模擬列車控制系統(tǒng)的開發(fā)與價值應(yīng)用

劉文治　劉恩佑

[摘 要]本文首先梳理模擬列車控制系統(tǒng)概況，進而分析了系統(tǒng)的創(chuàng)新性主干控制技術(shù)，最后提出自主開發(fā)人機友好界面及設(shè)備的協(xié)議。

[關(guān)鍵詞]模擬列車；控制系統(tǒng)；開發(fā)；應(yīng)用

[中圖分類號]U284 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1005-6432（2014）27-0128-02

當(dāng)下，計算機技術(shù)廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域，在最近幾年飛速發(fā)展的高鐵產(chǎn)業(yè)，計算機也在其中扮演著舉足輕重的角色，計算機技術(shù)給高速鐵路的發(fā)展注入了新的活力，極大地提升了高速鐵路的發(fā)展速度，而計算機技術(shù)上的一個漏洞也曾經(jīng)給高鐵的運行帶來過毀滅性的后果，我們的項目就是實現(xiàn)計算機對模擬列車的控制，從而可以在線下模擬列車的運行，讓公眾在校園以及博物館就可以接近全真地觀察、了解列車的運行，而模擬列車系統(tǒng)中開發(fā)的實驗運行方案同樣可以服務(wù)于真實的列車，從而節(jié)約成本，進一步加快高速鐵路發(fā)展速度，提升高速鐵路運行效率。

1 模擬列車控制系統(tǒng)概況

我們的模擬系統(tǒng)是基于美國的Digitrax公司提供的硬件設(shè)備基礎(chǔ)上進行開發(fā)的，依托于美國鐵路列車模型1997年標(biāo)準(zhǔn)的Loconet協(xié)議框架進行設(shè)計的。通過對該套設(shè)備零件包括列車、信號燈、軌道、道岔等共200多個，我們利用計算機對其進行逐一編號，從而可以實現(xiàn)對它們的單個控制，同時也可以分別接受各個設(shè)備向計算機傳輸?shù)男盘枴Ｎ覀儗F(xiàn)實中的列車運行的真實場景搬到了系統(tǒng)平臺上，通過計算機使各個獨立設(shè)備建立聯(lián)系，從而可以實現(xiàn)道岔自動扳動，信號燈根據(jù)相應(yīng)區(qū)間信號來自動進行顏色變化等設(shè)備關(guān)聯(lián)性變化，完成對現(xiàn)實列車運行的全真模擬。

2 系統(tǒng)的創(chuàng)新性主干控制技術(shù)

我們軟件編程語言主要用了C#，Java和C語言。主要用到的軟件編程技術(shù)有多線程技術(shù)，xml解析技術(shù)，Socket網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，串口編程技術(shù)。為了提高系統(tǒng)的互動性，我們還加入了Android技術(shù)?？梢岳檬謾C與列車互動。除了這些基本技術(shù)之外，我們還應(yīng)用了一些在模擬控制系統(tǒng)領(lǐng)域較為先進的技術(shù)。

2.1 Loconet串口協(xié)議

Loconet是一種以太網(wǎng)協(xié)議，是美國鐵路列車模型于1997年提出的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議框架，通過Loconet我們就可以把模擬系統(tǒng)平臺上的所有設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)的形式結(jié)合起來。

2.2 DCC數(shù)位列車控制

DCC列車數(shù)位控制原理是對軌道分別加一個直流電壓和一個交流電壓。直流電壓用來為列車供電，為列車亮燈、運行提供能源及動力。而交流電壓是用來給列車傳遞信號的，不同的交流電壓會被列車模型翻譯為不同的指令，從而實現(xiàn)對列車的控制。這樣做的好處就是可以同時對多輛列車進行逐一的控制，為每輛列車提供個性化運行方案。

我們的實驗設(shè)備，是將這兩種技術(shù)結(jié)合在一起，實現(xiàn)列車運行模擬的高精度仿真。

2.3 Socket通信技術(shù)及Andriod技術(shù)

我們利用Andriod技術(shù)開發(fā)出在手機里的控制程序，再通過Socket通信技術(shù)將手機入網(wǎng)，實現(xiàn)手機對列車模擬系統(tǒng)的操作。

3 自主開發(fā)的人機友好界面及設(shè)備

3.1 可實時反應(yīng)軌道狀態(tài)的檢測界面

在模擬列車運行的過程中，我們的計算機可以實時地接受軌道系統(tǒng)返回的信號，從而檢測軌道的情況，包括列車所在區(qū)間段，各個信號燈的顯示狀態(tài)，以及道岔的扳到位置。及時搜羅系統(tǒng)信息并反饋給操作人員，便可以隨時根據(jù)軌道情況調(diào)整運行方案，提高運行效率，避免軌道上可能發(fā)生的事故。參觀者也可以通過檢測界面了解他們想要獲取的相關(guān)信息，從一個簡單的界面就可以了解列車常規(guī)的運行情況，極大地降低了普通人了解學(xué)習(xí)鐵路知識的難度，使得一些專業(yè)的鐵路知識變得直觀且簡單易懂。

3.2 安卓手機程序控制列車運行

我們在編譯計算機控制程序的同時，也開發(fā)了手機上的控制移動終端：用Andriod技術(shù)開發(fā)手機控制應(yīng)用，再利用Socket技術(shù)將手機接入計算機的wifi網(wǎng)絡(luò)，使得每一個在手機上安裝我們的應(yīng)用程序的用戶都可以實現(xiàn)對于列車系統(tǒng)的控制。極大地增加了人機互動性，使得參觀學(xué)習(xí)可以更為自由，參觀者根據(jù)自己的需要對模擬列車系統(tǒng)進行控制，使得參觀更為自由、隨意。

4 結(jié) 語

我們的模擬列車控制系統(tǒng)相比一些目前常見的系統(tǒng)，操作更為方便，將一些傳統(tǒng)的自動運行系統(tǒng)升級為計算機人工控制，而且界面更為明晰，通過安裝我們的手機控制應(yīng)用程序，每一個參觀者都可以成為操作者，根據(jù)自己的需要有目的地觀察列車運行的各個細(xì)節(jié)，使得鐵路運輸?shù)目破崭鼮楹唵?，是一套不可多得的、可用于教學(xué)與展覽的列車模擬控制系統(tǒng)。