軌道交通軟件開發(fā)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義方法

王慶勝，杜建新，朱 罕，張興超

（上海富欣智能交通控制有限公司，上海 201203）

軌道交通軟件開發(fā)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義方法

王慶勝，杜建新，朱 罕，張興超

（上海富欣智能交通控制有限公司，上海 201203）

本文介紹一種軌道交通軟件開發(fā)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義方法，步驟包括：形成設(shè)備基礎(chǔ)信息表；形成設(shè)備對象到邊及控制區(qū)域的第二索引表。采用這種數(shù)據(jù)描述方法能減少映射表的使用，使數(shù)據(jù)操作簡單、一致和方便，符合軌道交通軟件開發(fā)對數(shù)據(jù)的實時性和安全性的要求。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；軌道交通；實時性

在軟件開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件成功的關(guān)鍵，軌道交通中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，如EN50128標(biāo)準(zhǔn)。EN50128中的安全規(guī)則具有數(shù)據(jù)安全、無動態(tài)內(nèi)存等特點，它強制不能使用動態(tài)分配內(nèi)存，減少指針的使用及盡量提高軟件的實時性。

軌道交通中線路數(shù)據(jù)需要存儲到軟件內(nèi)部，供軟件在特定條件下進行線路數(shù)據(jù)的查找、排序及計算使用，軌道交通軟件開發(fā)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常由兩種用途的表組成：

（1）基礎(chǔ)信息表：設(shè)備（信號機，信標(biāo)，站臺，計軸區(qū)段等）或邏輯元素（限速區(qū)段，坡度等）的屬性信息；

（2）設(shè)備索引表：設(shè)備在邊（Edge），控制區(qū)域（ZC, Zone Control）的范圍表。

前者主要是設(shè)備及邏輯元素的各類信息，包括位置，方向，屬性值。后者主要是通過邊，控制區(qū)域?qū)υO(shè)備及邏輯元素進行查找。

1 典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式

軌道交通中的線路拓?fù)鋱D如圖1所示。為有向圖且包括一系列的節(jié)點和具有方向的邊，圖1中的節(jié)點都用“節(jié)點”加一個數(shù)字表示，邊都用“邊”加一數(shù)字表示。每個邊和節(jié)點在系統(tǒng)中獨一無二地定義，用這種方式來描述軌道的連接關(guān)系和朝向；每個節(jié)點都有一個物理的約束來限制可以穿越它的路徑的數(shù)量，有向圖會保存從指定的邊沿著指定的方向到達(dá)的下一條邊。典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（設(shè)備基礎(chǔ)信息）是表達(dá)設(shè)備（或者邏輯元素）在線路上的具體位置的，可以是一個坐標(biāo)點或者標(biāo)明起始點及終點的區(qū)域信息。

圖2說明了一個典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義方式。表（Elem Record Array）由多個設(shè)備對象組成，設(shè)備對象對應(yīng)于設(shè)備基礎(chǔ)信息表的一行，每個設(shè)備對象定義了設(shè)備或邏輯元素的屬性，圖中每個設(shè)備對象的含義是：{設(shè)備ID,{方向，所在邊的ID，起始點，終點}}，如圖2第1行的設(shè)備對象為{1,{ORIENT_POSITIVE_common,1,0,168499 }}，其中設(shè)備ID為1，ORIENT_POSITIVE_common表示正方向，邊的ID為1；區(qū)域表示設(shè)備在所對應(yīng)的邊上的占用區(qū)域，用在設(shè)備在邊上的一個起點和一個終點表示，如圖2第1行的設(shè)備對象的區(qū)域的起始點為0，區(qū)域的終點為168499。這樣就由多個所述設(shè)備對象形成一個數(shù)組，每個所述設(shè)備對象為該數(shù)組的一個元素。

圖1 線路拓?fù)鋱D

圖2 設(shè)備基礎(chǔ)信息表

為了方便在邊及控制區(qū)域上查找到對應(yīng)的設(shè)備信息，需要對邊或者控制區(qū)域上的設(shè)備進行索引。如圖3所示，是現(xiàn)有設(shè)備對象到邊/控制區(qū)域的索引表示意圖。以圖3（a）為例，設(shè)備對象到邊的索引表（Elem in Edge）由多個行組成，每一個行的含義為對應(yīng)邊上的設(shè)備索引號即{設(shè)備索引號起點，設(shè)備索引號終點}。如行中的第一行為{0,3}，對應(yīng)于圖2中的邊的ID為1的4個所述設(shè)備對象，設(shè)備索引號起點0對應(yīng)于設(shè)備ID1，設(shè)備索引號終點3對應(yīng)于設(shè)備ID4。區(qū)域控制索引表也是如此。

圖3 （b）設(shè)備在控制區(qū)域中的索引表

圖3 （a）設(shè)備在邊上的索引表

但在實際線路中，往往還有更加復(fù)雜的情況，例如各設(shè)備對象的設(shè)備ID并不是按照邊的ID，區(qū)域的ID來進行排序的，這樣就出現(xiàn)了另外兩張映射表，如圖4所示，是現(xiàn)有設(shè)備對象到邊的索引關(guān)系示意圖；在圖2所示的設(shè)備基礎(chǔ)信息表和圖3（a）所示的設(shè)備對象到邊的索引表之間還增加了一個索引表即Map Index in Edge，索引表顯示了設(shè)備基礎(chǔ)信息表的設(shè)備ID和索引表的設(shè)備索引號之間的映射關(guān)系，相互對應(yīng)的設(shè)備基礎(chǔ)信息表的設(shè)備ID和索引表的設(shè)備索引號之間用虛線相連，索引表中的前4行對應(yīng)到索引表的第1行中，索引表中的后2行對應(yīng)到索引表的第2行中。

圖4 設(shè)備信息對應(yīng)到邊的關(guān)系說明圖

如圖5所示，是現(xiàn)有設(shè)備對象到區(qū)域的索引關(guān)系示意圖；在圖2所示的設(shè)備基礎(chǔ)信息表和圖3（b）所示的設(shè)備對象到區(qū)域的索引表之間還增加了一個索引表即Map Index in ZC，索引表顯示了設(shè)備基礎(chǔ)信息表的設(shè)備ID和索引表的設(shè)備索引號之間的映射關(guān)系，相互對應(yīng)的設(shè)備基礎(chǔ)信息表的設(shè)備ID和索引表的設(shè)備索引號之間用虛線相連，索引表中的前3行對應(yīng)到索引表的第1行中，索引表中的后3行對應(yīng)到索引表的第2行中。

由上可知，當(dāng)實際線路比較復(fù)雜時，各設(shè)備對象的設(shè)備ID并不是按照邊的ID或區(qū)域的ID來進行排序的，這會使得映射關(guān)系變得復(fù)雜，索引表增多。而索引表的增多，會使得軟件中指針的使用增多，軟件的實時性較差，安全性也較差與軌道交通軟件開發(fā)的要求不相符。隨著后期數(shù)據(jù)的刪減，也將帶來數(shù)據(jù)表維護過多，容易出現(xiàn)錯誤的問題。

圖5 設(shè)備信息對應(yīng)到控制區(qū)域的關(guān)系說明圖

圖6 設(shè)備信息對應(yīng)到邊/控制區(qū)域的關(guān)系說明圖

2 改進后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義方式

本文采用的設(shè)備信息與邊/控制區(qū)域?qū)?yīng)的關(guān)系說明如圖6所示。具體的查找方式是：

（1） 根據(jù)軌道交通中所采用的真實設(shè)備、由行車需要而劃分的虛擬區(qū)域及信息形成相對應(yīng)的設(shè)備對象，由各所述設(shè)備對象組成設(shè)備基礎(chǔ)信息表，所述設(shè)備基礎(chǔ)信息表的各所述設(shè)備對象的屬性信息包括設(shè)備ID、邊、方向和區(qū)域，所述設(shè)備ID為對應(yīng)的所述真實設(shè)備、所述虛擬區(qū)域或所述信息的標(biāo)識符，所述邊和所述真實設(shè)備、所述虛擬區(qū)域或所述信息所處的邊相對應(yīng)，所述方向為所述邊的方向，所述區(qū)域和所述真實設(shè)備、所述虛擬區(qū)域或所述信息所處的區(qū)域相對應(yīng)。

（2）形成所述設(shè)備對象到所述邊的第一索引表，方法為：遍歷所述設(shè)備基礎(chǔ)信息表中的每一個所述設(shè)備對象，將所述設(shè)備基礎(chǔ)信息表中所述邊和所述方向相同的所述設(shè)備對象篩選出來、將所篩選出來的所述設(shè)備對象的所述設(shè)備ID進行排序并寫入到所述第一索引表中并形成所述第一索引表中的一行。

（3）形成所述設(shè)備對象到所述控制區(qū)域的第二索引表，方法為：遍歷所述設(shè)備基礎(chǔ)信息表中的每一個所述設(shè)備對象，將所述設(shè)備基礎(chǔ)信息表中所述區(qū)域相同的所述設(shè)備對象篩選出來、將所篩選出來的所述設(shè)備對象的所述設(shè)備ID進行排序并寫入到所述第二索引表中，形成所述第二索引表中的一行。

3 結(jié)束語

本方法在軌道交通的一個子系統(tǒng)的軟件中實施后，將原來數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中定義的56張數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)減少到了37張，同時也減少了處理數(shù)據(jù)表的函數(shù)數(shù)量及復(fù)雜度，數(shù)據(jù)定義的代碼行數(shù)減少了25%。在減少了操作的復(fù)雜度的同時增加了操作的一致性，對于理解和維護數(shù)據(jù)表結(jié)果有現(xiàn)實意義。

[1]嚴(yán)蔚敏，吳偉民. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]朗宗棪，曾小清，姜季生. 軌道交通信號控制基礎(chǔ)[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2007.

責(zé)任編輯 方 圓

Data structure def i nition in software development of Urban Transit

WANG Qingsheng, DU Jianxin, ZHU Han, ZHANG Xingchao
( Shanghai Fuxin Intelligent Traff i c Control Co., LTD, Shanghai 201203, China )

This paper introduced a method of data structure definition in software development of Urban Transit, which included the following step, such as building up the device basic information table, forming up the map table from device object to edge or zone control. The table usage could be reduced by using this method. It was simplicity, consistently and conveniently in operating. This method could meet the requirement of real-time and safety in software development of Urban Transit.

data structure; Urban Transit; real-time

U2∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0046-03

2014-06-01

上海市科學(xué)技術(shù)委員會軌道交通運控系統(tǒng)定位技術(shù)研究及驗證（13511503100）。

王慶勝，高級工程師；杜建新，工程師。