地鐵列車(chē)無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)的仿真

王 琦，錢(qián)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(chē)無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)的仿真

王 琦，錢(qián)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(chē)無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)以運(yùn)輸調(diào)度為目的，利用無(wú)線電波的傳播，完成列車(chē)與調(diào)度中心之間或列車(chē)與列車(chē)之間的通信。仿真系統(tǒng)主要利用VC++編程技術(shù)開(kāi)發(fā)調(diào)度中心操作界面，通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)編程，采用有線方式實(shí)現(xiàn)列車(chē)無(wú)線調(diào)度通信。同時(shí)簡(jiǎn)單介紹列車(chē)車(chē)載顯示終端軟硬件部分。

無(wú)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(chē)司機(jī)、運(yùn)營(yíng)調(diào)度和車(chē)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(chǎng)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(chē)無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)線列調(diào)）是重要的地鐵列車(chē)行車(chē)通信設(shè)備，通過(guò)列車(chē)無(wú)線調(diào)度電話來(lái)完成通信，在保證列車(chē)正點(diǎn)運(yùn)行、提高通過(guò)能力、通告險(xiǎn)情、防止事故、救援搶險(xiǎn)等各方面都具有不可替代的作用。

本文對(duì)真實(shí)地鐵無(wú)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(kāi)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(chǔ)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(chē)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(chē)載設(shè)備包括：車(chē)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(duì)象為一條地鐵線路上、下行共計(jì)16輛列車(chē)與調(diào)度中心兩臺(tái)主機(jī)通信。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置，調(diào)度中心與車(chē)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(dòng)與列車(chē)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(chē)呼叫，以及派接列車(chē)與列車(chē)之間的通信。

（1）選呼：輸入某一個(gè)車(chē)次號(hào)，進(jìn)行單呼。

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

（3）派接：當(dāng)某一列車(chē)請(qǐng)求呼叫其他列車(chē)時(shí)，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(chē)，建立通信。

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

1.3 系統(tǒng)通信原理

調(diào)度中心與列車(chē)通信主要分為：（1）調(diào)度中心呼叫列車(chē)，發(fā)送調(diào)度命令。（2）列車(chē)請(qǐng)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(chē)通信連接。Socket又稱(chēng)“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(jì)，用于解決兩者之間通信連接的問(wèn)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(chē)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所有列車(chē)一數(shù)據(jù)報(bào)，其中包含了被呼叫列車(chē)的ID號(hào)、當(dāng)前呼叫狀態(tài)標(biāo)志位（組呼/全呼），所有車(chē)載主機(jī)收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)過(guò)濾，被呼叫的相應(yīng)列車(chē)接收呼叫請(qǐng)求，從而建立通信連接，同時(shí)當(dāng)前列車(chē)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(chē)應(yīng)答時(shí)，包含語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)據(jù)通過(guò)Socket在調(diào)度中心與列車(chē)之間進(jìn)行傳輸。

（2）列車(chē)呼叫調(diào)度中心：其過(guò)程與調(diào)度中心呼叫列車(chē)相似，通過(guò)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(bào)，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(guò)濾，被呼叫的調(diào)度中心接收呼叫請(qǐng)求，建立通信連接，同時(shí)保存相關(guān)信息。當(dāng)調(diào)度中心應(yīng)答時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)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(chē)車(chē)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(tái)主機(jī)和兩臺(tái)顯示器以提供兩位行車(chē)調(diào)度員進(jìn)行操作，用于一條運(yùn)行線路上、下行列車(chē)的調(diào)度通信；車(chē)載顯示終端采用一體機(jī)的形式，安裝在列車(chē)駕駛臺(tái)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(pán)、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(shí)通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)編程，可以發(fā)送車(chē)次號(hào)給列車(chē)車(chē)載設(shè)備，從而與列車(chē)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(chē)進(jìn)行通話。

2.1.2 列車(chē)車(chē)載設(shè)備

（1）車(chē)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(chē)操縱駕駛臺(tái)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(kāi)發(fā)操作界面，接收調(diào)度命令，并顯示相關(guān)信息。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)呼叫調(diào)度中心，以及通過(guò)派接與其他列車(chē)進(jìn)行通信。

（3）送受話器：安裝在列車(chē)操縱臺(tái)上，通過(guò)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)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(chē)車(chē)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(duì)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(gè)操作界面，供兩位調(diào)度員與上、下行列車(chē)進(jìn)行通信。同時(shí)也要考慮某一列車(chē)在上下行時(shí)車(chē)次號(hào)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(chē)列表和IPH、選呼、多選、派接、上下行全呼、短消息標(biāo)簽頁(yè)，以及應(yīng)答、PTT、停音按妞。同時(shí)還具有狀態(tài)信息顯示。具體如下：

（1）列車(chē)列表：主要有車(chē)次號(hào)、車(chē)體號(hào)、方向、注冊(cè)、工況等項(xiàng)。調(diào)度中心傳遞車(chē)次號(hào)給列車(chē)，為列車(chē)完成注冊(cè)。同時(shí)當(dāng)列車(chē)請(qǐng)求呼叫調(diào)度中心時(shí)，以顏色突出顯示當(dāng)前呼叫列車(chē)。

（2）IPH請(qǐng)呼列表：當(dāng)列車(chē)發(fā)出呼叫請(qǐng)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(chē)建立通信時(shí)，必須用鼠標(biāo)按住PTT講話，語(yǔ)音信號(hào)才能進(jìn)行發(fā)送。松開(kāi)PTT接收對(duì)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(shí)間日期，以及當(dāng)前通話狀態(tài)（單呼/掛斷等）。

2.3 MFC語(yǔ)音的錄入與播放

Win32 API中有一組被稱(chēng)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(jí)API。因此可以通過(guò)這個(gè)接口實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的處理。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖5所示。

圖5 錄放音步驟

2.3.1 錄音過(guò)程

音頻輸入分為：打開(kāi)設(shè)備、開(kāi)始錄音、關(guān)閉設(shè)備。

具體步驟為：waveInOpen（打開(kāi)一個(gè)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(kāi)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(guò)程

waveOutOpen（打開(kāi)一個(gè)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(guò)程和播放過(guò)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(shí)編譯時(shí)要加入動(dòng)態(tài)連接導(dǎo)入庫(kù)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(yǔ)音信號(hào)在調(diào)度中心和列車(chē)以及列車(chē)與列車(chē)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(chē)時(shí)：（1）MFC消息響應(yīng)機(jī)制檢測(cè)到呼叫請(qǐng)求，利用OnButton()函數(shù)調(diào)用TeacherTalk.call()，該函數(shù)中包含列車(chē)車(chē)次號(hào)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(chē)車(chē)載顯示終端顯示如圖6所示。

圖6 車(chē)載顯示終端操作界面

圖6中，當(dāng)調(diào)度中心呼叫列車(chē)時(shí)，列車(chē)車(chē)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(shí)以提示音警示。

2.4.2 調(diào)度中心應(yīng)答

當(dāng)某一列車(chē)呼叫調(diào)度中心時(shí)：（1）可以在車(chē)載操作界面上通過(guò)請(qǐng)呼按鈕選擇呼叫行車(chē)，MFC消息響應(yīng)機(jī)制檢測(cè)到呼叫請(qǐng)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(chē)車(chē)次號(hào)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(shí)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(chē)呼叫調(diào)度中心時(shí)，當(dāng)前呼叫列車(chē)在列車(chē)列表中以顏色突出來(lái)警示，同時(shí)伴有提示音。不僅如此，請(qǐng)呼列表中還有未應(yīng)答該列車(chē)消息提示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)利用基于VC++下的MFC編程技術(shù)對(duì)地鐵列車(chē)無(wú)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(jì)、語(yǔ)音信號(hào)的處理、Socket網(wǎng)絡(luò)編程等方面，仿真實(shí)現(xiàn)列車(chē)與調(diào)度中心通信以及其他相關(guān)功能。因此，本設(shè)計(jì)具有一定的理論價(jià)值，同時(shí)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(jià)值。

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

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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(qián)雪軍，副教授。