城軌列控系統(tǒng)仿真平臺中聯鎖站的設計和實現研究

趙志敏

（陜西交通職業(yè)技術學院陜西西安710018）

鐵路運輸對于我國國民經濟的發(fā)展具有重要的作用，因為我國鐵路運行的情況較為復雜，并且鐵路的運輸效率比較低，為了能夠有效滿足我國鐵路對于快速及更高的需求，提高市場競爭能力，以我國相關規(guī)劃及綱要作為基礎，鐵路部門提出了滿足我國國情發(fā)展的類車運行控制系統(tǒng)策略，從而為列車運行控制系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展打下了良好的基礎[1]。雖然我國列車控制系統(tǒng)的起步較晚，但是我國列車運行控制系統(tǒng)發(fā)展的這么多年，我國列車控制技術也得到了有效的發(fā)展。我國基于ETCS技術，將列車運行控制系統(tǒng)技術劃分成為了5個等級，從0-4。微機聯鎖屬于列控系統(tǒng)子系統(tǒng)，能夠有效保證列車在運行過程中的安全性，還能夠有效提高列車運行的效率。我國微機聯鎖工作是在上世紀八十年代初開始發(fā)展的，在制定相應戰(zhàn)略之后，全新的技術規(guī)范對于微機聯鎖系統(tǒng)功能和設備解構進行了一定的描述[2]。所以，我國現代微機聯鎖技術也在不斷的發(fā)展和進步。本文對微機聯鎖仿真子系統(tǒng)進行了全面的研究，并且創(chuàng)建了仿真平臺連鎖站，從而為系統(tǒng)全面評估打下良好的基礎。

1 仿真平臺連鎖站的功能

1.1 仿真平臺

城市軌道交通列車運行過程中的仿真系統(tǒng)屬于具有較多功能的系統(tǒng)軟件包，其主要目的就是實現列車運行工程中及軌道交通基本信號控制系統(tǒng)的高精度數字化仿真模擬[3]。圖1為列車系統(tǒng)仿真平臺的結構。

圖1 列車系統(tǒng)仿真平臺的結構

仿真平臺還能夠直接為創(chuàng)建及計劃過程中城市交通運行的仿真模擬及調度人員的培訓技術提供基礎保證。在對現代列車運行控制系統(tǒng)過程中運行的實際情況進行分析，實現城軌列車運行控制仿真平臺模型的劃分。

線路及列車對于實際線路來說較為固定，能夠在仿真過程中利用初始化線路及列車的型號選擇實現模擬。如果信號設備線路不同，那么其中的連鎖站、調度中心、車載設備等結構都各不相同。那么就要求在此部門進行仿真的過程中，要充分考慮通用性及針對性。針對性指的是在仿真過程中要將實際設備作為基礎，對設備在工作過程中進行模擬[4]。圖2為列車系統(tǒng)的模擬。

1.2 連鎖站的功能

以實際情況為基礎，實現連鎖站功能的分析，其主要包括：

將連鎖站管轄范圍中的線路圖充分展現出來；

實現仿真平臺發(fā)送列車位置信息的接收，對連鎖條件進行檢查；

圖2 列車系統(tǒng)的模擬

實現列車及調車的作業(yè)模擬；

實現人工解鎖及進路辦理；

以列車位置及連鎖條件為基礎，對類車進行反饋碼信息的反饋[5]。

2 列控系統(tǒng)仿真平臺的設計

2.1 列控系統(tǒng)的概述

列控系統(tǒng)是將無線通信為基礎時下列車的運行控制，其主要目的就是利用連續(xù)無線通信對車載設備進行傳輸，包括線路描述信息等，使用固定自動閉塞，將目標距離為基礎，實現連續(xù)速度控制模式的列車監(jiān)控，類車的占用檢查通過軌道電路實現[6]。圖3為列控系統(tǒng)的主要結構。

圖3 列控系統(tǒng)的主要結構

2.2 列控仿真系統(tǒng)

列控仿真系統(tǒng)主要包括六部分，分貝為車載仿真、計算機連鎖仿真、TCC仿真、環(huán)境模擬器、RBC仿真及控制中心子系統(tǒng)，圖4為城軌列控系統(tǒng)的仿真平臺結構。

圖4 城軌列控系統(tǒng)的仿真平臺結構

仿真控制中心能夠實現全部站場設備狀態(tài)及圖形的展現[7]。

2.3 子系統(tǒng)的功能需求

2.3.1 仿真控制中心

圖5為仿真系統(tǒng)的網絡拓撲結構，其主要目的就是充分展現列車狀態(tài)、列車制動曲線的展現，并且下發(fā)運行計劃及進路命令。

2.3.2 子系統(tǒng)的信息流

列控仿真系統(tǒng)之間的子系統(tǒng)信息交互主要是根據數據庫及網絡通信進行[8]，圖6為列控仿真系統(tǒng)之間的信息流圖。

圖6 列控仿真系統(tǒng)之間的信息流圖

在啟動仿真系統(tǒng)之后，司機需要利用界面實現模擬車型的選擇，之后將列車的基礎參數進行輸入設置，然后創(chuàng)建和仿真控制中心、RBC子系統(tǒng)相互連接，并且向其發(fā)送列車的注冊信息。在列車運行過程中，司機使用手動對類車牽引制動進行操作，車載仿真系統(tǒng)能夠對列車的速度和運行的里程進行計算，并且將與其連接的子系統(tǒng)進行實時發(fā)送[9]。

3 列車系統(tǒng)仿真平臺連鎖仿真系統(tǒng)

3.1 連鎖系統(tǒng)接口

仿真平臺的主要目的就是實現高速鐵路列控系統(tǒng)事物的設備測試機驗證，現代高鐵中的連鎖設備一般為DS6計算機連鎖系統(tǒng)。為了能夠使其實物設備和仿真平臺聯系測試及驗證，需要仿真平臺具備連鎖實物接口。圖7為連鎖實物接入的總體結構。

圖7 連鎖實物接入的總體結構

仿真平臺的主要目的就是為連鎖實物接入提供一定的實物接口，包括接入代理及接口平臺。接口平臺的主要目的能夠實現INIO卡讀寫，并且還能夠實現二進制信息的解析及編碼。接入代理及接口平臺利用以太網傳輸進行解析，仿真平臺及接入代理利用網絡實現信息的交換[10]。圖8為連鎖實物和INIO接入的鏈接結構。

圖8 連鎖實物和INIO接入的鏈接結構

3.2 連鎖仿真平臺系統(tǒng)的結構

圖9為微機聯鎖仿真平臺的功能框架，其主要包括站場繪制、數據初始化等。

圖9 微機聯鎖仿真平臺的功能框架

3.3 數據初始化

圖10為連鎖仿真系統(tǒng)初始化模塊的結構，其主要包括戰(zhàn)場形數據結構及進路表數據結構，數據初始化的主要目的為：常量對象的初始化；戰(zhàn)場數據結構的生成；對象初始化；進路信息的提取等[11]。

圖10 連鎖仿真系統(tǒng)初始化模塊的結構

3.4 繪制站場

圖11為繪制站場模塊的功能結構，其主要包括繪制道岔、表示燈、按鈕、軌道區(qū)段、信號機。在實現信號機繪制的過程中，以信號機類型為基礎，通過相關坐標實現信號機繪制。在繪制道岔過程中，以道岔類型、封鎖狀態(tài)及進路占用實現繪制；在繪制軌道區(qū)段的過程中，以道岔類型、數目、封閉狀態(tài)等實現繪制[12]。

3.5 操作命令處理

圖11 繪制站場模塊的功能結構

在車站值班人員實現控制臺操作過程中，仿真程序要實現相應操作命令的記錄，并且對進路命令是否有效進行全面的檢查，通過進路搜索程序的執(zhí)行，實現暫態(tài)進路表的生成。對于其他人工操作命令來說，在對此命令操作判斷有效之后，就要對此模塊進行執(zhí)行。圖12為操作命令處理模塊的結構。

圖12 操作命令處理模塊的結構

3.6 已建進路處理

不管是站場形數據結構，或者是進路表式，在實現進路操作命令處理之后，就會創(chuàng)建進路暫態(tài)進路表，如果已經創(chuàng)建，那么就要將進路活動進路進行分時，根據生命周期實現處理。每條活動進路實現進路鎖閉、確認檢查、信號開放等模塊[13]。圖13為已建進路模塊的結構。

圖13 已建進路模塊的結構

3.7 道路接口

在車站連鎖列控系統(tǒng)中并不是獨立設備，其要求和多個子系統(tǒng)實現交互，并且創(chuàng)建相應的系統(tǒng)通信。圖14為道路接口子模塊，其主要目的為：實現連鎖和RBC的接口；實現連鎖和TCC系統(tǒng)的結構；實現連鎖和CTC系統(tǒng)的結構[14]。

圖14 道路接口子模塊的結構

4 聯鎖站模型的實現

以目前連鎖站模型為基礎，通過具體線路基礎數據及控制碼序全面驗證模型正確性。使用C++此種面向對象編程語言實現軟件開發(fā)。為了便于工作人員將模塊之間的動態(tài)交互聯系進行全面了解，系統(tǒng)使用UML順序圖，對模塊之間消息傳遞時間順序進行描述。不同水平表示不同對象，其中的垂直軸屬于時間。圖15為聯鎖站仿真平臺工作的顯示界面，界面中是某連鎖站線路圖，仿真工作人員能夠電機線路圖中的聯鎖站標簽，從而切換聯鎖站。在聯鎖站和軌旁設備通信之后，通過邏輯判斷模塊處理，將滿足條件預排進路進行封閉，在人工干預的過程中，能夠將按鈕實現人工預排進路和進路解鎖[15]。

圖15 聯鎖站仿真平臺工作的顯示界面

5 結束語

本文對城市軌道交通列車的運行控制系統(tǒng)仿真連鎖站系統(tǒng)工作原理及功能需求進行了全面的分析，通過面向對象分析及建模方法實現模型創(chuàng)建，最后對平臺進行全面的分析，表示能夠有效提高軟件設計的效率及質量，實現軟件開發(fā)的優(yōu)化。