調(diào)車監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺車列模擬模塊的實(shí)現(xiàn)

張弘志

(中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081)

無線調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱調(diào)車監(jiān)控系統(tǒng)，是通過車載設(shè)備和地面設(shè)備間無線通信聯(lián)控，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)機(jī)在集中區(qū)車場安全走行作業(yè)，使車地人員均能充分掌握站場實(shí)時使用情況。其中，車載設(shè)備安裝于機(jī)車內(nèi)，獲取機(jī)車走行信息，采集站場中布置的無源應(yīng)答器信息，并進(jìn)行機(jī)車出入網(wǎng)控制。地面設(shè)備安裝于站場信號樓，獲取站場聯(lián)鎖設(shè)備信息，了解站場信號開放情況。

調(diào)車監(jiān)控系統(tǒng)仿真與測試平臺使用聯(lián)鎖模擬模塊，LKJ2000車載模擬設(shè)備，LKJ2000監(jiān)控裝置轉(zhuǎn)發(fā)軟件和車列模擬模塊，將整個現(xiàn)場設(shè)備以實(shí)驗(yàn)室為平臺串聯(lián)起來，如圖1。仿真測試平臺先期實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖模擬模塊功能，包含基本的聯(lián)鎖設(shè)備操作和設(shè)備狀態(tài)模擬，并將站場的聯(lián)鎖信息提交給地面設(shè)備。

圖1 仿真測試平臺中的位置圖

1 車列模擬模塊對外接口

車列模擬與聯(lián)鎖模擬模塊處于一個程序中，會接收LKJ2000監(jiān)控裝置模擬/轉(zhuǎn)發(fā)軟件有關(guān)此臺機(jī)車走行信息，并在機(jī)車通過場中應(yīng)答器時通知相對應(yīng)的車載設(shè)備；會獲取站場聯(lián)鎖設(shè)備模擬狀態(tài)、鏈路狀態(tài)，并自動影響聯(lián)鎖設(shè)備的狀態(tài)變化（如區(qū)段占用等）。車列模擬模塊將聯(lián)鎖設(shè)備狀態(tài)和應(yīng)答器信息的變化有機(jī)地結(jié)合起來，便于車載/地面設(shè)備進(jìn)行全面地精細(xì)控制和防護(hù)調(diào)試。

2 車列結(jié)構(gòu)構(gòu)建

模塊將車列分成2種：帶機(jī)車的車列和不帶機(jī)車的車列。

帶機(jī)車的車列、不帶機(jī)車的車列、機(jī)車均需要記錄和計算模擬狀態(tài)，如走行距離、方向、所在位置等，同時要將他們以圖形方式顯示在站場圖中。因此需要有2個屬性頁（模擬層、顯示層）分別描述他們，如圖2。

對于帶機(jī)車的車列、不帶機(jī)車的車列、機(jī)車占用軌道電路的設(shè)備，均是根據(jù)自身的長度對于區(qū)段占用和出清，所以在模擬層面描述時，將這3類設(shè)備設(shè)計一個父類“占用單元模擬層類”，用以描述從3者抽象出來的屬性，其類結(jié)構(gòu)如圖3。

圖2 站場車列設(shè)備實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)UML類圖

圖3 車列在模擬層的相關(guān)類結(jié)構(gòu)UML圖

3 帶機(jī)車車列控制方式實(shí)現(xiàn)

車列走行模擬的操控主要是針對帶機(jī)車的車列，有2種方式并可隨時相互切換。

（1）由外部提供機(jī)車位移信息，走行方向信息。在這種操控方式下，控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)源步調(diào)一致，可以讓控制系統(tǒng)設(shè)計人員直接發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。（2） 車列模擬模塊內(nèi)部提供機(jī)車位移信息，走行方向信息。此方式可用于模擬其他非安裝調(diào)車監(jiān)控設(shè)備的機(jī)車所在車列的走行情況，有助于提高控制系統(tǒng)對車列跟蹤準(zhǔn)確性的處理水平。

4 車列的走行

4.1 走行的模擬層基本實(shí)現(xiàn)步驟

（1）設(shè)立直線坐標(biāo)系，當(dāng)車列加入站場圖中，以車列上行端為坐標(biāo)0點(diǎn)，記錄下車列的坐標(biāo)（上行端、下行端），這時車列的下行端坐標(biāo)為負(fù)值。（2） 將此時車列占用的各個區(qū)段計入到一個占用區(qū)段隊(duì)列中，記錄下占用的各個區(qū)段兩端絕緣節(jié)相對于這個坐標(biāo)原點(diǎn)的偏移值，仍以坐標(biāo)表示。車列與各個占用區(qū)段的相對距離可以用車列和區(qū)段坐標(biāo)差的絕對值來描述。與此同時，將車列的信息也記錄在其占用的區(qū)段設(shè)備中。（3） 針對一個新的走行位移、走行方向，車列離開原先的坐標(biāo)0點(diǎn)，此時刷新車列的坐標(biāo)值。車列向上行走，車列的坐標(biāo)值增加；反方向時，車列的坐標(biāo)值減小，甚至負(fù)向增長。但對于一個車列，由生到死，坐標(biāo)0點(diǎn)即在車列生成時確定。（4） 存儲于占用區(qū)段隊(duì)列中的兩頭區(qū)段，是車列占用的最外側(cè)的區(qū)段。當(dāng)判斷車列頭部已壓過最外區(qū)段的外側(cè)絕緣節(jié)時，通過聯(lián)鎖設(shè)備鏈路屬性，獲取相連通的下一個區(qū)段，在區(qū)段設(shè)備和車列模擬層區(qū)段占用隊(duì)列中記錄雙方信息，表示占用此區(qū)段并含有本車列。當(dāng)判斷車列尾端壓過車列占用的最外側(cè)區(qū)段，在區(qū)段設(shè)備和車列的占用區(qū)段隊(duì)列中刪除雙發(fā)信息，表示出清此區(qū)段并不含本車列。（5）不斷收到新的走行位移、走行方向，則繼續(xù)（3）。

車列走行計算示意圖如圖4。

圖4 車列走行計算示意圖

4.2 走行的顯示層實(shí)現(xiàn)方法

站場圖中，區(qū)段均具備現(xiàn)場實(shí)際測量長度值屬性。車列的線段懸浮于站場圖區(qū)段上方，區(qū)段的實(shí)際測量長度值和像素按比例進(jìn)行相應(yīng)伸縮后畫出，是實(shí)際反映車列與區(qū)段的關(guān)系。隨著位移的變化，車列的線條也隨著變化，非常直觀地體現(xiàn)出車列的實(shí)際走行，如圖5。

圖5 車列在站場圖（部分）中的展示

畫圖采用的映射模式是MM_TEXT模式,它是以像素為單位，X軸向左為正，Y軸向下為正。默認(rèn)的坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角。實(shí)現(xiàn)流程如下：

（1）收集車列的實(shí)際長度、走行方向。（2）收集車列占用的所有區(qū)段的測量長度。同時對于占用的每條區(qū)段，收集其中含有的所有線段起止坐標(biāo)，并將區(qū)段包含的線段按照從上行方向到下行方向的順序進(jìn)行排列。（3）區(qū)分車列占用區(qū)段的特點(diǎn)：全部占用和部分占用。從圖中可以看出車列是懸浮地畫在區(qū)段的線段之上。由于各個區(qū)段是由不同斜率的線段畫出并連接而成，所以，對于全部占用的區(qū)段，在獲取區(qū)段所有畫圖線段后，只需將這些線段縱坐標(biāo)偏移，車列在此區(qū)段的圖形就畫出了。如圖5中的車列在40DG反位道岔區(qū)段的表現(xiàn)。對于部分占用的區(qū)段，則需要明確在區(qū)段上的車列需要畫在靠近區(qū)段的上行方向端還是下行方向端，同時還需要明確車列在此區(qū)段上方不能畫滿。至于畫多少，這就需要計算畫圖坐標(biāo)，如圖5中5G無岔區(qū)段和3G股道均未畫滿整個軌道電路。將所有得出的組成車列的線段坐標(biāo)均填入車列線段坐標(biāo)數(shù)組。（4）最后根據(jù)車列線段坐標(biāo)數(shù)組，畫出車列線段即可。

5 車列的添加和刪除

5.1 車列添加

為便于模擬車列各種走行情況，車列可添加在站場圖中的任何位置。為了實(shí)現(xiàn)此目的，特別針對車列添加設(shè)置參數(shù)進(jìn)行如下定義：

車列類型：分為帶機(jī)車的車列和不帶機(jī)車的車列；其中帶機(jī)車的車列在上行和下行方向處均可設(shè)置是否掛帶車輛及輛數(shù)。不同類型的車列會以不同的顏色鋪畫在站場圖上。

車列號：帶機(jī)車時用機(jī)車號表示，不帶機(jī)車時用車列產(chǎn)生的先后序號表示。

查詢器ID：ID有效時，可區(qū)分對應(yīng)此查詢器的信息輸出方對應(yīng)哪個機(jī)車車載設(shè)備。ID無效時表示機(jī)車上未安裝查詢器。

機(jī)車前進(jìn)位指示方向：指示機(jī)車方向手柄為前進(jìn)位時，車列前進(jìn)的方向是上行方向還是下行方向，用于將機(jī)車方向手柄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)車走行方向。

查詢器位于機(jī)車方向：表示查詢器安裝于機(jī)車的相對位置。當(dāng)機(jī)車車下查詢器位置與站場應(yīng)答器位置重合時，可正確準(zhǔn)時通知車載設(shè)備。

區(qū)段占用延伸方向和拓展偏移距離，這兩個參數(shù)是實(shí)現(xiàn)車列安放任意位置的核心參數(shù)。延伸方向分為上行或下行。

5.2 車列刪除

車列通過人機(jī)接口進(jìn)行刪除，或走出站場外規(guī)定距離后由模塊自動刪除。針對每一車列設(shè)置一個刪除請求標(biāo)志，無論是人工請求還是走行滿足一定條件后自動請求刪除，均會將車列的刪除請求標(biāo)志位置。模塊在定時遍歷車列集合時發(fā)現(xiàn)此車列有刪除請求，再刪除與此車列有關(guān)的一切，包括圖形信息、模擬信息、設(shè)備實(shí)體。

6 車列的合并和分解

6.1 合并處理

車列的合并是在車列走行中自動進(jìn)行的，當(dāng)車列前進(jìn)端有其他車列時，且兩者相接時，程序自動將兩者合并成一個車列。因此在走行中會隨時判斷是否有要與本車列合并的車列，其流程如圖6中（a）所示。車列合并的關(guān)鍵有2點(diǎn)：合并條件判斷，合并后的處理。合并的條件判斷由Get-MergeDev()實(shí)現(xiàn)，主要是判斷是否還有與本車列合并的車列，并返回要與本車列合并的車列，流程如圖6中（b）所示。合并時的處理由Merge()實(shí)現(xiàn)，其流程如圖6中（c）所示。合并后，原先的兩個車列對象，其中的本車列會吸收合并的另一車列內(nèi)容，而另一個車列就需要刪除。

6.2 分解處理

與合并邏輯相反，車列的分解處理要創(chuàng)建一個新車列對象，此時需要注意分解時原車列的速度，并要把此速度作為初始速度賦予新創(chuàng)建的車列。車列在速度為0時分解，就構(gòu)成了車列停車后的摘車操作；在速度不為0時分解，通過新分出車列具備不同的加減速度屬性，可模擬出平面遛放和駝峰遛放的展示效果。這樣就構(gòu)成了“?！?、“減”、“加”3種分解方式。

7 結(jié)束語

車列模擬模塊呈現(xiàn)站場中的車列更為直觀。由于站場中的區(qū)段是真實(shí)的測量距離，所以車列在區(qū)段上的走行展示是真實(shí)準(zhǔn)確的。

圖6 車列合并流程圖

車列模擬模塊的所在調(diào)車監(jiān)控系統(tǒng)仿真與測試平臺，適用于測試編組站、區(qū)段站、中間站各種站型環(huán)境，減少現(xiàn)場的工作量，降低系統(tǒng)推廣費(fèi)用。通過仿真測試平臺調(diào)試出廠的產(chǎn)品，已經(jīng)或即將應(yīng)用在全國近百個站場上，這個平臺已成為調(diào)車監(jiān)控系統(tǒng)認(rèn)證的測試環(huán)境。而車列的走行以圖形方式呈現(xiàn)在站場圖中，生動真實(shí)地展現(xiàn)了站場應(yīng)用，具有良好的宣傳效果。以站場信號平面圖為依托的系統(tǒng)均可便利移植此模塊，作為站場車列的直觀指示。同時車列模塊也可繼續(xù)擴(kuò)展，如根據(jù)車列前方信號機(jī)狀態(tài)自動走行、停止，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)/出站、調(diào)車走行自動化，而這些已在動車基地車列自動走行仿真中有所應(yīng)用。

[1]高繼祥 鐵路信號運(yùn)營基礎(chǔ)[M]. 北京：中國鐵道出版社，1998，2.

[2]DavidJ. Kruglinski. Visual C++ 技術(shù)內(nèi)幕（第四版）[M]. 潘愛民，王國印. 北京：清華大學(xué)出版社，2001.