網絡計算機聯鎖仿真系統聯鎖功能的設計與實現

馮濤

摘 要：新型網絡計算機聯鎖仿真系統采用網絡技術、Web3D技術，實現對現場計算機聯鎖操作及各類信號設備的模擬仿真，具有廣闊的應用前景。其聯鎖功能設計采用C#技術，依據計算機聯鎖程序執行原理，對計算機聯鎖操作命令形成模塊、操作命令執行模塊及進路處理模塊進行設計，并部署在Web應用服務器及數據庫服務器端，實現在客戶端瀏覽器進行操作與仿真的功能。

關鍵詞：網絡；計算機聯鎖；仿真

1 新型網絡計算機聯鎖仿真系統簡介

隨著我國高速鐵路及城市軌道交通的飛速發展，設備的更新換代速度不斷加快，對運營維護及運輸組織人員提出更高要求，計算機聯鎖系統作為軌道交通安全運營的核心設備，對其熟練操作和掌握，具有充分的現實意義。網絡計算機聯鎖仿真系統主要用于對現場作業人員的模擬培訓，其在局域網內采用B/S（瀏覽器/服務器）模式，計算機聯鎖系統人機交互界面在用戶瀏覽器端自動生成，可模擬辦理各種操作，在服務器端的Web服務器和數據庫服務器中分別部署聯鎖程序模塊和各類站場數據，同時在本系統中采用Web 3D技術，加入設備的三維仿真場景，通過在客戶端瀏覽器加載三維仿真場景的方式，帶來更直觀的用戶體驗。系統同時模擬各類常見故障現象，提高學員的故障處理能力。網絡計算機聯鎖仿真系統相比傳統計算機聯鎖仿真系統，具有部署簡易、交互方便、不受參訓人員數量限制、可模擬多個站場，且當站場改擴建后可隨時更改站場數據，了解設備動作原理等諸多優點。本文就網絡計算機聯鎖仿真系統聯鎖功能模塊的設計與實現做主要分析和探討。

2 聯鎖功能模塊設計

網絡計算機聯鎖仿真系統主要針對計算機聯鎖操作仿真，同時模擬對現場信號設備的采集和驅動，主要功能模塊包括操作命令形成模塊、操作命令執行模塊和進路處理模塊[1]。操作命令形成模塊是將人員按壓按鈕的操作，轉化為可識別的命令信息發送到服務器端，與服務器端數據表進行對比，形成有效操作命令。操作命令執行模塊是根據用戶操作，判斷命令類型，并在服務器端執行，同時返回執行結果。進路處理模塊對選出的進路進行選排一致性檢查，進路鎖閉及解鎖等處理，同時將處理結果返回給用戶。本系統在ASP.NET框架下采用C#網絡編程語言來實現。

2.1 操作命令形成模塊

操作命令形成模塊通過記錄和查詢用戶操作信息，判斷其是否構成有效操作命令。本系統采用XML文件記錄用戶操作信息，其優點是不占用數據庫資源，可方便的刪除歷史操作日志，同時使用數據表形式讀取和保存XML文件。通過XML文件記錄用戶按壓按鈕等操作，同時使用數據表讀取XML文件，并在服務器端查找操作命令是否在數據信息表中，若存在，則為有效操作命令并執行進路操作，反之則發出告警信息。

2.2 操作命令執行模塊

網絡計算機聯鎖仿真系統根據計算機聯鎖程序執行原理，針對每種操作命令建立執行程序，組成操作命令執行程序模塊，包括進路搜索子程序、取消進路子程序、人工延時解鎖子程序、進路故障解鎖子程序、區段故障解鎖子程序等[2]。

操作命令執行模塊通過調用數據庫服務器中站場數據，在瀏覽器端生成站場平面圖，在平面圖中通過點擊始終端按鈕及其他按鈕進行辦理進路等操作。按壓按鈕后觸發鼠標點擊事件，在服務器端作出響應，執行服務器端程序，之后將執行結果反饋給瀏覽器。同時使用AJAX編程方法實現瀏覽器端的頁面無刷新功能。網絡計算機聯鎖仿真系統在用戶端辦理進路時，進路鎖閉和解鎖對應軌道區段光帶的顏色變化，采用AJAX技術，可實現光帶顏色的及時刷新，帶來較好的用戶體驗。

操作命令執行模塊的執行流程為記錄用戶按壓按鈕操作、判斷用戶操作命令是否合法、判斷操作命令類型，根據命令類型執行相應的程序模塊，其示意圖如圖2所示。

2.2.1 進路搜索程序模塊

網絡計算機聯鎖仿真系統執行進路搜索程序時，首先將辦理進路所需的靜態及動態數據存入臨時進路表中，之后在進路總表中查找是否有臨時進路表數據存在，若存在則為合法進路，同時與敵對信號數據進行對比，確定敵對信號未建立，并將占用標志設置在所建立進路的變量模塊中，通過C#中的GDI+將既有道岔位置轉換到所選進路中。

網絡計算機聯鎖仿真系統的每一個數據模塊包括數據場和指針場[3]，用以存放該數據模塊的數據和相鄰模塊的首地址，進路搜索時按照站場型數據結構，從一個模塊出發查找相鄰模塊，直至搜索到目標進路為止[4]。系統使用C#中的數組和指針實現數據模塊的鏈接，使用數組的堆棧等操作，通過鏈接各模塊從而找到目標節點。

2.2.2 取消進路子模塊

網絡計算機聯鎖仿真系統中，取消已建立的進路通過取消進路子模塊來實現，系統的取消進路操作需先按下總取消按鈕，之后10秒內再按下進路始端按鈕，為控制按壓時間，需在按鈕事件中添加一個計時器private Timer loginTimer。隨著進路的占用和空閑，其進路光帶要有顏色變化，一般白色光帶表示進路鎖閉，綠色光帶表示進路空閑，紅色光帶表示有車占用，進路光帶顏色的變化通過GDI+中的繪圖的方式來實現。

取消進路子程序執行過程中還需檢查接近區段是否有車占用，通過彈出文字提示和變換進路內光帶顏色的方法來模擬區段占用和出清，同時顯示列車車次。

2.2.3 人工延時解鎖子模塊

網絡計算機聯鎖仿真系統的人工延時解鎖子模塊，用于因臨時改變進路，需解除已處于接近鎖閉狀態的進路。本系統將鼠標點擊事件添加到在站場界面的按鈕中，通過按壓按鈕來觸發鼠標點擊事件，并將聯鎖處理程序添加到在鼠標點擊事件中，從而實現聯鎖功能。聯鎖程序中用C#的委托來聲明和觸發事件，以人工延時解鎖為例，首先在人工延時解鎖程序中生成一個委托實例，然后將此委托實例添加到在人工解鎖程序執行的事件列表中，進行事件訂閱，再在操作命令執行中將人工延時解鎖命令從訂閱事件中取出。涉及到的鼠標相關事件有MouseHover、MouseLeave、MouseEnter、MouseMove、MouseDown和MouseUp分別代表捕捉鼠標停留指定區域、捕捉鼠標離開指定區域、捕捉鼠標進入指定區域、鼠標移動、鼠標按下、鼠標彈起[5]。辦理人工延時解鎖，可在MouseDown事件中添加人工延時解鎖子模塊程序，同時觸發定時器功能。需檢查的聯鎖條件包括進路是否存在、接近區段是否空閑、信號是否開放、進路是否空閑。

2.2.4 區段故障解鎖子模塊

區段故障解鎖子模塊是當軌道區段發生故障或其他原因導致無法正常解鎖時辦理的特殊解鎖方式。區段故障解鎖操作需先后按下區段故障解鎖按鈕和相應的道岔按鈕（無岔區段處按壓以區段名稱命名的按鈕），將區段故障解鎖程序添加到該鼠標點擊事件中，通過按壓按鈕即可觸發該事件并執行程序。解鎖后將引起光帶顏色的變化，即將紅色變為綠色。

區段故障解鎖子模塊程序執行前，需檢查該區段是否存在、該區段信號是否關閉、本區段以及接近區段是否空閑、與其相鄰的無岔區段和保護區段是否解鎖。

網絡計算機聯鎖仿真系統操作命令執行模塊還包括重復開放信號子模塊、非常關閉信號子模塊、開放引導信號子模塊等，這些模塊功能的實現均是在鼠標點擊事件中添加相應的處理程序，同時檢查聯鎖條件是否建立，將響應結果顯示在瀏覽器端。

2.3 進路處理模塊

本系統進路處理模塊是進路生成以后按照進路條件對進路進行鎖閉及解鎖等處理的模塊，主要包括選排一致性檢查及道岔控制命令生成子模塊、進路鎖閉子模塊、信號開放及信號保持開放子模塊、進路自動解鎖子模塊，其執行過程為先檢查進路選排一致性標志fxp，再檢查鎖閉標志fs和信號保持開放標志fXB，若滿足條件則執行相應的處理程序，若不滿足則執行下一命令。流程如圖3所示。

進路處理程序執行過程中需頻繁檢查各類聯鎖條件，包括進路空閑檢查、道岔位置檢查、敵對信號檢查，以及各種照查條件檢查等，利用C#的泛型編程機制，將類型參數化，可實現代碼的靈活復用。

2.3.1 選排一致性檢查及道岔控制命令生成模塊

選排一致性檢查即確定選出進路的始終端與進路表中對比一致。

道岔控制命令生成模塊，還需檢查區段是否空閑、道岔是否單鎖。道岔轉換可通過C#的GDI+繪制，同時為實現頁面的無刷新功能，需使用AJAX方法。

本系統中的道岔控制命令對現場信號設備采集驅動的模擬，可通過Web3D技術加入設備的三維仿真場景，三維仿真場景由Cult3D制作實現，Cult3D基于JAVA內核，其XML構架可方便瀏覽器與服務器之間的數據通信。本系統對三維模型文件的管理是將三維模型文件存儲為表示空間位置的二進制碼或字符串，并利用Stream對象在關系型數據庫中讀取并輸出模型文件。

2.3.2 進路鎖閉模塊

本系統進路鎖閉模塊在進路中軌道區段空閑、道岔位置正確以及照查條件滿足的情況下用于對已選出的進路執行鎖閉操作。本系統中瀏覽器端進路鎖閉表現為進路光帶顏色的變化，鎖閉后由綠色變為白色。進路空閑檢查可預先設定該段時間內是否有車通過，對于敵對進路的檢查，即檢查該進路辦理之前，站場內是否辦理了影響該進路行車的其他進路，或開放了敵對信號，需與進路總表中的敵對信號進行對比，若存在敵對信號則不予辦理，并發出提出信息。

2.3.3 信號開放及信號保持開放模塊

網絡計算機聯鎖仿真系統模擬真實計算機聯鎖系統，將燈絲完整性檢查納入信號開放需檢查的聯鎖條件中，通過三維仿真模型模擬燈絲繼電器的吸起和落下，同時還需檢查進路是否空閑且鎖閉、道岔是否處在正確位置、敵對信號是否存在。若聯鎖條件滿足，則信號開放。

信號保持開放階段，加載信號機主副燈絲及室內燈絲繼電器三維仿真場景，模擬檢查燈絲完整性，同時還需對其他信號開放條件進行檢查，判斷是正常關閉信號或者調車中途返回，若為前者，則進入進路解鎖模塊，若為后者，則需檢查進路接近區段或第一區段是否空閑。具體流程為：先檢查進路處理進程標志是否為信號保持開放標志fXB，之后檢查接近區段及進路第一區段是否空閑，若空閑則進入自動解鎖模塊，之后判斷道岔位置是否正確、進路是否空閑，若滿足條件則信號保持開放；若存在調車進路，則需檢查是否出清進路第一軌道區段，若已出清則信號保持開放。

2.3.4 進路自動解鎖模塊

本系統模擬實際計算機聯鎖系統，將進路自動解鎖程序模塊分為正常解鎖程序模塊和調車中途折返解鎖程序模塊兩部分。

進路的正常解鎖一般通過三點檢查法來實現，即檢查本區段，進路前方區段及進路后方區段的占用狀態來判斷進路能否解鎖。調車中途折返解鎖又分為牽出進路有折返信號機和辦理復合牽出進路兩種情況[6]：若牽出進路中途有折返信號機，則需保證折返信號曾開放過、要解鎖的區段空閑、折返信號內方第一軌道區段被占用；若車列較長，為滿足轉線作業要求，進路中途折返操作需辦理復合牽出進路，需要檢查的條件有：是否有車占用過牽出進路，且進路處于鎖閉狀態；當進路空閑時，進路的前方接近區段是否被占用；之后此接近區段是否又一次處于空閑狀態。若滿足條件，則執行相應的解鎖程序。

3 結論及展望

網絡計算機聯鎖仿真系統已從理論研究階段進入具體實施階段，其聯鎖功能的實現，對于整個系統從設備模擬過渡到操作模擬，具有舉足輕重的作用。各個程序模塊由C#語言在應用服務器端部署，同時在數據庫服務器中添加聯鎖關系數據及XML構架下的各類三維仿真模型，可實現計算機聯鎖從人員操作到設備動作的一系列模擬，此系統可應用于普速鐵路、高速鐵路及城市軌道交通的運營管理及人員培訓，其良好的交互性能夠提高現場作業人員的培訓效率，帶來更加直觀具體的用戶體驗，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]趙志熙.計算機聯鎖系統技術[M].北京：中國鐵道出版社，2008：19-25.

[2]徐洪澤，岳強.車站信號計算機聯鎖系統技術[M].北京：中國鐵道出版社，2009：44-54.

[3]文武臣，王曉明.計算機聯鎖數據結構及進路搜索算法[J].重慶工學院學報，2008，22（6）：51-53.

[4]胡媛，魏宗壽.采用DFS策略的進路搜索算法研究[J].鐵路計算機應用，2007，16（9）：4-6.

[5]郭靖.ASP.NET開發技術大全[M].北京：清華大學出版社，2009：7-9，22-25.

[6]陸亞平.CTCS-3級計算機聯鎖上位機系統仿真研究[D].成都：西南交通大學，2007：22-25.