地鐵列車無線調度通信系統的仿真

王 琦，錢雪軍

（同濟大學 電子與信息工程學院，上海 201804）

地鐵列車無線調度通信系統的仿真

王 琦，錢雪軍

（同濟大學 電子與信息工程學院，上海 201804）

地鐵列車無線調度通信系統以運輸調度為目的，利用無線電波的傳播，完成列車與調度中心之間或列車與列車之間的通信。仿真系統主要利用VC++編程技術開發調度中心操作界面，通過Socket網絡編程，采用有線方式實現列車無線調度通信。同時簡單介紹列車車載顯示終端軟硬件部分。

無線調度通信；調度中心；操作界面；VC++； Socket

隨著軌道交通運行線路的快速發展，每年都需要培訓大量列車司機、運營調度和車站值班員等工作人員。鑒于軌道交通的運行特點，培訓不可能完全在現場實施，大部分培訓工作都需要在培訓中心、實訓基地完成，所以需要相應的培訓設施設備用于這些崗位的培訓。其中，地鐵列車無線調度通信系統（簡稱無線列調）是重要的地鐵列車行車通信設備，通過列車無線調度電話來完成通信，在保證列車正點運行、提高通過能力、通告險情、防止事故、救援搶險等各方面都具有不可替代的作用。

本文對真實地鐵無線列調系統進行仿真研究，主要圍繞調度中心操作軟件進行開發，仿真系統具有選呼、多呼、全呼、派接、短消息等調度通信功能，并具有相關存儲功能。

1 系統總體結構

本系統主要包括：調度中心設備、車載設備、網絡交換機和網線。調度中心設備包括：主機及顯示器、操作軟件、麥克風。車載設備包括：車載顯示終端、操作軟件、送受話器。

1.1 系統框架

本系統仿真對象為一條地鐵線路上、下行共計16輛列車與調度中心兩臺主機通信。根據現場布置，調度中心與車載設備安置在不同房間，利用網線連接兩者，實現通信。系統框架如圖1所示。

圖1 系統框架

1.2 系統功能

本系統主要具有兩大功能：（1）調度中心可以主動與列車建立通信，具有選呼、多呼、派接、全呼、短消息功能，發出調度命令。（2）調度中心可以應答列車呼叫，以及派接列車與列車之間的通信。

（1）選呼：輸入某一個車次號，進行單呼。

（2）多呼：多呼列表里面含有上/下行所有列車車次號，可以通過鍵盤SHIFT實現多選進行呼叫。

（3）派接：當某一列車請求呼叫其他列車時，可以顯示在派接列表中，調度中心調度員為其派接。

（4）全呼：呼叫上/下行所有列車，建立通信。

（5）短消息：輸入相關文本消息，選擇車次號進行發送。

1.3 系統通信原理

調度中心與列車通信主要分為：（1）調度中心呼叫列車，發送調度命令。（2）列車請求呼叫調度中心。

本系統利用Socket編程技術實現調度中心與列車通信連接。Socket又稱“套接字”，是網絡應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口，面向客戶機/服務器模式（Client/Server model）而設計，用于解決兩者之間通信連接的問題。Socket流程圖如圖2所示。

圖2 Socket流程圖

（1）調度中心呼叫列車：通過網絡發送給所有列車一數據報，其中包含了被呼叫列車的ID號、當前呼叫狀態標志位（組呼/全呼），所有車載主機收到數據后進行相應過濾，被呼叫的相應列車接收呼叫請求，從而建立通信連接，同時當前列車與調度中心IP地址及相關信息被保存，為通話做準備。當列車應答時，包含語音信號的數據通過Socket在調度中心與列車之間進行傳輸。

（2）列車呼叫調度中心：其過程與調度中心呼叫列車相似，通過網絡發送給調度中心上、下行主機一數據報，包含了本機ID、當前調度地址IP、當前呼叫狀態標志位（組呼/全呼）等，調度中心接收數據后進行過濾，被呼叫的調度中心接收呼叫請求，建立通信連接，同時保存相關信息。當調度中心應答時，語音信號通過Socket進行傳輸。

2 系統仿真實現

2.1 實物組成

本系統實物主要包括3部分：調度中心設備、列車車載設備、連接設備。

根據系統結構，調度中心配置兩臺主機和兩臺顯示器以提供兩位行車調度員進行操作，用于一條運行線路上、下行列車的調度通信；車載顯示終端采用一體機的形式，安裝在列車駕駛臺上。圖3為系統組成實物圖。

圖3 系統實物圖

2.1.1 調度中心設備

（1）主機及顯示器：主機安裝Windows操作系統，能夠運行相關操作軟件，內置揚聲器和提供麥克風插口，提供DVI、HDMI顯示輸出接口，以及鼠標、鍵盤、網線等接口；顯示器顯示軟件操作界面。

（2）調度員操作軟件：本軟件基于Windows操作系統，利用VC++中MFC編程技術，編制操作界面。同時通過Socket網絡編程，可以發送車次號給列車車載設備，從而與列車建立通信，實現選呼、多呼、全呼、派接、短消息等功能。

（3）麥克風：連接在主機上，可以與列車進行通話。

2.1.2 列車車載設備

（1）車載通信顯示終端：基于Windows的小型主機和顯示屏構成一體機，安裝在列車操縱駕駛臺上，并提供與送受話器連接串口，網線接口等。

（2）顯示終端操作軟件：基于MFC編程技術，開發操作界面，接收調度命令，并顯示相關信息。同時可以實現呼叫調度中心，以及通過派接與其他列車進行通信。

（3）送受話器：安裝在列車操縱臺上，通過與主機的數據傳輸，對語音信號進行播放與錄入，從而與調度中心進行通話。

2.1.3 連接設備

網絡交換機及網線：連接調度中心和列車車載設備，進行數據傳輸。

2.2 調度中心操作界面

該軟件操作界面利用MFC建立基于對話框的界面框架，由于真實地鐵具有上、下行運行線路，因此繪制調度中心上行和下行兩個操作界面，供兩位調度員與上、下行列車進行通信。同時也要考慮某一列車在上下行時車次號的改變，從而建立起調度中心上下行操作界面之間的聯系。下面以調度中心上行操作界面（如圖4所示）為例，進行具體介紹。

圖4 調度中心操作界面

調度中心操作界面主要包括列車列表和IPH、選呼、多選、派接、上下行全呼、短消息標簽頁，以及應答、PTT、停音按妞。同時還具有狀態信息顯示。具體如下：

（1）列車列表：主要有車次號、車體號、方向、注冊、工況等項。調度中心傳遞車次號給列車，為列車完成注冊。同時當列車請求呼叫調度中心時，以顏色突出顯示當前呼叫列車。

（2）IPH請呼列表：當列車發出呼叫請求，顯示在列表中，以未應答和已應答區分，右邊設置應答按鈕。

（3）PTT：當調度員與列車建立通信時，必須用鼠標按住PTT講話，語音信號才能進行發送。松開PTT接收對方講話。

（4）停音：實現掛斷功能。

（5）其他功能：右上角顯示時間日期，以及當前通話狀態（單呼/掛斷等）。

2.3 MFC語音的錄入與播放

Win32 API中有一組被稱成多媒體控制接口（即MCI-Media Control Interface）的函數，該接口提供了多媒體編程所需的系統級API。因此可以通過這個接口實現語音信號的處理。具體實現過程如圖5所示。

圖5 錄放音步驟

2.3.1 錄音過程

音頻輸入分為：打開設備、開始錄音、關閉設備。

具體步驟為：waveInOpen（打開一個音頻輸入設備）、waveInPrepareHeader（為即將在wave-InAddBuffer中調用的輸入緩沖區準備頭部）、waveInAddBuffer（添加輸入用的數據緩沖區）、waveInStart（開始錄音）、waveInReset（清掉等待錄音的緩沖區）、waveInClose（關閉設備）。

2.3.2 播放過程

waveOutOpen（打開一個音頻輸出設備）、wave-OutPrepareHeader（準備波形數據塊）、waveOutWrite（向給定音頻輸出數據塊）、waveOutUnPrepareHeader（清除準備）、waveOutClose（關閉設備）。

錄音過程和播放過程中使用的聲音文件操作函數的聲明包含在mmsystem.h中，同時編譯時要加入動態連接導入庫winmm.lib。

2.4 通信實現

利用MFC下Socket網絡編程仿真實現語音信號在調度中心和列車以及列車與列車之間的傳輸。

2.4.1 調度中心呼出

當調度中心單呼某一列車時：（1）MFC消息響應機制檢測到呼叫請求，利用OnButton()函數調用TeacherTalk.call()，該函數中包含列車車次號相關ID及標志位；（2）調用OnHandleMessage()函數，該函數進行端口、IP地址等相關處理；（3）利用Socket進行數據的發送。相應的列車車載顯示終端顯示如圖6所示。

圖6 車載顯示終端操作界面

圖6中，當調度中心呼叫列車時，列車車載顯示終端操作界面中呼入信息顯示：表示調度中心正在呼叫，同時以提示音警示。

2.4.2 調度中心應答

當某一列車呼叫調度中心時：（1）可以在車載操作界面上通過請呼按鈕選擇呼叫行車，MFC消息響應機制檢測到呼叫請求，利用OnButton()函數調用StudentTalk.call()，該函數中包含調度中心IP地址、列車車次號相關ID及標志位；（2）調用OnHandleMessage()函數，該函數進行端口、IP地址等相關處理；（3）利用Socket進行數據的發送。此時相應調度中心軟件操作界面顯示如圖7所示。

圖7 調度中心操作界面

圖7中，當列車呼叫調度中心時，當前呼叫列車在列車列表中以顏色突出來警示，同時伴有提示音。不僅如此，請呼列表中還有未應答該列車消息提示。

3 結束語

本設計利用基于VC++下的MFC編程技術對地鐵列車無線調度通信系統進行仿真研究。主要圍繞調度中心操作界面的設計、語音信號的處理、Socket網絡編程等方面，仿真實現列車與調度中心通信以及其他相關功能。因此，本設計具有一定的理論價值，同時可以進行地鐵模擬駕駛的相關培訓，具有一定的實用價值。

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責任編輯 付 思

Radio Dispatching Communication System for Urban Transit trains

WANG Qi,QIAN Xuejun
( School of Electronic and Information Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)

Radio Dispatching Communication System for Urban Transit trains is with the purpose of transportation dispatching,to use the propagation of radio waves and implement communication between train and dispatching center or between trains.This article mainly focused on using VC++ programming technology to develop dispatching center operation interface,through the Socket network programming,and using wired mode to implement the communication simulation of train radio dispatching. At the same time,a brief introduce was given about related hardware and software part of train on-board display terminal.

radio dispatching communication;dispatching center;operation interface;VC++;Socket

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2016）07-0049-04

2015-12-23

王 琦，在讀碩士研究生；錢雪軍，副教授。