟城市轨道交通运营管理过程中各个环节的实操实训：
站务室综控人员：
实现日常的地铁运营监控和应急事故处理。
站务室站务人员：
了解城轨车站的设备构成及控制逻辑，进行操作。
车站行车值班人员：
控制站内信号。
可模拟车辆区间阻塞、扣车、列车停靠车站火灾工况等。
车站站台管理人员：
了解站台管理的知识和各个设备的认识、熟悉就地控制和应急事故处理。
电客车司机：
掌握并熟悉标准化行车作业流程。
电力调度员人员：
掌握并熟悉标准化牵引供电调度作业流程。
行车调度人员：
掌握并熟悉标准化行车调度作业流程。
车辆段运转调度人员：
掌握并熟悉车辆段运转调度作业流程。
三、系统实训功能
1.列车进路控制功能
变更计划运行图/时刻表；
实时发出进路指令；
将部分和全部信号机置于自动追踪进路、自动排列或人工进路模式状态；
设置紧急停车、扣车、跳停指令；
设置临时限速指令；
人工取消停车点；
控制权的交接；
时刻表的编辑、模拟运行、装载和在线修改。
操纵道岔、道岔单锁；
人工取消进路、关闭信号、重新开放信号、封锁（单个或全区）信号；
区段封锁；
2.行车信息显示功能
全线线路、车站、车辆段、停车场的线路布局；
CBTC和非CBTC运行状态；
信号设备状态;
动态跟踪显示线路上列车运行，包括列车的位置、方向、列车识别号等；
相关设备的工作状态：
屏蔽门/安全门状态、时钟信息等；
在站通过和扣车表示；
出段列车的预定地点；
车站、车辆段、停车场发车晚点情况；
运行早晚点（以秒为单位）；
控制权的状态等；
进路排列方式。
3.列车运行图/时刻表的编辑和管理功能
4.列车运用计划及车辆管理功能
5.列车运行的调整功能
6.站台发车指示信息显示功能
7.运营记录与统计报表功能
8．故障报警功能
9.故障模拟功能
可以模拟一些常见的设备故障，包括：
轨道电路、信号机、道岔、计轴、应答器、信息指示器、车站屏蔽门、中央级ATS与车站级ATS的通信故障、中央级ATS故障等。
10.考核功能
可根据教学需要预设实训考核功能，并自动记录和评估。
11.单机操作功能
能够与教员实训管理子系统进行通信，学员机能够在单机状态下进行运行调整、扣车、车次号修改等基本操作。
根据教学需要，通过教员实训管理子系统预设实训考核功能，能够设置故障，由教员机自动记录、回放。
12.联机操作功能
中心ATS系统能与各个车站ATS系统和车辆段联锁系统互联。
一个中心级ATS仿真系统与15车站ATS仿真系统、一个车辆段联锁系统进行协同动作。
四、系统拓扑图
虚拟实训系统采用内部局域网星形结构，通信介质为双绞线。
以应用服务器为中心，以数据库服务器为基础，建立三层客户/服务器分布式体系结构，具备与真实地铁、城轨控制系统功能相一致的OCC实训系统硬件架构体系。
OCC实训系统配备数据库、通信服务器、车辆段控制终端，机车模拟运行终端，调监控制终端，安装ATS子系统、ATP/ATO子系统、C_LOW系统（完成运营调度、运行图编制与调整、命令下发、故障设置等功能）。
调监大屏幕系统可完整显示全线路运行状况，也可分屏显示列车进站时的视频图像。
五、系统采用的规范和适用标准
本系统设计、研发、制造、集成等过程中遵从的主要规范及标准（但不仅限于此）：
1、UIC国际铁路联盟标准；
2、IEC国际电工委员会标准；
3、ISO国际标准组织标准；
4、GB中华人民共和国国家标准；
5、TB中华人民共和国铁道部标准。
六、系统技术要求和参数
控制中心级ATS仿真系统涵盖模拟对象的完整的线路规模和车站规模，通过仿真系统实现行车的环境和过程的模拟。
可实现追踪（TMT）；进路操作——自动进路排列,根据列车当前位置，向联锁发出进路排列命令；列车自动调整（ATR），调整列车运行，确保列车运行遵照时刻表,可时间校正，关闭时可指定停站时间，指定运行时间，人工调整——扣车和跳停；时刻表系统，一个执行时刻表的在线运行系统和一个创建时刻表的生成系统；事件列表，报警和消息列表等功能。
还可实现非正常及故障的仿真，包括信号设备、车辆等常见典型故障和列车特殊运行模拟实现。
车站ATS仿真系统仿真车站值班员工作站的控制功能，接口到OCC系统。
其中1个站来自模拟真实车站的信号，其余站为软件仿真信号。
实现本地列车排路；显示详细的轨道布置图和现场设备的实际状态；联锁命令的执行；显示车次号；ATS后备模式下车次号操作；列车监视和追踪；自动进路排列；监视ATS功能的缺失；对常规列车的控制等功能。
与车站综合监控系统互联，车站综合监控系统下可辅助监视，实现城轨各子系统间的联动功能以及各种常见故障的仿真。
车辆段值班员工作站控制功能，如发车、接车和调车日常工作及常见故障的仿真，具备车组管理功能，车组管理列表中，车组被分配在使用的时刻表。
操作员可以给当前装载的时刻表装载一个新的车组管理列表；也可以根据运行要求修改当前列表。
接口至控制中心ATS工作站和车站值班员本地工作站，实现整体运营过程的模拟。
1.总体功能要求
（1）系统应以轨道交通具体线路和车辆段为蓝本，利用计算机仿真技术，分别模拟正线CBTC系统和停车场的微机联锁系统的功能，提供控制中心行车调度员、车站行车值班员、车辆段运转值班员、信号楼调度员、列车司机的模拟实训环境。
（2）系统的人机界面各个信号元素的显示颜色应与现场系统设备一致；
（3）系统的操作界面，操作命令，操作对话信息以及操作过程要与现场设备操作一致；
（4）具体培训功能包括：
城市轨道交通行车岗位认知功能；CBTC系统基本工作原理认知功能；车辆段微机联锁系统工作原理认知功能；正线行车调度实训功能；车辆段行车调度实训功能；教学管理功能；故障设置及处理功能。
2.控制中心模拟子系统（ATS）软件
总体要求
1.控制中心模拟子系统，模拟本沙盘线路的控制中心的ATS功能，人机界面上的站场图结合本项目实际线路进行设计。
2.系统应以轨道交通具体线路和车辆段为蓝本，利用计算机仿真技术，分别模拟正线CBTC系统和停车场的微机联锁系统的功能，提供控制中心行车调度员、车站行车值班员、车辆段运转值班员、信号楼调度员、列车司机的模拟实训环境。
3.系统的人机界面各个信号元素的显示颜色应与现场系统设备一致。
4.系统的操作界面，操作命令，操作对话信息以及操作过程要与现场设备操作一致。
5.系统应具有报警信息仿真功能，报警信息的要求和格式与现场设备一致。
6.系统应能按当天运行计划运行图进行多列车运行模拟，能将不同种类（包括平日、节假日、特殊情况等）的时刻表存入系统内，并能加载各类型时刻表，创建当天运行计划运行图。
7.系统应具有行车故障模拟功能，用于训练学生故障情况下的行车调度处理能力。
8.系统应能在单机上进行教学培训，同时又能按照现场“控制中心-集中站-停车场”的结构进行联机，提供多岗位行车调度模拟演练；同时应可以根据需要构建多组别同样结构的行车调度模拟演练环境，各个组别之间相互独立，互不影响，以扩大培训规模。
9.系统配置与沙盘、列车驾驶模拟器等仿真设备的接口。
10.系统应具有教学、练习和考核功能，并能记录学生操作。
11.控制中心模拟子系统功能模拟要求：
控制中心ATS系统工作站的显示和操作功能模拟，其界面显示和操作方式、操作流程与现场一致。
模拟的功能不少于以下内容：
详细功能介绍
（1）信号控制功能
信号控制功能主要由部署在C-LOW上的ATS的子系统VICOSOC101实现的，中心的C-Low工作站功能和车站模拟系统的VICOSOC101系统相同，只是控制权限不一样。
操作界面如下图：
西门子VICOSOC101系统，该系统实现本地级控制功能。
该系统部署在中心本地操作工作站（C-LOW）和车站的本地操作工作站（LOW）上。
主要功能如下。
●显示设备状况
●显示行车状况
●排列进路
●取消进路
●道岔总定
●道岔总反
●道岔锁闭
●道岔解锁
●区段强解
●扣车
●扣车恢复
●封锁信号机
●封锁区段
●强行站控
●交出站控
●接收站控
●设置停站时间
●催发列车
●修改车次号
●位移车次号
●显示列车信息
●ATP切除
●定义车次号
（2）列车调整功能
根据列车的运行情况，对列车的运行时刻表等信息进行自动化调整，从而保证列车运行的高效可靠。
（3）站台控制功能
该功能主要完成和站台相关的控制功能，由VICOS101系统实现，该功能具体体现可以参考信号控制功能。
（4）列车描述功能
该功能主要是用于对列车车次号的控制功能，该功能由ATS子系统VICOS101实现，具体参考信号控制功能中的VICOS101的介绍。
（5）时刻表管理功能
时刻表的生成、编辑、修改及存贮。
操作界面如下图：
通过修改时刻表，可以对列车的通信、信号时间点进行调整，由时刻表来反映出列车通信、信号的时间需求，列车会按照时刻表中制定的行车计划通信、信号。
（6）报警信息功能模拟
如果控制系统中出现了某些非正常情况，或者出现一些数据超过了安全界限，系统会通过语音的形式给出报警信息。
1.模拟城市轨道交通行车组织过程中各岗位
●行车调度员：
安排在时刻表工作站上进行时刻表编制和调整。
●列车驾驶员：
安排在列车驾驶模拟工作站上，进行简单的驾驶操作。
●车站行车值班员：
安排在车站的LOW工作站上，控制站内信号。
●车辆段基地信号楼调度员：
安排在车辆段的计算机联锁工作站上，控制和监视车辆段信号。
●运转值班员：
安排在车辆段的计算机联锁工作站上，控制和监视车辆段信号。
（8）能够模拟非正常情况下，较小的行车延误的调度工作以及延误进一步扩大的调度组织工作程序
●信号故障导致的延误，由于信号故障导致不能正常发车或接车，如果时间比较短会导致比较小的行车延误，如果时间过长甚至会影响其它班次列车的行车产生大面积延误。
●列车故障导致的延误，由于列车故障导致不能正常发车或接车，如果时间比较短会导致比较小的行车延误，如果时间过长甚至会影响其它班次列车的行车产生大面积延误。
（9）系统能够模拟紧急情况下行车组织调整和调度处置
●故障设备：
如出站信号设备故障，通信故障等。
●意外事件：
如有人调下站台，等相关的对列车正常运行有影响的不可预知的事件。
●自然灾害：
如隧道塌方，过江隧道漏水。
●突发特大客流：
大量的客流会直接影响通信、信号的负担，通过采取一些调度措施进行处理。
（10）系统的培训功能面向各个岗位的相关人，用于这些岗位的正常和故障情况下处置流程的培训，包括如下角色。
该功能通过让培训人员对仿真软件的实际操作来体格岗位的业务水平。
●控制中心行车调度员
●车站值班员
●停车场运转值班员
●信号楼调度员
●列车司机
●OCC值班员
3.ATP/ATO模拟子系统软件
总体要求
ATP/ATO模拟子系统，模拟CBTC系统的轨旁ATP/ATO和车载ATP/ATO的功能。
具体应不少于以下功能逻辑的模拟：
轨旁ATP的列车移动授权计算功能（负责根据收到的列车位置计算每列车移动授权和速度，并比对计划运行图自动调整列车运行等级、停站时间等功能）；车载ATP的列车位置计算功能；车载ATP的列车超速防护功能：
保证列车速度不超过线路、道岔、车辆等规定的限速；车载ATP的列车ATP速度计算功能；降级模式的ATP功能模拟；集中站的信号联锁设备功能的模拟：
包括进路、道岔、站台紧急停车等；可模拟具有正常情况下列车出库、运行、折返、停站、回库等通信、信号环节及列车故障救援标准化流程。
详细功能介绍
由车载控制器实现列车自动防护（ATP）和列车自动运行（ATO）功能。
车载单元支持的驾驶模式如下：
●ATO模式：
ATP自动监督，ATO自动驾驶（基本使用模式）。
●SM模式：
ATP自动监督下的人工驾驶（安全性最高的模式）。
●RM模式：
自动限速25km／h，人工驾驶。
该模式下列车运行均不受地面信号控制，ATP车载设备仅对速度进行限制。
●URM模式：
ATP切除、人工驾驶。
●AR模式：
自动折返模式。
ATP车载设备的主要功能如下：
●报文的接收
●速度监督
●故障模式处理
●距离测量
●速度测量
●同ATO车载单元进行通讯交换数据
●具有故障一安全特性的列车数据的输入
●具有故障一安全特性的输入、输出
●倒退车辆的监督
●报文传输故障时间及走行距离的监督
ATO车载单元的主要功能如下：
●自动驾驶和目的制动
这是ATP/ATO装备的列车常规运行模式，3中基本的驾驶阶段是：
加速、巡航和制动。
●巡航
●在正线上停车
●限速区段
●通过车站
●车辆段向正线发车
●从正线向车辆段发车
●列车自动折返
配置要求
该模块需要配合“列车驾驶模拟子系统软件”，来进行运算，因为其功能隶属于车载设备（VOBC），所以其部署实在列车驾驶模拟系统所在的计算机上，不需要独立的计算机。
4.车站模拟子系统软件
总体要求
车站模拟子系统，模拟本沙盘线路上所设置的所有车站的ATS功能、车站计算机联锁功能，人机界面上的站场图结合本沙盘线路进行设计。
详细介绍
车站主要模拟了西门子VICOSOC101系统，该系统实现本地级控制功能。
该系统部署在中心本地操作工作站（C-LOW）和车站的本地操作工作站（LOW）上。
主要功能如下。
●显示设备状况
●显示行车状况
●排列进路
●取消进路
●道岔总定
●道岔总反
●道岔锁闭
●道岔解锁
●区段强解
●扣车
●扣车恢复
●封锁信号机
●封锁区段
●强行站控
●交出站控
●接收站控
5.车辆段模拟子系统软件
总体要求
车辆段模拟子系统，模拟轨道交通的车辆段微机联锁系统的通用功能，它的人机界面上的站场图按照本沙盘线路的车辆段进行设计。
其界面显示和操作方式、操作流程应与现场一致；具有列车在车辆段调车、列车出库、入库等运行模拟功能；可模拟联锁设备故障现象及处置过程。
功能要求
（1）操作功能模拟：
进路操作；人工取消进路；重开信号；引导进路；引导总锁；人工延时解锁；区故解；道岔单操；道岔单锁；非进路调车（试车线）
（2）列车运行模拟：
调车；出库；入库等。
（3）故障现象模拟；信号机灯丝断丝；轨道电路故障（红光带）；道岔失去表示；联锁机A机/B机不同步；上电初始化；熔丝断丝；热丝断丝等。
6.列车驾驶模拟子系统软件
总体要求
列车驾驶模拟子系统，模拟列车驾驶台的显示和操作功能，具有与现场一致的操作界面和操作功能，同时预留与列车驾驶模拟器的接口。
详细功能介绍
该子系统主要模拟了司机对列车的操作人机界面，该系统与ATP/ATO组合来完成对整列车的控制模拟。
模拟驾驶子系统的界面如下：
人机界面有如下模块组成：
速度表：
用于显示当前的列车实际速度和ATP限速。
如果实际速度大于ATP限速值则会给出报警信息。
控制按钮和状态显示按钮：
该按钮盘面可完成如下操作
●显示前方信号状态。
●显示当前的运行模式。
●在手动驾驶模式下切换列车的上下行方向。
●控制列车的前进后对停车。
●显示当前的限速状态。
司机控制器
司机控制器可以模拟真实的司机控制器包括电钥匙，牵引手柄，模式转换器。
通过牵引手柄可以控制列车的牵引力制动力来完成列车的驾驶任务。
通过模式转换器可以在各种驾驶模式下进行切换。
7.通信控制系统软件
总体要求
通信控制系统，为各个模拟子系统提供通信数据中转的功能，同时通信控制系统监视与运行各个子系统的工作站的联机通信状态，人机界面上显示相应的状态，并在信息栏中实时显示收到的中转数据。
详细功能介绍
该系统主要用于各个仿真模块之间的通信工作。
为各个模拟子系统提供通信数据中转的功能，同时通信控制系统监视与运行各个子系统的工作站的联机通信状态。
因为系统是采取分布式的理念设计的，所以通信软件尤为重要，它是保证各个系统正常运行的核心部分，该软件可以监视各个子系统的通信状况，并实时显示到界面上，并根据运行状态动态的调整通信负载的均衡性。
同时通信软件子系统也兼顾了CBTC模式下DCS通信系统的模拟工作。
通信软件的核心数据链如下：
●ATS的各个子系统连接
●机车基础控制模块和ATP/ATO的连接
●ATS和区域控制器的连接
●区域控制器和车载设备的连接
●区域控制器和计算机联锁子系统的连接
●机车驾驶模拟和硬件机车的连接
●沙盘硬件控制模块和计算机联锁子系统的连接
七、虚拟实训系统功能、组成明细
序号
设备名称
技术规格及功能参数
数量
单位
1
三维交互式虚拟ATS实训系统硬件模块
学员终端
品牌电脑（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）I3处理器4G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
60
套
2
学员终端配套桌椅
六连体学员桌：
采用进口防火板，同色pvc封边，桌板厚为25mm，四周倒圆角；每张学员桌配备6张学员椅。
10
套
3
网络交换机及配线
符合行业标准、品牌设备。
一套用于电子沙盘，一套用于与实物沙盘的通信。
2
套
4
控制中心一体化调度台
调度台为连体扇形连体调度台；表面为高密度防火板，护边处理；台体满足控制中心工作站布线、散热要求；每套调度台配备6张座椅；含教员工作站。
1
套
5
车辆段联锁机（运用所）
品牌电脑（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G2G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
1
套
6
时刻表计算机
品牌电脑（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G2G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
1
套
7
中心本地机操作工作站（中心调度员工作站）
品牌电脑（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G2G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
1
套
8
机车模拟运行服务器
品牌服务器（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G4G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
1
套
9
通信和数据库服务器
品牌服务器（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G4G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
1
套
10
调监服务器
品牌服务器（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G4G内存、500G硬盘。
1
套
11
教员管理机
品牌电脑（配置不低于）：
英特尔（R）酷睿（R）双核处理器G6302.7G2G内存、500G硬盘、21.5寸液晶显示器。
1
套
12
调监显示系统
DID46寸3*5液晶拼接屏
1
套
13
三维交互式虚拟ATS实训系统软件模块
通讯和数据服务器软件
整个系统的网络中心和数据中心，服务器为用户提供用户注册、登陆验证、任务请求、成绩上传、接受教师机控制等服务，保存用户的各种状态和训练及考试成绩数据。
实现与实物沙盘的通信
1
套
14
运行模拟服务器软件系统
可以模拟列车在区间和车站的运行、停车、进站、发车、通过等情况，训练环境完善逼真，能够配合各角色正确地、完整地完成实训演练。
1
套
15
控制中心软件系统
与地铁控制中心C-LOW中心本地级操作工作站软件一致
1
套
16
运行图管理调度系统软件
用来为每班选择对应的基本运行图,下达运行计划,记录运行时间结果,以及对运行计划进行人工调整。
1
套
17
调监系统软件
显示全线路轨道、信号机、道岔状态；监视列车的运行和车次编号，列车位置、出清等显示状态信息。
1
套
18
虚拟轨道交通全线线路场景系统
含轨道交通线路的全线俯视场景；利用仿真技术及虚拟建模技术显示车站内的道岔转换、信号机变化、列车运行等行为，可以实时显示列车的运行情况。
（包含15个车站）
1
套
19
虚拟车站车控室3D场景
车站的车控室场景（包含15个车站）
1
套
20
虚拟车站站台3D场景
车站的站台场景（包含15个车站）
1
套
21
虚拟车站值班员3D人物
与地铁车站值班员着装一致
1
套
22
虚拟乘客3D人物
不少于10种人物着装；
1
套
23
虚拟车站站务员3D人物
与地铁车站站务员着装一致；
1
套
24
虚拟车辆3D模型
与地铁使用车辆外观一致
6
列
25
车控室3D监视控制系统
可以控制和切换对车控室值员对LOW车站本地级操作工作站和IBP后备盘操作的监视
1
套
26
站台3D监视控制系统
可以控制和切换对车站列车停站、屏蔽门、上下客、站务员工作流程等的监视；
1
套
27
教员机控制软件系统
可实现教师对整个系统的管理，包括：
常规设置、资源管理、考试管理及系统管理；
1
套
28
学员软件终端
含地铁车站LOW车站本地级操作工作站软件；并符合相关的技术标准，软件系统界面元素、界面布置、菜单结构、功能与实际相一致
60
套
时间：
2021.02.04
创作：
欧阳育
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