CN109255999A - 铁路调车作业实景仿真演练*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路调车作业实景仿真演练***，其具有调车全过程的仿真训练、模拟考试和自动评判功能，能提高调车人员的业务素质，提高调车的效率，减少安全风险。本发明包括调车作业实景仿真演练设备、视景图形工作站、传感器及传感器数据采集处理工控机、后台控制计算机以及交换机；调车作业实景仿真演练设备包括模拟运动车辆、模拟停留车辆、车辆配件、铁轨、显示大屏、触摸屏、扳道器、铁鞋箱、机柜、模拟调车专用灯显设备。

Description

铁路调车作业实景仿真演练***

本发明涉及一种铁路作业***，尤其是涉及一种铁路调车作业实景仿真演练***。

调车作业是铁路运输生产的主要组成部分，是车站行车组织工作的重要内容。调车作业对车站及时编解列车、取送车辆、实现列车运行图、缩短车辆的在站停留时间、加速车辆周转及保证车站畅通等都有着重要的作用。

调车作业应按照《铁路调车作业国家标准》（GB/7178-2006）规定进行。由于标准内容繁多，目前培训均采用师傅带徒弟的一对一方式进行，师傅多以经验型的方式进行传帮带，学员不能***地接受理论讲解和作业全过程的演练，而是跟随师父在实际作业中进行学习，学习周期长，培训效率慢；学员不能快速、全面掌握调车作业的技能，存在安全风险高、应急处置能力差等一系列问题。

基于上述情况，研发铁路调车作业实景仿真演练***，将调车作业全过程进行分解和标准化，在调车作业实景仿真演练***上学习调车作业的过程、各种作业动作要领、各种行车设备的使用和操作步骤、应急处理等，使学员对调车作业的整个过程有全面的了解，熟记动作要求。

本发明的目的在于提供一种铁路调车作业实景仿真演练***，其具有调车全过程的仿真训练、模拟考试和自动评判功能，能真实地模拟正常和非正常情况下的调车作业，演练调车过程中每一个环节，提升连接员、调车长的应急处理能力，达到提高调车人员的业务素质，提高调车的效率，减少安全风险的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：

一种铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：包括调车作业实景仿真演练设备、视景图形工作站、传感器及传感器数据采集处理工控机、后台控制计算机以及交换机；调车作业实景仿真演练设备包括模拟运动车辆、模拟停留车辆、车辆配件、铁轨、显示大屏、触摸屏、扳道器、铁鞋、铁鞋箱、机柜、模拟调车专用灯显设备；图形工作站用于驱动显示三维仿真实景；工控机用于采集处理演练过程中各项业务指标和动作指标；后台控制计算机用于演练过程控制、数据记录、业务逻辑判断、自动评判打分；所述计算机均通过交换机进行实时通讯和数据交换。

模拟运动车辆、模拟停留车辆上与调车作业相关的部位均采用真实的几何尺寸和真实的车辆配件，能有效控制车辆的运行；在各操作部位、设备上安装有对应的传感器检测相关人员操作是否按规定标准动作操作；

模拟运动车辆使用钢结构制作车体骨架，钣金制作车体车厢，使用变频器控制电机带动减速机驱动车轮；模拟运动车辆上安装真实车辆配件，包括车钩、钩提杆、制动风管、折角塞门、手制动机、一套完整的模拟转向架配套模拟车轮；车辆前后往复运动的距离为2m， 0-5km/h运行速度可调，演练调车作业的牵出、连接（推进）运动过程和扒乘作业过程；实体的车辆配件能够演练与现场作业一致的灯显操作控制、扒乘作业、车辆摘挂作业、防溜施撤作业过程；

模拟停留车辆采用平车车辆（车种代码：N）端梁加车钩组成，能进行调车作业中取送车作业和施撤停留车辆防溜器具的演练。

传感器采集设备的状态信息，通过传感器采集演练过程中各项作业的完成内容、顺序、各项动作的顺序以及是否到位，***会根据演练的过程是否有漏项、错序、错动作、不标准动作、严重错误内容自动进行判断、记录和打分，对整个演练进行评价；

车钩传感器采用红外光电漫反射NPN型传感器，安装在车钩下部检测钩锁铁相对位置，当车钩打开时钩锁铁向上，传感器输出高电平信号；当车钩闭合时钩锁铁落下，传感器输出低电平信号。车钩传感器分别安装在移动模拟车辆的车钩和固定模拟车辆的车钩上。

制动风管传感器采用红外光电漫反射NPN型传感器，安装在制动风管接头处，当风管连接到位，传感器输出低电平；风管没有连接到位时，传感器输出高电平。

折角塞门传感器采用霍尔传感器，分别安装在折角塞门开位、关位两个位置：当折角塞门在开位时，折角塞门开位传感器输出高电平信号，关位传感器输出低电平信号；当折角塞门在关位时，折角塞门在关位传感器输出高电平信号，开位传感器输出低电平信号。

摘接风管人员动作位置传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，分别安装在左右两侧轨道距轨道中心两侧15cm、距离轨面40cm的位置，分别安装在每根轨道的内侧和外侧，当人员脚或腿部不在轨道两侧并且探身深度达不到规定要求时，作业侧某一个传感器输出高电平信号，当人员腿部在轨道两侧并且探身深度达到规定要求时，作业侧2个传感器同时输出低电平信号判断有效。

车梯传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，分别安装在车梯一、二、三层脚踏板两侧，用于检测连接员脚所在的踏板位置：连接员脚不在梯层上，传感器输出高电平信号；连接员脚所在梯层上，传感器输出低电平信号。

扳道器位置传感器采用霍尔传感器，分别安装在扳道器正位和反位两个位置：当扳道器在正位时，正位传感器输出高电平信号，反位传感器输出低电平信号；当扳道器在反位时，反位传感器输出高电平信号，正位传感器输出低电平信号。

探身限界检测传感器采用红外光电对射NPN型传感器，安装在距车体外侧80cm的位置，检测高度在1.5米-2.5米的位置：当连接员探身距离超出限界时，传感器输出低电平信号。

手制动机传感器采用拉力传感器，安装在手制动机链条与制动机手轮中间，当手轮拉紧制动时，拉力传感器输出0-10V电压信号作为判断依据，输出电压随拉力上升而上升。

闸台传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，安装在手制动机闸台两侧：用于检测连接员是否在闸台踏板上，当连接员脚不在闸台上，传感器输出高电平信号；当连接员脚在闸台上，传感器输出低电平信号。

紧固器传感器采用拉力传感器，安装在手制动机链条与制动器中间：当通过紧固器拉紧制动器时，拉力传感器输出0-10V电压信号作为判断依据，输出电压随拉力上升而上升。

在铁鞋上安装红外光电漫反射传感器，当铁鞋布防到位时，光电传感器输出高电平；布防不到位时光电传感器输出低电平。

排风拉杆传感器采用霍尔传感器，安装在排风拉杆支架上检测排风拉杆进出位置，当排风拉杆拉出排风时，传感器输出高电平。

数据采集处理工控机通过串口通讯RS485 Modbus RTU 发送控制指令，通过变频器控制电机带动减速机正反转运行，控制车辆前进后退，修改变频器运行频率控制变频器运行速度，通过读取运行速度参数、速度编码器计数反馈判断车辆运行速度，根据反馈做相应速度调整。

图形工作站用于驱动显示三维仿真实景；根据作业现场的实际站场图纸、卫星图片、现场环境照片等制作出与现场一样的仿真视景，并能够通过软件进行驱动和控制。

三维仿真实景驱动输出指令在传感器上采集判断，传感器输出对应的信号给三维仿真实景驱动，三维仿真实景在每一钩计划正文与传感器上同时输出，由实际演练记录表做记录，记录内容与钩计划判定后通过标准动作进行评分，统一对比后做出演练结果评价。

后台控制计算机用于演练过程控制、数据记录、业务逻辑判断、自动评判打分。

后台计算机***是按照《铁路调车作业国家标准》（GB/7178-2006）要求，按照车站调度员下达的调车计划（钩计划）进行仿真演练，***由标准演练内容、演练过程信息记录、传感器采集判断、三维实景驱动、演练结果评价组成：

标准演练内容包括：

调车计划（钩计划）设置：钩计划由钩计划目录和钩计划正文组成，钩计划目录记录了一次演练计划的单号、作业方式、调车机号、编制人、演练目标等信息；钩计划正文记录了一个钩计划下具体执行的多项作业内容，包括作业顺序、股道、作业方法、辆数、记事栏、注意事项等。

钩计划进路设置：设置每一钩作业内容对应的进路上道岔、信号机等设备的开通状态，这是行车的基本条件。

钩计划标准动作设置：设置每一钩作业内容对应的标准业务流程和动作，如灯显的操作、扒乘、一度停车、大门检查、平交道口检查、挂车、摘车等。

钩计划标准评分设置：设置每个标准动作的分值，用于自动评分。

车辆库初始化设置：将站场内各股道的车数、车种、载重、货物品名、停留车位置、调车机位置等进行设置。

站场表示初始化设置：将站场内各类道岔、信号机、道轨等设备设置初始化信息。

演练过程信息记录包括：

开始演练信息记录：根据前台计算机（触摸屏）选择演练的钩计划，自动自动将要演练的钩计划目录、钩计划正文、钩计划动作复制到演练钩计划目录、演练钩计划正文、演练钩计划动作中，并添加相应的字段，如：演练人员信息、开始时间等。

演练过程的信息记录：根据演练的进程，记录每一钩的开始时间、结束时间、调动车辆情况、站场信号情况、演练的各类指令信息；

根据演练的进程，后台计算机要实时变更现在车车辆库信息和站场状态表示库信息；传感器采集判断计算机实时采集传感器信息，判断演练的动作、顺序，输出结果信息给后台计算机进行记录和输出显示。

根据演练的进程，后台计算机驱动三维实景显示，也将传感器判断给出的提示信息和报警信息输出显示；后台计算机同时接收三维实景反馈的位置信息，判断经过的路径和站场设备，根据业务改写数据并判断每一钩的结束和下一钩的开始。后台计算机也可随时改变站场表示状态，实现在演练过程中对非正常情况和应急情况下的演练。

当演练结束后，演练记录表中的数据与标准动作表中的数据进行比对，根据评分表的规定，给出演练的具体评价内容和评分结果。

所有的演练记录可放入各个表对应的历史表中进行存储，并通过软件进行数据分析，找出普遍性和针对个人的弱项，做出有针对性的演练计划，进一步提高其技能。

本发明具有的优点和效果如下：

本发明以视频、文字、影音等多媒体教学方式进行理论学习，采用实景、实物与虚拟相结合的计算机仿真技术、传感器自动采集判断技术进行实作技能演练，理论培训和实作演练的“一招一式”均与现场作业相一致，使得培训演练和实际作业不再脱节；当学员通过不断重复演练，熟练掌握了调车作业内容后，可以在***中进行自主考试，检验学习的成果；所有培训演练数据都通过后台的“学、练、考、评”的综合管理***进行分析和评估，做到“一人一案”，进行有针对性的培训和演练，从而实现快速提升调车作业标准化作业能力和岗位技能，提高调车的效率，减少安全风险。

本发明实现了以下功能：

1.能够实现模拟平面牵出线作业、取送车作业、列车摘挂作业、停留车作业等调车作业的全过程，符合《铁路调车作业国家标准》和各铁路局集团公司对调车作业的要求。

2.能真实地模拟出试验、联控、要还道、确认、牵出、连挂、推进、一度停车、十五三车确认、对位等一次调车作业内容，与真实作业情况一致。

3.采用实物与虚拟相结合的演练方式：摘挂作业、防溜作业、扒乘作业、手扳道岔等采用实物，通过传感器与列车运行等视景和音效配合，具有和现场作业一样的真实感。

4.模拟运动车辆能配合前方视景真实地再现出调车中各种车辆的运动。

5.能根据场景、线路、车辆、环境、风险等因素进行调车难度的选择设置，组合生成调车计划，在此情况下进行调车作业演练。

6.具有演练模式和考试模式：演练模式能进行信号提示、作业项点提示、安全风险提示、作业错误提示、严重后果演示等功能；考试模式能记录调车作业的全过程，并进行评价打分；

7.能实现调车长和连接员的同时联合演练；预留和信号员、值班员、调车司机联合演练的功能。

8.能与接发列车演练***或微机联锁***进行数据交换。

9.预留各种调车设备的数据接口，能方便地接入各种调车设备，进行与真实情况一样的情景演练；

图1为本发明的整体布局图；

图2 模拟运动车体示意图；

图3模拟固定车辆图；

图4为本发明的电路***图；

图5为本发明的电气的接线框图；

图6为电气原理板卡接线图一；

图7为电气原理板卡接线图二；

图8为电气原理传感器接线图一；

图9为电气原理传感器接线图二；

图10为电气原理传感器接线图三；

图11为电气原理传感器接线图四；

图12为电气原理传感器接线图五；

图13为电气原理传感器接线图六；

图14为电气原理传感器接线图七；

图15为传感器布置主视图；

图16为传感器布置左视图；

图17为程序流程图；

1、显示大屏；2、模拟停留车辆；3、模拟运动车辆；4、触摸屏；5、计算机***6、控制设备；7、制动风管；8、手制动机；9、闸台；10、折角塞门；11、车梯；12、车钩；13、钩提杆；14、减速机；15、驱动轮；16、排风拉杆；17、车轮转向架；18、端梁；

101、102探身限界检测传感器；103～107车钩传感器；108～115折角塞门传感器；116～123手扳道岔位置传感器；124～131摘接风管人员动作位置传感器；132～137车梯传感器；138～145行走器传感器；146、147制动风管传感器； 148排风拉杆传感器；149闸台传感器；150手制动机传感器、紧固器传感器；151大屏；152固定模拟车辆；153移动模拟车辆；154调车机；155控制柜；156弹簧道岔；157立式道岔；158行走器；159计算机设备柜。

五、具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

1、铁路调车作业实景仿真演练***设备整体布局设计

调车作业实景仿真演练设备由模拟运动车辆、模拟停留车辆2、车辆配件、铁轨、显示大屏1、触摸屏4、扳道器、铁鞋箱、机柜、模拟调车专用灯显设备等组成。

以上设备布置在一个教室内，教室的尺寸为：15.0*8.0*4.5（长*宽*高），为合理安排各演练设备，采用如图1的布局方式：

在教室的一端墙面正中挂拼接显示大屏1，模拟运动车辆3居中摆放，车辆可沿铁轨前后运动2米，模拟停留车辆放置在大屏的下方；触摸屏、扳道器在车体的一侧；铁鞋箱、机柜放置在车体的另一侧。

2、调车作业实景仿真演练设备的接线***

调车作业实景仿真演练设备有计算机、大屏、模拟车辆等各种设备，其电气的接线***图如图4。

图形工作站通过高清线工输出至拼接大屏显示三维实景画面

模拟车辆上安装的探身限界、折角塞门、制动风管、摘接风管人员位置、车钩状态、道岔位置、手制动机8、闸台9位置、排风拉杆16位置、车梯传感器全部为红外光电或霍尔传感器，通过数据信号线送入数据采集工作站做数据判断；数据采集工作站送出控制信号控制驱动电机启停和调速。

触摸屏、图形工作站、数据采集工作站及后台工作站，通过交换机进行数据交换处理。

3、 模拟运动车辆3设计示意图

模拟运动车辆3是演练***中重要的设备，采用自研设计制造。

车体总体结构布局方式如图2所示：车体尺寸(长*宽*高)3800mm*3242mm*2500mm，整车重量800Kg（含车厢板、驱动部分等）,往复移动距离为2m,运行速度可调，为0-5km/h.

车厢结构为50mm的角钢焊接而成，角钢厚度3mm。

车体驱动方式为电动车后桥结构+电机+变频器+减速器，轮对儿自主导向。

1.5KW电机可以以0-5km/h速度带动车体平稳可靠的作往复运动，车轮单轮可承重250kg以上。

车钩与车体连接方式是钩体尾部***车体内侧，用角钢焊接固定，车钩中心距轨面880mm,车钩中心距车体最远端为1450mm。以上尺寸均与实际车***置保持一致。

4、模拟停留车辆设计

模拟停留车辆如图3所示，采用平车车辆端梁加车钩组成，模拟停留的平车车辆的前端，能进行调车作业中取送车作业和施撤停留车辆防溜器具的演练。由于此设备上部为大屏，故制作成与平板车高度一致的模拟车辆前端，不妨碍大屏的显示。

由于模拟停留车辆具有车钩，同时处于重心靠前的偏心状态。在模拟车辆摘挂作业时，由于车辆连接的作用力大，需要在车钩后部加装缓冲装置，起缓冲作用。

5其他主要设备

1）视景显示大屏：

采用16块55寸拼接屏，组成2*8的矩阵显示屏，其尺寸是5473*2428mm，采用竖屏壁装方式。视景显示大屏以连接员视角显示调车作业中实景仿真的作业场景、线路、车辆、各种设备、提示字幕等。

2）模拟调车专用灯显设备：

数字无线调车灯显设备是铁路调车作业重要的设备，选用符合铁总《数字无线调车灯显设备技术审查意见》的现场使用设备，采用自研模拟的ZTD-D型调车专用灯显设备。

3）立式触摸屏：

采用19寸立式电容式触摸屏，定制加装指纹仪和打印机。 用于演练人员登录、调车计划单打印、演练模式选择、理论教学片播放。

4）平面运动走行设备

采用自研制造行走设备ND-JT01，用来采集连接员行走的速度和方向，检测连接员检查车辆行走和确认摘挂车辆的位置，演练连接员检查车辆和确认摘挂车辆的作业内容。

5）计算机设备

包括视景图形工作站、传感器数据采集处理工控机、后台控制计算机以及交换机等设备，是整个演练设备的核心控制单元。

图形工作站用于驱动显示三维仿真实景；工控机用于采集处理演练过程中各项业务指标和动作指标；后台控制计算机用于演练过程控制、数据记录、业务逻辑判断、自动评判打分。以上计算机都通过交换机进行实时通讯和数据交换。

6）视频监控设备

视频监控设备是从各个角度用来监控演练设备和演练人员的演练过程，供演练后回放演练过程、分析演练动作，作为培训资料进行留存。

实施例：

、本发明***介绍

本***是计算机仿真技术与铁路调车作业业务相结合，进行仿真训练的典型应用。本***使用的计算机仿真技术是集成机械、电气、计算机、网络、工业传感器采集处理、多媒体、3D图形处理、软件控制于一体的综合复杂技术，具体体现在：

1）模拟车辆设计：在模拟车辆上与调车作业相关的部位都采用真实的几何尺寸和真实的车辆配件，能控制车辆的运行。

2）传感器采集：将调车作业使用的各项设备通过接口和加装传感器的方式，采集设备的状态信息；通过各种传感器采集演练过程中各项作业的完成内容、顺序、各项动作的顺序以及是否到位，***会根据演练的过程是否有漏项、错序、错误动作、不标准动作、严重错误等内容自动进行判断、记录和打分，从而对整个演练进行评价。

3）视景仿真与控制：根据作业现场的实际站场图纸、卫星图片、现场环境照片等制作出与现场一样的仿真视景，并能够通过软件进行驱动和控制。

4）软件***：软件***将“学、练、考、评”四个环节有机的进行统一：在学习环节，***将调车作业的各项作业内容和动作标准通过多媒体的形式进行展现，也将一些实际作业中好的经验总结后进行教学。***的演练模式能真实再现出学习的内容，按照学习的标准内容进行演练，一旦出现偏差，***会自动进行提示和提醒。考试模式不再具有提示和提醒功能，***会根据调车作业的每一步进行评判打分，输出本次考试的详细记录。

分析评价功能能够根据每个演练人员学习、演练、考试的数据，定制出针对每个演练人员的培训演练计划建议，实现因人施教。

调车作业实景仿真演练***能与接发列车演练***、司机模拟驾驶***等进行互联互通，形成值班员、信号员、调车长、连接员、调车司机等多工种的联合协调演练，解决多工种接合部的问题；这些***也可作为调车人员培训演练、定职考试和职业技能鉴定的基础设备。

、本发明的***组成

本***由模拟车辆（分为模拟运动车辆和模拟停留车辆）、显示大屏、轨道、调车设备、控制设备6、计算机***5等组成，能在一个室内的空间，仿真模拟与现场实际一样的调车作业全过程。

其***组成如图1：

在教室的一侧墙正中挂显示大屏，模拟车辆也居中摆放，车辆可沿铁轨前后运动2米，固定车钩的模拟停留车辆放置在大屏的下方；触摸屏、手扳道岔在车体的左侧；铁鞋箱、机柜放置在车体的右侧。

调车作业实景仿真演练设备由模拟运动车辆、模拟停留车辆、车辆配件、铁轨、显示大屏、触摸屏、扳道器、铁鞋箱、机柜、模拟调车专用灯显设备等组成。

以上设备布置在一个教室内，教室的尺寸为：15.0*8.0*4.5（长*宽*高），为合理安排各演练设备，采用如图1的布局方式：

在教室的一端墙面正中挂拼接显示大屏，模拟运动车辆居中摆放，车辆可沿铁轨前后运动2米，模拟停留车辆放置在大屏的下方；触摸屏在车体的一侧，扳道器在车体的两侧；铁鞋箱、机柜放置在车体的另一侧。

以下对本发明做更进一步的详细说明：

1、调车作业实景仿真演练***模拟铁路车辆

a.模拟运动车辆

模拟运动车辆，以典型的C64型车辆为代表，运动车辆上安装真实车辆配件，有车钩12、钩提杆13、制动风管7、折角塞门10、手制动机8等各种配件，有一套完整的模拟转向架配套模拟车轮。车辆前后往复运动的距离为2m， 0-5km/h运行速度可调，演练调车作业的牵出、推进等运动过程和扒乘作业过程。实体的车辆配件能够演练与现场作业一致的扒乘作业、车辆摘挂作业、防溜施撤作业过程。

模拟车辆上与调车作业相关的部位都采用真实的几何尺寸和真实的车辆配件，能控制车辆的运行。运动车辆包含车钩12、钩提杆13、车梯11、折角塞门、制动风管、手制动机、闸台9、驱动轮15、变频器。见图2。

运动车辆使用钢结构制作车体骨架，钣金制作车体车厢，使用变频器控制电机带动减速机14驱动车轮。车钩中心距轨道平面的距离为880mm，车轮转向架17与真实转向架尺寸相一致，距端梁按实际尺寸设计制作，车厢宽度、高度按实际尺寸设计，长度按转向架中心距到端梁实际尺寸计算，安装一套转向架，转向架至两边端梁尺寸对等。车辆配件采购铁路配件厂实际配件安装。

b.模拟停留车辆设计

模拟停留车辆采用平板车辆端梁加车钩组成，可以作为模拟停留的平板车辆的前端，能进行调车作业中取送车作业和施撤停留车辆防溜器具的演练。由于此设备上部为大屏，故制作成与平板车高度一致的模拟车辆前端，不妨碍大屏的显示。

由于模拟停留车辆具有车钩，同时处于重心靠前的偏心状态。在模拟车辆摘挂作业时，由于车辆连接的作用力大，需要在车钩12后部加装缓冲装置，起缓冲作用。

模拟停留车辆包含车钩12，钩提杆13，折角塞门10、制动风管、端梁18见图3。

d.关键技术

模拟车辆设计：模拟车辆上与调车作业相关的部位都采用真实的几何尺寸和真实的车辆配件，能有效控制车辆的运行。在各操作部位、设备上安装有对应的传感器检测相关人员操作是否按规定标准动作操作。

2、调车作业实景仿真演练***数据采集子***

1）数据采集子***

数据采集子***会通过各种传感器采集演练过程中各项作业的完成内容、顺序以及是否标准，***会根据是否有漏项、错序、不标准动作、错误动作、严重错误等内容自动进行判断、记录和打分，从而对整个演练进行评价。***的“演练模式”能真实再现出学习的内容，按照学习的标准内容进行演练，一旦出现偏差，会自动进行提示提醒；当出现重大失误时，***还会展现出严重的事故后果进行印象深刻的反思教育。在“考试模式”中不再具有提示和提醒功能，***会根据调车作业的每一步进行评判打分，输出本次考试的详细记录。

（1）视景显示大屏：

采用16块55寸拼接屏，组成2*8的矩阵显示屏，采用竖屏壁装方式。视景显示大屏以连接员视角显示调车作业中实景仿真的作业场景、线路、车辆、各种设备、提示字幕等。

（2）模拟调车专用灯显设备：

数字无线调车灯显设备是铁路调车作业重要的设备，选用符合铁总《数字无线调车灯显设备技术审查意见》的现场使用设备，采用自研模拟的ZTD-D型调车专用灯显设备。

（3）传感器及采集控制器

在模拟运动车辆和停留车辆的车钩12、钩提杆13、风管、折角塞门10、手制动机等各种配件安装传感器；在模拟运动车辆的车梯、停留车辆的端梁等位置安装位置传感器；在通过这些传感器和采集控制器采集在演练过程中调车作业动作的标准程度、作业内容的先后顺序，传送给计算机进行判断见电气接线图4-图14。

传感器采集：将调车作业使用的各项设备通过接口和加装传感器的方式，采集设备的状态信息；通过各种传感器采集演练过程中各项作业的完成内容、顺序、各项动作的顺序以及是否到位，***会根据演练的过程是否有漏项、错序、错动作、不标准动作、严重错误等内容自动进行判断、记录和打分，从而对整个演练进行评价。

参见图15，探身限界检测传感器101～102分别安装在固定模拟车辆的两侧；车钩传感器103～107分别安装在移动模拟车辆的车钩和固定模拟车辆的车钩上；折角塞门传感器108～115分别安装在调车机的折角塞门、移动模拟车辆的折角塞门和固定模拟车辆的折角塞门上；手扳道岔位置传感器116～123分别安装在左右侧手扳道岔上；摘接风管人员动作位置传感器124～131分别安装在模拟车辆两端；还包括行走器传感器138～145；制动风管传感器146～147安装在风管接头处； 闸台传感器149安装在移动模拟车辆的闸台上；手制动机传感器150、紧固器传感器安装在移动模拟车辆的制动链条上；还包括大屏151；固定模拟车辆152；移动模拟车辆153；调车机154；触摸屏；弹簧道岔156；立式道岔157；行走器158；计算机设备柜159；控制柜155。

参见图16，车梯传感器132～137分别安装在模拟车辆的两侧车梯上；排风拉杆传感器148安装在排风拉杆支架上。

车钩传感器采用红外光电漫反射NPN型传感器，安装在车钩下部检测钩锁铁相对位置，当车钩打开时钩锁铁向上传感器输出高电平信号，当车钩闭合钩锁铁落下传感器输出低电平信号。车钩传感器分别安装在移动模拟车辆的车钩和固定模拟车辆的车钩上（如图15中车钩传感器103～107所示）。

制动风管传感器采用红外光电漫反射NPN型传感器，安装在制动风管接头处（如图15中制动风管传感器146～147所示），当风管连接到位，传感器输出低电平，风管没有连接到位时，传感器输出高电平。

折角塞门传感器采用霍尔传感器，分别在折角塞门开位、关位两个位置各安装1套（如图15中折角塞门传感器108～115所示），当折角塞门在开位时，折角塞门开位传感器输出高电平信号，关位传感器输出低电平信号，当折角塞门在关位时，折角塞门在关位传感器输出高电平信号，开位传感器输出低电平信号。

以上传感器用于调车作业中“车辆摘挂作业”的演练，根据“一关前、二关后、三摘风管、四提钩”的工作流程和动作顺序，自动判断连接员的“车辆摘挂作业”演练是否按工作流程和动作顺序进行。

评判标准：一、二错序和漏项扣分，其他项错序为严重错误，按失格处理。

摘接风管人员动作位置传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，分别安装在左右两侧轨道距轨道中心两侧15cm、距离轨面40cm的位置，每根轨道在内侧、外侧各安装1套，两根轨道全部安装4套（如图15中摘接风管人员动作位置传感器124～131所示），当人员脚或腿部不在轨道两侧并且探身深度达不到规定要求时，作业侧某一个传感器输出高电平信号，当人员腿部在轨道两侧并且探身深度达到规定要求时，作业侧2个传感器同时输出低电平信号判断有效。

以上传感器用于检测连接员摘挂车辆动作是否标准，根据调车作业标准，连接员在进行车辆摘挂作业时，必须两脚分别在轨道两侧并探身到位进行风管的摘挂作业。

评判标准：两脚在轨道单侧且探身不到位为违章作业，按失格处理。

车梯传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，分别安装在车梯一、二、三层脚踏板两侧（如图16中车梯传感器132～137所示），用于检测连接员脚所在的踏板位置，连接员脚不在梯层上传感器输出高电平信号，连接员脚所在梯层上传感器输出低电平信号。

根据调车作业标准，连接员在进行车辆扒乘作业时，站位在一层车梯；当遇到高站台时，连接员必须向上攀爬至超过高站台高度（货运站台1.1米、客运站台1.25米）以上的梯层（二层或三层车梯）；部分铁路局要求高站台前一度停车，连接员徒步领车通过高站台。

评判标准：连接员在高站台前未在二层或三层车梯处，或没有一度停车采用徒步领车为严重违章，按失格处理。

手扳道岔位置传感器采用霍尔传感器，分别在道岔正位、反位两个位置各安装1套（如图15中手扳道岔位置传感器116～123所示），当道岔在正位时，正位传感器输出高电平信号，反位传感器输出低电平信号；道岔在反位时，反位传感器输出高电平信号，正位传感器输出低电平信号。

根据调车作业标准，车辆在进入非连锁区域前需要检查道岔开通位置是否正确、岔尖是否密贴、道岔连接杆销是否良好，必要时扳动道岔改变行车进路。

评判标准：按调车计划扳动道岔到相应位置，检查岔尖密贴状态，道岔开通位置不对、未检查出岔尖不密贴为严重错误，按失格处理。

探身限界检测传感器采用红外光电对射NPN型传感器，安装距车体外侧80cm的位置，检测高度在1.5米-2.5米的位置（如图15中探身限界检测传感器101～102所示），当连接员探身距离超出限界时，传感器输出低电平信号。

根据调车作业标准，连接员在进行车辆扒乘作业时，严禁探身超过80CM限界，以保证人身安全。

评判标准：探身过远超过限界为严重违章，按失格处理。

手制动机传感器采用拉力传感器，安装在手制动机链条与制动器中间（如图15中手制动机传感器150所示），当手制动机或紧固器拉紧制动器时，拉力传感器输出0-10V电压信号作为判断依据，输出电压随拉力上升而上升。

闸台传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，安装在手制动机闸台两侧（如图15中149所示），用于检测连接员是否在闸台踏板上，当连接员脚不在闸台上传感器输出高电平信号，当连接员脚在闸台上传感器输出低电平信号。

根据调车作业标准，车辆制动作业时，连接员站在闸台上，搬动手制动机进行制动操作，根据拉力传感器输出的值模拟车辆制动。

评判标准：没有站在闸台上操作手制动机为严重违章，按失格处理。

没有达到规定制动力范围为作业不达标，按扣分处理。

紧固器传感器采用拉力传感器，安装在手制动机链条与制动器中间（如图15中紧固器传感器150所示），当紧固器拉紧制动器时，拉力传感器输出0-10V电压信号作为判断依据，输出电压随拉力上升而上升。

在铁鞋上安装红外光电漫反射传感器，当铁鞋布防到位时，光电传感器输出高电平，布防不到位时光电传感器输出低电平。

根据调车作业标准，铁鞋、紧固器是调车防溜作业的必要设备。

评判标准：当铁鞋、紧固器未按规定进行防溜作业时为严重违章，按扣分处理；紧固器没有达到规定制动力范围为违章，按扣分处理。

排风拉杆传感器采用霍尔传感器，安装在排风拉杆支架上检测排风拉杆16进出位置（如图16中148所示），当排风拉杆拉出排风时，传感器输出高电平。

根据调车作业标准，排风作业是驼峰溜放作业前的重要作业内容，制动员要拉出车辆的排风拉杆16，排完车辆风缸内的气体，使车辆处于缓解状态。

评判标准：溜放作业前未拉出排风拉杆16为严重错误，按失格处理。

（4）计算机设备

包括视景图形工作站、传感器数据采集处理工控机、后台控制计算机以及交换机等设备，是整个演练设备的核心控制单元。

图形工作站用于驱动显示三维仿真实景；工控机用于采集处理演练过程中各项业务指标和动作指标；后台控制计算机用于演练过程控制、数据记录、业务逻辑判断、自动评判打分。以上计算机都通过交换机进行实时通讯和数据交换。

三维仿真实景驱动输出指令在传感器上采集判断，传感器输出对应的信号给三维仿真实景驱动，三维仿真实景在每一钩计划正文与传感器上同时输出，由实际演练记录表做记录，记录内容与钩计划判定后通过标准动作进行评分，统一对比后做出演练结果评价。

数据采集计算机通过串口通讯RS485 Modbus RTU 发送控制指令，通过变频器控制电机带动减速机正反转运行，控制车辆前进后退，修改变频器运行频率控制变频器运行速度，通过读取运行速度参数、速度编码器计数反馈判断车辆运行速度，根据反馈做相应速度调整。

后台控制计算机***是按照《铁路调车作业国家标准》（GB/7178-2006）要求，按照车站调度员下达的调车计划（钩计划）进行仿真演练，***由标准演练内容、演练过程信息记录、传感器采集判断、三维实景驱动、演练结果评价组成：

标准演练内容包括：

调车计划（钩计划）设置：钩计划由钩计划目录和钩计划正文组成，钩计划目录记录了一次演练计划的单号、作业方式、调车机号、编制人、演练目标等信息；钩计划正文记录了一个钩计划下具体执行的多项作业内容，包括作业顺序、股道、作业方法、辆数、记事栏、注意事项等。

钩计划进路设置：设置每一钩作业内容对应的进路上道岔、信号机等设备的开通状态，这是行车的基本条件。

钩计划标准动作设置：设置每一钩作业内容对应的标准业务流程和动作，如灯显的操作、扒乘、一度停车、大门检查、平交道口检查、挂车、摘车等。

钩计划标准评分设置：设置每个标准动作的分值，用于自动评分。

车辆库初始化设置：将站场内各股道的车数、车种、载重、货物品名、停留车位置、调车机位置等进行设置。

站场表示初始化设置：将站场内各类道岔、信号机、道轨等设备设置初始化信息。

演练过程信息记录包括：

开始演练信息记录：根据前台计算机（触摸屏）选择演练的钩计划，自动自动将要演练的钩计划目录、钩计划正文、钩计划动作复制到演练钩计划目录、演练钩计划正文、演练钩计划动作中，并添加相应的字段，如：演练人员信息、开始时间等。

演练过程的信息记录：根据演练的进程，记录每一钩的开始时间、结束时间、调动车辆情况、站场信号情况、演练的各类指令信息；

根据演练的进程，后台计算机要实时变更现在车车辆库信息和站场状态表示库信息；传感器采集判断计算机实时采集传感器信息，判断演练的动作、顺序，输出结果信息给后台计算机进行记录和输出显示。

根据演练的进程，后台计算机驱动三维实景显示，也将传感器判断给出的提示信息和报警信息输出显示；后台计算机同时接收三维实景反馈的位置信息，判断经过的路径和站场设备，根据业务改写数据并判断每一钩的结束和下一钩的开始。后台计算机也可随时改变站场表示状态，实现在演练过程中对非正常情况和应急情况下的演练。

当演练结束后，演练记录表中的数据与标准动作表中的数据进行比对，根据评分表的规定，给出演练的具体评价内容和评分结果。

所有的演练记录可放入各个表对应的历史表中进行存储，并通过软件进行数据分析，找出普遍性和针对个人的弱项，做出有针对性的演练计划，进一步提高其技能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明的说明书及附图内容所做的等同结构变化，均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：包括调车作业实景仿真演练设备、视景图形工作站、传感器及传感器数据采集处理工控机、后台控制计算机以及交换机；调车作业实景仿真演练设备包括模拟运动车辆、模拟停留车辆、车辆配件、铁轨、显示大屏、触摸屏、扳道器、铁鞋、铁鞋箱、机柜、模拟调车专用灯显设备；图形工作站用于驱动显示三维仿真实景；工控机用于采集处理演练过程中各项业务指标和动作指标；后台控制计算机用于演练过程控制、数据记录、业务逻辑判断、自动评判打分；所述计算机均通过交换机进行实时通讯和数据交换。

2.根据权利要求1所述的铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：模拟运动车辆、模拟停留车辆上与调车作业相关的部位均采用真实的几何尺寸和真实的车辆配件，能有效控制车辆的运行；在各操作部位、设备上安装有对应的传感器检测相关人员操作是否按规定标准动作操作；

模拟运动车辆使用钢结构制作车体骨架，钣金制作车体车厢，使用变频器控制电机带动减速机驱动车轮；模拟运动车辆上安装真实车辆配件，包括车钩、钩提杆、制动风管、折角塞门、手制动机、一套完整的模拟转向架配套模拟车轮；车辆前后往复运动的距离为2m，0-5km/h运行速度可调，演练调车作业的牵出、连接运动过程和扒乘作业过程；实体的车辆配件能够演练与现场作业一致的灯显操作控制、扒乘作业、车辆摘挂作业、防溜施撤作业过程；

模拟停留车辆采用平车车辆端梁加车钩组成，能进行调车作业中取送车作业和施撤停留车辆防溜器具的演练。

3.根据权利要求1或2所述的铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：

传感器采集设备的状态信息，通过传感器采集演练过程中各项作业的完成内容、顺序、各项动作的顺序以及是否到位，***会根据演练的过程是否有漏项、错序、错动作、不标准动作、严重错误内容自动进行判断、记录和打分，对整个演练进行评价；

车钩传感器采用红外光电漫反射NPN型传感器，安装在车钩下部检测钩锁铁相对位置，当车钩打开时钩锁铁向上，传感器输出高电平信号；当车钩闭合时钩锁铁落下，传感器输出低电平信号；

车钩传感器分别安装在移动模拟车辆的车钩和固定模拟车辆的车钩上；

制动风管传感器采用红外光电漫反射NPN型传感器，安装在制动风管接头处，当风管连接到位，传感器输出低电平；风管没有连接到位时，传感器输出高电平；

折角塞门传感器采用霍尔传感器，分别安装在折角塞门开位、关位两个位置：当折角塞门在开位时，折角塞门开位传感器输出高电平信号，关位传感器输出低电平信号；当折角塞门在关位时，折角塞门在关位传感器输出高电平信号，开位传感器输出低电平信号；

摘接风管人员动作位置传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，分别安装在左右两侧轨道距轨道中心两侧15cm、距离轨面40cm的位置，分别安装在每根轨道的内侧和外侧，当人员脚或腿部不在轨道两侧并且探身深度达不到规定要求时，作业侧某一个传感器输出高电平信号，当人员腿部在轨道两侧并且探身深度达到规定要求时，作业侧2个传感器同时输出低电平信号判断有效；

车梯传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，分别安装在车梯一、二、三层脚踏板两侧，用于检测连接员脚所在的踏板位置：连接员脚不在梯层上，传感器输出高电平信号；连接员脚所在梯层上，传感器输出低电平信号；

扳道器位置传感器采用霍尔传感器，分别安装在扳道器正位和反位两个位置：当扳道器在正位时，正位传感器输出高电平信号，反位传感器输出低电平信号；当扳道器在反位时，反位传感器输出高电平信号，正位传感器输出低电平信号；

探身限界检测传感器采用红外光电对射NPN型传感器，安装在距车体外侧80cm的位置，检测高度在1.5米-2.5米的位置：当连接员探身距离超出限界时，传感器输出低电平信号；

手制动机传感器采用拉力传感器，安装在手制动机链条与制动机手轮中间，当手轮拉紧制动时，拉力传感器输出0-10V电压信号作为判断依据，输出电压随拉力上升而上升；

闸台传感器采用红外光电镜面反射NPN型传感器，安装在手制动机闸台两侧：用于检测连接员是否在闸台踏板上，当连接员脚不在闸台上，传感器输出高电平信号；当连接员脚在闸台上，传感器输出低电平信号；

紧固器传感器采用拉力传感器，安装在手制动机链条与制动器中间：当通过紧固器拉紧制动器时，拉力传感器输出0-10V电压信号作为判断依据，输出电压随拉力上升而上升；

在铁鞋上安装红外光电漫反射传感器，当铁鞋布防到位时，光电传感器输出高电平；布防不到位时光电传感器输出低电平；

排风拉杆传感器采用霍尔传感器，安装在排风拉杆支架上检测排风拉杆进出位置，当排风拉杆拉出排风时，传感器输出高电平。

4.根据权利要求3所述的铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：数据采集处理工控机通过串口通讯RS485 Modbus RTU 发送控制指令，通过变频器控制电机带动减速机正反转运行，控制车辆前进后退，修改变频器运行频率控制变频器运行速度，通过读取运行速度参数、速度编码器计数反馈判断车辆运行速度，根据反馈做相应速度调整。

5.根据权利要求4所述的铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：图形工作站用于驱动显示三维仿真实景；根据作业现场的实际站场图纸、卫星图片、现场环境照片等制作出与现场一样的仿真视景，并能够通过软件进行驱动和控制；

根据前台计算机（触摸屏）发出的演练项目请求，后台计算机进行数据准备和业务逻辑控制，根据演练的进程输出指令控制驱动三维仿真实景，同时根据三维仿真实景返回的信息和传感器数据采集处理计算机返回的传感器逻辑判断信息，进一步控制演练的进程或输出报警信息；后台计算机记录的演练的每一个进程和动作，与标准的进程和动作库进行对比，做出演练结果评价。

6.根据权利要求5所述的铁路调车作业实景仿真***，其特征在于：后台控制计算机用于演练过程控制、数据记录、业务逻辑判断、自动评判打分；

后台计算机***是按照《铁路调车作业国家标准》（GB/7178-2006）要求，按照车站调度员下达的调车计划进行仿真演练，***由标准演练内容、演练过程信息记录、传感器采集判断、三维实景驱动、演练结果评价组成：

标准演练内容包括：

调车计划（钩计划）设置：钩计划由钩计划目录和钩计划正文组成，钩计划目录记录了一次演练计划的单号、作业方式、调车机号、编制人、演练目标等信息；钩计划正文记录了一个钩计划下具体执行的多项作业内容，包括作业顺序、股道、作业方法、辆数、记事栏、注意事项等；

钩计划进路设置：设置每一钩作业内容对应的进路上道岔、信号机等设备的开通状态，这是行车的基本条件；

钩计划标准动作设置：设置每一钩作业内容对应的标准业务流程和动作，如灯显的操作、扒乘、一度停车、大门检查、平交道口检查、挂车、摘车等；

钩计划标准评分设置：设置每个标准动作的分值，用于自动评分；

车辆库初始化设置：将站场内各股道的车数、车种、载重、货物品名、停留车位置、调车机位置等进行设置；

站场表示初始化设置：将站场内各类道岔、信号机、道轨等设备设置初始化信息；

演练过程信息记录包括：

开始演练信息记录：根据前台计算机选择演练的钩计划，自动自动将要演练的钩计划目录、钩计划正文、钩计划动作复制到演练钩计划目录、演练钩计划正文、演练钩计划动作中，并添加相应的字段，如演练人员信息、开始时间等；

演练过程的信息记录：根据演练的进程，记录每一钩的开始时间、结束时间、调动车辆情况、站场信号情况、演练的各类指令信息；

根据演练的进程，后台计算机要实时变更现在车车辆库信息和站场状态表示库信息；传感器采集判断计算机实时采集传感器信息，判断演练的动作、顺序，输出结果信息给后台计算机进行记录和输出显示；

根据演练的进程，后台计算机驱动三维实景显示，也将传感器判断给出的提示信息和报警信息输出显示；后台计算机同时接收三维实景反馈的位置信息，判断经过的路径和站场设备，根据业务改写数据并判断每一钩的结束和下一钩的开始；

后台计算机也可随时改变站场表示状态，实现在演练过程中对非正常情况和应急情况下的演练；

当演练结束后，演练记录表中的数据与标准动作表中的数据进行比对，根据评分表的规定，给出演练的具体评价内容和评分结果；

所有的演练记录可放入各个表对应的历史表中进行存储，并通过软件进行数据分析，找出普遍性和针对个人的弱项，做出有针对性的演练计划，进一步提高其技能。