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ZN-IOFB06型 基于VR的轨道交通电务设备检修综合实训系统
一、 系统介绍
本公司已经成功开发了基于轨道交通现场实物设备信号联锁实物教学实训系统，得到了广大用户的一致好评，在此基础之上我们结合不同类型的用户需求，经过合理的设计和缜密的研发推出一套基于先进的三维仿真和三维动画引擎技术的全电子化的铁路电务设备虚拟实景实训教学系统。
1. 整体说明
系统的人机界面满足人体工程学的要求，界面上的信息显示状态发生变化时，中间不应有断续。涉及到与监控或联动相关的界面信息应与被控设备或被联动设备实际状态一致。
系统应具备简洁、直观、方便、明确的人机对话方式，所有终端的人机对话方式应一致。
采用中文界面的图形用户接口方式，具备多级菜单、多级窗口、图形移动和窗口缩放的功能。每页屏幕应按功能划分为：标题区、菜单区、画面区、对话信息显示区。
系统可进行信号专业相关人员的实训，配合真实信号设备，可实现生动的现场教学，使信号专业人员掌握相关原理及作业过程。
2. 系统技术亮点
建模素材来自于新建线路真实现场，3D 模型真实、完整，能够提供优秀的沉浸式体验实训环境；实训案例来自于真实建设单位和运营单位，提供*贴近当今现场专业岗位的实训内容；
以教师机为控制中枢，可以通过教师机设置并下发各种预案，学员机可以通过本地控制软件完成各自独立的漫游、操作实训，也可以由教师机指定在组内实现角色扮演交互式演练。真正实现了网络环境下的教师与学员、学员与学员的互动。
具备电子化自动考核系统，可以实现实操及理论客观题、主观题的自动考核，自动评分，并上传至教师机统计打印输出；题库可以设计为开放式题库，可以由使用教师自行编制试题。
该系统采用了先进的信息技术和高性能的计算机硬件设备，使整套系统的可靠性、可用性、可维护性大幅提高，基本免去了日常的维护工作，可以实现 7X24 小时的免维护使用。减少了大量金属、
木材及电力能源的使用及消耗，符合当前低碳、环保的社会潮流。
二、系统构成
本实训室由电务设备检修、信号基础设备检修拆装实训及网络化计算机联锁实训模块三个部分组成。站务员工作站应在三维场景内将车站内的全部以及部分站外场景进行三维数字化处理，如同将现实的车站环境完全装进计算机，使其场景布局、相关设备准确的呈现在学员面前，学员可以通过操作鼠标和键盘在此虚拟车站内进行设备认知和应急处理。
1. 虚拟电务设备认知与实操系统
1 1.1 学习内容
通过局域网访问信号设备虚拟仿真课件（也支持以浏览网页的方式（BS 模式）远程通过Internet 登录服务器实现规模化实训），同时教师通过虚拟仿真教学系统,根据仿真题库创建实验任务，学生可以通过账号登录进行在线测试，虚拟仿真实验资源软件仿真题库包含 3000 个以上练习题库，系统包括 21 个以上信号设备教学设备课件，包含：
ZD（J）9 型高铁道岔转辙机
ZD6 型道岔转辙机
S700K 型道岔转辙机
ZYJ7 型道岔转辙机
25HZ 轨道电路
ZPW2000A 轨道电路
DS6-11 型计算机联锁
DS6-K5B 型计算机联锁
TYJL-II 型计算机联锁
TYJL-ADX 型计算机联锁
EI32-JD 型计算机联锁
JD-1A 型计算机联锁
色灯信号机
智能电源屏等设备实训演练模块。
2 1.2 学习目标
课件通过二维界面、三维模型场景交互结合，实现了三维交互，达到了“身临其境”和“引导”功能，构成了虚拟现实的交互特性；学生可以与虚拟环境进行人机交互，将被动式观看变成更逼真地体验互动。
教师通过系统后端管理模块管理学生的登录，同时可以对学生进行设备学习、练习任务的规划及下达,系统能自动统计学生学习进度、练习、考试成绩。
系统能让学生对信号仿真设备的结构组成、电路原理、动作原理、检修作业进行学习操作，同时也能通过对仿真课件的日常检修流程及内容、集中检修流程及内容、故障处理、常见的故障处理流程等进行学习操作；练习模式主要包括：日常检修流程及内容、集中检修流程及内容、常见的故障处理流程进行在先练习。
学生可以学习设备的理论基础、动作原理、电路原理、日常检修作业标准流程、集中检修、集中检修标准指导、风险点故障处理、故障处理等。
学生可以学习、练习虚拟现实技术、全三维交互仿真设备的原理、动作过程，模拟现场设备动作，真实再现现场环境。
学生可以学习“学习部分”的语音讲解，掌握关闭解说、打开解说功能，可根据教学情况自行定义。
3 1.3 作业类型
系统的实训分为四类：设备认知、原理培训、故障处理实训、虚拟拆分与组装。四类作业均通过任务的形式完成，由教师提前设置演练任务，教师端编辑好相关的任务，下发到学员端，学员按照任务逐步完成，*后系统会根据学员的完成情况给出分数。
4 1.4 设备认知
学习者可以利用学习终端，在虚拟车站内漫游、巡视，使学员了解熟悉地铁信号系统设备的整体组成及设备构成、外观形状；在三维实训环境中学员可以在场景中漫游，对信号设备进行认知学习，系统能够提供设备的语音及文字说明。
语音及文字说明包括：设备名称、设备功能、设备属性、设备主要规格参数、设备管理与应用等。并能够打开设备，观察设备的内部结构，点选并学习设备的主要组成结构的名称，动作原理，主要参数及功能。
5 1.5 基于 R VR 的信号基础设备拆装
若受训人员需要拆解某类信号设备，如拆转辙机进行其结构原理学习时具体操作步骤如下：
穿戴 VR 头盔及手柄
在工具箱选择相对应的工具，如需先拆螺丝，要使用扳手工具；
鼠标变为所选工具的形状，如扳手；
鼠标点击需要拆的零部件，如螺丝；
螺丝旋转而出动作；
每个部件都用如此方法拆，按照标准流程将转辙机拆完。
2. 虚拟电务设备检修实训系统
1 2.1 系统组成
该系统由现场实景建模模块节检修操作实训考核模块组成。
现场实景建模根据铁路室外、室内信号设备事物为背景通过计算机建模技术设计 3D 虚拟实景模型，可以实现设备的认知及实务操作，营造沉浸式实训体验环境。
2 2.2 作业类型
包括联锁实物操作及设备检修
在联锁实训工作站可以在标准站环境下实现联锁全功能操作，在教师机可以设置各种电务系统故障下发至学生机，系统将在室内、室外电务系统环境下模拟故障场景是学员能够在身临其境的体验下完成各种故障检修实训。
2.3 实训功能
电路原理实训
学员通过与联锁 LOW 机终端配合实现对信号机、道岔的操作，在三维场景中相应的道岔及信号机就会随之动作，逻辑关系和触发形式及结果与实际一致。同时系统可进行信号机、转辙机的电路原理仿真，当信号机或转辙机动作时，相应的电路也会实时动态的变化。
系统能够实时、动态并以矢量方式显示相应的电路原理图，电路原理图能够根据信号机或转辙机设备的操作变化，实时发生相应的变化，以红色线条的方式在原理图画面上显示实时得失电情况、继电器触点的断开与闭合、继电器的得失电状况等，这样学员就能够在电路原理图上清晰的观察到转辙机和信号机的工作原理。
故障处理实训
系统能够实现在三维环境中对相应设备进行故障检测，受训人员可以在三维环境中漫游，可任意的取放和使用工具（如万用表、扳手、螺丝刀等），系统采用“专家引导、学员跟随”的方式，专家系统以引导栏的方式给出每一步的操作提示，包含操作方法、设备位置、应产生的现象和结果等，学员根据提示进行演练。引导信息符合有关规章，处理步骤、操作方法应与实际作业程序、作业标准、作业规范一致。
情景化实训模式
情景化的实训模式有两种：训练模式和考试模式。
训练模式：通过专家引导栏提示操作方法、设备位置、产生的现象和结果等；指导学员进行故障处理实训。系统不仅逐步提示操作方法，对于操作时的注意事项也会以文字的形式给予提示。操作完成后系统会自动给出成绩。考试模式：由教员决定考核的内容、时间。同样的环境下，限定的时间内，在没有系统提示的情况下，完成考核。考核结束系统会自动评判成绩，也可由教师手动评分。
实训内容：
21道岔一送二受轨道电路红光带
D1调车信号机白灯断丝
D1 调车信号机蓝灯熄灭
IG 轨道 23 轨道 2 个区段红光带
IG 轨道电路红光带（受电端断路）
IG 轨道电路红光带（室外断路）
IG 轨道电路红光带（室外短路）
IG 轨道电路红光带（送电端断路）
IG 轨道电路红光带（防护盒断路）
S700K 转辙机电路断路
S700K 转辙机电路混线
SII 出站信号机红灯熄灭
SII 出站信号机绿灯熄灭
X 进站信号机红灯断丝
X 进站信号机红灯熄灭
ZD6 转辙机启动电路 1DQJ 继电器故障
ZD6 转辙机启动电路 2DQJ 继电器故障
ZD6 转辙机启动电路断路
ZD6 转辙机表示电路短路
轨道电路电源屏故障
X 进站信号机 1U 黄灯熄灭
X 进站信号机 2U 黄灯熄灭
X 进站信号机 1U 黄灯主灯丝断丝
ZDJ9 转辙机电路断路
. 3. 网络化计算机联锁实训模块
虚拟现实联锁实训系统能够和真实微机联锁设备实训系统建立通信接口，可以在 CTCS 实训系统中与实物信号机、转辙机相连接，逻辑输出可在实物站场平台反映，并且能够控制道岔、信号机进行相应动作，对信号人员进行反复培训。
1 3.1 虚拟微机联锁系统功能
信号控制人员可进行微机联锁操作及故障处理，其监督、控制及联锁功能应符合国铁运营要求，应对本实训室内部真实设备实现监督、控制及联锁，范围包括但不限于以下几点：
轨道区段的状态监视（占用、出清、故障）
列车进路/调车进路/引导进路的办理、解锁及取消
信号机状态监督及控制
转辙机状态监督及控制
应答器设备的状态监督及控制
应能配合 CTC 系统实现站控及遥控切换等
系统可模拟列车在车站内的作业过程，如接发车作业、调车作业的车辆运行过程，配合工程化的联锁系统实现实训教学全部功能。设有人机交互功能，既可以自动仿真行车作业，也可以手动仿真车列行走过程。该系统通过以太网与室外设备及接口转换单元相连，基于工业控制计算机实现。本方案中此过程由教员端下发，满足实训与考核功能。
系统可设置铁路现场经常出现的各种模拟故障。采用图形化的人机接口，既可以对指定设备、指定设备群下发故障指令，也可对全部设备下发故障指令和清除故障指令。此系统通过以太网与室外设备及接口转换单元相连，通过室外设备仿真及接口转换单元对计算机联锁系统下发故障指令，使计算机联锁系统可模拟该故障，满足实训需要。该系统基于专用工业控制计算机实现。
3.2 联机运行要求
本实训室的真实微机联锁设备，可分别与虚拟信号交互演练实训室（可提供专门方案）的学员计算机互联，组成一条模拟地铁线路。该模拟地铁线路可以模拟铁总认定的标准站的运行状况，每台学员计算机模拟一个地铁车站，计算机上的某个程序模拟站场以及相关设备，本实训室中的真实微机联锁设备与本实训室的真实现场设备组成一个模拟车站。
在上述模拟地铁线路中，局部联机或全局联机模式下可由具有相应权限的教员台为学员台注入各种故障，以培训和考核行车指挥人员、客运服务人员、乘务驾驶人员及设备检修人员的应急处置能力和故障处理能力。系统至少可注入的故障或突发事件包括但不限于以下：
道岔故障
区段故障
信号机故障
应答器故障
要求所有设备和区段位置可设置上述故障。
三、系统硬件要求
. 1. 硬件通用要求
系统应为模块化、易扩展和高可靠性的系统。在设计 HMI 时，应采用人机工程学原理，进行显示内容和画面的设计。所有界面均应为中文内码，符合我国关于中文字符集定义的有关国家标准。投标人应承诺保证未来扩容时，系统在线增加任何硬件、软件等，对系统没有任何影响。系统具备在线修改数据、创建画面的能力。
学员计算机和微机联锁设备应配置 Windows 7 64 位中文高级版操作系统。
. 2. 硬件专用要求
所有信号系统设备应符合故障导向安全原则，采用轨道交通工程实际采购设备并出具相应的用户证明。
四、系统软件要求
. 1. 软件通用要求
系统的人机界面应满足人体工程学的要求，界面上的信息显示状态发生变化时，中间不应有断续。涉及到与监控或联动相关的界面信息应与被控设备或被联动设备实际状态一致。系统应具备简洁、直观、方便、明确的人机对话方式，所有终端的人机对话方式应一致。系统的人机界面应汉化，采用中文界面的图形用户接口方式，具备多级菜单、多级窗口、图形移动和窗口缩放的功能。每页屏幕应按功能划分为：标题区、菜单区、画面区、对话信息显示区。
系统应具备人机界面的在线帮助功能。具有控制步骤的操作提示，每一步操作结果应在界面上有相应反映，对不可操作命令在操作菜单上应隐含。
设备故障死机后，要求人机显示界面出现一个故障侧（例如黑屏），不能静止在故障前的状态。
2. 信号系统软件界面要求
学员计算机和微机联锁设备中的操作界面应与北京地铁真实情况一致。
五、实训内容
色灯信号机
电务事故案例
轨道电路故障检修
信号机测量与拆装实训
ZD6/ S700K/ZDJ9/ZD6/ZYJ7 转辙机测量与拆装实训
道岔控制电路故障检修
信号点灯电路故障检修
ZPW-2000 区间设备认知
电务系统人身安全标准
轨道电路原理及应急故障处理
信号设备的仪表使用及电气特性测试
信号电源屏柜设备工作原理、维修程序及标准
可根据实训系统功能，自行拓展更多实训项目
