基于ActiveX和XML技術的ATS站場圖設計與實現(xiàn)

張延龍，郭秀清

(同濟大學 控制科學與工程系,上海201804)

進入21世紀以來,隨著中國經濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，城市軌道交通也進入大發(fā)展時期。我國已經成為世界最大的城市軌道交通市場。城市軌道交通的快速發(fā)展也帶來了一個顯著的問題，就是軌道交通設施一旦完工立即投入運行，根本沒有時間允許對相關運營維護人員進行培訓。此外，由于現(xiàn)場列車行車安全和時間等因素的限制，已經投入使用的列車控制系統(tǒng)等現(xiàn)場設備不可能用來教學培訓。學員無法進行實際的練習。因此,怎樣在保證安全的前提下使每一位學員系統(tǒng)、快速地掌握相關技術，就成為迫切需要解決的難題。鑒于此有必要開發(fā)一套完整的用于教學、培訓的ATS仿真系統(tǒng)。

ActiveX控件具有可擴展、可重用、易組合、語言無關等特點。將其應用在ATS仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中可以大大減少重復勞動,縮短開發(fā)周期。可擴展標記語言XML(Extensible Markup Language)是用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言，可以用來標記數據，定義數據類型，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。XML與其他數據表現(xiàn)形式最大的不同是：它極其簡單。XML的簡單使其易于在任何應用程序中讀寫數據，這使XML很快成為數據交換的唯一公共語言。

1 ActiveX控件的設計與實現(xiàn)

1.1 控件的設計

站場圖是ATS仿真培訓系統(tǒng)的基礎,是ATS仿真系統(tǒng)可視控件的一部分。所有軌道設備的狀態(tài)、進路生成狀態(tài)、信號設備狀態(tài)和列車運行狀態(tài)都會在站場圖上直接反應出來。通過對ATS仿真系統(tǒng)的分析，站場圖的基本組成控件包括區(qū)段控件、道岔控件、信號機控件、站臺控件、車次窗控件以及一些其他控件,如圖1所示。

構建站場圖控件的首要任務是設計控件的屬性。站場圖控件的屬性可以分為兩類：靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性。靜態(tài)屬性指的是在繪制站場圖時可以修改的一些屬性，站場圖繪制完成后這些屬性在ATS仿真培訓系統(tǒng)運行時是不可改變的。動態(tài)屬性指的是在繪制站場圖時無需設置或僅需默認設置，在ATS仿真系統(tǒng)的運行過程中不斷變化的屬性[1]。例如，信號機控件的ID、名稱在ATS仿真系統(tǒng)運行過程中不會變化，這屬于靜態(tài)屬性；信號機的背景顏色在程序運行過程中經常發(fā)生變化，這屬于動態(tài)屬性。

圖1 站場圖控件

1.2 控件的實現(xiàn)

開發(fā)站場圖控件使用的是VC2008開發(fā)平臺，它是開發(fā)ActiveX控件的常用工具之一。VC2008集成開發(fā)環(huán)境，使用了微軟自己的類庫MFC，MFC對開發(fā)ActiveX控件提供了全面的支持。MFC對ActiveX控件的支持封裝為COlecontrol類，站場圖中各個控件均由此類派生[2]。本文以信號機為例說明ActiveX控件的設計與實現(xiàn)過程。信號機的靜態(tài)屬性有信號機名稱、信號機位置類型和字體顏色，信號機的動態(tài)屬性有信號機背景顏色、控件可見性和基座顏色。其主要代碼如下：

在VC++中設計ActiveX控件實際上就是對OnCreate()、DoPropExchange()、OnDraw()等函數的處理。OnCreate()函數完成控件的創(chuàng)建以及控件結構、尺寸和字體等外形的設置。DoPropExchange()函數負責的是狀態(tài)永久性機制,利用這個函數可以把ActiveX控件的屬性和內部信息保存到存儲對象或者是流對象中。這個函數通常調用PX_family函數來完成OLE控件的用戶自定義屬性操作。OnSize()函數用來調整控件顯示窗口的大小和位置。OnDraw()函數利用指定圖像在指定區(qū)域繪制OLE控件[3]。MFC默認的控件邊界形狀是一個矩形。這個矩形可以由鼠標拖動而改變大小，所以在設計控件時應當根據默認矩形的上下左右邊界計算出控件內部各點的相對坐標。這樣在拖拽控件改變大小時控件內部線條按比例放大或縮小。

在VC2008編譯環(huán)境中,信號機控件如圖2所示。

圖2 信號機控件

2 站場圖的生成

2.1 控件注冊

所有的ActiveX控件必須在注冊之后才可以使用。Regsvr32程序的作用就是注冊ActiveX控件。將所有控件放入一個庫中并在該庫中建立一個名為reg.dat的MSDOS批處理文件，在該文件中對控件進行注冊。例如,對信號機進行注冊的語句為：regsvr32-s./Line5Signal.ocx。使用控件前運行該文件就可以將控件的所有信息(包括所在路徑)都寫入注冊表中。

2.2 繪制站場圖

ATS仿真培訓系統(tǒng)的站場圖就是由一個個控件拼接而成的。按照軌道交通線路的實際情況，從控件庫中選取合適的控件，然后配置控件的功能和數據，確定控件間的相互關系和通信方式,最終就可以生成一個站場圖。本文按照上海市地鐵5號線現(xiàn)場的實際情況分別繪制出MV1、MV2、MV3 3張站場圖?？紤]到項目接下來要在主視圖中加載站場圖，在為站場圖所在的對話框添加類時要設置其基類為CFormView。部分站場圖如圖3所示。

圖3 部分站場圖

3 數據處理模塊的設計

3.1 數據庫的選擇

可擴展標記語言XML是W3C組織于1998年2月發(fā)布的標準，是Internet環(huán)境中跨平臺的、依賴于內容的技術，是當前處理結構化信息的有力工具。XML文檔結構嚴謹，層次分明，語義明確，具有良好的可讀性、易編寫和易維護等特性，而且使得多媒體信息在不同的系統(tǒng)之間相互交流成為現(xiàn)實。

XML可以充當小型數據庫的功能。雖然Access、Oracle和SQL Sever等數據庫都提供了強有力的數據存儲和分析能力，例如數據索引、排序和查找等能力，但與這些數據庫不同，XML僅僅是存儲數據。事實上XML與其他數據表現(xiàn)形式最大的不同是：它極其簡單。這個優(yōu)點使得XML與眾不同。在ATS仿真系統(tǒng)中，由于站場元素間關系的復雜性和多樣性，如果使用關系數據庫，依據數據庫設計范式而設計的數據結構會因為數據關系的復雜性而急劇膨脹，不利于存儲一些結構松散和關系復雜的站場元素模型信息。另外，站場元素模型的數據量不大，此時XML簡單的優(yōu)點便發(fā)揮了用處，因此將站場元素模型信息以XML原始格式存儲，方便靈活，沒有版權，沒有約束，也可以節(jié)約成本[4]。在站場圖模塊中，用XML描述了進路、區(qū)段、信號燈、道岔等站場元素的模型，記錄它們的信息，在后面各個功能模塊設計中都是基于這些數據的。

3.2 數據結構設計

因為靜態(tài)數據包括基本信號點之間的邏輯關系，所以在靜態(tài)數據模塊中，不僅包含該信號點的基本信息(如類別、名稱、長度等)，還應包含其他的信號點信息(如左邊設備的名稱、右邊設備的名稱)。因此在設計信號點基本數據時,每一個信號點都應包含完整的信息字段，例如區(qū)段字段，應該包括ID、名稱、左連接設備名稱、右連接設備名稱、占用標志和區(qū)段長度等。

XML文件分為Axle、Cross、Platform、Signal、Switch、TrainNumWnd、Timetable和Routes這8個文件。其中前6個文件存儲的是控件的位置信息，Routes文件放置的是站場圖中的進路信息，Timetable是列車的時刻表信息。

3.2.1 信號機數據結構設計

以信號機為例，信號機主要包含5個字段：信號機ID、信號機名稱、接近區(qū)段名稱、第一區(qū)段名稱和所屬集中站，其XML文件的結構如下：

XML數據庫中每種類型的數據讀進內存以后必須有相應的數據結構進行存儲。同時該結構還要與界面上的具體控件相關聯(lián)。為此以各個控件的原始類為基礎添加上相應的位置和狀態(tài)屬性設計了控件的封裝類。在VC程序中可以利用CMarkup類對XML文件進行解析，用解析出來的各個控件的信息構造相應的封裝類，控件原始類在封裝類中作為一個具有public屬性的成員變量。在程序中數據的存儲是以C++STL中vector容器的形式存儲。使用vector容器存儲數據不但可以減少內存泄漏的危險而且可以借助于vector自身具有的屬性方便地查找和設置元素。信號機控件的封裝類如下：

信號機實體對象與界面控件的綁定是通過DDX_Control()宏完成的。例如信號機控件IDC_S1與信號機實體對象的綁定通過DDX_Control(pDX,IDC_S1,*pDoc->m_SignalPtrArray[0])完成。DDX_Control()是MFC中的宏，主要負責邏輯變量與界面控件的綁定操作。pDX是指向CdataExchange對象的指針，IDC_S1是控件ID，*pDoc->m_SignalPtrArray[0]是內存中的信號機對象。

3.2.2 時刻表數據結構設計

時刻表實現(xiàn)了行車組織的工作計劃編排。時刻表中包含一個運營日中列車運行的所有信息。時刻表是后續(xù)列車運行調整模塊的核心，在生成站場圖的部分只需知道它的基本數據結構即可，其數據結構包括：車次號、站臺號、到達時間、出發(fā)時間，其XML文件結構如下所示：

3.2.3 進路搜索原理

進路的生成主要是通過搜索信號機來完成的。具體過程如下：從這個信號機關聯(lián)的軌道出發(fā)，沿著信號機的方向搜索軌道鏈，若遇到與斜股同向的道岔,則將該道岔放入一個搜索棧中，然后沿著直線方向繼續(xù)搜索，直至找到反向的敵對信號機或下一車站的同向信號機；若此時搜索棧中仍有道岔，則取出道岔從斜股的方向按上面的描述搜索另一條進路，直到搜索棧中沒有道岔對象。在搜索的同時即記錄下相關控件對象信息。以圖2中的信號機X108為例，一共有兩條進路,一條進路是X108-X106,另一條是X108-X110。這兩條進路在XML中按照如圖4所示的數據結構表示。

圖4 兩條進路在XML中的表示

程序開始運行時先把保存在XML表中的控件封裝類信息讀到內存中，并以合理的數據結構存儲起來，這樣就不用頻繁地讀取數據庫，能大大減少因讀取數據庫而占用的時間。程序從XML中讀入控件的位置和連接信息，利用構造函數設置其狀態(tài)信息。程序運行時也可以通過訪問封裝類的public成員變量設置其狀態(tài)信息。結合時刻表和進路信息就可以使列車運行起來。

本文針對上海市地鐵5號線ATS培訓系統(tǒng)中的站場圖進行設計，構建了用于拼接站場圖的道岔和信號機等控件，并使用XML文件對控件位置和拼接信息進行存儲?？丶膭澐峙c應用將站場圖的繪制過程簡化為簡單的拼圖操作,大大縮短了整個ATS仿真系統(tǒng)的開發(fā)周期。合理的數據結構極大地保證了程序的快速平穩(wěn)運行。本文對于ATS仿真系統(tǒng)的后續(xù)研究有著鋪墊作用。

[1]王野,郭秀清.基于組件技術的列車自動監(jiān)控仿真系統(tǒng)開發(fā)平臺[J].計算機應用，2007，2（z2）∶286-288.

[2]莊傳平，陳永生.可復用的列車自動監(jiān)控仿真系統(tǒng)組件的設計與實現(xiàn)[J].城市軌道交通研究,2007(7)∶31-33.

[3]郭永瑞,孫明德.ActiveX控件的編寫和使用[J].計算機與信息技術,2007(22)∶48-49.

[4]李根，李彥明，劉成良.基于可擴展標記語言的故障模型表述[J].機械制造與自動化，2012,41(04)∶115-117.