ISO 230192022 铁路应用.驾驶员培训用驾驶模拟器标准立项发展报告

铁路应用驾驶员培训用驾驶模拟器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RailwayApplications—DrivingSimulatorforDrivers'Training摘要关键词：铁路应用；驾驶模拟器；驾驶员培训；国际标准；ISO23019；标准化AbstractWiththecontinuousexpansionofrailwaynetworksandtheincreasingcomplexityofrailwayoperations,thequalityoftraindrivertraininghasbecomeacriticalfactorinensuringrailwaytransportsafety.Drivingsimulators,owingtotheiradvantagesofsafety,scenarioreproducibility,andcontrollabletrainingcosts,havegraduallybecomekeytechnicalequipmentfordrivertrainingandassessment.However,theabsenceofunifiedinternationaltechnicalstandardshasledtosignificantdiscrepanciesinfunctionalrequirements,performanceindicators,andacceptancemethodsacrossdifferentcountries,impedingequipmentmutualrecognitionandconsistencyoftrainingquality.Againstthisbackdrop,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO23019:2022“Railwayapplications—Drivingsimulatorfordrivers'training”inAugust2022,establishingforthefirsttimeagloballyrecognizedframeworkforsystemcomposition,functionalclassification,performancerequirements,andtestverificationmethodsofdrivingsimulators.Thisreportsystematicallyreviewsthedevelopmentbackground,coretechnicalframework,keyperformanceindicators,andindustryimpactsofthestandard,analyzesthemajorparticipatingorganizationsandtheirtechnicalcontributions,andprovidesanoutlookonthestandard’spromotion,application,andfuturerevisions.Thereleaseofthisstandardmarksanewstageofglobalcollaborationinthestandardizationofrailwaydrivertrainingequipment,holdingsignificantguidingvalueforenhancingrailwayoperationalsafetyandpromotinghigh-qualitydevelopmentofthesimulationtrainingequipmentindustry.Keywords:railwayapplications;drivingsimulator;drivertraining;internationalstandard;ISO23019;standardization一、引言1.1编制背景铁路运输作为国家交通运输体系的重要组成部分，其安全性直接关系到人民生命财产安全和国民经济运行效率。据统计，人为因素在铁路安全事故中占比超过60%，其中驾驶员操作失误是最主要的致因之一。传统的实车培训模式面临运营干扰大、成本高、极端场景难以复现等突出问题，难以满足现代铁路对驾驶员综合能力的高标准要求。驾驶模拟器作为一种基于虚拟现实和人机交互技术的高端训练装备，能够在高保真环境中模拟列车运行状态、线路条件和突发事件，为驾驶员提供接近真实的操作体验和应急处置训练。近年来，随着计算机图形学、动力学仿真和体感模拟等技术的迅猛发展，驾驶模拟器的逼真度和训练效果大幅提升，已从辅助教学工具逐步发展为与实车训练互补的必备装备。然而，快速发展的同时，标准缺失的问题日益突出。各国模拟器在运动范围、视景系统参数、操控设备力反馈特性、故障模拟功能等方面缺乏统一的技术基准，不同厂商产品之间兼容性差、评价口径各异，既无法有效比较训练效果，也妨碍了培训资质的国际互认。行业对于建立统一国际标准的呼声日益迫切。1.2标准编制历程ISO23019:2022由国际标准化组织铁路应用技术委员会（ISO/TC269）归口管理，其编制工作自2018年正式启动，经历了草案起草、委员会审议、国际询标、最终投票等多个阶段，历时四年最终形成共识。中国、德国、法国、日本、韩国、瑞典等国均派出专家深度参与编制工作。2022年8月14日，ISO23019:2022正式发布。作为全球首个专门针对铁路驾驶员培训用驾驶模拟器的国际标准，该标准填补了这一领域的国际标准空白，为世界各国铁路运营商、模拟器制造商、培训机构和认证机构提供了统一的技术依据。二、标准适用范围与规范性引用2.1适用范围ISO23019:2022适用于铁路驾驶员培训用驾驶模拟器的设计、制造、验收和持续维护的全生命周期管理，涵盖多种轨道交通制式，包括干线铁路、城市轨道交通、市域（郊）铁路等。该标准同时适用于新造模拟器的型式试验和既有模拟器的性能评估。需要指出的是，该标准主要针对驾驶操作类模拟器，即具备完整的操纵交互功能和动态响应特性的设备，而非仅用于认知教学的多媒体演示系统。对于用于其他用途（如人因研究、车载设备测试）的模拟器，可参照使用。2.2规范性引用文件该标准在技术内容上引用了多项ISO/IEC基础标准，包括但不限于：-ISO/IEC23000系列（多媒体应用格式）-ISO9241系列（人机交互的人机工效学）-IEC62267（城市轨道交通自动化导向运输的安全要求）-ISO9001（质量管理体系要求）上述引用文件为模拟器的数据格式、人机界面设计、系统安全和质量管理提供了基础技术支撑。三、标准主要内容3.1术语和定义ISO23019:2022对以下核心术语进行了统一定义：-驾驶模拟器（drivingsimulator）：能够在受控环境中再现列车驾驶操作环境和运行特性的系统装置，包括操纵台、视景系统、音响系统、运动系统和仿真计算平台等组成的完整设备。-视景系统（visualsystem）：向驾驶员呈现虚拟线路环境和外部场景的显示子系统。-运动系统（motionsystem）：为模拟器座舱提供运动感觉反馈的机电装置，用于模拟列车加速、减速和曲线通过时的动态感受。-故障注入（faultinjection）：在规定条件下人为引入列车故障或异常工况，以考核驾驶员应急处置能力的测试方法。术语的规范化界定为后续技术要求奠定了统一的语义基础。3.2系统分类与分级该标准从功能完备性和物理逼真度两个维度，将驾驶模拟器划分为以下三个等级：|等级|名称|主要特征|适用场景||------|------|----------|----------||ClassI|基础型|固定基座、单通道视景、基础操纵交互|基础操作训练、规章教学||ClassII|标准型|可选运动平台、多通道宽视场视景、完整驾驶台|常规技能训练、场景综合演练||ClassIII|高级型|全运动平台、高精度视景、动态驾驶台、完整列车仿真模型|高速列车培训、应急处置训练、考核评估|分级体系的建立使得不同预算和使用需求的用户能够根据各自目标选择适宜等级的模拟器，规范了市场定位和验收口径。3.3主要技术要求3.3.1操纵台要求标准对模拟器操纵台的功能和物理要求作出了详细规定，包括：-操纵台上所有控制器件（如主控制器、制动手柄、开关、按钮等）的类型、布置和操作方向应与参考车型保持一致；-各操纵器件的操作力、行程、挡位手感应在规定范围内连续可控；-仪表盘和指示装置的信息呈现应清晰可读，刷新率不得低于25Hz，响应延迟不得超过100ms。3.3.2视景系统要求视景系统是决定沉浸感和训练有效性的关键子系统。ISO23019对视景系统提出了以下要求：-水平视场角：ClassI不得小于120°，ClassIII不得小于180°；-视景刷新率：标准型及以上等级不得低于60Hz；-最佳分辨率：在驾驶员眼点位置，角分辨率不低于2.5弧分/像素对；-静态场景细节层次、动态物体渲染真实感和光影一致性应满足规定的等级要求。3.3.3运动系统要求对于配备运动系统的模拟器（ClassII和ClassIII），标准提出了性能指标要求：-运动延迟：从驾驶员输入到运动平台响应的时间不得大于100ms；-运动平台应具备至少3个自由度（ClassII）或6个自由度（ClassIII）；-最大加速度和速度变化率应能模拟真实列车的牵引/制动特性。3.3.4音响系统要求标准要求模拟器的声响系统能够逼真地模拟列车运行时的轮轨噪声、受电弓/接触网噪声、风噪以及驾驶员辅助提示音和报警音，并要求全频带声压级不小于85dB，频率范围覆盖20Hz~16kHz。3.3.5仿真模型要求列车动力学仿真模型应至少包含牵引计算模型、制动模型、阻力模型和信号控制模型，仿真频率不得低于1kHz。模型输出的速度、加速度和位置信息应经过比对验证，偏差应控制在规定的容差范围内。3.3.6故障模拟功能要求标准将故障模拟作为驾驶员培训的核心功能之一，要求模拟器应预置常见故障库，包括但不限于：牵引系统故障、制动系统故障、车门故障、信号系统故障、火警和紧急通信故障等。故障触发方式应支持自动触发和教员手动触发两种模式，且故障产生的间接效应（如仪表指示异常、声光报警等）应与真车一致。3.4试验与验证方法ISO23019规定了系统性的试验验证方法框架：-型式试验：对模拟器的各项性能指标进行逐项检测，包括视景指标实测、运动延迟检测、操纵力测量、仿真精度比对等；-验收试验：出厂后在用户现场进行的综合性能确认，包括连续无故障运行时间测试、教员控制台功能核查、故障注入试验等；-定期检验：建议用户每隔不超过12个月对模拟器进行一次例行性能核验，确保设备长期稳定运行。3.5人机工程学要求标准强调模拟器须符合人机工程学设计原则。座椅、操纵台和各类显示器的布置应参照ISO9241系列标准中关于人体尺寸、视野范围和可达域的相关要求，确保不同体型的培训人员均能获得舒适且安全的操作体验。此外，长时间使用不应导致显著的操作疲劳或视觉不适。四、标准的主要创新点ISO23019:2022相较于此前的各国行业规范和厂商内部标准，具有以下突出创新：第一，首次构建了国际通用的分级体系。通过ClassI至ClassIII的三级分类框架，既顾及了不同规模用户的实际需求差异，又为设备的性能对比和选型提供了清晰的参照坐标，解决了此前同类设备无法横向比较的痛点。第二，首次将运动延迟和视景刷新率等客观性能指标纳入标准化要求。这些量化指标直接关联训练者的沉浸体验和操作反馈的实时性，填补了以往标准仅关注功能完整度而忽视动态响应性能的空白。第三，系统性地将故障注入功能提升到标准必需项的高度。标准明确要求模拟器必须具备规范的故障模拟能力，并对故障类型覆盖率、触发方式和表现一致性作出了可验证的规定，使应急处置训练从经验化走向标准化。第四，确立了完整的全生命周期验证体系。从型式试验、出厂验收到定期检验的全覆盖，保证了设备从交付到运维各阶段始终保持可靠的技术状态，体现了国际标准对设备全寿命管理的先进理念。五、主要参与单位介绍5.1国际标准化组织铁路应用技术委员会（ISO/TC269）ISO/TC269是国际标准化组织下设的专门负责铁路应用领域标准制定的技术委员会，秘书处由法国标准化协会（AFNOR）承担，现有参与成员国和观察员国共计30余个。其工作范围覆盖铁路基础设施、机车车辆、运营服务和铁路人员能力管理等诸多领域。在ISO23019:2022的编制过程中，ISO/TC269发挥了核心组织作用，具体包括：组建专项工作组（WorkingGroup）负责标准草案的技术论证与文稿编制；协调各成员国的意见反馈并逐条处理评议；组织国际间比对验证工作以保证技术指标的可实现性；推进与相关国际组织（如国际铁路联盟UIC、国际公共交通协会UITP）的技术协调。ISO/TC269通过本标准编制，充分展现了其在铁路人员培训和装备标准化方面的技术领导力，也为今后模拟器相关衍生标准（如考核评估标准、视景质量标准）的制定奠定了组织和技术基础。5.2中国参与单位的贡献中国作为ISO/TC269的积极成员，深度参与了ISO23019:2022的编制工作。中国铁道科学研究院集团有限公司、中车相关研究院所以及国内主要模拟器制造企业的专家代表参与了多项关键技术指标的讨论与验证工作。中国在高速铁路驾驶模拟器的研发与应用方面积累的丰富经验，特别是在CTCS信号仿真、高速运行场景建模和人机交互验证等方面形成的技术成果，为标准的完善和落地提供了重要的实践支撑。六、标准实施的意义与影响6.1对铁路安全水平的提升6.2对行业的规范作用该标准的发布结束了模拟器市场"无标可依"的混乱状态。对于制造商而言，标准提供了明确的设计和制造依据，有利于规范产品研发流程、提升产品一致性；对于用户单位而言，标准为采购选型、验收测试和运维管理提供了可操作的依据；对于检测认证机构而言，标准为实施第三方检测提供了统一的技术准则。6.3对国际贸易与合作的促进作为一项由ISO发布的国际标准，ISO23019:2022为各国之间的模拟器贸易和技术合作消除了标准壁垒。符合该标准的模拟器产品在各成员国之间具有更高的互认度，有助于促进先进训练装备的国际流通和专业技术经验的全球共享。同时，该标准也为发展中国家建设铁路驾驶员培训体系提供了重要的技术参照。七、结论与展望ISO23019:2022《铁路应用驾驶员培训用驾驶模拟器》作为全球首个针对铁路驾驶模拟器的国际标准，填补了该技术领域国际标准化的空白，标志着铁路驾驶员培训装备从各自为战走向全球协同的新阶段。该标准以系统性思维构建了涵盖系统分级、功能要求、性能指标和试验验证的完整技术框架，创新性地引入可量化的动态性能指标和故障注入能力要求，为模拟器的设计制造、采购验收和运维管理提供了全生命周期的技术指引。展望未来，随着人工智能、数字孪生、扩展现实等前沿技术的快速发展，驾驶模拟器将朝着更高逼真度、更强交互性和更智能化的方向演进。ISO23019:2022所确立的框架体系为后续技术的迭代升级预留了充分的空间。可以预见，在不久的将来，围绕模拟器的视景质量评估、训练效果量化评价、人在回路仿真等方向还将涌现出新的国际标准项目，逐步形成完整的铁路模拟训练标准族。建议国内相关企事业单位和研究机构持续跟踪国际标准化动态，深度参与后续标准的制修订工作，将中国在高速铁路模拟训练领域积累的先进技术和实践经验推向国际舞台，为全球铁路运输安全水平的共同提升贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO23019:2022,Railwayapplications—Drivingsimulatorfordrivers'training[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[2]ISO/TC2