趙志敏

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西西安710018）

鐵路運(yùn)輸對(duì)于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的作用，因?yàn)槲覈F路運(yùn)行的情況較為復(fù)雜，并且鐵路的運(yùn)輸效率比較低，為了能夠有效滿足我國鐵路對(duì)于快速及更高的需求，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，以我國相關(guān)規(guī)劃及綱要作為基礎(chǔ)，鐵路部門提出了滿足我國國情發(fā)展的類車運(yùn)行控制系統(tǒng)策略，從而為列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)[1]。雖然我國列車控制系統(tǒng)的起步較晚，但是我國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)展的這么多年，我國列車控制技術(shù)也得到了有效的發(fā)展。我國基于ETCS技術(shù)，將列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)劃分成為了5個(gè)等級(jí)，從0-4。微機(jī)聯(lián)鎖屬于列控系統(tǒng)子系統(tǒng)，能夠有效保證列車在運(yùn)行過程中的安全性，還能夠有效提高列車運(yùn)行的效率。我國微機(jī)聯(lián)鎖工作是在上世紀(jì)八十年代初開始發(fā)展的，在制定相應(yīng)戰(zhàn)略之后，全新的技術(shù)規(guī)范對(duì)于微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)功能和設(shè)備解構(gòu)進(jìn)行了一定的描述[2]。所以，我國現(xiàn)代微機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步。本文對(duì)微機(jī)聯(lián)鎖仿真子系統(tǒng)進(jìn)行了全面的研究，并且創(chuàng)建了仿真平臺(tái)連鎖站，從而為系統(tǒng)全面評(píng)估打下良好的基礎(chǔ)。

1 仿真平臺(tái)連鎖站的功能

1.1 仿真平臺(tái)

城市軌道交通列車運(yùn)行過程中的仿真系統(tǒng)屬于具有較多功能的系統(tǒng)軟件包，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行工程中及軌道交通基本信號(hào)控制系統(tǒng)的高精度數(shù)字化仿真模擬[3]。圖1為列車系統(tǒng)仿真平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。

圖1 列車系統(tǒng)仿真平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

仿真平臺(tái)還能夠直接為創(chuàng)建及計(jì)劃過程中城市交通運(yùn)行的仿真模擬及調(diào)度人員的培訓(xùn)技術(shù)提供基礎(chǔ)保證。在對(duì)現(xiàn)代列車運(yùn)行控制系統(tǒng)過程中運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)城軌列車運(yùn)行控制仿真平臺(tái)模型的劃分。

線路及列車對(duì)于實(shí)際線路來說較為固定，能夠在仿真過程中利用初始化線路及列車的型號(hào)選擇實(shí)現(xiàn)模擬。如果信號(hào)設(shè)備線路不同，那么其中的連鎖站、調(diào)度中心、車載設(shè)備等結(jié)構(gòu)都各不相同。那么就要求在此部門進(jìn)行仿真的過程中，要充分考慮通用性及針對(duì)性。針對(duì)性指的是在仿真過程中要將實(shí)際設(shè)備作為基礎(chǔ)，對(duì)設(shè)備在工作過程中進(jìn)行模擬[4]。圖2為列車系統(tǒng)的模擬。

1.2 連鎖站的功能

以實(shí)際情況為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)連鎖站功能的分析，其主要包括：

將連鎖站管轄范圍中的線路圖充分展現(xiàn)出來；

實(shí)現(xiàn)仿真平臺(tái)發(fā)送列車位置信息的接收，對(duì)連鎖條件進(jìn)行檢查；

圖2 列車系統(tǒng)的模擬

實(shí)現(xiàn)列車及調(diào)車的作業(yè)模擬；

實(shí)現(xiàn)人工解鎖及進(jìn)路辦理；

以列車位置及連鎖條件為基礎(chǔ)，對(duì)類車進(jìn)行反饋碼信息的反饋[5]。

2 列控系統(tǒng)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 列控系統(tǒng)的概述

列控系統(tǒng)是將無線通信為基礎(chǔ)時(shí)下列車的運(yùn)行控制，其主要目的就是利用連續(xù)無線通信對(duì)車載設(shè)備進(jìn)行傳輸，包括線路描述信息等，使用固定自動(dòng)閉塞，將目標(biāo)距離為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式的列車監(jiān)控，類車的占用檢查通過軌道電路實(shí)現(xiàn)[6]。圖3為列控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。

圖3 列控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

2.2 列控仿真系統(tǒng)

列控仿真系統(tǒng)主要包括六部分，分貝為車載仿真、計(jì)算機(jī)連鎖仿真、TCC仿真、環(huán)境模擬器、RBC仿真及控制中心子系統(tǒng)，圖4為城軌列控系統(tǒng)的仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)。

圖4 城軌列控系統(tǒng)的仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)

仿真控制中心能夠?qū)崿F(xiàn)全部站場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)及圖形的展現(xiàn)[7]。

2.3 子系統(tǒng)的功能需求

2.3.1 仿真控制中心

圖5為仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其主要目的就是充分展現(xiàn)列車狀態(tài)、列車制動(dòng)曲線的展現(xiàn)，并且下發(fā)運(yùn)行計(jì)劃及進(jìn)路命令。

2.3.2 子系統(tǒng)的信息流

列控仿真系統(tǒng)之間的子系統(tǒng)信息交互主要是根據(jù)數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行[8]，圖6為列控仿真系統(tǒng)之間的信息流圖。

圖6 列控仿真系統(tǒng)之間的信息流圖

在啟動(dòng)仿真系統(tǒng)之后，司機(jī)需要利用界面實(shí)現(xiàn)模擬車型的選擇，之后將列車的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行輸入設(shè)置，然后創(chuàng)建和仿真控制中心、RBC子系統(tǒng)相互連接，并且向其發(fā)送列車的注冊(cè)信息。在列車運(yùn)行過程中，司機(jī)使用手動(dòng)對(duì)類車牽引制動(dòng)進(jìn)行操作，車載仿真系統(tǒng)能夠?qū)α熊嚨乃俣群瓦\(yùn)行的里程進(jìn)行計(jì)算，并且將與其連接的子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)送[9]。

3 列車系統(tǒng)仿真平臺(tái)連鎖仿真系統(tǒng)

3.1 連鎖系統(tǒng)接口

仿真平臺(tái)的主要目的就是實(shí)現(xiàn)高速鐵路列控系統(tǒng)事物的設(shè)備測(cè)試機(jī)驗(yàn)證，現(xiàn)代高鐵中的連鎖設(shè)備一般為DS6計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)。為了能夠使其實(shí)物設(shè)備和仿真平臺(tái)聯(lián)系測(cè)試及驗(yàn)證，需要仿真平臺(tái)具備連鎖實(shí)物接口。圖7為連鎖實(shí)物接入的總體結(jié)構(gòu)。

圖7 連鎖實(shí)物接入的總體結(jié)構(gòu)

仿真平臺(tái)的主要目的就是為連鎖實(shí)物接入提供一定的實(shí)物接口，包括接入代理及接口平臺(tái)。接口平臺(tái)的主要目的能夠?qū)崿F(xiàn)INIO卡讀寫，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)二進(jìn)制信息的解析及編碼。接入代理及接口平臺(tái)利用以太網(wǎng)傳輸進(jìn)行解析，仿真平臺(tái)及接入代理利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的交換[10]。圖8為連鎖實(shí)物和INIO接入的鏈接結(jié)構(gòu)。

圖8 連鎖實(shí)物和INIO接入的鏈接結(jié)構(gòu)

3.2 連鎖仿真平臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖9為微機(jī)聯(lián)鎖仿真平臺(tái)的功能框架，其主要包括站場(chǎng)繪制、數(shù)據(jù)初始化等。

圖9 微機(jī)聯(lián)鎖仿真平臺(tái)的功能框架

3.3 數(shù)據(jù)初始化

圖10為連鎖仿真系統(tǒng)初始化模塊的結(jié)構(gòu)，其主要包括戰(zhàn)場(chǎng)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及進(jìn)路表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)初始化的主要目的為：常量對(duì)象的初始化；戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的生成；對(duì)象初始化；進(jìn)路信息的提取等[11]。

圖10 連鎖仿真系統(tǒng)初始化模塊的結(jié)構(gòu)

3.4 繪制站場(chǎng)

圖11為繪制站場(chǎng)模塊的功能結(jié)構(gòu)，其主要包括繪制道岔、表示燈、按鈕、軌道區(qū)段、信號(hào)機(jī)。在實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)繪制的過程中，以信號(hào)機(jī)類型為基礎(chǔ)，通過相關(guān)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)繪制。在繪制道岔過程中，以道岔類型、封鎖狀態(tài)及進(jìn)路占用實(shí)現(xiàn)繪制；在繪制軌道區(qū)段的過程中，以道岔類型、數(shù)目、封閉狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)繪制[12]。

3.5 操作命令處理

圖11 繪制站場(chǎng)模塊的功能結(jié)構(gòu)

在車站值班人員實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)操作過程中，仿真程序要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作命令的記錄，并且對(duì)進(jìn)路命令是否有效進(jìn)行全面的檢查，通過進(jìn)路搜索程序的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)暫態(tài)進(jìn)路表的生成。對(duì)于其他人工操作命令來說，在對(duì)此命令操作判斷有效之后，就要對(duì)此模塊進(jìn)行執(zhí)行。圖12為操作命令處理模塊的結(jié)構(gòu)。

圖12 操作命令處理模塊的結(jié)構(gòu)

3.6 已建進(jìn)路處理

不管是站場(chǎng)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者是進(jìn)路表式，在實(shí)現(xiàn)進(jìn)路操作命令處理之后，就會(huì)創(chuàng)建進(jìn)路暫態(tài)進(jìn)路表，如果已經(jīng)創(chuàng)建，那么就要將進(jìn)路活動(dòng)進(jìn)路進(jìn)行分時(shí)，根據(jù)生命周期實(shí)現(xiàn)處理。每條活動(dòng)進(jìn)路實(shí)現(xiàn)進(jìn)路鎖閉、確認(rèn)檢查、信號(hào)開放等模塊[13]。圖13為已建進(jìn)路模塊的結(jié)構(gòu)。

圖13 已建進(jìn)路模塊的結(jié)構(gòu)

3.7 道路接口

在車站連鎖列控系統(tǒng)中并不是獨(dú)立設(shè)備，其要求和多個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，并且創(chuàng)建相應(yīng)的系統(tǒng)通信。圖14為道路接口子模塊，其主要目的為：實(shí)現(xiàn)連鎖和RBC的接口；實(shí)現(xiàn)連鎖和TCC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)連鎖和CTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[14]。

圖14 道路接口子模塊的結(jié)構(gòu)

4 聯(lián)鎖站模型的實(shí)現(xiàn)

以目前連鎖站模型為基礎(chǔ)，通過具體線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及控制碼序全面驗(yàn)證模型正確性。使用C++此種面向?qū)ο缶幊陶Z言實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)。為了便于工作人員將模塊之間的動(dòng)態(tài)交互聯(lián)系進(jìn)行全面了解，系統(tǒng)使用UML順序圖，對(duì)模塊之間消息傳遞時(shí)間順序進(jìn)行描述。不同水平表示不同對(duì)象，其中的垂直軸屬于時(shí)間。圖15為聯(lián)鎖站仿真平臺(tái)工作的顯示界面，界面中是某連鎖站線路圖，仿真工作人員能夠電機(jī)線路圖中的聯(lián)鎖站標(biāo)簽，從而切換聯(lián)鎖站。在聯(lián)鎖站和軌旁設(shè)備通信之后，通過邏輯判斷模塊處理，將滿足條件預(yù)排進(jìn)路進(jìn)行封閉，在人工干預(yù)的過程中，能夠?qū)粹o實(shí)現(xiàn)人工預(yù)排進(jìn)路和進(jìn)路解鎖[15]。

圖15 聯(lián)鎖站仿真平臺(tái)工作的顯示界面

5 結(jié)束語

本文對(duì)城市軌道交通列車的運(yùn)行控制系統(tǒng)仿真連鎖站系統(tǒng)工作原理及功能需求進(jìn)行了全面的分析，通過面向?qū)ο蠓治黾敖７椒▽?shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建，最后對(duì)平臺(tái)進(jìn)行全面的分析，表示能夠有效提高軟件設(shè)計(jì)的效率及質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的優(yōu)化。