杜菡萏，焦萬立

（西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

通過開發(fā)城市軌道交通列車追蹤及折返能力仿真系統(tǒng)，建立城市軌道交通工程項目的計算機輔助設(shè)計平臺，利用系統(tǒng)內(nèi)嵌的列車動力學(xué)模型和列車控制模型等數(shù)學(xué)模型，為城市軌道交通項目設(shè)計提供定量分析的理論依據(jù)。

1 仿真系統(tǒng)概述及數(shù)據(jù)庫在仿真系統(tǒng)中的作用

本仿真系統(tǒng)通過模擬列車按照實際條件在線路上運行，驗證系統(tǒng)設(shè)計是否滿足運營指標(biāo)要求。它不需要實際設(shè)備條件參與，但需具備實際系統(tǒng)的基本功能。列車控制模型采用速度—距離模式控制曲線（Distance-to-go），適用于列車按移動閉塞、準(zhǔn)移動閉塞、固定閉塞制式運行（含追蹤、折返、出/入段）的仿真，分析驗證正線列車追蹤運行的最小設(shè)計行車間隔、最小設(shè)計折返間隔、旅行時間、平均旅行速度等運營指標(biāo)。可作為信號系統(tǒng)的輔助設(shè)計工具。系統(tǒng)內(nèi)嵌列車動力學(xué)模型和不同制式列車控制模型等數(shù)學(xué)模型，根據(jù)線路土建數(shù)據(jù)、列車性能參數(shù)、運營參數(shù)和指標(biāo)要求，驗證信號機布點和軌道區(qū)段劃分。借助本仿真系統(tǒng)的仿真結(jié)果，為行車組織、線路設(shè)計、車站配線等的優(yōu)化設(shè)計提供參考，實現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化。

本仿真系統(tǒng)采用單機運行的多任務(wù)結(jié)構(gòu)，如圖1。其中，數(shù)據(jù)庫主要完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫錄入、數(shù)據(jù)在線編輯和數(shù)據(jù)解析等功能。

圖1 CBTC仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 基于有向圖的數(shù)據(jù)庫

2.1 數(shù)據(jù)庫功能

（1）數(shù)據(jù)錄入：錄入真實數(shù)據(jù)用于仿真測試；（2）在線編輯：為用戶提供在線編輯界面和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查看和動態(tài)修改功能；（3）數(shù)據(jù)解析：實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的解析，并以全局變量的方式為其它模塊提供數(shù)據(jù)接口。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則

線路數(shù)據(jù)庫是基于有向圖的數(shù)學(xué)拓?fù)浔硎?。它提供?jié)點和邊的數(shù)據(jù)。列車行駛，折返，改變方向的任何一個地方叫做一個節(jié)點。2個節(jié)點之間叫做一個邊。道岔和軌道用節(jié)點來表示，每個邊有一個規(guī)定的方向，軌道方向和邊的方向相同，邊和節(jié)點都有單獨的id，列車所在的位置和軌旁設(shè)備能夠定義為向量。如圖2，從成都地鐵1號線文殊院站到騾馬市站，列車1和列車2分別用<+e4, 156> 和 <-e2, 236>表示。

用一個標(biāo)準(zhǔn)且開放的數(shù)學(xué)拓?fù)鋪碓忈尵€路數(shù)據(jù)庫，對于CBTC系統(tǒng)的互通性來說是一項很重要的技術(shù)。當(dāng)列車從一個CBTC系統(tǒng)移動到另一個時，它在入口處下載新的線路數(shù)據(jù)庫，同時將所在位置報告給新的區(qū)域控制器。然后區(qū)域控制器將計算移動授權(quán)并將其發(fā)送回板載控制器。這些消息在移動閉塞系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中都使用<邊，偏移量>的方法來確定其位置。

圖2 有向圖與列車位置

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)定義

以成都1號線為例，根據(jù)仿真系統(tǒng)的需要，我們將仿真系統(tǒng)中涉及到的各個實體確定為對象，例如土建相關(guān)數(shù)據(jù)，包括長短鏈，坡度，曲線，限速；信號相關(guān)數(shù)據(jù)，包括道岔，記軸，信號機，車站。并將對象通過邊和節(jié)點關(guān)聯(lián)起來，形成一個完整的邏輯整體，如圖3。

圖3 線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

其中，所有數(shù)據(jù)都取自實際的工程圖紙，數(shù)據(jù)分土建數(shù)據(jù)和信號數(shù)據(jù)；道岔，記軸，信號機取自平面布置圖；長短鏈，坡度，曲線來自縱斷面圖。限速的內(nèi)容則是綜合了曲線限速，道岔限速，車站限速以及其他限速的整個線路的限速表。每個實體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)定義如圖4。

在限速表中，最特殊的是曲線限速，曲線限速的獲得有3種方式：

（1）通過查表，根據(jù)曲線半徑和緩和曲線長度查表得到曲線限速值。

計算得出曲線限速值。

（3）用戶直接輸入曲線限速值。

3.2 仿真系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)的定義

除基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外，還有一些仿真系統(tǒng)要用到的數(shù)據(jù)，以全局?jǐn)?shù)據(jù)的方式定義，如表1。

表1 全局?jǐn)?shù)據(jù)

4 在實際中取得的成果

在實際的CBTC仿真系統(tǒng)中，按照基于有向圖的方式組織數(shù)據(jù)庫，獲得列車精確的位置信息和移動授權(quán)信息，從而實現(xiàn)移動閉塞的追蹤、折返、出入段的仿真。并在仿真之后生成ATS（列車自動監(jiān)督系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫，ATC（列車自動控制系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫；信號平面圖，聯(lián)鎖表及DSU（數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫。

圖4 仿真系統(tǒng)詳細(xì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義

5 結(jié)束語

本文基于CBTC仿真系統(tǒng)，根據(jù)仿真的需求，用有向圖的辦法對數(shù)據(jù)庫進行了建模，對現(xiàn)實世界進行了抽象，對站場元素進行了精確描述，具有一定的擴展性和通用性。

[1] 陸偉，馬欽. 高速列車運行仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用[J] . 中國鐵道科學(xué)，2002，23（6）：36-37.

[2] 賈紅娟，唐幀敏. 北京地鐵一號線ATS仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計[J] . 鐵路計算機應(yīng)用，2004，13（10）：53-54.