朱 鳴

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司軌道交通培訓(xùn)中心，201102，上?！喂こ處煟?/p>

國內(nèi)城市軌道交通各條線路所用的列車自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)，由不同的公司研制，如ALSTOM、USS、SIEMENS、泰雷茲等公司的 ATC和CBTC（基于通信的列車控制）系統(tǒng)。因此，與行車調(diào)度有關(guān)的中央ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控）、地方ATS、停車場(chǎng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖等的人機(jī)界面也就各不相同，而且具體功能還有較大差異。這就要求對(duì)上崗或者在崗人員進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，最好能在各種不同仿真系統(tǒng)下進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)一致的功能和故障模式培訓(xùn)。故需要開發(fā)一套通用基礎(chǔ)平臺(tái)，以縮短開發(fā)列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的周期，以便快速開發(fā)不同線路的列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，來適合列車運(yùn)營的培訓(xùn)需求［1］。

1 列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

本文研究構(gòu)建城市軌道交通列車運(yùn)行仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，定義仿真系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，通過站場(chǎng)自動(dòng)生成和基本功能自動(dòng)生成的研究，構(gòu)建列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)，為開發(fā)不同線路的列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)建立基礎(chǔ)。其設(shè)計(jì)方案如下。

1.1 構(gòu)建城市軌道交通列車運(yùn)行仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

把列車仿真培訓(xùn)系統(tǒng)分為表示層（操作界面）、消息生成層（操作命令生成）、邏輯關(guān)系處理層（通用、特殊邏輯處理，如進(jìn)路建立）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備仿真等四個(gè)層次，并研究程序?qū)崿F(xiàn)的自動(dòng)生成及內(nèi)部接口關(guān)系，如圖1所示。

1.2 城市軌道交通站場(chǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成

1）組件庫的建立：根據(jù)不同制式的ATS系統(tǒng)的特點(diǎn)，開發(fā)不同的組件，形成組件庫，解決不同系統(tǒng)對(duì)相同部件表現(xiàn)形式上差異，同時(shí)對(duì)組件進(jìn)行分類管理［2］。

2）站場(chǎng)形式語言的描述：通過人工的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，研究站場(chǎng)形式化語言的描述方式。通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的輸入，形成統(tǒng)一的線路數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)庫；再根據(jù)數(shù)據(jù)的信息并結(jié)合組件庫內(nèi)容，自動(dòng)生成站場(chǎng)結(jié)構(gòu)操作視圖。

3）基本功能的自動(dòng)生成：

·聯(lián)鎖功能——提取不同制式仿真系統(tǒng)的進(jìn)路排列、取消進(jìn)路、延時(shí)解鎖進(jìn)路、引導(dǎo)進(jìn)路、道岔單操或單鎖等功能的共性。

·列車調(diào)整功能——提取不同制式仿真系統(tǒng)的跳停、扣車、催發(fā)車、停站時(shí)間調(diào)整、運(yùn)行等級(jí)調(diào)整等功能的共性。

·列車仿真運(yùn)行功能——提取不同制式的仿真系統(tǒng)的列車實(shí)際速度計(jì)算、列車定位停車、自動(dòng)進(jìn)路、連續(xù)通過進(jìn)路等功能的共性。

·時(shí)刻表管理功能——提取不同制式仿真系統(tǒng)的建立在線時(shí)刻表、刪除在線時(shí)刻表、在線時(shí)刻表中加車和減車等功能的共性。

圖1 列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)圖

·故障處置功能——提取不同制式仿真系統(tǒng)的紅光帶、道岔失去表示、信號(hào)機(jī)燈絲斷絲、列車車門無法關(guān)閉、列車失去通信等故障模擬功能的共性。

·與站場(chǎng)的連接——系統(tǒng)人機(jī)交互界面各有不同，操作方法也不盡相同，但形成命令卻基本相同。在系統(tǒng)框架下采用消息處理層，把操作命令進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成統(tǒng)一的調(diào)用接口，調(diào)用通用功能庫中內(nèi)容，使站場(chǎng)和通用功能結(jié)合起來。

4）仿真系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)（與其它系統(tǒng)如模擬駕駛系統(tǒng)）：主要實(shí)現(xiàn)列車仿真培訓(xùn)系統(tǒng)和模擬駕駛、COCC（中央運(yùn)行控制中心）、電子沙盤等系統(tǒng)接口方式及交互數(shù)據(jù)內(nèi)容的定義，規(guī)范其數(shù)據(jù)格式。

2 列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)現(xiàn)的方法

1）建立組建庫：使用統(tǒng)一接口［3］，界面按照各自ATS系統(tǒng)界面形式制作。

2）建立站場(chǎng)數(shù)據(jù)：采用XML純文本數(shù)據(jù)格式，輸入基本數(shù)據(jù)，如設(shè)備基本數(shù)據(jù)、基本坐標(biāo)點(diǎn)；通過平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算設(shè)備坐標(biāo)點(diǎn)、連接關(guān)系和聯(lián)鎖表等，自動(dòng)生成站場(chǎng)圖界面；再根據(jù)站場(chǎng)圖建立線路數(shù)據(jù)，通過線路數(shù)據(jù)建立列車時(shí)刻表。圖2為站場(chǎng)圖自動(dòng)生成系統(tǒng)。

圖2 通用平臺(tái)站場(chǎng)圖自動(dòng)生成系統(tǒng)

3）建立基本功能庫：根據(jù)提取的不同制式仿真系統(tǒng)的各個(gè)基本功能的共性，建立統(tǒng)一的功能庫。不同制式的仿真系統(tǒng)調(diào)用同一個(gè)功能庫進(jìn)行邏輯處理，再通過接口控制ATS框架的表示層，顯示出不同系統(tǒng)界面。由于不同制式的仿真系統(tǒng)的基本功能也可能存在較大差異，比如有的采用固定閉塞，有的采用移動(dòng)閉塞，這時(shí)就需要在基本功能庫里內(nèi)置兩種以上的處理方法，以便不同制式的仿真系統(tǒng)調(diào)用。也就是說，基本功能庫需要囊括可能有的各種情況的邏輯處理功能。

4）制作ATS框架：不同制式的仿真系統(tǒng)有不同的框架，包括視圖、菜單、命令等。它們的界面、操作方式等差異很大，要把除了站場(chǎng)圖形以外的部分制作出來，菜單、命令等制作好統(tǒng)一接口。因此，每種制式的仿真系統(tǒng)都需要做一個(gè)框架。每個(gè)框架內(nèi)部做好對(duì)基本功能庫的調(diào)用接口，可以自動(dòng)調(diào)用相對(duì)應(yīng)的基本功能，以完成相應(yīng)功能操作和顯示。

5）與其它系統(tǒng)的接口：定義統(tǒng)一外部接口，通過報(bào)文發(fā)送和接收其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保持相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致。

2.2 應(yīng)用和再開發(fā)

在列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)上，通過選擇ATS框架、輸入基本數(shù)據(jù)、生成站場(chǎng)數(shù)據(jù)、建立時(shí)刻表后，就能生成一個(gè)列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件。平臺(tái)操作簡單，人機(jī)對(duì)話界面友好，能快速開發(fā)出不同制式、不同線路的仿真軟件。圖3為通過平臺(tái)生成的阿爾斯通ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的上海城市軌道交通3號(hào)線部分站場(chǎng)界面；圖4為通過平臺(tái)生成的泰雷茲CBTC仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的上海城市軌道交通8號(hào)線（具備CBTC和后備模式）部分站場(chǎng)界面。

圖3 阿爾斯通ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)界面

圖4 泰雷茲CBTC仿真培訓(xùn)系統(tǒng)界面

列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)具有可持續(xù)性發(fā)展的特點(diǎn)，通過建立新的組件、建立新ATS框架以及添加或修改基本功能庫，可以使平臺(tái)擴(kuò)展出更多、更完善的列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件，用以應(yīng)對(duì)城市軌道交通日新月異的變化。

列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用流程如圖5所示。

圖5 列車運(yùn)行仿真培訓(xùn)軟件通用開發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用流程圖

3 結(jié)語

本文提出了列車運(yùn)行仿真軟件通用開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，闡述了在此平臺(tái)上快速開發(fā)各種制式的列車運(yùn)行仿真軟件的過程。通過此通用平臺(tái)，可以統(tǒng)一開發(fā)列車運(yùn)行仿真軟件過程，簡化開發(fā)過程，減少重復(fù)開發(fā)；通過統(tǒng)一外部接口，方便了擴(kuò)展開發(fā)或鏈接相關(guān)仿真軟件，并能根據(jù)對(duì)列車仿真軟件的要求進(jìn)行變更，可快速添加新功能和更新內(nèi)容。

［1］陳永生，徐金祥.上海軌道交通信號(hào)制式的多樣性及其對(duì)策［J］.城市軌道交通研究，2002（4）：29.

［2］王野，郭秀清.基于組件技術(shù)的列車自動(dòng)監(jiān)控仿真系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007，27（增2）：285.

［3］宇鵬，王曉峰，李云飛.Visual C＋＋實(shí)踐與提高——ActiveX篇［M］.北京：中國鐵道出版社，2001.