聯(lián)鎖表人機(jī)交互轉(zhuǎn)換模塊的可視化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾 壹，楊 光，金海林

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2.北京市華鐵信息技術(shù)開發(fā)總公司，北京 100081；3.國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100081）

分散自律調(diào)度集中（CTC，Centralized Tra-ffic Control）系統(tǒng)與列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS，Train Operation Dispatching Command System）實(shí)現(xiàn)了圍繞列車階段計(jì)劃的自動(dòng)化調(diào)度管理。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作、車次追蹤、自動(dòng)報(bào)點(diǎn)功能，完成調(diào)度系統(tǒng)與聯(lián)鎖的數(shù)據(jù)接口，車站調(diào)度設(shè)備要使用轉(zhuǎn)化為機(jī)器配置的聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)。

調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部為減少人工抄表的數(shù)據(jù)制作量，借鑒計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖進(jìn)路表自動(dòng)生成算法[1-4]，在站場(chǎng)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[5]基礎(chǔ)上找出所有基本進(jìn)路、長(zhǎng)進(jìn)路后，輸出為機(jī)器配置。由于聯(lián)鎖表編制時(shí)應(yīng)用了額外進(jìn)路生成、篩選規(guī)則，導(dǎo)致調(diào)度系統(tǒng)相關(guān)軟件的進(jìn)路輸出結(jié)果與聯(lián)鎖數(shù)據(jù)之間存在較大的差異，制作機(jī)器配置時(shí)進(jìn)行人工校核、增刪特殊進(jìn)路、冗余進(jìn)路的操作量仍很大。本文通過分析CTC、TDCS機(jī)器配置制作步驟，采用可視化方法[2]與人機(jī)交互方式[6]，設(shè)計(jì)了適用于兩類調(diào)度系統(tǒng)的聯(lián)鎖表轉(zhuǎn)換模塊，完成了人工進(jìn)路增刪、數(shù)據(jù)校核操作的軟件集成，提高了數(shù)據(jù)配置的效率與準(zhǔn)確性。

1 問題分析與模塊設(shè)計(jì)

1.1 配置制作問題分析

聯(lián)鎖進(jìn)路表自動(dòng)生成算法提高了調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)器配置的制作效率，然而算法輸出與聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)的差異導(dǎo)致額外的人工操作，一定程度上抵消了算法的作用，復(fù)雜站形車站的單次配置制作仍需花費(fèi)24個(gè)工時(shí)左右。調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)生成算法對(duì)機(jī)器配置制作的具體影響分析，如表1所示。

表 1 算法應(yīng)用對(duì)機(jī)器配置的影響分析

1.2 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

分析表明，算法雖輸出了機(jī)器可讀取的進(jìn)路配置，但各條目與聯(lián)鎖表進(jìn)路的對(duì)應(yīng)關(guān)系不是確定的，還需要人工逐條檢查配置項(xiàng)是否能對(duì)應(yīng)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)，并適當(dāng)增加、刪除機(jī)器配置。為了方便比對(duì)聯(lián)鎖表，模塊可以設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，提取機(jī)器配置中進(jìn)路類型、按鈕、信號(hào)機(jī)、軌道區(qū)段等參數(shù)，按照聯(lián)鎖數(shù)據(jù)樣式顯示。同樣，模塊還可在人機(jī)界面上添加勾選項(xiàng)的方法，向軟件告知進(jìn)路的增加與刪除操作，勾選完成后再將配置批量輸出，省去手工增刪操作的不便，避免誤操作。

此外，使用調(diào)度仿真環(huán)境審核進(jìn)路機(jī)器配置時(shí)，通常需要考慮其他程序配置或軟件更改的影響。例如，在CTC仿真環(huán)境中調(diào)整新增進(jìn)路配置時(shí)，車站自律機(jī)依據(jù)進(jìn)路機(jī)器配置排路失敗，可能存在進(jìn)路配置不對(duì)應(yīng)、聯(lián)鎖配置未更新或車站分機(jī)連接配置失誤幾種故障原因。為了便利配置審核，模塊可以載入調(diào)試環(huán)境內(nèi)已完成的機(jī)器配置，顯示在人機(jī)交互界面上，通過輸入信號(hào)機(jī)、股道等條件調(diào)出特定進(jìn)路的配置，實(shí)現(xiàn)不借助仿真環(huán)境檢查機(jī)器配置的功能。

綜上所述，依據(jù)配置場(chǎng)景分析制作的聯(lián)鎖表轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)歸納，如表2所示。

表 2 模塊的應(yīng)用場(chǎng)景與預(yù)期設(shè)計(jì)效果

2 轉(zhuǎn)換模塊的程序?qū)崿F(xiàn)

聯(lián)鎖表人機(jī)交互轉(zhuǎn)換模塊與調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部的進(jìn)路生成算法配套使用，安裝在站圖編輯器上，使用C++編程語言開發(fā)。模塊能夠讀入進(jìn)路生成算法的輸出結(jié)果和機(jī)器配置文件，以表格的形式顯示在人機(jī)交互界面上，為算法生成的結(jié)果設(shè)置了增刪條目的規(guī)格。為方便查找進(jìn)路、比較聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)，模塊提供了可視化表示機(jī)器配置的功能與進(jìn)路檢索選項(xiàng)。

同時(shí)，人機(jī)交換模塊借助MFC多文檔架構(gòu)[7]，使每一張打開的站圖都能夠自主記錄當(dāng)前的配置制作和檢查進(jìn)度，加強(qiáng)了編輯器對(duì)分屬不同調(diào)度系統(tǒng)的多張站圖同時(shí)進(jìn)行管理的能力。

2.1 人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面可加載來自站圖編輯器的進(jìn)路算法輸出以及外部的機(jī)器配置文件。由于轉(zhuǎn)換模塊與站圖編輯器使用同樣的站場(chǎng)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，界面的表格控件可以直接讀入進(jìn)路生成算法的輸出結(jié)果，而對(duì)外部文件則需要根據(jù)適用的系統(tǒng)類型（CTC或TDCS）來讀入配置，轉(zhuǎn)換為站場(chǎng)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后才能加載。模塊導(dǎo)入兩類數(shù)據(jù)的方法，如圖1所示。

圖 1 轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)導(dǎo)入流程

使用深度搜索策略[1]的進(jìn)路生成算法雖然能夠保證條目沒有遺漏，但會(huì)產(chǎn)生大量冗余的結(jié)果輸出。為了避免無對(duì)應(yīng)關(guān)系的條目輸出到機(jī)器配置，界面表格控件內(nèi)的各條進(jìn)路信息加入了勾選框，用于標(biāo)記與聯(lián)鎖表存在對(duì)應(yīng)關(guān)系的條目。軟件操作者在完成表格數(shù)據(jù)檢查后，使用交互界面提供的輸出選項(xiàng)，只處理標(biāo)記為有效的進(jìn)路條目，從而達(dá)到控制進(jìn)路條目增刪的目的。模塊會(huì)根據(jù)適用系統(tǒng)的類型（CTC或TDCS）輸出進(jìn)路檢查結(jié)果為不同格式流程，如圖2所示。

圖 2 進(jìn)路有效數(shù)據(jù)的標(biāo)記流程

由于外部機(jī)器配置不僅包含進(jìn)路條目，還包括車站設(shè)備使用的配置條目。為防止輸出信息覆蓋車站子系統(tǒng)的應(yīng)用配置，模塊只讀取配置中的進(jìn)路，不提供標(biāo)記條目的輸出功能。

導(dǎo)入進(jìn)路條目后，表格控件內(nèi)部通常包含數(shù)十條信息，并且站形的復(fù)雜程度越大，信息量越多。為此界面加入了進(jìn)路檢索選項(xiàng)，通過被檢查聯(lián)鎖表?xiàng)l目的信號(hào)機(jī)信息，在備選機(jī)器配置內(nèi)篩選出相似的進(jìn)路并顯示，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)核對(duì)流程。

整合數(shù)據(jù)導(dǎo)入、信息標(biāo)記與篩選功能的人機(jī)交互界面整體完成結(jié)果。

2.2 可視化選項(xiàng)

調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)路生成算法的輸出內(nèi)容與聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系不確定是引起配置效率低的主要原因。為此，模塊在設(shè)計(jì)時(shí)引入數(shù)據(jù)可視化方法，將機(jī)器配置輸出為聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的形式，降低了表格數(shù)據(jù)檢查的難度。聯(lián)鎖表進(jìn)路分為方向、編號(hào)、方式、按鈕、信號(hào)機(jī)、道岔、軌道區(qū)段、敵對(duì)信號(hào)等信息項(xiàng)[8]，轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)配置制作人員的提議，具體實(shí)現(xiàn)為通過專門的信息窗口重點(diǎn)標(biāo)示軌道區(qū)段設(shè)備名稱，并使用標(biāo)簽提示按鈕信息與軌道區(qū)段設(shè)備數(shù)量、名稱，兩種信息提示分別由選中條目與鼠標(biāo)懸停的方式觸發(fā)。

機(jī)器配置可視化為聯(lián)鎖信息格式減輕了進(jìn)路對(duì)應(yīng)關(guān)系檢查的工作量，然而配置內(nèi)的變通進(jìn)路與基本進(jìn)路存在共用的站場(chǎng)設(shè)備，設(shè)備構(gòu)成相似，只通過文字信息標(biāo)示逐個(gè)目視確認(rèn)對(duì)象容易混淆。為此，模塊使用黃色閃爍光帶作為進(jìn)路標(biāo)記的輔助方法區(qū)分相似進(jìn)路，由雙擊表格內(nèi)選中條目的方式觸發(fā)。表格控件內(nèi)兩條相似進(jìn)路可視化效果如圖3、圖4所示。

圖 3 SF-IIG進(jìn)路的閃爍光帶表示（經(jīng)過D20信號(hào)機(jī)）

圖 4 SF-IIG進(jìn)路的閃爍光帶表示（經(jīng)過D18信號(hào)機(jī)）

比較光帶易知，兩條進(jìn)路鄰近的調(diào)車信號(hào)機(jī)存在差別。進(jìn)一步檢查聯(lián)鎖表，可知D18信號(hào)機(jī)控制進(jìn)路，D20不控制，由此判定圖3對(duì)應(yīng)基本進(jìn)路配置，圖4對(duì)應(yīng)變通進(jìn)路配置。閃爍光帶功能通常用于大站數(shù)據(jù)制作，排查同一對(duì)起訖點(diǎn)對(duì)應(yīng)的十?dāng)?shù)條變通進(jìn)路，篩選出符合聯(lián)鎖表的條目。

3 轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)際應(yīng)用

聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與核對(duì)是一項(xiàng)繁重的工作，需要逐條確認(rèn)數(shù)據(jù)的有效性，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后，才能放入生產(chǎn)環(huán)境[9]。人機(jī)交互界面與標(biāo)示窗口將原來需要逐個(gè)查看才能確認(rèn)的進(jìn)路數(shù)據(jù)整體轉(zhuǎn)化為聯(lián)鎖表格式，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)可視化輸出，提高了文件的制作、審核效率。模塊提供的閃爍光帶功能不僅標(biāo)示了進(jìn)路通過的股道、道岔、無岔區(qū)段等軌道設(shè)備，還有沿途的變通按鈕、敵對(duì)信號(hào)機(jī)等信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備，提高了人工排查復(fù)雜站形基本、變通進(jìn)路的速度和準(zhǔn)確性，加快了實(shí)驗(yàn)速度，避免了配置錯(cuò)誤的發(fā)生。模塊的人機(jī)交互功能在石家莊、京九線、石太線、豐沙線等調(diào)度區(qū)段車站改造升級(jí)的進(jìn)路配置制作工作中得到了廣泛驗(yàn)證，取得了良好的效果。

4 結(jié)束語

聯(lián)鎖表人機(jī)交互轉(zhuǎn)換模塊以可視化方式完成表格數(shù)據(jù)的審核，記錄核對(duì)結(jié)果后根據(jù)系統(tǒng)需要輸出為對(duì)應(yīng)配置條目，提高了文件制作的效率與準(zhǔn)確度。然而，對(duì)于受主觀因素和非常規(guī)站形確定的特殊進(jìn)路，轉(zhuǎn)換模塊當(dāng)前無法自動(dòng)生成；模塊對(duì)變通進(jìn)路只能輸出所有可用按鈕，無法決定特定按鈕輸出到機(jī)器配置，導(dǎo)致聯(lián)鎖表信息與配置可能出現(xiàn)偏差。綜上所述，模塊雖在實(shí)際車站改造項(xiàng)目中得到了很好的反饋，但仍存在改進(jìn)的余地，需要不斷完善。