基于實(shí)驗(yàn)室的ATO仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

張代勝，郭宗昊，陳榮武

（西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都611756）

基于實(shí)驗(yàn)室的ATO仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

張代勝，郭宗昊，陳榮武

（西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都611756）

列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行（ATO）作為列車(chē)自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)中的重要組成部分，是提高列車(chē)運(yùn)行水平的關(guān)鍵設(shè)備?；谖髂辖煌ù髮W(xué)城軌控制實(shí)驗(yàn)室地鐵1號(hào)線，設(shè)計(jì)ATO仿真系統(tǒng)，能經(jīng)濟(jì)地、方便地模擬各種運(yùn)行環(huán)境和列車(chē)控制功能。構(gòu)建了ATO子系統(tǒng)的仿真框架結(jié)構(gòu)，具體包括人機(jī)界面（MMI）顯示、沙盤(pán)列車(chē)的控制和服務(wù)功能。采用自動(dòng)駕駛和人工駕駛2種列車(chē)運(yùn)行模式完成ATO仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以Visual Studio2008軟件為平臺(tái)，利用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了ATO仿真系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)了各功能模塊。MMI與沙盤(pán)列車(chē)以串口通信的方式實(shí)現(xiàn)信息交互，司機(jī)通過(guò)對(duì)車(chē)載界面操作能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)沙盤(pán)列車(chē)的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)列車(chē)狀態(tài)信息能及時(shí)反饋至車(chē)載。通過(guò)ATO仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)實(shí)際列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

城市軌道交通；列車(chē)控制系統(tǒng)；列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行；仿真系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引言

在城市軌道交通的發(fā)展過(guò)程中，人們不斷探索提高列車(chē)運(yùn)行安全程度、乘車(chē)舒適度和作業(yè)效率的方法。經(jīng)過(guò)努力探索，人們研制出了通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行實(shí)時(shí)控制的列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)，在很大程度上保證列車(chē)運(yùn)行的安全性以及作業(yè)的高效率性。而列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行（ATO）系統(tǒng)是 ATC 系統(tǒng)從根本上提高列車(chē)運(yùn)行水平的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備[1]，由于實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的ATO 系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜，并且都具有作業(yè)量安排，不便用于理論研究和技術(shù)的研發(fā)。對(duì)于初期的理論研究，若采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，不僅周期長(zhǎng)，而且投資大。更為重要的是，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，有的極限條件難以創(chuàng)建，也難以遇到，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)的某些性能難以測(cè)試，不能盡最大可能地保證行車(chē)運(yùn)行安全[2]。因此，對(duì)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究很有必要性，根據(jù)需求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)，可以用于初期的理論研究，對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬?？梢?jiàn)，ATO 仿真系統(tǒng)的研究對(duì)實(shí)際 ATO 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)不僅具有理論意義，而且具有實(shí)際意義。本文利用西南交通大學(xué)城軌控制實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 ATO 仿真系統(tǒng)，并且將 ATO 仿真系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室列車(chē)模型的控制過(guò)程，可為 ATO 理論研究人員和 ATO 仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員提供一定的參考。

1 基于通信的列車(chē)控制（CBTC）系統(tǒng)框架概述

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用中，相對(duì)于先前普遍使用的基于軌道電路的列車(chē)控制系統(tǒng)，CBTC 系統(tǒng)采用了移動(dòng)閉塞技術(shù)，并且能實(shí)現(xiàn)車(chē)地之間實(shí)時(shí)、可靠地傳輸大量的數(shù)據(jù)，縮短了列車(chē)的追蹤間隔，提高了列車(chē)的運(yùn)行效率，提高了列車(chē)準(zhǔn)確定位的分辨率[3]。因此，在現(xiàn)今的各種城市軌道交通項(xiàng)目中，列車(chē)控制系統(tǒng)都普遍采用了 CBTC 系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)設(shè)計(jì)了CBTC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。由圖1可知，CBTC 系統(tǒng)的主要組成部分為：車(chē)載控制器（VOBC）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、區(qū)域控制器（ZC）、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元（DSU）、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）、人機(jī)接口（MMI）。其中，DCS包括骨干網(wǎng)、無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、交換機(jī)和車(chē)載無(wú)線通信設(shè)備。

圖1 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 ATO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 框架設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的 ATO 仿真系統(tǒng)是在 CBTC 系統(tǒng)的背景下進(jìn)行設(shè)計(jì)的，首先設(shè)計(jì)了 ATO 仿真系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其中 TWC 為車(chē)地通信。

圖2 ATO 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 ATO系統(tǒng)沙盤(pán)設(shè)備

（1）精確的定位系統(tǒng)利用城軌控制實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)備，即線路上的射頻 IC 卡，每張卡都有對(duì)應(yīng)的卡號(hào)，由于卡號(hào)是在線路上連續(xù)鋪排的，所以，可以對(duì)列車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位。

（2）軌旁的車(chē)地通信（TWC）系統(tǒng)，則是由硬件電路、收發(fā)模塊和天線組成的，通過(guò) USB 串口連接在人機(jī)界面 PC 機(jī)上。

（3）地面的 ATS 系統(tǒng)，通過(guò) ZC 與 ATO 系統(tǒng)間接相連。

2.1.2 ATO系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備

（1）人機(jī)界面，采用 C# 語(yǔ)言在 Visual Studio2008（簡(jiǎn)稱 VS2008）平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，利用 VS2008的窗體對(duì)人機(jī)界面（MMI）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）車(chē)載 ATO，利用程序模塊去計(jì)算列車(chē)運(yùn)行的命令速度。

（3）車(chē)載 TWC 則是將無(wú)線收發(fā)模塊安裝在車(chē)上，能周期性地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，TWC 同時(shí)還包括讀卡模塊，能周期性地讀取列車(chē)所在的當(dāng)前卡號(hào)，并將讀取的卡號(hào)實(shí)時(shí)地傳送給列車(chē)模型上的無(wú)線發(fā)送模塊。

2.2 界面設(shè)計(jì)

為了能更好地體現(xiàn) ATO 仿真系統(tǒng)的功能，模擬列車(chē)駕駛的速度控制，將列車(chē)駕駛室的人機(jī)界面設(shè)計(jì)到 PC機(jī)上面，并對(duì)其功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）司機(jī)操縱列車(chē)駕駛操縱面板（如牽引、惰行和制動(dòng)功能按鈕等），通過(guò)對(duì)它們的操作，轉(zhuǎn)化為列車(chē)的控制命令，從而控制列車(chē)的驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)及惰行等。

（2）模擬參數(shù)的輸入，包括移動(dòng)授權(quán)的模擬、串口號(hào)的選擇以及串口工作的波特率選擇等。

（3）列車(chē)運(yùn)行的速度表盤(pán)，模擬列車(chē)速度的變化情況，顯示出列車(chē)運(yùn)行的實(shí)時(shí)速度。

（4）列車(chē)運(yùn)行的進(jìn)度條，仿真列車(chē)到目標(biāo)點(diǎn)的距離的變化，實(shí)時(shí)地顯示列車(chē)距離目標(biāo)點(diǎn)距離的長(zhǎng)度。

（5）數(shù)據(jù)采集模塊，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和顯示。

（6）模擬曲線，模擬列車(chē)運(yùn)行時(shí) ATO 計(jì)算的命令速度曲線以及列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）程序模塊計(jì)算出的列車(chē)常用制動(dòng)觸發(fā)曲線和緊急制動(dòng)觸發(fā)曲線。通過(guò)設(shè)計(jì)這些曲線，可以很好地對(duì)列車(chē)的運(yùn)行速度進(jìn)行防護(hù)，尤其是在 ATP 監(jiān)護(hù)下的人工駕駛模式（即 SM 模式）時(shí)，它的仿真操作效果體現(xiàn)的更加明顯。

（7）其他功能按鈕，主要是通過(guò)按壓這些按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的不同控制以及實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示界面的不同處理，如操作模式選擇按鈕可以對(duì)列車(chē)的運(yùn)行模式進(jìn)行選擇。

3 ATO 仿真系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

ATO 仿真系統(tǒng)的功能包括兩大部分：列車(chē)的基本控制功能以及列車(chē)的服務(wù)功能。其中，基本控制功能由自動(dòng)駕駛功能、車(chē)門(mén)開(kāi)閉控制和自動(dòng)折返組成；服務(wù)功能主要是對(duì)列車(chē)位置的確定、列車(chē)速度允許等[4]。

3.1 控車(chē)功能設(shè)計(jì)

3.1.1 列車(chē)自動(dòng)駕駛

列車(chē)在自動(dòng)駕駛（即 ATO 模式）的情況下，能對(duì)列車(chē)的運(yùn)行速度做出自動(dòng)調(diào)整。主要是對(duì)設(shè)計(jì)的列車(chē)控制程序模塊，根據(jù)輸入的移動(dòng)授權(quán)距離，自動(dòng)計(jì)算出加速段、減速段和勻速段的 ATO 命令速度曲線。按下列車(chē)的 ATO 模式按鈕時(shí)，列車(chē)能按照命令速度曲線自動(dòng)運(yùn)行。設(shè)計(jì)的 ATO 模式仿真方式為：簡(jiǎn)化列車(chē)的運(yùn)行過(guò)程，只繪制出列車(chē)的限速曲線，由程序模塊自動(dòng)地指示列車(chē)的仿真運(yùn)行，而不繪制列車(chē)的命令速度曲線，示意圖如圖3所示。圖3中，V限速表示列車(chē)運(yùn)行時(shí)的 ATP 限速曲線，在AB段列車(chē)自動(dòng)加速，當(dāng)速度達(dá)到B點(diǎn)速度時(shí)，停止加速，保持勻速運(yùn)行；在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)過(guò) ATO程序模塊計(jì)算到目標(biāo)點(diǎn)的距離，當(dāng)速度保持到C點(diǎn)時(shí)，列車(chē)開(kāi)始自動(dòng)減速，直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)D時(shí)速度降為零，停止列車(chē)運(yùn)行。

圖3 ATO 運(yùn)行模式過(guò)程示意圖

3.1.2 ATP 防護(hù)下的人工駕駛

當(dāng)列車(chē)處于 ATO 運(yùn)行模式故障的情況下，需要利用其他的駕駛模式對(duì)列車(chē)進(jìn)行駕駛操作。以設(shè)計(jì) ATP 系統(tǒng)速度監(jiān)護(hù)下的人工駕駛模式為例，闡述駕駛模式的設(shè)計(jì)過(guò)程。具體的操作示意圖如圖4所示。圖4中A點(diǎn)表示列車(chē)的啟動(dòng)點(diǎn)，B、C、D、E和F點(diǎn)均為工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)，G點(diǎn)為停車(chē)點(diǎn)。具體轉(zhuǎn)換過(guò)程：列車(chē)從A點(diǎn)開(kāi)始以最大牽引力實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的啟動(dòng)，當(dāng)列車(chē)速度到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，觸到常用制動(dòng)曲線，則列車(chē)開(kāi)始制動(dòng)，速度降到C點(diǎn)時(shí)，對(duì)列車(chē)施加牽引力，使列車(chē)速度加至D點(diǎn)時(shí)讓列車(chē)惰行行駛，當(dāng)速度將到E點(diǎn)時(shí)，再對(duì)列車(chē)進(jìn)行牽引，當(dāng)速度加至F點(diǎn)時(shí)，由于目標(biāo)距離長(zhǎng)度的限制，開(kāi)始對(duì)列車(chē)制動(dòng)，直到目標(biāo)點(diǎn)停車(chē)。

圖4 SM 運(yùn)行模式過(guò)程示意圖

3.2 ATO 系統(tǒng)的服務(wù)功能設(shè)計(jì)

利用實(shí)驗(yàn)室的射頻 IC 卡對(duì)列車(chē)進(jìn)行定位，當(dāng)列車(chē)上的讀卡模塊周期性地讀取列車(chē)所在位置的當(dāng)前卡號(hào)，并通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，然后通信機(jī)的無(wú)線接收模塊將列車(chē)發(fā)送的位置和速度信息接收至 ATO仿真系統(tǒng)的 MMI 主機(jī)，再利用軟件的數(shù)據(jù)顯示功能，將接收到的列車(chē)信息顯示出來(lái)，并且通過(guò) Socket 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞功能。利用串口調(diào)試助手軟件模擬列車(chē)數(shù)據(jù)的周期性發(fā)送，然后通過(guò)對(duì) MMI 的操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)控制，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到接收終端，并實(shí)時(shí)地顯示，完成列車(chē)的服務(wù)功能。

4 ATO系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

4.1 界面功能

界面功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的操縱以及列車(chē)運(yùn)行情況的顯示。本文中設(shè)計(jì)的人機(jī)界面是在阿爾卡特（Alcatel）公司的 MMI 的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際需求而設(shè)計(jì)出來(lái)的。利用 Visual Studio2008的窗體程序，對(duì)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。界面布局設(shè)計(jì)如圖5所示，包括列車(chē)運(yùn)行的顯示界面、列車(chē)的操作界面、模擬列車(chē)運(yùn)行時(shí)所需要輸入的仿真參數(shù)。

4.1.1 表盤(pán)

（1）實(shí)現(xiàn)原理。確定出表盤(pán)的最大速度刻度，確定為90 km/h，如圖6所示。指針的旋轉(zhuǎn)采取的實(shí)現(xiàn)方式為：保持指針在圓心的端點(diǎn)不改變，另一端點(diǎn)隨著列車(chē)的速度變化而旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。要使指針旋轉(zhuǎn)就必須使列車(chē)的運(yùn)行速度與指針的旋轉(zhuǎn)角度結(jié)合起來(lái)。

圖5 MMI 界面

圖6 MMI 表盤(pán)設(shè)計(jì)原理

設(shè)指針長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，固定端的端點(diǎn)坐標(biāo)為（a，b），動(dòng)態(tài)端點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為（x，y），利用數(shù)學(xué)中的幾何關(guān)系可以表示出動(dòng)態(tài)端點(diǎn)坐標(biāo)的表達(dá)式，如公式（1）和公式（2）所示。

公式（1）、（2）中：V表示列車(chē)運(yùn)行速度，km/h；θ為轉(zhuǎn)動(dòng)角度，rad；L1為表盤(pán)指針長(zhǎng)度（像素）；x為表盤(pán)指針動(dòng)態(tài)端點(diǎn)的橫坐標(biāo)（像素）；y為表盤(pán)指針動(dòng)態(tài)端點(diǎn)的縱坐標(biāo)（像素）。

（2）編程實(shí)現(xiàn)。由于軟件中存在默認(rèn)的坐標(biāo)系，為了實(shí)現(xiàn)表盤(pán)指針的繪制，需要對(duì)公式（2）進(jìn)行修正。修正后得到公式（3）。公式（3）中，減去的常量10是為了使表盤(pán)指針與表盤(pán)刻度分離；分別加上圓心的橫縱坐標(biāo)，是為了修正指針動(dòng)態(tài)端點(diǎn)在窗體中的坐標(biāo)。

利用幾何關(guān)系，表示出圖6中的A點(diǎn)和B點(diǎn)的坐標(biāo)，分別如公式（4）和公式（5）所示。在確定好A點(diǎn)和B點(diǎn)的坐標(biāo)后，就可以利用畫(huà)線函數(shù)畫(huà)出表盤(pán)的大刻度。同理可以確定小刻度的兩端點(diǎn)坐標(biāo)。

在確定好實(shí)現(xiàn)思路后，使用 C# 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)邏輯功能程序，實(shí)現(xiàn)流程圖如圖7所示。

圖7 表盤(pán)編程實(shí)現(xiàn)流程圖

4.1.2 進(jìn)度條

（1）實(shí)現(xiàn)原理。L為進(jìn)度條可代表的實(shí)際距離，取值為1000m，X為整個(gè)進(jìn)度條在窗體中的實(shí)際像素；S為當(dāng)前的實(shí)際目標(biāo)距離，H為列車(chē)當(dāng)前的目標(biāo)點(diǎn)距離所對(duì)應(yīng)的進(jìn)度條的像素長(zhǎng)度，把當(dāng)前像素H分成兩部分，刻度0至1取為17像素，其余部分為h像素。在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，到目標(biāo)點(diǎn)的距離不斷變化，則進(jìn)度條的上端點(diǎn)也隨著變化，而下端點(diǎn)保持不變。設(shè)進(jìn)度條的上端點(diǎn)坐標(biāo)為（X1，Y1），由數(shù)學(xué)知識(shí)確定出進(jìn)度條的上端點(diǎn)的動(dòng)態(tài)表達(dá)式，當(dāng)實(shí)際目標(biāo)距離小于1時(shí)，進(jìn)度條采取均勻變化的形式；當(dāng)目標(biāo)距離大于1時(shí)采用按取對(duì)數(shù)后的比例進(jìn)行變化。分別如公式（6）和公式（7）所示。

公式（6）、公式（7）中：X0為初始刻度的右端點(diǎn)橫坐標(biāo)，單位為像素；Y2為進(jìn)度條在窗體中的0刻度端的縱坐標(biāo)，單位為像素；g取常數(shù)17，單位為像素；LMA為移動(dòng)授權(quán)距離，m；dlts為列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行距離，m。

（2）編程實(shí)現(xiàn)。在確定好實(shí)現(xiàn)的算法原理后，編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度條的功能，程序流程圖如圖8所示。

圖8 進(jìn)度條編程實(shí)現(xiàn)流程圖

4.1.3 速度曲線

根據(jù)仿真參數(shù)的輸入，計(jì)算出移動(dòng)授權(quán)距離。對(duì)于ATO 運(yùn)行模式，列車(chē)的 ATO 命令速度計(jì)算模塊（程序塊）計(jì)算出相應(yīng)的命令速度曲線，列車(chē)自動(dòng)按著曲線運(yùn)行，根據(jù)限速條件和授權(quán)距離，自動(dòng)對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于 SM 運(yùn)行模式，由 ATO 計(jì)算出命令速度曲線，由ATP 防護(hù)曲線計(jì)算模塊計(jì)算出相應(yīng)的防護(hù)速度曲線，司機(jī)參照算出的命令曲線行駛列車(chē)，實(shí)時(shí)畫(huà)出列車(chē)的實(shí)際速度曲線，若司機(jī)操作過(guò)程中減速不當(dāng)導(dǎo)致列車(chē)實(shí)際運(yùn)行速度曲線達(dá)到常用制動(dòng)曲線時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)常用制動(dòng)，進(jìn)行減速；若減速制動(dòng)力不足時(shí)，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行曲線超過(guò)了常用制動(dòng)而觸到緊急制動(dòng)曲線時(shí)，自動(dòng)實(shí)施緊急制動(dòng)，直到列車(chē)速度為零。

4.2 控車(chē)功能實(shí)現(xiàn)

控車(chē)過(guò)程是基于城軌控制實(shí)驗(yàn)室已有的模型列車(chē)而設(shè)計(jì)程序模塊的，通過(guò)軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，利用串口通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的方式實(shí)現(xiàn) MMI 對(duì)列車(chē)的控制操作。其控車(chē)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖9所示。通過(guò)對(duì)司機(jī)各操縱按鈕設(shè)置相應(yīng)的發(fā)送命令，當(dāng)點(diǎn)擊按鈕時(shí)，發(fā)送相應(yīng)的控車(chē)指令到通信機(jī)，即 VOBC 的一部分，通信機(jī)接收到此數(shù)據(jù)后，便自動(dòng)地把該信息中轉(zhuǎn)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中。然后，車(chē)上的無(wú)線接收模塊周期性地從網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)，并將這些信息最終轉(zhuǎn)為控制列車(chē)電動(dòng)機(jī)的控制電平。由于不同的命令信息轉(zhuǎn)換后的電平不同，電動(dòng)機(jī)會(huì)處于不同的工作狀態(tài)，進(jìn)而表現(xiàn)出列車(chē)不同的運(yùn)行狀態(tài)。其中值得注意的是，為了提高仿真效果，應(yīng)該根據(jù)上節(jié)中設(shè)計(jì)的列車(chē)速度，設(shè)計(jì)出各個(gè)速度段對(duì)列車(chē)的發(fā)送指令，從而使列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)在邏輯上與列車(chē)的運(yùn)行速度相關(guān)聯(lián)起來(lái)。

圖9 控車(chē)實(shí)現(xiàn)示意圖

4.3 服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)

用C#語(yǔ)言編寫(xiě)Socket通信程序。先在客戶端（MMI）編寫(xiě)用戶端程序，主要實(shí)現(xiàn)方式是，編寫(xiě)用于存放各種方法的類，然后通過(guò)調(diào)用類的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器端（接收終端）的連接。然后按照同樣的方法編寫(xiě)服務(wù)器端的程序。程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程如圖10所示。

圖10 服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文利用 C# 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了 ATO 仿真系統(tǒng)，參考阿爾卡特公司駕駛臺(tái)司機(jī)顯示器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了用于體現(xiàn)ATO 仿真系統(tǒng)功能的 MMI，通過(guò)沙盤(pán)聯(lián)合調(diào)試可以很好地實(shí)現(xiàn) ATO 系統(tǒng)的調(diào)速功能、服務(wù)功能和控車(chē)功能。通過(guò)測(cè)試得出滿足實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性的要求。從而驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案可行性良好，對(duì) ATO 仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的借鑒意義。但還有需要改進(jìn)的地方，如測(cè)試多列車(chē)追蹤功能時(shí)，當(dāng)列車(chē)數(shù)量太多時(shí)，容易發(fā)生通信串?dāng)_。后續(xù)將從以下方面進(jìn)行研究。

（1）改進(jìn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，利用一對(duì)多的通信方式，實(shí)現(xiàn)多列車(chē)的追蹤功能。

（2）結(jié)合實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)有資源，通過(guò)編寫(xiě)接口程序?qū)TO仿真系統(tǒng)和三維視景仿真有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視景列車(chē)的調(diào)速控制功能。

[1] 陳榮武. CBTC系統(tǒng)列車(chē)運(yùn)行仿真與優(yōu)化策略[D]. 四川成都：西南交通大學(xué)，2011.

[2] 支柱. 城市軌道交通自動(dòng)駕駛（ATO）測(cè)試系統(tǒng)中信號(hào)模擬的研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)，2007.

[3] 徐金祥，沖蕾. 城市軌道交通信號(hào)基礎(chǔ)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[4] 劉伯鴻，李國(guó)寧. 城市軌道交通信號(hào)[M]. 四川成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.

[5] 張?zhí)? ATS列車(chē)追蹤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 四川成都：西南交通大學(xué)，2013.

[6] 張瑋，吳昕慧. 城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)維護(hù)[M]. 四川成都：西南交通大學(xué)出版社，2012.

[7] 萬(wàn)傳軍. 列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，18（3）：69-72.

[8] 唐寧興. CBTC車(chē)載控制器測(cè)試方法研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)，2008.

[9] 梁曉鈺. 城市軌道交通ATO測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[10] 俞國(guó)榮. CBTC系統(tǒng)無(wú)線通信子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 浙江杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

[11] 鄧子淵. 基于CBTC的ATP防護(hù)曲線仿真試驗(yàn)研究[D]. 甘肅蘭州：蘭州交通大學(xué)，2013.

責(zé)任編輯 冒一平

Design and Study of ATO Simulation System in Laboratory

Zhang Daisheng, Guo Zonghao, Chen Rongwu

ATO simulation system is designed based on the Metro Line1in the City Track Traffi c Management and Control Integration Laboratory of Southwest Jiaotong University. The simulation framework structure of ATO system includes manmachine interface (MMI) display, sand table train’s functions of control and service. The design of ATO simulation system is completed by using two kinds of train operation modes, which are automatic driving and manual driving. Using Visual Studio2008software as a platform, ATO simulation system software is developed by C# language, and the function modules are realized. MMI and sand table train by serial communication mode to realize the information interaction, through the vehicle driver interface can realize the real-time control of the sand table of the train, while the train status information can be timely feedback to the vehicle. Through the design and implementation of ATO simulation system, the research and development of the actual train operation control technology has certain guiding signifi cance.

urban rail transit, train control system, automatic train operation, simulation system, design

U231.7∶TP319

2016-07-20

四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014GZ0081）

張代勝（1991—），男，碩士研究生