高速鐵路列控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)

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摘要：高速鐵路列控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，用于提高鐵路職工對故障的分析和處理能力。在分析仿真培訓(xùn)系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，通過運(yùn)行在．net平臺上的C＃語言開發(fā)了具備培訓(xùn)電子書、故障案例庫、自測系統(tǒng)、故障統(tǒng)計、故障再現(xiàn)功能的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，使培訓(xùn)工作變得更加高效。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;培訓(xùn)系統(tǒng);故障案例;故障再現(xiàn)

我國高速鐵路運(yùn)營里程已經(jīng)達(dá)到2萬多公里，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是動車組安全運(yùn)行的重要技術(shù)裝備，具有設(shè)備新、技術(shù)含量高、類型多以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，依靠過去傳統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)方式不能滿足現(xiàn)場維護(hù)人員的需要。為此，開發(fā)一套列控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，來提高現(xiàn)場維護(hù)人員的技術(shù)水平和應(yīng)急處置能力。

1功能需求

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的內(nèi)容及方式，對提高培訓(xùn)質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。根據(jù)列控車載系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、故障場景和培訓(xùn)人員知識結(jié)構(gòu)，仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)內(nèi)容、統(tǒng)計分析及故障再現(xiàn)等功能，系統(tǒng)需求結(jié)構(gòu)如圖1所示。1．培訓(xùn)內(nèi)容，包括電子書、典型故障案例庫和自測系統(tǒng)。通過多年的運(yùn)用和實(shí)踐，現(xiàn)場積累了大量的列控設(shè)備故障數(shù)據(jù)，雖然某些故障發(fā)生場景不完全相同，但本質(zhì)相同，可以按類別歸納成典型案例，建立案例庫；而且案例庫還應(yīng)不斷優(yōu)化和完善。培訓(xùn)系統(tǒng)具有可編輯性，可根據(jù)培訓(xùn)人員所學(xué)內(nèi)容，隨機(jī)生成測試試題，培訓(xùn)人員完成測試后，系統(tǒng)能自動閱卷，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。2．統(tǒng)計分析。將現(xiàn)場實(shí)際故障錄入系統(tǒng)后，系統(tǒng)能夠自動進(jìn)行統(tǒng)計分析，給出不同模塊發(fā)生故障的頻率，為現(xiàn)場維護(hù)提供輔助決策。3．故障再現(xiàn)。典型故障案例發(fā)生后，可將車載設(shè)備人機(jī)界面進(jìn)行動態(tài)回放，實(shí)現(xiàn)故障場景再現(xiàn)，加深學(xué)員對故障過程的認(rèn)識，提高故障應(yīng)急處理能力。

2系統(tǒng)設(shè)計

2．1培訓(xùn)內(nèi)容

電子書主要為培訓(xùn)人員提供列控設(shè)備相關(guān)基礎(chǔ)知識，車載設(shè)備由多個模塊組成，在用的車載設(shè)備有5種型號，培訓(xùn)系統(tǒng)需對不同型號車載設(shè)備的每一個模塊的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹，包括故障概況、故障分析、處理措施、故障點(diǎn)評等。軟件設(shè)計時，采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML進(jìn)行電子書的結(jié)構(gòu)設(shè)計，XML文檔形成了一種樹結(jié)構(gòu)，從“根部”開始，然后擴(kuò)展到“枝葉”，電子書XML文檔樹結(jié)構(gòu)如圖2所示。培訓(xùn)用的文本資料經(jīng)過樹結(jié)構(gòu)的方式轉(zhuǎn)化為XML格式的文檔，開發(fā)過程中將XML文檔中的文本信息讀出，并使用WebBrowser控件將文字資料分層次的顯示出來，最終形成可供培訓(xùn)人員方便學(xué)習(xí)的電子書，電子書的制作過程如圖3所示自測系統(tǒng)根據(jù)電子書和典型故障案例的內(nèi)容，隨機(jī)生成一套試題，用于對培訓(xùn)人員進(jìn)行測試評估，培訓(xùn)人員對試題進(jìn)行作答后，自動進(jìn)入下一題的測試，以達(dá)到自動測試的功能；培訓(xùn)人員完成全部答題后，系統(tǒng)根據(jù)培訓(xùn)人員答題內(nèi)容進(jìn)行打分，同時顯示培訓(xùn)人員答錯題的正確答案，幫助培訓(xùn)人員加深對未掌握知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

2．2統(tǒng)計分析

現(xiàn)場人員將列控車載設(shè)備實(shí)際故障情況輸入系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動生成故障對比統(tǒng)計柱狀圖，給出故障頻發(fā)的模塊類型，指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)人員關(guān)注該模塊的運(yùn)用情況，為降低設(shè)備故障提供決策依據(jù)。故障統(tǒng)計分析功能，采用ADO．NET及GDI＋繪圖技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與柱狀圖的繪制。底層數(shù)據(jù)庫的設(shè)計采用鐵路局的名稱作為表的索引，RailwayName的數(shù)據(jù)類型為短文本，其余字段為數(shù)字。故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計視圖如圖4所示。

2．3故障再現(xiàn)

故障再現(xiàn)開發(fā)采用3層架構(gòu)方式，即表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。表現(xiàn)層主要包括相關(guān)的信息界面；業(yè)務(wù)邏輯層主要包括列車牽引／制動模型和ATP控車模型；數(shù)據(jù)訪問層包括培訓(xùn)人員輸入的信息、業(yè)務(wù)邏輯層輸出信息，如圖5所示。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)

系統(tǒng)采用ADO．NET技術(shù)。即應(yīng)用程序使用ADO．NET連接數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并且擷取、處理及更新數(shù)據(jù)庫中所含的數(shù)據(jù)。在獲取底層數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)后，使用．NET平臺中的Win－form應(yīng)用程序?qū)Ψ抡媾嘤?xùn)系統(tǒng)的界面進(jìn)行開發(fā)。

3．1培訓(xùn)內(nèi)容

電子書與故障案例庫的實(shí)現(xiàn)效果如圖6所示，左側(cè)列出了電子書的目錄，顯示了大致結(jié)構(gòu)，向培訓(xùn)人員展示了電子書的主要培訓(xùn)內(nèi)容。通過目錄節(jié)點(diǎn)的選擇，在其右側(cè)顯示典型故障案例的具體信息，詳細(xì)展示了故障概況、故障分析、處理措施、故障點(diǎn)評等。培訓(xùn)人員可以選擇不同的章節(jié)，隨機(jī)生成一套試題，完成全部試題并提交試卷后，系統(tǒng)自動評判，答錯的題目可再學(xué)習(xí)，從而起到強(qiáng)化學(xué)習(xí)的目的。

3．2統(tǒng)計分析

可以統(tǒng)計全國各鐵路局故障情況，并將統(tǒng)計結(jié)果用柱狀圖的方式展示，包括不同車型、不同模塊發(fā)生故障情況，如圖7所示。

3．3故障再現(xiàn)

該部分采用3層架構(gòu)，使用的代碼結(jié)構(gòu)清晰、耦合度低，可維護(hù)性和擴(kuò)展性高，有利于開發(fā)和適應(yīng)需求的變化，故障再現(xiàn)功能如圖8所示。培訓(xùn)人員通過點(diǎn)擊故障再現(xiàn)部分的開始按鈕，進(jìn)行故障案例的重現(xiàn)，將故障發(fā)生前后列車的狀態(tài)信息以動態(tài)的效果進(jìn)行展示，使培訓(xùn)人員感到更加身臨其境。采用底層數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的方式實(shí)現(xiàn)列車的運(yùn)行，只需修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，即可再現(xiàn)列車在不同狀態(tài)下人機(jī)界面的顯示，最大程度的開拓培訓(xùn)人員的視野。

4結(jié)束語

為滿足我國高鐵列控系統(tǒng)現(xiàn)場維護(hù)人員需要，對仿真培訓(xùn)系統(tǒng)各部分功能進(jìn)行總體設(shè)計，通過運(yùn)行在．net平臺上的C＃開發(fā)語言，實(shí)現(xiàn)列控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)各項功能。目前，該系統(tǒng)在北京電務(wù)段進(jìn)行了現(xiàn)場試用，現(xiàn)場人員認(rèn)為該系統(tǒng)對提高培訓(xùn)人員的素質(zhì)及指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)有重要作用，培訓(xùn)手段新穎、生動，對現(xiàn)場故障再現(xiàn)具有直觀、易懂等特點(diǎn)，有利于提高培訓(xùn)效果，并建議進(jìn)一步豐富現(xiàn)場案例。

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作者:劉語馨