摘要：从对轨道交通的操作培训需求出发，本着技能培训与异常状态的处理相结合的思想，对轨道交通仿真培训系统进行深入的研究，分析该仿真培训系统的总体设计，详细讨论了它的系统功能，通过仿真培训实现提高技术人员的操作能力和使维护人员通过故障现象查找并排除故障目的。
关键词：仿真系统；轨道交通；培训；教学；功能设计
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.396 9/j.issn.1003-6970.2012.01.037
引言
近年来，随着我国国民经济的持续快速发展，城市化进程的不断加快，轨道交通因其无污染、低噪音、高速度等等优点，被越来越多的城市采用，已经成为现代化城市建设的标志之一。城市轨道交通是指利用轨道作为车辆导向的运输方式。并以客运为主，以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称，一般包括有轨电车、地铁，轻轨交通、单轨交通和市郊铁路5种子系统。然而由于轨道交通行业的特殊性，操作人员既不能在运行着的系统或设备上进行实际操作试验，也不允许人为地设置学员观察处理，这就使得操作员难以在变电站的正常操作及事故处理中得到炼。传统采用的方法是通过书本讲授，在图纸或模拟板上练习操作和进行习，以培养运行人员的操作技能以及处理事故的能力，虽都起了一定的作缺乏真实感，培训效果不佳，一旦事故来临，因运行人员见得不多，往往乱，不知所措，常常处理不当，造成事故扩大。为了解决上诉传统培训过程中所出现的问题，我们设计了改仿真培训系统，伴随着计算机技术、系统工程与科学的迅速发展，仿真技术已经渗透到各行各业，并发挥着重要作用。因此，仿真培训是一种现代化的、高效率的培训手段，是提高操作工技能的一种有效途径。
采用先进的计算机系统模拟轨道交通的供电系统的运行模式，正常状态下的的倒闸作业以及事故状态下的处理手段，该系统建立的目的是为了培训从事轨道交通的员技术操作技能和在设备维护人员的故障判断能力，通过仿真培训，使工作人员短期内掌握日常正常操作和常见异常状态下的出来操作流程，掌握设备的操作流程和异常设备的处理方法。
1轨道交通仿真系统的硬件结构
仿真培训系统主要包括教师机、学员机、模型服务器三个部分，结构如图1所示。殊需要，教员和学员，不应该是“一对一”的关系，而是应该能同时满足几位甚至几十位学员同时独立地接受仿真培训，故采用“一对多”的方式，教员通过教员机给各个学员下达指令，学员在独立的学员机上完成操作。教员站与学员站通过互联网连接。
仿真培训系统采用了C/S结构，运算服务器是实现各种逻辑运算的核心设备，在系统仿真运行过程中，它将实时实现自动进路办理、进路搜索、进路解锁、列车自动驾驶、自动防护、车流管理等的运算功能。运算服务器采用高性能的工作站或计算机充当，教师机和学员机使用普通PC机。
2轨道交通仿真培训系统的软件结构及功能
本仿真培训系统的软件有应用服务器、教员机和学员机上的软件部分组成，这些软件之间相互协调工作，最终实现仿真培训的目的。客户端与服务器端的数据交互采用OPC通信技术。模型服务器端配置有工艺模拟软件，可动态响应教师机和学员机的操作指令，产生仿真数据。
2.1学员机结构及功能
学员机由多台PC机组成，主要进行轨道交通的理论学习，以及培训技术人员操作技能和故障判断能力，主要包含以下几个功能。
2.1.1显示功能
(1)显示教员站发送过来的各种信息提示
(2)查看图纸功能：在屏幕的右上方设置了查看按钮，方便学员随时查看故障信息以及图纸，使学员能够通过图纸更快捷的找到故障。显示主控系统的示意简图及电力设备机电设备，备报警设备示意图等根据操作处理模块传送来的数据信息在对应工作站界面的示意图上设置不同的颜色或符号更直观地表示状态的变化动态反映出系统的运行情况。
2.1.2报警功能
当教师选择题目并确认出题结束后，学员机弹出所对应故障的报警界面，并将运行人员需对检修人员提供的信息显示给学员，方便学员对故障的判断，学员了解题目后，选择“开始答题”。
2.1.3操作模块
负责响应学员的操作命令，通过对学员的各项操作进行采集后，传给逻辑运算服务器，实现相应的逻辑运算。
2.2教员机结构及功能
2.2.1系统管理功能
教师可以对学员机和教员机的IP地址及输出端口令进行修改，设置教员机和学员机的密码，增加题目或修改已有故障题目，以及教师机可发送信息的编辑工作。
编制多种教案，灵活设置各种事件，选择各种教案进行演示、培训考核和研究。
2.2.2教师出题功能
各种障碍或异常情况的设置，故障设置：可利用鼠标在教练机界面的示意图上选定单个或多个系统部件发生故障或异常通过该模块处理使所选部件的状态信息发生相应变化传送至图形显示模块同时生成故障操作参考即故障的相应处理流程传送至评分模块。
2.2.3显示功能
显示主控系统的示意简图及电力设备机电设备，备报警设备示意图等，根据操作处理模块传送来的数据信息在对应工作站界面的示意图上设置不同的颜色或符号更直观地表示状态的变化动态反映出系统的运行情况。
2.2.4教师演示功能
教师可以选择所要启动的学员机和要演示的题目，确定出题以后，被选中的学员可以通过学员机的屏幕或者是大屏幕投影学习教师在教师机上的整个操作过程。
2.2.5教师机监控功能
当教师出题结束后，教员机自动转到监视界面，可以通过窗口统一监视或单窗口分别监视学员的操作情况，并可以对学员发出警告和其他提示信息，若学员出现严重错误，教师可以直接结束学员答题。
干预学员的操作过程，培训过程中，教员可以方便的设置、修改、插入、保存和删除各种事件、下达调度命令。
3系统特色
3.1学习模式
3.1.1教学模式
教学模式，主要包括轨道交通领域的信号、通信、电力、环境与设备系统、防灾自动报警系统、自动售票、屏蔽门、乘客资讯等系统的自动化技术的讲解，可以通过教员制作课件，通过讲课模式或是实际演示来实现这些轨道交通知识的讲解。还可以通过监控软件，使得一个指导教师能够同时指导多个学生的操作，各个学员可以同时独立通过各自学员台访问教师台，观看教员的实验演示，教员也可以随意切方便的通过监控软件查看学员的仿真实验操作窗口。
3.1.2自学模式
在学员机加上教师教员系统，便于学生把课堂上教员设计的教案重演，达到自我学习目的，且每个学员之间互不干预。
3.2培训模式
培训内容以关联的方式存放，这样使学员在学习某个部分的内容时，可以调用其他部分的内容，例如：在培训轨道交通的供电设备维护界面时，可以通过点击设备名获得该设备的电路图等相关内容，这种关联方式与人脑的思维关联性相似，所以更适合培训的需要。
在该系统的培训中，为了使仿真过程更加趋于现实环境，
我们还设计了两种培训模式：分工培训和协作培训，分工培训，就是学员独自完成教员分配分任务，以下是对协作培训的具体介绍。
协作培训。轨道交通中，许多工作需要多人协同完成，故培养和提高工作人员的协作能力是及其必要的，在该仿真培训系统中，引入轨道交通系统的协作特点，实现协作式培训，提高了仿真系统的真实性。
协作培训包括协作学习和协作操作，协作学习是通过小组或团队的形式组织学习，学员A解决问题时，学员B担任教员，其他学员观测他们解决问题的方法及过程，注意他们解决问题的技巧以及在该过程中的不足。协作操作是模拟现实中值班人员协同完成操作任务的一种演习。图3是以地铁中倒闸为例，实现学员的协作操作。
为实现协作机制，采用OPC技术实现学员间操作信息的传输，使客户端与服务器端通过OPC实现网络间的连接和数据通信，
4结语
综上所述，本文利用了计算机仿真技术，设计了一个轨道仿真培训系统，阐述了仿真培训系统的体系结构、软件结构和主要功能，轨道交通仿真系统为轨道交通的工作人员提供了一套生动的培训教材，强化了操作人员和维护人员对新设备新技术的学习能力，提高了工作人员的技术水平，提高了轨道交通的运行的安全性。通过仿真培训，可以缩短工人的技术培训时间，提高在岗职工技术素质和处理事故的应变能力。
再者，这种方法使培训效果与实际需要相吻合，又避免了对现实作业的干扰，对于一些特殊的领域还有助于节省费用，减少危险。如宇航员、深海潜水员、各种运输工具的驾驶员等，仿真培训正在越来越多的工作中广泛运用。
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