列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺的設計與實現

朱 鳴

（上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心，201102，上海∥工程師）

國內城市軌道交通各條線路所用的列車自動控制（ATC）系統，由不同的公司研制，如ALSTOM、USS、SIEMENS、泰雷茲等公司的 ATC和CBTC（基于通信的列車控制）系統。因此，與行車調度有關的中央ATS（列車自動監控）、地方ATS、停車場計算機聯鎖等的人機界面也就各不相同，而且具體功能還有較大差異。這就要求對上崗或者在崗人員進行培訓時，最好能在各種不同仿真系統下進行與現場一致的功能和故障模式培訓。故需要開發一套通用基礎平臺，以縮短開發列車運行仿真培訓系統的周期，以便快速開發不同線路的列車運行仿真培訓系統，來適合列車運營的培訓需求［1］。

1 列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺的設計

本文研究構建城市軌道交通列車運行仿真系統結構的方法，定義仿真系統與其它系統的標準數據接口，通過站場自動生成和基本功能自動生成的研究，構建列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺，為開發不同線路的列車運行仿真培訓建立基礎。其設計方案如下。

1.1 構建城市軌道交通列車運行仿真系統的系統結構

把列車仿真培訓系統分為表示層（操作界面）、消息生成層（操作命令生成）、邏輯關系處理層（通用、特殊邏輯處理，如進路建立）、現場設備仿真等四個層次，并研究程序實現的自動生成及內部接口關系，如圖1所示。

1.2 城市軌道交通站場數據的自動生成

1）組件庫的建立：根據不同制式的ATS系統的特點，開發不同的組件，形成組件庫，解決不同系統對相同部件表現形式上差異，同時對組件進行分類管理［2］。

2）站場形式語言的描述：通過人工的拓撲結構分析，研究站場形式化語言的描述方式。通過拓撲結構關鍵點的輸入，形成統一的線路數據、設備數據庫；再根據數據的信息并結合組件庫內容，自動生成站場結構操作視圖。

3）基本功能的自動生成：

·聯鎖功能——提取不同制式仿真系統的進路排列、取消進路、延時解鎖進路、引導進路、道岔單操或單鎖等功能的共性。

·列車調整功能——提取不同制式仿真系統的跳停、扣車、催發車、停站時間調整、運行等級調整等功能的共性。

·列車仿真運行功能——提取不同制式的仿真系統的列車實際速度計算、列車定位停車、自動進路、連續通過進路等功能的共性。

·時刻表管理功能——提取不同制式仿真系統的建立在線時刻表、刪除在線時刻表、在線時刻表中加車和減車等功能的共性。

圖1 列車運行仿真培訓軟件通用平臺體系結構圖

·故障處置功能——提取不同制式仿真系統的紅光帶、道岔失去表示、信號機燈絲斷絲、列車車門無法關閉、列車失去通信等故障模擬功能的共性。

·與站場的連接——系統人機交互界面各有不同，操作方法也不盡相同，但形成命令卻基本相同。在系統框架下采用消息處理層，把操作命令進行轉化，形成統一的調用接口，調用通用功能庫中內容，使站場和通用功能結合起來。

4）仿真系統接口標準（與其它系統如模擬駕駛系統）：主要實現列車仿真培訓系統和模擬駕駛、COCC（中央運行控制中心）、電子沙盤等系統接口方式及交互數據內容的定義，規范其數據格式。

2 列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺的實現

2.1 實現的方法

1）建立組建庫：使用統一接口［3］，界面按照各自ATS系統界面形式制作。

2）建立站場數據：采用XML純文本數據格式，輸入基本數據，如設備基本數據、基本坐標點；通過平臺自動計算設備坐標點、連接關系和聯鎖表等，自動生成站場圖界面；再根據站場圖建立線路數據，通過線路數據建立列車時刻表。圖2為站場圖自動生成系統。

圖2 通用平臺站場圖自動生成系統

3）建立基本功能庫：根據提取的不同制式仿真系統的各個基本功能的共性，建立統一的功能庫。不同制式的仿真系統調用同一個功能庫進行邏輯處理，再通過接口控制ATS框架的表示層，顯示出不同系統界面。由于不同制式的仿真系統的基本功能也可能存在較大差異，比如有的采用固定閉塞，有的采用移動閉塞，這時就需要在基本功能庫里內置兩種以上的處理方法，以便不同制式的仿真系統調用。也就是說，基本功能庫需要囊括可能有的各種情況的邏輯處理功能。

4）制作ATS框架：不同制式的仿真系統有不同的框架，包括視圖、菜單、命令等。它們的界面、操作方式等差異很大，要把除了站場圖形以外的部分制作出來，菜單、命令等制作好統一接口。因此，每種制式的仿真系統都需要做一個框架。每個框架內部做好對基本功能庫的調用接口，可以自動調用相對應的基本功能，以完成相應功能操作和顯示。

5）與其它系統的接口：定義統一外部接口，通過報文發送和接收其他系統的數據，保持相關系統的數據一致。

2.2 應用和再開發

在列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺上，通過選擇ATS框架、輸入基本數據、生成站場數據、建立時刻表后，就能生成一個列車運行仿真培訓軟件。平臺操作簡單，人機對話界面友好，能快速開發出不同制式、不同線路的仿真軟件。圖3為通過平臺生成的阿爾斯通ATS仿真培訓系統中的上海城市軌道交通3號線部分站場界面；圖4為通過平臺生成的泰雷茲CBTC仿真培訓系統中的上海城市軌道交通8號線（具備CBTC和后備模式）部分站場界面。

圖3 阿爾斯通ATS仿真培訓系統界面

圖4 泰雷茲CBTC仿真培訓系統界面

列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺具有可持續性發展的特點，通過建立新的組件、建立新ATS框架以及添加或修改基本功能庫，可以使平臺擴展出更多、更完善的列車運行仿真培訓軟件，用以應對城市軌道交通日新月異的變化。

列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺的應用流程如圖5所示。

圖5 列車運行仿真培訓軟件通用開發平臺的應用流程圖

3 結語

本文提出了列車運行仿真軟件通用開發平臺的設計和實現方法，闡述了在此平臺上快速開發各種制式的列車運行仿真軟件的過程。通過此通用平臺，可以統一開發列車運行仿真軟件過程，簡化開發過程，減少重復開發；通過統一外部接口，方便了擴展開發或鏈接相關仿真軟件，并能根據對列車仿真軟件的要求進行變更，可快速添加新功能和更新內容。

［1］陳永生，徐金祥.上海軌道交通信號制式的多樣性及其對策［J］.城市軌道交通研究，2002（4）：29.

［2］王野，郭秀清.基于組件技術的列車自動監控仿真系統開發平臺［J］.計算機應用，2007，27（增2）：285.

［3］宇鵬，王曉峰，李云飛.Visual C＋＋實踐與提高——ActiveX篇［M］.北京：中國鐵道出版社，2001.