摘要:基于计算机虚拟仿真技术将国家铁路集团公司的高铁应急预案编制成一系列的演练科目,在一个集仿真调度中心、多个仿真车站、多套列车驾驶仿真培训系统、随车机械师仿真培训系统,能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,也可进行联合演练培训的综合实训系统上进行实现。将大大提高高速铁路各工种联合演练培训及分专业、不同等级的培训需求,达到虚实结合搭建虚拟运营环境创新人才培养模式符合高速铁路复合型人才培养的目标。
关键词:虚拟仿真;高速铁路;综合实训;应急演练
引言
目前,我国投入运营的高速铁路里程超过3.1万公里。中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大、成网运营场景最复杂的国家。基于计算机仿真技术的高速铁路多工种应急演练,在国内还属于空白。我校云南省高速铁路实训基地立项可行性研究经云南省发改委评审通过,在可行性研究的基础上,研究在实训基地的实训功能上除了满足铁路局集团公司在前置培训、岗位技能提升培训外,结合我国已初步建立的“铁路总公司-铁路局-站段”铁路应急预案体系。研究在实训基地构建高速铁路多工种应急演练仿真培训系统,充分利用虚拟仿真技术构建运营环境,全方位多维度多工种再现高铁运营场景,为我国高速铁路的高速度、高密度、高正点率、高可靠性、高质量服务、高社会效益运营培养一只高素质、高技能的队伍提供职业培训支持和保障具有必要性和迫切性。
1实训系统需求分析
在我校的高速铁路实训基地建设中,对接国家铁路集团公司的高铁应急预案中界定的8大类非正常行车及应急处理措施:客运非正常、脱轨、非正常行车、车辆故障、工务设备故障、牵引供电设备故障、通信设备故障及各铁路局集团公司制定的高速铁路突发事件应急预案,设定实训系统的功能以满足实训基地的建设目标。通过研讨将铁路集团公司涉及多工种的51种突发事件应急处理流程进行梳理,选择如下13条突发事件,在实训基地建设中进行设定,如表1。
表1 高速铁路实训基地培训系统仿真演练条目
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2实训系统功能构建
1.根据调研和分析高铁突发事件应急处置流程与实际救援现场情况,归纳总结典型应急处置条目,确定多工种应急演练仿真培训系统需实现的典型应急场景;
2.调研和分析高铁突发事件应急日常培训与演练情况,建立基于多工种应急演练仿真培训系统开展多工种联合训练的实作培训模式;
3.确定系统需要仿真的应急处置项目,如:动车组运行中出现故障、烟雾报警、火情、动车组在分相区停车、接触网跳闸、主断路器无法闭合、列控车载设备故障、故障停车,请求救援、断轨、公跨铁桥上落异物报警、晃车、地震、塌方、区间闭塞分区出现红光带等,并分解各工种需完成的仿真任务;
4.确定参与应急演练的相关工种,包括:动车组乘务员、调度员、车站值班员、电调作业人员、接触网作业车司机、救援列车作业人员,定义各工种仿真演练系统模拟范围、技术条件和接口规范;
5.实现多模拟器进行同步协同仿真的高扩展性核心底层框架,包括稳定的实时网络通信机制、透明的数据交互协议等内容,确保各工种模拟器既能满足本工种应急训练,又能互联互通开展多工种应急演练培训的要求;研究系统虚实结合的灵活配置方案,即根据演练重点和经济性;
6.利用计算机图形图像技术、接口技术、通讯技术,完成一套高铁多工种应急演练仿真系统的设计方案:五类作业人员培训(动车组乘务员、调度员、车站值班员、接触网作业车司机、救援列车司机),采用实物模拟的方式进行,一类作业人员(电务作业人员)采用虚拟AI技术进行作业仿真;
7.利用系统模型和演练实践,研究利用仿真系统对应急预案和相关作业流程、规范进行演练验证的方式,推动相关规章制度不断健全与完善。
本系统由以下几部分组成:动车组驾驶仿真培训系统、调度指挥仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、环境仿真系统、随车机械师仿真培训系统、虚拟AI应急协同系统。
2.1驾驶仿真培训系统
由三个子系统组成:
●动车组驾驶仿真培训系统是主要对高速动车组进行牵引制动系统、电路控制系统、信号系统等进行仿真,可以完成动车组司机常规作业仿真和应急处置作业演练;
●机车驾驶仿真培训系统是主要机车进行牵引制动系统、电路控制系统、信号系统等进行仿真,可以完成机车司机常规作业仿真和应急处置作业,动车组与机车救动车的应急科目演练;
●轨道车驾驶仿真培训系统,在本系统中为高速接触网多功能作业车仿真培训系统。
2.1.1培训新司机及在职司机
驾驶仿真培训系统用于新司机和在职司机的培训和考核,也可以加入联合演练系统,进行应急预案演练仿真。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,也可以使在职司机的操纵经验、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。特别是加入应急演练系统后,可以使司机在应急能力方面得到极大提升。
2.1.2驾驶技巧训练
1)通过驾驶仿真培训系统的培训,新老司机可以掌握在不同条件下的操纵方法,训练司机在正常或故障情况下的驾驶技巧;
2)驾驶仿真培训系统仿真正常和异常列车信号以及信号机的不同显示方式,使司机熟悉、了解各种信号的含义和对应的控制方法;
3)驾驶仿真培训系统仿真列车正常运行线路和进出车站的运行线路,使学员能够在驾驶仿真培训系统上熟悉运营线路状况、掌握在不同线路上列车运行与控制特点,提高并精通驾驶技术。
2.1.3应急状态下训练
1)突发事件的应急处理训练,如线路障碍物、信号灯故障、设施故障、非正常行车条件等,提高司机在应急状态下,处理各种应急状况的应变能力,可训练司机与调度、车站及其他工种间的协同作业能力。
2)车辆故障的应急处理训练,司机可针对模拟的故障现象进行故障排除或处理作业,并对司机在处于故障状态时所进行的操作进行记录,用于评价司机对故障的应急处理措施是否恰当、有效,可训练司机与调度、车站及其他工种间的协同作业能力。
2.2调度指挥仿真培训系统
调度指挥仿真培训系统是高速铁路多工种应急演练仿真培训系统中重要的环节。系统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。
调度指挥仿真培训系统既可独立运行,也可与车站作业仿真培训系统、驾驶仿真培训系统、虚拟AI系统联接,实现应急演练仿真培训功能。包括:
(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、驾驶仿真培训系统、虚拟AI系统一起完成协同训练。
2.3车站作业仿真培训系统
车站作业仿真培训系统是将通信技术、数据库技术、多媒体技术、软件工程技术、网络技术和计算机处理等先进的技术手段,结合当前仿真技术的最新发展,建立起的在铁路运输车站作业范围内的全方位、多层次和多工种协同工作的虚拟仿真和实验环境。
车站作业仿真培训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。
该系统可为车站值班员提供先进的训练环境,提高其应变能力,以充分发挥现有铁路运输设备的运输能力。
车站作业仿真培训系统既可独立运行,也可与调度指挥仿真培训系统、驾驶仿真培训系统、虚拟AI系统联接,实现应急演练仿真培训等功能。满足以下功能:
(1)模拟连续排列的多个车站的接、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,又能与其他系统联合,进行应急演练培训。
2.4随车机械师仿真培训系统
随车机械师桌面式仿真培训系统采用纯虚拟现实的方式进行构建和实现,主要具备以下功能:
(1)车辆的设备(车内、车顶、车下等设备)仿真,在随车机械师仿真培训系统中能够直观的体现出设备的正常与故障状态,并对设备原理与作用进行相应介绍。
(2)车辆运行途中突发事件的触发与应急处理仿真。
(3)车辆非正常行车的触发与处理的仿真。
(4)车辆电气逻辑仿真。
(5)车辆故障仿真,能够从原理上出发进行真实的仿真,并且随车机械师进行相关正确操纵后能够排除相关故障,能够完成突发事件与处理。
(6)车辆车载信息屏维护界面仿真。
2.5虚拟AI应急协同仿真培训系统
高速铁路突发事件应急处置过程中,特别是突发开始阶段,电务、工务、供电、客运等工种,起到很重要的现场情况确认、简单处理与判断等工作,虽然是以状态确认和信息反馈为主,但作为高速铁路突发事件处置的一个环节,可使受训人员感受到与真实一致的救援流程,缺一不可,因此,必须要实现电务、工务、供电、客运等工种的流程仿真。
2.6应急演练总控教员系统
总控教员系统用于实现对各子系统/学员进行训练的管理功能,完成系统的全方位监管、控制和系统维护任务。从系统的运行前准备到培训结束后的数据管理;从培训课程设计到培训过程的监控和干预,从基础数据准备到系统状态检测与故障诊断。
3高速铁路多工种应急演练科目开发
根据高速铁路实训基地培训系统仿真演练条目组合编制高速铁路多工种应急演练方案。在实训基地的建设过程中应邀请铁路相关站段的技术人员一同开发应急演练方案并进行系统的验证以达到铁路运营部门的综合应急演练要求。系统是开放的、可任意组合的,可根据培训需要进行编辑。包括不限于如下科目。
3.1各类天气及时段的演练
通过模拟黎明、正午、黄昏、夜晚等不同时段能见度的变化;阴、晴、雨、雪、雷电、雾、风沙、大风等天气条件的不同,训练司机列车头灯的灯光效果(强/弱光)调整训练,满足安全行车要求;
3.2运行过程中供电系统故障的应急演练
通过模拟接触网停电、故障、接触网悬挂异物或塌网等事故供电中断的场景,进行司机、随车机械师、列车调度员等在调度指挥、运营调整、车站、电务部门响应的演练。
3.3各类突发事件的应急演练
通过模拟列车故障清客退出服务;火灾应急处理;模拟大风对列车造成的晃动、突发事件等内容,如:有人(物)侵入限界、邻线侵入、沿线设施损坏、沿线设施影响列车运营、线路积水、列车火灾、道床毁坏、线路下沉、塌方、断轨、泥石流、洪水、台风、雷击引起的线路故障、爆炸、前方区间有故障的列车停留等突发事故进行综合应急演练。
3.4信号及其故障演练
通过模拟LKJ和ATP信号正常运行功能在不同运行级别的待机模式、部分监控模式、调车模式、引导模式、目视模式、机车信号模式、隔离模式、完全模式间相互转换进行列车调度、司机、信号部门配合综合应急演练;
建立列车进路、取消进路、建立引导进路、取消引导进路、进路锁闭、进路解锁、信号灯控制、道岔控制等功能演练。
信号灯故障及处理、道岔故障及处理、车载信号故障、轨旁故障及处理、信号系统故障采用降级模式组织运营调整演练;
ATP故障、车载信号故障时司机的处理;轨旁故障时司机的处理;信号系统故障采用降级模式组织运营司机的处理等内容;模拟落物侵入线路后,激活防灾系统,列控中心自动发送限速等科目的演练。
4总结
高速铁路综合实训系统通过搭建多个系统联合运行平台,配置调度仿真系统、车站仿真系统、动车组模拟驾驶仿真器、随车机械师仿真系统、机车模拟驾驶仿真器、轨道车模拟驾驶仿真器及虚拟工务、供电AI系统。使高速铁路多工种培训从分散的独立培训向集中化、系统化、综合化培训成为可能。项目实施方在项目实施前,系统研究在实训基地实现多工种应急演练仿真培训系统,并利用综合应急演练对各子系统的性能进行综合测试,对项目建设实施有很强的技术指导意义。通过本项目的研究也将为今后系统建设及系统的联调联试工作顺利开展和高速铁路复合型人才培养提供支持。
参考文献:
[1]李晋.高速铁路突发事故应急处理[J].科技创新与应用,2012,(30):328.
[2]刘恩相.高铁突发事件应急管理相关问题研究[D].西南交通大学,2013:1-70.