高速鐵路列控仿真培訓系統(tǒng)開發(fā)

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

關鍵詞：高速鐵路;培訓系統(tǒng);故障案例;故障再現(xiàn)

我國高速鐵路運營里程已經(jīng)達到2萬多公里，列車運行控制系統(tǒng)是動車組安全運行的重要技術裝備，具有設備新、技術含量高、類型多以及結構復雜等特點，依靠過去傳統(tǒng)的技術培訓方式不能滿足現(xiàn)場維護人員的需要。為此，開發(fā)一套列控仿真培訓系統(tǒng)，來提高現(xiàn)場維護人員的技術水平和應急處置能力。

1功能需求

仿真培訓系統(tǒng)的內容及方式，對提高培訓質量起著關鍵作用。根據(jù)列控車載系統(tǒng)的組成結構、故障場景和培訓人員知識結構，仿真培訓系統(tǒng)應實現(xiàn)培訓內容、統(tǒng)計分析及故障再現(xiàn)等功能，系統(tǒng)需求結構如圖1所示。1．培訓內容，包括電子書、典型故障案例庫和自測系統(tǒng)。通過多年的運用和實踐，現(xiàn)場積累了大量的列控設備故障數(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；而且案例庫還應不斷優(yōu)化和完善。培訓系統(tǒng)具有可編輯性，可根據(jù)培訓人員所學內容，隨機生成測試試題，培訓人員完成測試后，系統(tǒng)能自動閱卷，檢驗學習效果。2．統(tǒng)計分析。將現(xiàn)場實際故障錄入系統(tǒng)后，系統(tǒng)能夠自動進行統(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，可將車載設備人機界面進行動態(tài)回放，實現(xiàn)故障場景再現(xiàn)，加深學員對故障過程的認識，提高故障應急處理能力。

2系統(tǒng)設計

2．1培訓內容

電子書主要為培訓人員提供列控設備相關基礎知識，車載設備由多個模塊組成，在用的車載設備有5種型號，培訓系統(tǒng)需對不同型號車載設備的每一個模塊的內容進行詳細介紹，包括故障概況、故障分析、處理措施、故障點評等。軟件設計時，采用可擴展標記語言XML進行電子書的結構設計，XML文檔形成了一種樹結構，從“根部”開始，然后擴展到“枝葉”，電子書XML文檔樹結構如圖2所示。培訓用的文本資料經(jīng)過樹結構的方式轉化為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，最終形成可供培訓人員方便學習的電子書，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容，隨機生成一套試題，用于對培訓人員進行測試評估，培訓人員對試題進行作答后，自動進入下一題的測試，以達到自動測試的功能；培訓人員完成全部答題后，系統(tǒng)根據(jù)培訓人員答題內容進行打分，同時顯示培訓人員答錯題的正確答案，幫助培訓人員加深對未掌握知識點的學習。

2．2統(tǒng)計分析

現(xiàn)場人員將列控車載設備實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，指導現(xiàn)場維護人員關注該模塊的運用情況，為降低設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＋繪圖技術進行數(shù)據(jù)的讀取與柱狀圖的繪制。底層數(shù)據(jù)庫的設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層架構方式，即表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。表現(xiàn)層主要包括相關的信息界面；業(yè)務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)訪問層包括培訓人員輸入的信息、業(yè)務邏輯層輸出信息，如圖5所示。

3系統(tǒng)實現(xiàn)仿真培訓

系統(tǒng)采用ADO．NET技術。即應用程序使用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應用程序對仿真培訓系統(tǒng)的界面進行開發(fā)。

3．1培訓內容

電子書與故障案例庫的實現(xiàn)效果如圖6所示，左側列出了電子書的目錄，顯示了大致結構，向培訓人員展示了電子書的主要培訓內容。通過目錄節(jié)點的選擇，在其右側顯示典型故障案例的具體信息，詳細展示了故障概況、故障分析、處理措施、故障點評等。培訓人員可以選擇不同的章節(jié)，隨機生成一套試題，完成全部試題并提交試卷后，系統(tǒng)自動評判，答錯的題目可再學習，從而起到強化學習的目的。

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，使用的代碼結構清晰、耦合度低，可維護性和擴展性高，有利于開發(fā)和適應需求的變化，故障再現(xiàn)功能如圖8所示。培訓人員通過點擊故障再現(xiàn)部分的開始按鈕，進行故障案例的重現(xiàn)，將故障發(fā)生前后列車的狀態(tài)信息以動態(tài)的效果進行展示，使培訓人員感到更加身臨其境。采用底層數(shù)據(jù)庫驅動的方式實現(xiàn)列車的運行，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)下人機界面的顯示，最大程度的開拓培訓人員的視野。

4結束語

為滿足我國高鐵列控系統(tǒng)現(xiàn)場維護人員需要，對仿真培訓系統(tǒng)各部分功能進行總體設計，通過運行在．net平臺上的C＃開發(fā)語言，實現(xiàn)列控仿真培訓系統(tǒng)各項功能。目前，該系統(tǒng)在北京電務段進行了現(xiàn)場試用，現(xiàn)場人員認為該系統(tǒng)對提高培訓人員的素質及指導現(xiàn)場維護有重要作用，培訓手段新穎、生動，對現(xiàn)場故障再現(xiàn)具有直觀、易懂等特點，有利于提高培訓效果，并建議進一步豐富現(xiàn)場案例。

參考文獻

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作者:劉語馨