基于DCC及C—S模型的城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[摘 要] 文章首先對(duì)火車(chē)模型控制協(xié)議（Digital Command Control ，DCC）和客戶(hù)端/服務(wù)器（Client-Server，C-S）模型兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)原理進(jìn)行詳細(xì)闡述，然后對(duì)基于以上關(guān)鍵技術(shù)的城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行詳細(xì)介紹，最終完成具有很好兼容性、擴(kuò)展性和穩(wěn)定性的城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞] 城市軌道交通；運(yùn)營(yíng)仿真；DCC協(xié)議；C-S模型

[作者簡(jiǎn)介] 吳玲英，上海軌道交通培訓(xùn)中心工程師，上海，201102；葉華平，上海軌道交通培訓(xùn)中心，上海，201102；李立明，上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：軌道交通檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)處理，上海， 201620；鄭樹(shù)彬，上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，上海，201620

[中圖分類(lèi)號(hào)] U23[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1007-7723（2012）07-0038-0004

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真技術(shù)在鐵路運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，并且隨著計(jì)算機(jī)連鎖網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)很多單一的運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)不能完整地體現(xiàn)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)理念以及相關(guān)系統(tǒng)的定義和原理[1]。

基于DCC的火車(chē)模型控制協(xié)議為任何接觸軌道的信號(hào)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，搭建的客戶(hù)端/服務(wù)器（C-S）模型可以同時(shí)接收到來(lái)自多個(gè)控制中心的機(jī)車(chē)模型運(yùn)行和軌旁設(shè)備狀態(tài)的DCC數(shù)據(jù)。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，控制中心發(fā)送DCC控制指令操縱機(jī)車(chē)模型的運(yùn)行和軌旁設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)連鎖網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，已實(shí)現(xiàn)128輛列車(chē)的控制。目前城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次模擬實(shí)現(xiàn)了基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制、列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)防護(hù)、列車(chē)自動(dòng)控制、列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控等基本功能。

一、DCC協(xié)議原理及控制標(biāo)準(zhǔn)

DCC是由國(guó)家鐵道模型協(xié)會(huì)（National Model Railroad Association ，NMRA）制定的火車(chē)模型控制協(xié)議，為任何接觸軌道的信號(hào)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且為火車(chē)模型控制提供了以前無(wú)法達(dá)到的真實(shí)程度。

（一）DCC協(xié)議原理

DCC的基本規(guī)則是制定一個(gè)最低標(biāo)準(zhǔn)， 使任何廠家生產(chǎn)的譯碼器都能對(duì)于任何廠家生產(chǎn)的控制系統(tǒng)進(jìn)行譯碼并執(zhí)行操作。其基本要求是[2]：任何接觸運(yùn)行軌道的信號(hào)必須遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。而在系統(tǒng)中其他地方的信號(hào)：如機(jī)車(chē)譯碼器的輸出端，或用戶(hù)輸入到控制器時(shí)的信號(hào)則由各廠家決定；DCC的主要目標(biāo)是控制機(jī)車(chē)的牽引功能，但其譯碼器也可以用于輔助設(shè)備上，例如：平面交叉門(mén)、信號(hào)燈和岔路口。

（二）數(shù)字命令控制（DCC）標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字命令控制（DCC）是一個(gè)異步串行標(biāo)準(zhǔn)，通常包括這樣一些協(xié)議，在信號(hào)本身中包含有操作連接在系統(tǒng)中的所有接受者（機(jī)車(chē)或輔助設(shè)備）所需要的電源。因此，DCC僅適用于兩軌電子系統(tǒng)，但其工作原理與火車(chē)的規(guī)格和規(guī)模無(wú)關(guān)。對(duì)于HO規(guī)模的火車(chē)，典型的軌道電壓是14V，電流強(qiáng)度為10A以上。DCC控制器持續(xù)地傳送電源給軌道。

開(kāi)關(guān)協(xié)議包含的異步串型數(shù)據(jù)如一串用順序極性轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間間隔來(lái)表示的'0'和'1'。在系統(tǒng)中每一列車(chē)的機(jī)車(chē)上包含一個(gè)譯碼器， 譯碼器設(shè)置為可識(shí)別位于每一指令（例如改變某一指定機(jī)車(chē)的速度）之前的一個(gè)串行數(shù)據(jù)地址。數(shù)據(jù)包的詳細(xì)格式可見(jiàn)圖1。它顯示了如何在不同的位置傳送'0'和'1'。而圖2顯示了一個(gè)完整的信息包。進(jìn)一步的信息在以NMRA標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)制作的表1和表2中。

二、客戶(hù)端/服務(wù)器模型

客戶(hù)端/服務(wù)器模型是常用的一種架構(gòu)模型，將應(yīng)用程序分成前端客戶(hù)端組件和后臺(tái)服務(wù)器組件?？蛻?hù)端組件運(yùn)行在工作站上，負(fù)責(zé)從用戶(hù)處接收數(shù)據(jù)，為服務(wù)器處理數(shù)據(jù)，并形成到服務(wù)器的連接。后臺(tái)服務(wù)器會(huì)等待客戶(hù)端的連接，當(dāng)服務(wù)器接收到客戶(hù)端的連接請(qǐng)求后，服務(wù)器會(huì)處理并返回給客戶(hù)端響應(yīng)信息?？蛻?hù)端接收到響應(yīng)消息，通過(guò)用戶(hù)接口呈現(xiàn)給用戶(hù)。

本城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)OCC和車(chē)控室，以滿(mǎn)足多條線路的控制需求。如圖3所示，通過(guò)服務(wù)器可以進(jìn)行多個(gè)控制中心和車(chē)控室，及車(chē)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換。

如圖4所示，為城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)客戶(hù)端/服務(wù)器模型功能設(shè)計(jì)，服務(wù)器系統(tǒng)對(duì)應(yīng)多個(gè)客戶(hù)端的數(shù)據(jù)處理，完成ATS仿真數(shù)據(jù)、連鎖仿真數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)和列車(chē)運(yùn)行仿真數(shù)據(jù)的處理，各客戶(hù)端分別完成界面仿真、操作仿真和運(yùn)行管理等功能[3]。

三 、城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)硬件設(shè)備包括機(jī)車(chē)模型、軌道電路及軌旁設(shè)備（信號(hào)機(jī)、道岔）、信號(hào)放大器、命令控制站、功能輸出模塊及DxdcNet轉(zhuǎn)換模塊[4]。列車(chē)控制遵循火車(chē)模型控制協(xié)議（Digital Command Control ，DCC），車(chē)控中心、控制中心（OCC）與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)交換采用客戶(hù)端/服務(wù)器（C-S）模型。實(shí)現(xiàn)了基于無(wú)線通信的列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行控制功能、計(jì)算機(jī)連鎖功能和列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控等功能。

如圖5所示，為城軌運(yùn)營(yíng)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理：由服務(wù)器發(fā)出控制指令，命令控制站（2000）接收后編碼發(fā)出相應(yīng)的DCC控制指令，經(jīng)信號(hào)放大器（2001）放大后輸出到軌道。安裝于列車(chē)內(nèi)部的解碼模塊接收相應(yīng)的指令執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)列車(chē)控制；服務(wù)器通過(guò)DxdcNet轉(zhuǎn)換模塊2003進(jìn)行沙盤(pán)的列車(chē)控制、信號(hào)機(jī)和道岔的控制、區(qū)間占用檢測(cè)及紅外無(wú)線定位；OCC和車(chē)控通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行信息檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)控制、信號(hào)機(jī)和道岔的控制。

四、結(jié) 語(yǔ)

基于DCC協(xié)議和C-S模型的城軌運(yùn)營(yíng)仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以很好地滿(mǎn)足兼容性和擴(kuò)展性的要求，可用于運(yùn)營(yíng)各類(lèi)工種及城市軌道交通相關(guān)從業(yè)人員和學(xué)生的認(rèn)知，具有系統(tǒng)性強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)面廣的特點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鄧正均.運(yùn)輸綜合演練（沙盤(pán)）系統(tǒng)軌道電路初探[J].鐵路通信信號(hào)，2003，39（11）.

[2]伊大成.用數(shù)字指令控制（DCC）火車(chē)模型[J].電子制作，2003，（11）.

[3]李紫時(shí).地鐵OCC行車(chē)調(diào)度仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2010.

[4]許曉偉，柴曉冬，鄭樹(shù)彬.基于CBTC的城市軌道交通模擬運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26（2）.