王 琦，錢雪軍

（同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

地鐵列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)的仿真

王 琦，錢雪軍

（同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

地鐵列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)以運(yùn)輸調(diào)度為目的，利用無線電波的傳播，完成列車與調(diào)度中心之間或列車與列車之間的通信。仿真系統(tǒng)主要利用VC++編程技術(shù)開發(fā)調(diào)度中心操作界面，通過Socket網(wǎng)絡(luò)編程，采用有線方式實(shí)現(xiàn)列車無線調(diào)度通信。同時簡單介紹列車車載顯示終端軟硬件部分。

無線調(diào)度通信；調(diào)度中心；操作界面；VC++； Socket

隨著軌道交通運(yùn)行線路的快速發(fā)展，每年都需要培訓(xùn)大量列車司機(jī)、運(yùn)營調(diào)度和車站值班員等工作人員。鑒于軌道交通的運(yùn)行特點(diǎn)，培訓(xùn)不可能完全在現(xiàn)場實(shí)施，大部分培訓(xùn)工作都需要在培訓(xùn)中心、實(shí)訓(xùn)基地完成，所以需要相應(yīng)的培訓(xùn)設(shè)施設(shè)備用于這些崗位的培訓(xùn)。其中，地鐵列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)（簡稱無線列調(diào)）是重要的地鐵列車行車通信設(shè)備，通過列車無線調(diào)度電話來完成通信，在保證列車正點(diǎn)運(yùn)行、提高通過能力、通告險情、防止事故、救援搶險等各方面都具有不可替代的作用。

本文對真實(shí)地鐵無線列調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，主要圍繞調(diào)度中心操作軟件進(jìn)行開發(fā)，仿真系統(tǒng)具有選呼、多呼、全呼、派接、短消息等調(diào)度通信功能，并具有相關(guān)存儲功能。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括：調(diào)度中心設(shè)備、車載設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)線。調(diào)度中心設(shè)備包括：主機(jī)及顯示器、操作軟件、麥克風(fēng)。車載設(shè)備包括：車載顯示終端、操作軟件、送受話器。

1.1 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)仿真對象為一條地鐵線路上、下行共計16輛列車與調(diào)度中心兩臺主機(jī)通信。根據(jù)現(xiàn)場布置，調(diào)度中心與車載設(shè)備安置在不同房間，利用網(wǎng)線連接兩者，實(shí)現(xiàn)通信。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

1.2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要具有兩大功能：（1）調(diào)度中心可以主動與列車建立通信，具有選呼、多呼、派接、全呼、短消息功能，發(fā)出調(diào)度命令。（2）調(diào)度中心可以應(yīng)答列車呼叫，以及派接列車與列車之間的通信。

（1）選呼：輸入某一個車次號，進(jìn)行單呼。

（2）多呼：多呼列表里面含有上/下行所有列車車次號，可以通過鍵盤SHIFT實(shí)現(xiàn)多選進(jìn)行呼叫。

（3）派接：當(dāng)某一列車請求呼叫其他列車時，可以顯示在派接列表中，調(diào)度中心調(diào)度員為其派接。

（4）全呼：呼叫上/下行所有列車，建立通信。

（5）短消息：輸入相關(guān)文本消息，選擇車次號進(jìn)行發(fā)送。

1.3 系統(tǒng)通信原理

調(diào)度中心與列車通信主要分為：（1）調(diào)度中心呼叫列車，發(fā)送調(diào)度命令。（2）列車請求呼叫調(diào)度中心。

本系統(tǒng)利用Socket編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與列車通信連接。Socket又稱“套接字”，是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口，面向客戶機(jī)/服務(wù)器模式（Client/Server model）而設(shè)計，用于解決兩者之間通信連接的問題。Socket流程圖如圖2所示。

圖2 Socket流程圖

（1）調(diào)度中心呼叫列車：通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所有列車一數(shù)據(jù)報，其中包含了被呼叫列車的ID號、當(dāng)前呼叫狀態(tài)標(biāo)志位（組呼/全呼），所有車載主機(jī)收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)過濾，被呼叫的相應(yīng)列車接收呼叫請求，從而建立通信連接，同時當(dāng)前列車與調(diào)度中心IP地址及相關(guān)信息被保存，為通話做準(zhǔn)備。當(dāng)列車應(yīng)答時，包含語音信號的數(shù)據(jù)通過Socket在調(diào)度中心與列車之間進(jìn)行傳輸。

（2）列車呼叫調(diào)度中心：其過程與調(diào)度中心呼叫列車相似，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給調(diào)度中心上、下行主機(jī)一數(shù)據(jù)報，包含了本機(jī)ID、當(dāng)前調(diào)度地址IP、當(dāng)前呼叫狀態(tài)標(biāo)志位（組呼/全呼）等，調(diào)度中心接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行過濾，被呼叫的調(diào)度中心接收呼叫請求，建立通信連接，同時保存相關(guān)信息。當(dāng)調(diào)度中心應(yīng)答時，語音信號通過Socket進(jìn)行傳輸。

2 系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)物組成

本系統(tǒng)實(shí)物主要包括3部分：調(diào)度中心設(shè)備、列車車載設(shè)備、連接設(shè)備。

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，調(diào)度中心配置兩臺主機(jī)和兩臺顯示器以提供兩位行車調(diào)度員進(jìn)行操作，用于一條運(yùn)行線路上、下行列車的調(diào)度通信；車載顯示終端采用一體機(jī)的形式，安裝在列車駕駛臺上。圖3為系統(tǒng)組成實(shí)物圖。

圖3 系統(tǒng)實(shí)物圖

2.1.1 調(diào)度中心設(shè)備

（1）主機(jī)及顯示器：主機(jī)安裝Windows操作系統(tǒng)，能夠運(yùn)行相關(guān)操作軟件，內(nèi)置揚(yáng)聲器和提供麥克風(fēng)插口，提供DVI、HDMI顯示輸出接口，以及鼠標(biāo)、鍵盤、網(wǎng)線等接口；顯示器顯示軟件操作界面。

（2）調(diào)度員操作軟件：本軟件基于Windows操作系統(tǒng)，利用VC++中MFC編程技術(shù)，編制操作界面。同時通過Socket網(wǎng)絡(luò)編程，可以發(fā)送車次號給列車車載設(shè)備，從而與列車建立通信，實(shí)現(xiàn)選呼、多呼、全呼、派接、短消息等功能。

（3）麥克風(fēng)：連接在主機(jī)上，可以與列車進(jìn)行通話。

2.1.2 列車車載設(shè)備

（1）車載通信顯示終端：基于Windows的小型主機(jī)和顯示屏構(gòu)成一體機(jī)，安裝在列車操縱駕駛臺上，并提供與送受話器連接串口，網(wǎng)線接口等。

（2）顯示終端操作軟件：基于MFC編程技術(shù)，開發(fā)操作界面，接收調(diào)度命令，并顯示相關(guān)信息。同時可以實(shí)現(xiàn)呼叫調(diào)度中心，以及通過派接與其他列車進(jìn)行通信。

（3）送受話器：安裝在列車操縱臺上，通過與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，對語音信號進(jìn)行播放與錄入，從而與調(diào)度中心進(jìn)行通話。

2.1.3 連接設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及網(wǎng)線：連接調(diào)度中心和列車車載設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 調(diào)度中心操作界面

該軟件操作界面利用MFC建立基于對話框的界面框架，由于真實(shí)地鐵具有上、下行運(yùn)行線路，因此繪制調(diào)度中心上行和下行兩個操作界面，供兩位調(diào)度員與上、下行列車進(jìn)行通信。同時也要考慮某一列車在上下行時車次號的改變，從而建立起調(diào)度中心上下行操作界面之間的聯(lián)系。下面以調(diào)度中心上行操作界面（如圖4所示）為例，進(jìn)行具體介紹。

圖4 調(diào)度中心操作界面

調(diào)度中心操作界面主要包括列車列表和IPH、選呼、多選、派接、上下行全呼、短消息標(biāo)簽頁，以及應(yīng)答、PTT、停音按妞。同時還具有狀態(tài)信息顯示。具體如下：

（1）列車列表：主要有車次號、車體號、方向、注冊、工況等項(xiàng)。調(diào)度中心傳遞車次號給列車，為列車完成注冊。同時當(dāng)列車請求呼叫調(diào)度中心時，以顏色突出顯示當(dāng)前呼叫列車。

（2）IPH請呼列表：當(dāng)列車發(fā)出呼叫請求，顯示在列表中，以未應(yīng)答和已應(yīng)答區(qū)分，右邊設(shè)置應(yīng)答按鈕。

（3）PTT：當(dāng)調(diào)度員與列車建立通信時，必須用鼠標(biāo)按住PTT講話，語音信號才能進(jìn)行發(fā)送。松開PTT接收對方講話。

（4）停音：實(shí)現(xiàn)掛斷功能。

（5）其他功能：右上角顯示時間日期，以及當(dāng)前通話狀態(tài)（單呼/掛斷等）。

2.3 MFC語音的錄入與播放

Win32 API中有一組被稱成多媒體控制接口（即MCI-Media Control Interface）的函數(shù)，該接口提供了多媒體編程所需的系統(tǒng)級API。因此可以通過這個接口實(shí)現(xiàn)語音信號的處理。具體實(shí)現(xiàn)過程如圖5所示。

圖5 錄放音步驟

2.3.1 錄音過程

音頻輸入分為：打開設(shè)備、開始錄音、關(guān)閉設(shè)備。

具體步驟為：waveInOpen（打開一個音頻輸入設(shè)備）、waveInPrepareHeader（為即將在wave-InAddBuffer中調(diào)用的輸入緩沖區(qū)準(zhǔn)備頭部）、waveInAddBuffer（添加輸入用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）、waveInStart（開始錄音）、waveInReset（清掉等待錄音的緩沖區(qū)）、waveInClose（關(guān)閉設(shè)備）。

2.3.2 播放過程

waveOutOpen（打開一個音頻輸出設(shè)備）、wave-OutPrepareHeader（準(zhǔn)備波形數(shù)據(jù)塊）、waveOutWrite（向給定音頻輸出數(shù)據(jù)塊）、waveOutUnPrepareHeader（清除準(zhǔn)備）、waveOutClose（關(guān)閉設(shè)備）。

錄音過程和播放過程中使用的聲音文件操作函數(shù)的聲明包含在mmsystem.h中，同時編譯時要加入動態(tài)連接導(dǎo)入庫winmm.lib。

2.4 通信實(shí)現(xiàn)

利用MFC下Socket網(wǎng)絡(luò)編程仿真實(shí)現(xiàn)語音信號在調(diào)度中心和列車以及列車與列車之間的傳輸。

2.4.1 調(diào)度中心呼出

當(dāng)調(diào)度中心單呼某一列車時：（1）MFC消息響應(yīng)機(jī)制檢測到呼叫請求，利用OnButton()函數(shù)調(diào)用TeacherTalk.call()，該函數(shù)中包含列車車次號相關(guān)ID及標(biāo)志位；（2）調(diào)用OnHandleMessage()函數(shù)，該函數(shù)進(jìn)行端口、IP地址等相關(guān)處理；（3）利用Socket進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。相應(yīng)的列車車載顯示終端顯示如圖6所示。

圖6 車載顯示終端操作界面

圖6中，當(dāng)調(diào)度中心呼叫列車時，列車車載顯示終端操作界面中呼入信息顯示：表示調(diào)度中心正在呼叫，同時以提示音警示。

2.4.2 調(diào)度中心應(yīng)答

當(dāng)某一列車呼叫調(diào)度中心時：（1）可以在車載操作界面上通過請呼按鈕選擇呼叫行車，MFC消息響應(yīng)機(jī)制檢測到呼叫請求，利用OnButton()函數(shù)調(diào)用StudentTalk.call()，該函數(shù)中包含調(diào)度中心IP地址、列車車次號相關(guān)ID及標(biāo)志位；（2）調(diào)用OnHandleMessage()函數(shù)，該函數(shù)進(jìn)行端口、IP地址等相關(guān)處理；（3）利用Socket進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。此時相應(yīng)調(diào)度中心軟件操作界面顯示如圖7所示。

圖7 調(diào)度中心操作界面

圖7中，當(dāng)列車呼叫調(diào)度中心時，當(dāng)前呼叫列車在列車列表中以顏色突出來警示，同時伴有提示音。不僅如此，請呼列表中還有未應(yīng)答該列車消息提示。

3 結(jié)束語

本設(shè)計利用基于VC++下的MFC編程技術(shù)對地鐵列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。主要圍繞調(diào)度中心操作界面的設(shè)計、語音信號的處理、Socket網(wǎng)絡(luò)編程等方面，仿真實(shí)現(xiàn)列車與調(diào)度中心通信以及其他相關(guān)功能。因此，本設(shè)計具有一定的理論價值，同時可以進(jìn)行地鐵模擬駕駛的相關(guān)培訓(xùn)，具有一定的實(shí)用價值。

[1]侯俊杰.深入淺出MFC[M].2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.

[2]李秀真.城市公交調(diào)度車載終端軟件系統(tǒng)設(shè)計[D].太原：太原科技大學(xué),2012.

[3]陳志賢.列車調(diào)度無線通信系統(tǒng)設(shè)計[J].微電子學(xué)與計算機(jī),2010,27（4）：137-139.

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[5]奚雯佳.基于TETRA的專用無線通信系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用[D].南京：南京郵電大學(xué)，2014.

[6]由振鵬.地鐵無線通信系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2014

責(zé)任編輯 付 思

Radio Dispatching Communication System for Urban Transit trains

WANG Qi,QIAN Xuejun
( School of Electronic and Information Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)

Radio Dispatching Communication System for Urban Transit trains is with the purpose of transportation dispatching,to use the propagation of radio waves and implement communication between train and dispatching center or between trains.This article mainly focused on using VC++ programming technology to develop dispatching center operation interface,through the Socket network programming,and using wired mode to implement the communication simulation of train radio dispatching. At the same time,a brief introduce was given about related hardware and software part of train on-board display terminal.

radio dispatching communication;dispatching center;operation interface;VC++;Socket

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2016）07-0049-04

2015-12-23

王 琦，在讀碩士研究生；錢雪軍，副教授。