城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计
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作者:卢明宇 江胜月
摘要：文章主要分析的是CBTC系统仿真实验室相关设计内容。CBTC系统的构建需要多项子系统作为支撑，具有高度集成等特点。设计中需首先完成对子系统部分的搭建，随后对各项子系统完成集成化设计。实验室中子系统均能够实施仿真实验，并进行整体实验操作。在经过合理设计之后，实验室之中可以建立CBTC系统环境，文章具体分析设计方法，希望能够对相关技术开发提供借鉴和参考。
关键词：城市轨道交通;CBTC;系统仿真;实验室
一、引言
我国城市化水平不断提升，城市对轨道交通建设的力度进一步加强，通信列车控制系统（简称CBTC）已经成为城市轨道内交通建设过程中的重要技术，如何更好发挥出城市轨道交通优势，需要加强对CBTC的技术开发。CBTC属于安全苛求系统，主要依据的是故障导向安全思路进行设计，本研究通过具体分析系统仿真实验室设计，以期能够对未来相关技术研究提供一定借鉴。
二、实验室布局设计
CBTC系统的设计需要构建完成仿真环境，实验室能够对子系统实施仿真测试，且可以对系统整体完成相关任务的执行。本次设计中，实验室主要划分为四个区域。
（一）机柜区
完整CBTC系统在进行硬件设计方面主要包括大量机柜，设计过程中机柜主要会被安置在控制中心以及车站设备室相关区域。
实验室之中，为了由于主操作和布线，子系统机柜主要被设置在专门的机柜区。机柜区后侧墙壁将会根据实际情况设计有安全电源，机柜则能够就近完成供电操作。如有分属不同机柜类型的多块板卡需要进行替换时，如果机柜被设计在多个区域，则将会对技术人员造成困扰。
机柜区之中的主要类型包括ATS、AC及相关类型机柜，功能包括模拟控制中心、车站设备等相关环境。
机柜本身还包括了一整套的KVM液晶套件，其主要功能是技术维护，操作系统为Windows Server，能够完成系统升级、维护以及用户登录相关操作。机柜的运算结果则是通过工作站进行输出的。另外，在仿真设计过程中，机柜区旁边设计的是工作站，有助于进行信息运算输出。
（二）工作站区
工作站区则主要以控制中心工作站等内容进行模拟，可以完成是列车进路排列以及列车运行情况实施监督。
工作站区在硬件设备方面主要包括电脑主机、显示器以及键盘等;硬件设备与机柜之间进行连接，并对机柜运行结果进行输出显示。此类结构设计，对培训人员更好了解和掌握仿真软硬件设备等具有重要意义。
（三）车载设备区域
车载设备区之中具体涵盖了驾驶台以及车载设备，并采取分机设置的方式构成。模拟的是地铁列车司机室相关设备。在区域内设计有车头以及车尾兩部分驾驶台。因为实验室主要对列车自动折返以及驾驶台换端进行模拟，为此，需要设计两套设备。车在社区的位置具体是在工作站对面，此设计方式有助于实验人员快速有效完成相关操作。实验人员则能够通过驾驶台完成仿真车的加减速度及其他操作。另外，也能够对观察列车情况提供便利。
（四）办公区
办公区设置于实验室尽头，由工作台、主机、显示器等设备构成，此区域不执行CBTC 系统的实验操作，不含有任何与 CBTC 系统有关的硬件设备。研发人员在此处进行软件开发、实验结果汇总、分析讨论等工作。
三、仿真系统搭建的主要环节
CBTC系统需要完成对大量数据的信息交换，逻辑关系十分复杂，为此，需要设计多项子系统配合工作。仿真系统的构建过程中，因此应当首先完成对子系统部分的搭建，其次，才需对整个系统完成集成。
如在设计中，一般会先对子系统之中的硬件以及软件接口进行关联，通过借助模块化搭建思维，可以有效避免系统接口出现混乱的情况，且可以令子系统搭建操作变得简单。搭建策略主要依据集成设计思想，可以更好提高实验室仿真环境方面的搭建效率。
实验室设计最初阶段，需对相关硬件设备等进行合理位置布局。对子系统采取单独构建仿真环境的设计，子系统内部仿真环境完成之后，需对其功能情况实施技术测试，在子系统符合功能要求条件下，进行下一步的集成。
采用此方式，实现子系统到整体系统的逐步操作，可以降低子系统之中内部发生错误而令系统整体受到影响的情况，模块化设计思维更加对未来维护和保养提供了便利，避免错误造成严重后果。
四、专业人才队伍的建设
城市轨道交通行业进一步发展，要求相关专业人才队伍建设水平需要提升。短期相关专业人才在实际供应比例方面存在较大缺口，人才队伍的培养也表现出一些特点，如实验室采取与搭建策略相对的“自顶向下”的结构，专业人员首先需掌握系统宏观概念，了解子系统基本运行原理以及数据交换原理，随后逐步落实对子系统软硬件设计与开发的技术操作。
系统的相关设备集成于实验室之中，有助于技术人员在学习过程中形成整体思维。教学方面，则采取理论与实践相结合的方式，随后进行实操检验。学员学习最初阶段，会学习和掌握系统的需求以及接口设计相关资料，对系统形成基本认知基础上，随后采取需要借助于仿真软件进行进一步学习。仿真软件的功能包括几个方面，如设计尽露排列、列车状态追踪、运行图绘制及相关。利用仿真软件进行学习，学员可以不断磨练技术，最终形成对系统的理性认知。随后，通过实验室仿真环境能够对真实项目试验做出具体分析。
城市轨道交通人才专业队伍的培养，一直以来多以理论与实践分离的方式，容易造成学习者对实践项目的水土不服。CBTC系统仿真实验室设计的前提则是学习者理论与实践项目相结合，提高学习者项目经验为主。因此，设计对实际线路的开通以及维护等均具有重要价值，区别于传统教学形式，通过实验室学习者可以了解更多实践工作情况，为轨道交通事业的发展起到促进作用。
五、实验室搭建效果分析
CBTC系统仿真实验室的设计与监理，能够承担起多项测试工作。且因为具备完成的CBTC系统设备，实现能力较强，可以对现实中诸多问题进行解决。SIL-4等级安全认证环节之中，实验室就可以完成大量试验以及测试工作。实验室的落成更加有助于对我国低速磁悬浮工程项目以及相关内容的仿真研究。
如实验室构建的MTC-I类别的系统作为我国具有自主知识产权类型系统模式，有效填补我国此类系统被国外垄断局面，实验室在设计开发过程中得到诸多领域与力量的支持。
六、结语
综上所述，CBTC系统仿真实验室的设计需要经过合理规划，尤其需要着力构建完整的CBTC系统，一方面需要降低成本，另一方面需确保实验本身具有高效性。实验室同时需要具备新线安全认证以及已有线路维护等相关功能。实践证明，构建仿真实验室设计的思路，可以通过借助集成设计思维方式完成，本研究则针对此设计思路进行了尝试，并希望能够对未来相关研究提供帮助。
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*基金项目：城市轨道交通CBTC仿真实训系统方案研究（项目编号，PTZD2018010）。
（作者单位：安徽三联学院）
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