（模式识别与智能系统专业论文）地铁occ环控调度仿真培训系统设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 现今随着世界各国城市轨道交通的飞速发展，各类城市轨道交通运营人员需求大 增，传统现场培训城市轨道交通运营人员的方式费用高昂、效率低下，已不能满足城 市轨道交通运营人员激增的需求。在这种背景下利用计算机仿真技术进行仿真培训的 方式应运而生，这种培训方式不仅费用低廉，而且高效快捷，目前已成各国培训城市 轨道交通运营人员的首选。因此本文对用于培训地铁环控调度员的o c c 环控调度仿真 培训系统进行研究有着很重要的现实意义。 在地铁系统中，环控系统有着很重要的作用，比如控制并调节地铁车站、隧道的 温度、空气流通、防止并抑制火灾现象等等。环控系统的调度过程在于监控环控系统 设备状态、实施温度调节与控制、保持地铁系统空气流通的通风环境、启动应急措施 进行事故处理等等，这也是环控调度员日常进行调度工作的重点。环控调度员职责是 编制、发布和执行环控系统运行、操作、事故处理等调度命令。地铁o c c 环控调度仿 真培训系统设计目的就是通过真实模拟环控系统的各种调度操作来实现对环控调度员 的培训功能。针对这一设计目的，本文对地铁o c c 环控调度仿真培训系统的研究作以 下阐述： 本文首先从培训地铁环控调度员的角度出发，对地铁o c c 环控调度仿真培训系统 进行功能需求分析；然后分析设计了地铁o c c 环控调度仿真培训系统的软硬件体系结 构及其所采用技术的实现方法；在此基础上详细设计了教员子系统、学员子系统、评 价子系统以及课程等系统模块，并在教员端课程的设计上分析了环控调度的各种操作 和各种可能出现的环控调度故障及突发事件，并针对这些环控调度操作、故障及突发 事件组织了课程训练；接下来对常见的地铁突发事件( 火灾、大客流等) 建立仿真模型 进行了分析，最后从仿真培训的角度具体完成了地铁车站站厅站台温度控制仿真的仿 真实现。 对于地铁车站温度控制仿真，本文选取深圳地铁车站为研究对象，首先分析计算 了站厅站台热负荷，并基于统计规律简化了温度计算模型，在此基础上提出了地铁车 站站厅站台温度控制仿真原理和算法的设计，最终完成了深圳地铁全线1 9 个车站站厅 站台温度控制的仿真实现，最后通过与实测温度趋势线的对比分析说明仿真结果的可 靠性及对环控调度员的培训作用。 仿真结果表明，车站温度控制仿真真实模拟了空调系统对温度的变频控制过程以 及车站温度的变化趋势。这一仿真结果有助于培训环控调度员通过对温度变化趋势的 分析初步了解空调系统设备的运行模式及控制原理，从而达到培训的目的。 关键词：地铁；o c c ；环控调度；仿真；培训；温度 西南交通大学硕士研究生学位论文第f l 页 a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t m o r er a i l w a yd i s p a t c h e r sa r en e e d e d t h e o ft h er a i l w a ya r o u n dt h ew o r l d ，m o r ea n d t r a d i t i o n a lo n s i t e t r a i n i n gw a yo ft r a i n i n g r a i l w a yd i s p a t c h e rb e c a u s eo ft o om u c he x p e n s ea n dl o we f f i c i e n c yh a s n ta l r e a d ym e tt h e r e q u i r e m e n t ，w h i c hs t a r v ef o ran e wt r a i n i n gw a yt os o l v et h ep r o b l e m an e wt r a i n i n gw a y t h a tu s i n gc o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g yt ot r a i nr a i l w a yd i s p a t c h e r s e m e r g e sa st h et i m e s r e q u i r ei nt h eb a c k g r o u n d i th a sa l r e a d yb e c o m et h eb e s tc h o i c et ot r a i nr a i l w a y d i s p a t c h e r si na l lo v e rt h ew o r l d ，d u et ol o we x p e n s ea n dh i g he f f i c i e n c y t h e r e f o r , t h e t h e s i sh a sas i g n i f i c a n tr e a l i s mm e a n i n gt om a k es c i e n t i f i cr e s e a r c h e so nt h et h es i m u l a t i o n t r a i ns y s t e mo ft h em e t r oo p e r a t i o nc o n t r o lc e n t e re n v i r o n m e n tc o n t r o ld i s p a t c h e r , w h i c hi s u s e dt ot r a i nm e t r oe n v i r o n m e n tc o n t r o ld i s p a t c h e r s e n v i r o n m e n t a lc o n t r o ls y s t e mh a v es o m ei m p o r t a n tr o l e si nt h es u b w a ys y s t e m s u c h a s c o n t r o l l i n ga n dr e g u l a t i n gs t a t i o nt e m p e r a t u r ea n da i rc i r c u l a t i o n ，p r e v e n t i n ga n d s u p p r e s s i n gf i r ep h e n o m e n o na n ds oo n t h ed i s p a t c h e rp r o c e s so fe n v i r o n m e n t a lc o n t r o l s y s t e m1 st om o n i t o rt h ee q u i p m e n ts t a t u so ft h ee n v i r o n m e n t a lc o n t r o ls y s t e m r e g u l a t e a n dc o n t r o ls t a t l o n t e m p e r a t u r e ，m a i n t a i ng o o dv e n t i l a t i o no fs u b w a ys y s t e m s t a r t e m e r g e n c ym e a s u r e s t od e a lw i t ht h ea c c i d e n ta n ds o o n ，w h i c hi st h ef o c u so f e n v i r o n m e n t a lc o n t r o l d i s p a t c h e r s r o u t i n e d i s p a t c h w o r k t h e r e s p o n s i b i l i t yo f e n v i r o n m e n t a lc o n t r o ld i s p a t c h e r si st op u b l i s ha n de x e c u t ed i s p a t c h e rc o m m a n do ft h e e n v i r o n m e n t a lc o n t r o ls y s t e m t h ed e s i g np u r p o s eo f 廿l em e t r oo p e r a t i o nc o n t r o lc e n t e r e n v i r o n m e n tc o n t r o id i s p a t c hs y s t e mi s t oa c h i e v et h ee n v i r o n m e n t a lc o n t r o ld i s p a t c h e r t r a i n i n g f u n c t i o nb ym e a n so fs i m u l a t i n ga l lk i n d so fd i s p a t c h e r o p e r a t i o n so ft h e e n v i r o n m e n t a lc o n t r o ls y s t e m f o rt h ep u r p o s eo ft h i sd e s i g n t h ep a p e rd ot h ef o l l o w i n g i n s t r u c t i o n so nt h er e s e a r c ho ft h em e t r oo p e r a t i o nc o n t r o lc e n t e re n v i r o n m e n tc o n t r o l d i s p a t c hs y s t e m ： t h i sp a p e rf i r s t l yd e s i g n sf u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t so ft h em e t r oo p e r a t i o nc o n t r o l c e n t e re n v i r o n m e n tc o n t r 0 1d i s p a t c h e ri nt h ev i e wo f t r a i n ge n v i r o n m e n tc o n t r o ld i s p a t c h e r s a d d i t i o n a l l y , a n a l y z e sa n dd e s i g n st h es o f t w a r ea n dh a r d w a r es y s t e ma r c h i t e c t u r eo ft h e m e t r oo p e r a t i o nc o n t r o ic e n t e re n v i r o n m e n tc o n t r 0 1d i s p a t c hs y s t e mb a s i n go nh i g h1 e v e l a r c h i t e c t u r e a n db a s i n go na b o v e ，a n a l y z e sa n dd e s i g n st h ei n s t r u c t o rs u b s y s t e mm o d u l e ， s t u d e n ts u b s y s t e mm o d u l ea n dc u r r i c u l u mm o d u l ea n ds oo n t h e n ，t h et h e s i sa n a y z e s c o m m o ne m e r g e n c t e s ( f i r e ，l a r g ep a s s e n g e rf l o w , e t c ) a n de s t a b l i s h s c o r r e s p o n d i n g s i m u l a t i o nm o d e l f i n a l l y , a c h i e v e ss i m u l a t i o no fm e t r os t a t i o n p l a t f o r mt e m p e r a t u r e c o n t r o lf r o mt h ep e r s p e c t i v eo fs i m u l a t i o nt r a i n i n g t oa c h i e v es i m u l a t i o no fm e t r os t a t i o n p l a t f o r mt e m p e r a t u r ec o n t r o l ，t h i sp a p e r c h o o s e ss h e n z h e ns u b w a ys t a t i o na sar e s e a r c ho b j e c t a tf i r s t ，t h et h e s i sa n l a y s e sa n d c a l c u l a t e sm e t r os t a t i o nh e a tb u r t h e n ，a n dt h e ns i m p l i f yt e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o nm o d e li n t h eb a s i so fs t a t i s t i cr e g u l a t i o n b a s i n go na b o v e ，t h et h e s i sd e s i g n e dm e t r os t a t i o np l a t f o r m t e m p e r a t u r ec o n t r o lp r i n c i p l ea n da l g o r i t h m ，a n dt h e nc o m p l e t et e m p e r a t u r ec o n t r o l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 s i m u l a t i o no fs h e n z h e nm e t r ol9s t a t i o n s f i n a l l y , t h ep a p e rc o n f i r m st h ec o r r e c t n e s so f s i m u l a t i o nr e s u l tb yc o m p a r i n gw i t ht h er e a l i t yt e m p e r a t u r ed a t a s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ts i m u l a t i o nr e a l i z a t i o no fm e t r os t a t i o np l a t f o r m t e m p e r a t u r ec o n t r o lt r u l ye m e r g e st h et e m p e r a t u r ec o n t r o lp r o c e s so fa i r - c o n d i t i o n i n g s y s t e m sa n dt h es t a t i o nt e m p e r a t u r et r e n d s t h es i m u l a t i o nr e s u l t si sp r o p i t i o u st o 仃a i n c a p a c i t yo fe n v i r o n m e n t a lc o n t r o ld i s p a t c h e r i n c h a r g eo ft h er u n n i n gm o d eo fa i r c o n d i t i o n i n gs y s t e me q u i p m e n t ，a n dc o n s e q u e n t l ya c h i e v et h et r a i n i n go b je c t i v e s k e y w o r d s ：m e t r o ；o c c ；e n v i r o n m e n tc o n t r o ld i s p a t c h e r ；s i m u l a t i o n ；t r a i n ；t e m p e r a t u r e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密酣使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：么煜 指导老师签名： 日期： 劢口莎弓 日期： 搠 如厂a 易； 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 详细分析了地铁o c c 环控调度仿真培训系统的功能需求。 ( 2 ) 构建了地铁o c c 环控调度仿真培训系统的分布式仿真体系结构。 ( 3 ) 详细设计了教员子系统、学员子系统以及课程的设置，为今后地铁仿真培训系 统的开发研究提供了理论借鉴意义和实际工程指导意义。 ( 4 ) 有代表性的分析构建了几个常见的地铁突发事件仿真模型。 ( 5 ) 具体完成了地铁车站温度控制的仿真实现，并就仿真结果分析了温度控制对环 控调度员的培训作用。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：赫缓 日期：列q6 多 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 城市轨道交通始于1 9 世纪中叶，至今地铁已经历了1 5 0 多年的发展，已在国内外 得到广泛应用。至今全世界已经有6 0 多个国家近2 0 0 座城市建成地铁轻轨网络系统， 多达1 4 座城市的地下铁道运营线路超过l o o k m ，全世界运营线路已超过6 0 0 0 k m t l 4 j 。 目前国内外建设快速轨道交通系统的城市已多达1 0 0 余个。发达国家的主要大城市， 如纽约、华盛顿、芝加哥、伦敦、巴黎、柏林、东京、莫斯科等基本上完成了城市轨 道交通的建设。其中，美国是世界上拥有轻轨和地铁最多的国家，现有1 2 3 0 k i n l l 5 】，大 约占世界的2 0 。地铁作为城市轨道交通工具之一，已成为现代大都市的标志和发展 的生命线。但后起的中等发达国家，特别是发展中国家地铁建设方兴未艾，亚洲共有 日本、中国、韩国、新加坡、马来西亚、泰国、印度、菲律宾、朝鲜、伊朗、土耳其 等国家的2 6 t 1 6 】个城市有地下铁道，非洲国家埃及、突尼斯也拥有了自己的地铁线路。 进入2 l 世纪，中国将是世界上城市轨道交通的最大市场。在“十五”期间，我国已经 建成和正在建设的轨道交通长度约1 0 0 0 多千米。到2 0 2 0 年中国将有超过5 5 0 k m 的地 铁线，2 0 5 0 年轻轨和地铁线路( 总长度) 将达到2 0 0 0 k m t l 7 】。城市轨道交通系统将能承 担5 0 8 0 的城市交通客流量。上海拟在2 0 1 2 年之前建成1 3 条地铁线，总长 5 1 0 k m t r _ 北京则预计2 0 2 0 年地铁长度达5 1 6 5 k i n t l 7 】。显而易见，在未来几十年内， 地铁在我国必将得到更加飞速的发展和广泛的应用。 地铁的飞速发展，带来了地铁运营人员需求的激增。传统“师傅带徒弟”的培训 方式培训过程时间较长，手段单一，浪费了大量时间和精力，且很难达到预期的培训 目标，己无法满足当前地铁对运营人员需求激增的局面。为缓解当前局势，尽快培训 更多的合格的地铁运营人员，国内外利用计算机系统仿真技术进行快速培训地铁运营 人员的仿真培训系统应运而生，己广泛应用于培训各种地铁运营人员，如列车司机、 车站值班员、行车调度员、电力调度员、环控调度员等等。通过仿真培训系统可使新 员工的工作技能得到更直观、更有效、更全面的快速提高。同时也可对老员工操作进 行标准化的再培- o i i ，并且仿真训练可以反复进行，不受限制。 系统仿真作为一门综合性的学科是计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、 信息处理、自动控制等高新技术的综合，经历了物理模型仿真，模拟计算机仿真和数 字计算机仿真等阶段。它是借助系统模型对实际或设想的系统进行动态试验研究的一 门综合技术。随着计算机技术的发展，应用计算机进行系统仿真日益受到人们的重视。 计算机仿真技术结合了实验和分析这两种方法，将分析的方法用于模拟实验，充分运 用己有的基本物理量及相似性原理，可建立待研究系统的数学模型，采用与对实际的 物理系统进行实验相同的基本研究方法，在计算机上运行仿真实验。由于仿真用模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 i i i i i i i i i i i i i i i i i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 代替实体作实验，凶此，它具有经济、安全、实验剧期短等特点。这些特点使得仿真 技术作为一种分析、设计系统及训练人员的有利工具，已广泛应用于几乎所有的工程 与非工程领域。 地铁o c c 仿真培训系统是一种基于课程的、利用计算机进行系统仿真的培训系统。 何为“o c c ”呢? o c c 是地铁运营操作控制中心( o p e r a t i n gc o n t r o lc e n t r a l ) 的缩写， 每座地铁都有一个o c c 大楼，各种调度操作命令从o c c 大楼发出，控制整个地铁系 统的运营。故此地铁o c c 仿真培训系统是用于对地铁的行车调度、电力调度、环控调 度等相关调度人员进行培训的计算机综合仿真系统，是计算机仿真技术、交通运输学、 列车动力学、电力系统分析，环控系统分析等多种相关理论相结合的成果。它以仿真 实际o c c 控制系统为目标，以对地铁运行中列车、线路、信号、供电、环境等设备建 模仿真为手段，对地铁的整个运营系统进行仿真模拟。最终，达到在各种正常与非正 常状态下对运营调度作业的训练目的。地铁o c c 仿真培训系统可以把行车调度、电力 调度、环控调度以及运营相关的车站值班员、列车驾驶仿真器等地铁运营相关子系统 融为一个整体，通过构建精确的数学模型，组建一个全面、精确、灵活的系统仿真培 训平台。 本课题以科研项目“深圳o c c 仿真培训系统”为背景，以深圳地铁全线各车站环 控系统为研究对象，深入分析和研究了深圳地铁环控调度仿真培训子系统的功能。在 此基础上构建了地铁o c c 环控调度仿真培训系统。顾名思义，地铁o c c 环控调度仿 真培训系统是隶属于地铁o c c 仿真培训系统的一个子系统，主要用于快速培训地铁环 控调度员。 1 2 国内外研究现状 地铁环控系统的主要作用是为地铁创造一个合适的运营环境，最大限度吸引客流、 并为乘客以及工作人员提供安全、卫生、舒适的环境条件，同时也为列车及设备的运 行提供良好的工作条件。国内外对地铁环境控制的模拟研究始于二十世纪三十年代末 期，美国、日本在这方面做了大量深入研究。美国交通部1 9 7 5 年开发了地铁环境控制 数值模拟软件s e s ，对地铁内风速、风量、温度、湿度及车站空调负荷进行模拟。我 国对地铁环境的研究比较晚，清华大学于1 9 8 9 年研制了一套地铁环境控制数值模拟分 析软件s t e s s ，并利用该软件对天津地铁进行了环控数值模拟。西南交通大学从9 0 年 代起对地铁环境做了大量的研究，开发了一系列地铁热环境数值模拟软件，并分别对 深圳地铁和重庆轻轨较新线地下车站进行了模拟计算。 在地铁仿真培训研究方面，国外及轨道交通发达的地区较国内领先。欧美各国及 日本、韩国、台湾和香港地区的地铁运营部门均配置有先进的计算机仿真培训系统， 为地铁调度人员( 包括环控调度人员) 提供职业培训所需要的实际操作训练。香港地 铁投入大量的资金用于培训工作，其配置有覆盖地铁运营所有岗位的仿真培训系统， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 以互为关联的o c c 仿真培训系统、车站作业仿真培训系统、地铁列车驾驶仿真系统为 主，将地铁运营涉及的列车、线路、供电、信号、调度、车站、售票等工作岗位与环 节联系在一起，形成了虚拟的列车运营仿真系统，可以实现2 4 小时不间断的职业技能 实作训练，从而有效地保证了调度人员的基本技能与素质。香港地铁被称为全球经营 管理最为成功、运行安全性最高、服务标准最高的地铁公司，其先进的培训设备功不 可没。在满足本公司职业技能培训需要的同时，港铁还承担了全球许多城市地铁人员 的培训业务，将通常观念上的“花钱 部门变成了“挣钱”部门。但是在各个培训子 系统之间没有相对有效的联接方式。纵观国外先进国家和地区的经验可知，利用仿真 培训系统进行职业技能训练可以有效缩短4 0 - 5 0 的培训时间，而且具有较高的培训 质量。 我国利用仿真设备进行职业技能的培训，还处于初级阶段，目前尚未开发出完整 的o c c 环控调度仿真培训系统，但越来越多的行业正在逐步加大对仿真培训的应用。 城市轨道交通的车站值班员作业仿真培训系统已有应用的案例，如深圳地铁、天津地 铁、广州地铁等，但城市轨道交通领域尚无完整的o c c 仿真培训系统。在这方面国内 处于研究前沿的有成都运达创新科技有限公司，该公司开发出了一系列的针对各种地 铁从业人员的培训系统，如列车驾驶模拟器培训系统、车站作业仿真培训系统、信号 调度仿真培训系统等等。目前该公司正在研究开发深圳o c c 仿真培训系统，该系统是 集行车调度、电力调度、环控调度于一体的综合运营仿真培训系统。 1 3 研究意义 随着世界城市地铁的不断飞速发展，需要越来越多的合格的地铁运营人员。地铁 o c c 环控调度仿真培训系统设计的目的是为了快速培训合格的地铁环控调度员。因此 对地铁o c c 环控调度仿真培训系统的设计研究有着十分重要的意义，具体体现在以下 几点： ( 1 ) 快速培训合格的地铁环控调度人员，缓解目前地铁对环控调度人员需求紧张 的局面。 ( 2 ) 地铁o c c 环控调度仿真培训系统不但可以模拟正常情况下的各种环控调度 操作，达到规范化训练的目的，还可以对运营过程中的各种故障进行设置。 ( 3 ) 传统的训练方法都是通过在空闲时段对现场设备人为设置故障的方式实现对 某一故障的训练目的，这样存在很大的局限性：容易造成现场设备的损坏、每次训练 需要多部门相互配合、成本较高、并非所有设备都可以人为设置故障等等。而在o c c 环控调度仿真培训系统中可方便的实现对各车站设备故障的设置以及各种环控调度的 操作，从而加强环控调度员在紧急情况下的应变能力训练。 ( 4 ) 可对环控调度学员综合能力进行评价。 ( 5 ) 后续可扩展为对整个地铁系统的运营仿真。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 6 ) 地铁o c c 环控调度仿真培训系统通过预留将来可能用剑的拓展接口，还可 以与行车调度子系统、电力调度子系统互联，形成一整套完成的o c c 仿真培训系统。 1 4 研究方法与研究内容 本课题依据科研项目“深圳o c c 仿真培训系统”的项目要求，从培训地铁环控调 度员的角度出发对整个地铁的环控调度系统进行仿真设计。最终的仿真设计目标是构 建出一套完整的o c c 环控调度仿真培训系统。该系统能够实现教员在教员端设置各种 环控调度培训课程并对环控调度学员的操作表现进行评价，学员在学员端进行各种环 控调度的仿真操作。课程内容根据地铁运营条件来设置，具体包括在正常模式下以及 在火灾、阻塞、大客流等异常突发事件模式下全线各个车站、隧道的设备监控操作、 环境监控操作以及环控调度系统的管理操作等。在仿真设计上该系统与实际的环控调 度运营系统一样，具有同样的界面、同样的结构、功能。 1 4 1 研究方法 本课题以地铁各车站系统为研究对象，从培训地铁环控调度学员的角度出发，分 析o c c 环控调度仿真培训系统的功能需求，从功能需求上分析设计环控调度系统的仿 真架构和仿真算法。在教员端课程的设计上分析环控调度的各种操作和各种可能出现 的环控调度故障，并针对这些环控调度操作和故障组织课程训练。论文总体设计上采 用系统层面上分析其仿真架构，并对地铁常见突发事件建模分析，具体仿真实现层面 则有代表性的选取车站温度控制作为仿真实现。 1 4 2 研究内容 根据本文研究的问题和分析角度，并结合论文条理性和完整性的要求，本论文总 共分成六个部分展开研究。 第一章，绪论：分析了本课题的研究背景、国内外研究现状后阐明了本文的研究 意义，提出了本文的研究方法，并构建出本文的内容体系研究框架，从而为后面的研 究提供必要的分析思路。 第二章，o c c 环控调度仿真培训系统概述：该部分首先概述了实际的地铁环控调 度系统的组成及其作用，在此基础上结合环控调度员的职责分析了环控调度仿真培训 系统的功能需求，提出了本文的设计思路，并对本文所涉及到的主要技术做了简要介 绍，为后续章节做好铺垫。 第三章，o c c 环控调度仿真培训系统体系结构：从系统层面上分析设计了o c c 环控调度仿真培训系统的软硬件体系结构，并对相关组件给出了具体的描述和实现方 法。 第四章，系统模块分析与设计：从功能需求分析设计了教员系统、学员系统、评 价系统，并阐述了课程的设计方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第五章，常见地铁突发事件仿真模型分析：有代表性的建立了几个常见的地铁突 发事件仿真模型，并对其仿真模型进行了分析。 第六章，全线车站温度控制仿真实现：该部分为本文的具体仿真实现。本章先建 立了温度简化计算模型，然后设计算法并给予实现，最后通过与实测数据对比分析说 明车站温度控制仿真的正确性。 第七章，结论：得出结论并提出展望。 1 5 研究框架 根据研究的规范步骤与文章的内容安排，将本文的研究框架作如下安排，如图】一1 所示。 图1 - 1 论文的研究框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章o c t 环控调度仿真培训系统概述 2 1 地铁环控调度系统 地铁环控调度系统，又简称“环调系统”。地铁环控调度系统的概念建立在地铁环 境与设备监控系统( b u i l d i n ga u t o m a t i cs y s t e m ，简称b a s ) 之上。b a s 系统是对地铁建 筑物内的环境与空气条件、通风、给排水、照明、乘客导向、自动扶梯及电梯、屏蔽 门、防淹门等建筑设备和系统进行集中监视、控制和管理的系统【5 】。而描述b a s 系统 总体运营调度过程的系统就是地铁环控调度系统。地铁环控调度系统可分为两个大的 子系统：环控系统( e n v i r o n m e n tc o n t r o ls y s t e m ，简称e c s ) 和建筑服务系统( b u i l d i n g s e r v i c e ，简称b s ) ，分别用来实现对环控系统设备和其他机电设备的运营监控和管理， 共同维持地铁环境与设备的正常运营，保证地铁乘客的环境舒适性需求。如图2 1 所 示为地铁环控调度系统的总体构成。以下重点讲述与环控调度联系最为紧密的环控系 统和设备监控系统。 2 1 1 环控系统( e c s ) 如图2 1 所示，细分环控系统包括隧道通风系统、车站公共区空调通风系统( 又称 车站大系统) 、车站设备与管理用房空调通风系统( 又称车站小系统) 和空调水系统，具 体包括各类风机、风阀、冷水机组、水泵、各类传感器、执行机构等。由其组成可预 见环控系统的主要作用是：为车站内乘客及工作人员提供舒适的空气环境；为设备正 常工作提供适宜的温度、湿度环境；为地铁区间隧道通风换气；对突发事故启动应急 措施。 2 1 1 1 环控系统的运行制式 地铁环控系统按照运行制式一般可分为开式系统、闭式系统和屏蔽门系统，以下 是三种制式各自的特点： ( 1 ) 开式系统【7 j 开式系统就是在地铁沿线的车站与车站之间设置多座通风竖井，借助“活塞效应 或机械通风的方法使地铁内的空气与外界空气相互连通，利用外界空气冷却车站和区 间隧道。这种系统多用于当地最热月平均温度低于2 5 且运量很小的地铁系统。 ( 2 ) 闭式系统【7 j 闭式系统就是地铁内部基本上与外界空气不相连通，仅在车站两端设置端头风井， 以保证闭式系统在开式与闭式之间转换运行。车站内一般采用空调系统，车站两端设 置新风井和排风井，保证向空调系统提供所需的新风量，并将必要的排风量排至地面。 区间隧道是依靠列车离站时产生的“活塞效应”将一部分车站内空调冷风带入隧道从 而实现冷却。这种系统多用于当地最热月平均温度高于2 5 。c 、运量较大、高峰时间每 小时的列车运行对数和每列车车辆数的乘积大于18 0 的地铁系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 3 ) 屏蔽门系统l ，j 屏蔽门是在站台与区间隧道之间安装可滑动的屏蔽门，将列车与车站的站台隔开， 在列车到达和出发时可自动开启和关闭。安装屏蔽门后，车站成为与隧道隔绝的单一 的建筑物，它不受区间隧道行车时活塞风的影响。车站内安装空调系统，区间隧道可 应用活塞通风或机械通风，或两者兼用，通过通风竖井排除余热和余湿。这种系统的 最大优点是由于地铁系统的第一热源和第二热源列车制动、驱动产热量及列车空 调冷凝器散热量拒于车站之外，从而大大降低了车站空调冷负荷。此外，由于车站与 行车隧道隔开，减少了运行噪声对车站的干扰，不仅使车站环境较安静、舒适，也使 旅客更为安全。 图2 - 1 地铁环控调度系统构成 2 1 1 2 环控系统的监控功能 环控系统的监控内容包括o c c 中心级监控和车站级监控的两级功能。 ( 1 ) o c c 中心级监控功能 环控系统的o c c 中心级监控功能全面，能够满足和支持环控调度人员的日常调度 需求，功能主要包括以下几点： 状态监视功能：所有设备以工艺原理图的形式展现，并实时显示其运行状态， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 供调度人员观察。 调度方式切换及调度功能：可单独对各分立的工艺子系统设备组进行远程“自 动手动的调度方式切换操作。 针对环控系统的时间表功能，可自动将统一的隧道时间表分解为以车站为单 位的小时间表，用于各车站系统使用。 和信号系统联动、和f a s 系统联动、实现特定工况下的模式调度功能。 o c c 中心级监控具有最低的优先级，没有权限转移的操作。 支持大屏幕显示，向大屏幕控制器提供实时数据，供大屏幕实时显示环控系 统运行状况。 ( 2 ) 车站级监控功能 环控系统的车站级监控功能侧重于应急监控，正常的调度由o c c 中心级环控调度 实现。具体功能包括以下几点： 状态监视功能，同o c c 中心级监控功能。 权限切换功能，车站级监控权限高于o c c 中心级，因此车站具备“中心级 车站级”的权限切换操作功能。 模式调度功能，在车站获得操作权限时，实现各种紧急模式调度功能，如隧 道阻塞模式、车站火灾模式等。 2 1 2 设备监控系统( e m c s ) e m c s 是设备监控系统的英文简称( e q u i p m e n tm o n i t o r i n gc o n t r o ls y s t e m ，简称 e m c s ) 。e m c s 系统是基于数据服务器、监控工作站( p c 机) 、工业监控软件、工业控 制器( 如p l c ) 、局域网、现场总线、传感器等软硬件设备及网络通信技术集成的自动 监控系统，实现全线各车站设备和环境的监控功能和管理能力嫡3 。 e m c s 系统采用分层分布式结构，分为：o c c 中央级监控系统；车站级监控系统； 车站就地级监控设备。其中车站就地级监控优先级最高，o c c 中央级监控优先级最低。 e m c s 系统监视并控制环控系统、给排水系统、照明系统运行；监视电扶梯、屏蔽门、 事故电源及区间人防门的运行状态。 e m c s 系统的基本监控功能有：设备工作状态和故障报警监视；自动调节和控制 功能，比如站台温度保持2 6 。c 的自动控制；设备的单控和组控操作；时间表控制；灾 害模式控制等。 2 1 3 环控调度系统联动连锁控制原理 地铁环控调度系统是一个自动化程度很高的系统，它通过联动连锁控制地铁设备 的运行来满足乘客对地铁舒适性环境的需求。如图2 2 所示为地铁环控调度系统联动 连锁控制原理图，展现了环控调度系统各个部分相辅相成，协调工作，共同维持地铁 的正常运营环境。由图2 ，2 可见，环控调度系统通过时间表控制来执行相应的运营模 式；当发生异常突发事件时系统通过联动相应的设备来执行相应的应急处理模式；当 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 温湿度超出正常范围之内，通过变频调节风系统设备来执行温湿度的调节，将其控韦4 在正常范围之内；当发生火灾时，风系统设备立即启用防排烟模式排除烟雾并迅速疏 散人群，尽可能的减少人员的伤亡。 地铁环控调度系统的整个调度过程需要环控调度员根据调度命令进行各种环控调 度的操作，保证地铁环境与设备的正常运营。具体的环控调度操作有：通过e m c s 系统 对车站环控系统、隧道通风系统、冷水系统、给排水系统以及车站照明系统进行监控； 对车站事故电源及区间人防门的运行状态进行监视；通过f a s 系统对全线各车站、区 间隧道、车辆段、主变电站的火灾报警、气体灭火系统进行监视；通过隧道光纤温度 监测系统对区间温度进行监测。根据各站环境品质参数，确定各站环控工作模式等。 图2 2 地铁环控调度系统联动连锁控制原理图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 20 0 0 环控调度仿真培训系统 o c c 环控调度仿真培训系统就是一种利用计算机仿真技术将各种真实地铁环控调 度操作以课程训练的形式可视化展现，环控调度学员通过课程训练就可以快速掌握各 种环控调度操作的虚拟仿真培i j i i 系统。o c c 环控调度仿真培训系统主要包括：教员端 软件、学员端软件、评价系统软件等。培训时教员在教员端设置各种环控调度训练课 程，学员在学员端进行课程训练，评价系统根据学员训练的表现给出评价。 2 2 1 环控调度员的工作内容 环控调度员在值班期间是环控系统运行、操作、事故处理等调度命令的唯一发布 人，对环控调度管辖设备操作或作业除遇到有危及人身安全及设备安全情况外，均必 须有当值环控调度员的命令方能进行。所有环控系统运行、检修人员必须服从环控调 度的指挥。因此明确环控调度员的工作内容对环控调度仿真培训系统的设计十分必要。 环控调度员在运营过程中的工作内容主要包括以下几个方面【7 】： 负责管辖范围内的环控调度指挥工作。 编制和执行环控系统的运行方式。 地铁区域内发生火灾、行车事故或站内滞留大量旅客等紧急情况时，通过调动 环控设备执行合理的通风排烟模式，确保国家财产、乘客和工作人员的生命安 全。 通过e m c s 系统对车站环控系统、隧道通风系统、冷水系统、给排水系统以 及车站照明系统进行监控；对车站事故电源及区间人防门的运行状态进行监 视；通过f a s 系统对全线各车站、区间隧道、车辆段、主变电站的火灾报警、 气体灭火系统进行监视；通过隧道光纤温度监测系统对区间温度进行监测。全 面掌握各车站机电设备完好及运行状况，根据各站环境品质参数，确定各站环 控工作模式。 指挥整个环控系统的突发事件或事故处理。 对事故、报警认真确认并分析情况，及时通报，迅速指挥事故现场按灾害模式 运行。 2 2 2 环控调度仿真培训系统的功能需求分析 环控调度仿真培训系统功能需求包括实际环控调度系统的功能需求和培i j i i 系统的 功能需求。培v i i 系统从其组成上又可分为教员系统、学员系统以及课程等。学员系统 依附教员系统而存在，在此将其并入教员系统来进行需求分析。 2 2 2 1 环控调度系统功能需求分析 o c c 环控调度系统主要用于监控地铁设备与环境的运行情况。环控调度仿真系统 需要通过模型仿真计算的方法实现站场温湿度、隧道通风、给排水、消防等系统的仿 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 真，实现对环控调度人员操作进行演练培训与非正常状态下系统分析。将对环境影响 较大的主要因素分别进行建模，能够实现时刻表，多种模式的编辑与调用等功能，并 最终实现与行车调度系统、电力调度系统进行交互，实现各个相关调度系统的联动功 能。 以深圳地铁一、四号线为例，首先要明确车站概况和所涉及到的设备及所监控的 环境，进而抽象出相应的环控调度仿真培训系统的总体功能需求。 深圳地铁一号线共有1 5 各车站，依次为罗湖、国贸、老街、大剧院、科学馆、华 强路、岗厦、会展中心、购物公园、香蜜湖、车公庙、竹子林、侨城东、华侨城、世 界之窗。地铁四号线5 个站，依次为皇岗、福民、会展中心、市民中心、少年宫。 各车站设备有：”腰隧道风机、u o 射流风机、k t 空调机组、k 空气处理机、送 风机、单速排风机、双速排风机h p f 、风阀、防火阀、水泵、蝶阀、二通调节阀、电 扶梯、屏蔽f - 1p s d 、温湿度传感器、逆变器、蓄电池组、充电机、