CTCS—2級(jí)列控仿真系統(tǒng)環(huán)境模擬器的設(shè)計(jì)與研究

鄭鐵軍

摘要：CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)對(duì)于列車(chē)的提速、限速、剎車(chē)等各種操作都存在著很大的聯(lián)系，因此，分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)境模擬器問(wèn)題非常有必要。本文針對(duì)于CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)環(huán)境模擬器設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要做了以下幾點(diǎn)思考：CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)分析；環(huán)境模擬器系統(tǒng)設(shè)計(jì)；CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)模塊分析。

關(guān)鍵字：CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)；環(huán)境模擬；設(shè)計(jì)；系統(tǒng)模塊

我國(guó)列控系統(tǒng)的研發(fā)起步晚，特別是CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)信號(hào)處理等信息數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用情況主要還是依靠實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)列車(chē)運(yùn)行中去測(cè)試，這樣需要很多人力、物力、財(cái)力等因素緊密配合，而且高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的復(fù)雜性決定對(duì)其控制邏輯的處理較為復(fù)雜，特別是對(duì)實(shí)際列車(chē)運(yùn)行中安全性帶來(lái)很多隱患。設(shè)計(jì)CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)需要符合CTCS-2級(jí)列控標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)時(shí)各仿真子系統(tǒng)都預(yù)留接口，以便能和實(shí)體設(shè)備關(guān)聯(lián)，這對(duì)高鐵列控信號(hào)系統(tǒng)的研究以及工程設(shè)計(jì)都有借鑒意義。

1 CTCS-2級(jí)列控仿真測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)分析

1.1 CTCS-2級(jí)列控仿真平臺(tái)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

此系統(tǒng)主要是針對(duì)軌道電路+點(diǎn)式應(yīng)答器傳輸控車(chē)信息系統(tǒng)，設(shè)計(jì)車(chē)地一體化的列車(chē)進(jìn)行控制。在地面上，需要增加一種系統(tǒng)：列控中心子系統(tǒng)。針對(duì)列車(chē)軌道電路占用狀況分析，主要此階段是進(jìn)路狀態(tài)，這過(guò)程中主要是計(jì)算出行車(chē)。在列車(chē)行駛操作過(guò)程中，軌道地面上不設(shè)信號(hào)機(jī)，需要經(jīng)過(guò)提速干線(xiàn)以及其高速鐵路，同時(shí)適合各種線(xiàn)路速度區(qū)段。

1.2 CTCS-2級(jí)列控仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的構(gòu)建主要是根據(jù)仿真、設(shè)計(jì)、測(cè)試等存在著聯(lián)系的一體化使用平臺(tái)。根據(jù)仿真平臺(tái)分析，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充。仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)就是獨(dú)立性的，根據(jù)各種接口預(yù)留真實(shí)設(shè)備，主要目的就是把實(shí)用性的換成仿真型的設(shè)備。根據(jù)數(shù)字化仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分析，主要跟CTCS-2級(jí)列控仿真平臺(tái)存在著直接的聯(lián)系，工作原理也是采用理論構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了車(chē)載設(shè)備與地面設(shè)備，在此過(guò)程中，地面設(shè)備主要包含應(yīng)答器、微機(jī)聯(lián)鎖等主要功能，在開(kāi)通調(diào)試此仿真平臺(tái)可以設(shè)置各種數(shù)字化試驗(yàn)，例如設(shè)置應(yīng)答器數(shù)據(jù)的丟失、信號(hào)機(jī)故障等以及列車(chē)各種運(yùn)作狀況，例如減速、提速、緊急剎車(chē)等設(shè)置。當(dāng)中，還需要提出評(píng)估平臺(tái)，此平臺(tái)主要性能是提升系統(tǒng)的整體性，以及各種設(shè)備的關(guān)鍵性能。測(cè)試平臺(tái)對(duì)于測(cè)試平臺(tái)環(huán)境非常有必要。

1.3 CTCS-2級(jí)列控仿真平臺(tái)數(shù)據(jù)流分析

平臺(tái)數(shù)據(jù)流分析，主要是經(jīng)過(guò)列仿真平臺(tái)各子系統(tǒng)信息交互實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)，主要跟車(chē)載仿真子系統(tǒng)的環(huán)境模擬器有關(guān)，都是經(jīng)過(guò)局域網(wǎng)來(lái)建立子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息控制交互功能。車(chē)載仿真子系統(tǒng)與環(huán)境模擬器子系統(tǒng)、環(huán)境模擬器子系統(tǒng)與控制中心、車(chē)站聯(lián)鎖、列控中心間通過(guò)局域網(wǎng)建立連接，實(shí)現(xiàn)控制信息的交互。

2環(huán)境模擬器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1環(huán)境模擬器子系統(tǒng)簡(jiǎn)要

根據(jù)上述分析，環(huán)境模擬器子系統(tǒng)主要是跟網(wǎng)絡(luò)通信模塊、軌道電路占用狀態(tài)識(shí)別模塊、應(yīng)答器報(bào)文模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理模塊組成。平臺(tái)系統(tǒng)也是要依賴(lài)于平臺(tái)環(huán)境，因此環(huán)境模擬器非常重要，子系統(tǒng)主要有車(chē)載、控制中心等進(jìn)行信息交互工作。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊主要是統(tǒng)一進(jìn)行路線(xiàn)管理，采用的靜態(tài)數(shù)據(jù)分析，以及軌旁信號(hào)設(shè)備的運(yùn)態(tài)信息管理，隨時(shí)更新數(shù)據(jù)，主要是保證了信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全保障以及數(shù)據(jù)的完整性。應(yīng)答器報(bào)文模塊主要提供列車(chē)安全運(yùn)行所需的線(xiàn)路數(shù)據(jù)，包含無(wú)源和有源應(yīng)答器，同時(shí)處理臨時(shí)限速信息。此外，環(huán)境模擬器還可以設(shè)置軌道故障和應(yīng)答器故障，用于測(cè)試系統(tǒng)的功能完整性。環(huán)境模擬器為CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)提供良好的模擬條件。

2.2環(huán)境模擬器數(shù)據(jù)庫(kù)的需求分析

針對(duì)于CTCS-2級(jí)列控仿真平臺(tái)分析，主要是數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等，以及平臺(tái)的環(huán)境控制。經(jīng)過(guò)地面以及車(chē)載設(shè)備中，都存在著兩種數(shù)據(jù)狀態(tài)（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)），數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中進(jìn)行交互，并且數(shù)據(jù)的傳輸量比較大，實(shí)時(shí)性高（信息信號(hào)方面等），同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了資源數(shù)據(jù)共享，以及環(huán)境管理，主要指標(biāo)依靠：1、全線(xiàn)靜態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；2、仿真中交互的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3軌道電路狀態(tài)的識(shí)別程序設(shè)計(jì)與應(yīng)答器仿真設(shè)計(jì)分析

在設(shè)計(jì)軌道電路狀態(tài)識(shí)別中，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)主要是依賴(lài)于電路疊加性原理進(jìn)行應(yīng)答式控制系統(tǒng)平臺(tái)。目前的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中的電路主要是依靠軌道占用檢查，無(wú)絕緣軌道電路主要的用途就是對(duì)軌道進(jìn)行占用檢查，與提供為行車(chē)許可（碼序）的作用。在設(shè)計(jì)應(yīng)答器仿真設(shè)計(jì)方面，主要是跟地面信息通信存在一種直接關(guān)系，應(yīng)答器仿真設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要依靠以下幾點(diǎn)方面：第一、區(qū)間無(wú)源應(yīng)答器報(bào)文的提取；第二、車(chē)站有源應(yīng)答器報(bào)文的提?。坏谌?、臨時(shí)限速報(bào)文提?。坏谒?、應(yīng)答器報(bào)文發(fā)送時(shí)機(jī)判斷；第五、應(yīng)答器故障模擬。

3 CTCS2列控仿真系統(tǒng)模塊相關(guān)分析

3.1備時(shí)限速模塊

備用限速模塊對(duì)于CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)非常重要，控制列車(chē)進(jìn)行臨時(shí)性的限速，在突發(fā)性事件中可以隨時(shí)調(diào)整速度。突發(fā)事件在列車(chē)中經(jīng)常遇到，例如，自然災(zāi)害、施工產(chǎn)生的限速、故障產(chǎn)生的限速等事件。實(shí)際CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)中，臨時(shí)限速由控制中心統(tǒng)一管理，通過(guò)控制中心向列控中心子系統(tǒng)下達(dá)調(diào)度命令，列控中心接收命令后進(jìn)行限速的一些列操作，臨時(shí)限速的設(shè)置涉及列車(chē)運(yùn)行安全?？煞謩e設(shè)置一處臨時(shí)限速。限速管轄范圍的設(shè)置，應(yīng)實(shí)現(xiàn)正線(xiàn)臨時(shí)限速的預(yù)告，避免排列正線(xiàn)通過(guò)進(jìn)路時(shí)，進(jìn)站信號(hào)機(jī)降級(jí)顯示。區(qū)間及站內(nèi)正線(xiàn)臨時(shí)限速區(qū)域以閉塞分區(qū)為基本單元，列控中心單方向臨時(shí)限速管轄范圍內(nèi)長(zhǎng)度超過(guò)5個(gè)閉塞分區(qū)的臨時(shí)限速按l個(gè)限速設(shè)置。限速等級(jí)設(shè)45km、80km、120km、160km、200km、250km六檔。

3.2有源應(yīng)答器臨時(shí)限速設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

車(chē)站列控中心和中繼站列控中心作為臨時(shí)限速的更新點(diǎn)，在其臨時(shí)限速管轄范圍內(nèi)，有源應(yīng)答器臨時(shí)限速管轄范圍分析本列控仿真系統(tǒng)主要涉及的站內(nèi)接車(chē)及區(qū)間臨時(shí)限速，接車(chē)進(jìn)路臨時(shí)限速報(bào)文主要是進(jìn)站口有源應(yīng)答器管轄，當(dāng)控制中心設(shè)置區(qū)間內(nèi)的臨時(shí)限速時(shí)，臨時(shí)限速報(bào)文主要是出站口有源應(yīng)答器管轄。當(dāng)設(shè)置站內(nèi)的臨時(shí)限速，根據(jù)進(jìn)路的不同應(yīng)答器管轄的范圍也不同，本節(jié)將根據(jù)不同情況進(jìn)行分析。具體參照：客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)臨時(shí)限速設(shè)置原則v2.617中臨時(shí)限速數(shù)據(jù)管轄范圍準(zhǔn)則。

3.3應(yīng)答器報(bào)文發(fā)送時(shí)機(jī)判斷分析

在仿真中環(huán)境模擬器不單對(duì)區(qū)間無(wú)源、車(chē)站有源應(yīng)答器進(jìn)行用戶(hù)報(bào)文的提取、對(duì)臨時(shí)限速的處理，同時(shí)還要把應(yīng)答器信息在恰當(dāng)時(shí)機(jī)發(fā)送給列車(chē)車(chē)載設(shè)備，減少信息傳輸?shù)牟煌叫栽斐煞抡嫦到y(tǒng)的延遲。由于在仿真中應(yīng)答器無(wú)實(shí)體設(shè)備，無(wú)法做到通過(guò)頻率激活的方式觸發(fā)地面應(yīng)答器傳輸信息，所以仿真過(guò)程把應(yīng)答器做為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)列車(chē)車(chē)載設(shè)備到達(dá)應(yīng)答器位置后，就由地面應(yīng)答器把信息發(fā)送給列車(chē)車(chē)載設(shè)備。應(yīng)答器報(bào)文發(fā)送時(shí)機(jī)就要結(jié)合列車(chē)車(chē)載設(shè)備顯示里程以及應(yīng)答器位置進(jìn)行比較判斷，經(jīng)過(guò)判斷才可知道車(chē)載達(dá)到哪個(gè)應(yīng)答器，才能把對(duì)應(yīng)應(yīng)答器信息傳送給車(chē)載設(shè)備。

3.4應(yīng)答器故障模擬

應(yīng)答器故障模擬主要是為了在應(yīng)答器信息丟失的情況下檢驗(yàn)車(chē)載設(shè)備處理邏輯。根據(jù)應(yīng)答器報(bào)文發(fā)送時(shí)機(jī)原理，應(yīng)答器故障模擬就是在車(chē)載經(jīng)過(guò)應(yīng)答器時(shí)不滿(mǎn)足發(fā)送報(bào)文的條件。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，只需把對(duì)應(yīng)應(yīng)答器的標(biāo)志設(shè)為“1”，那么應(yīng)答器報(bào)文發(fā)送功能就被屏蔽。

參考文獻(xiàn)：

[1]何堅(jiān).CTCS2列控仿真系統(tǒng)環(huán)境模擬器的設(shè)計(jì)與研究[D].西南交通大學(xué)，2011.