城軌TMS中仿真數據管理模塊的設計與實現

朱 祁，朱微維，謝向陽

（南瑞集團公司（國網電力科學研究院）國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

城軌TMS中仿真數據管理模塊的設計與實現

朱 祁，朱微維，謝向陽

（南瑞集團公司（國網電力科學研究院）國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

培訓管理系統TMS是軌道交通綜合監控系統的重要組成部分，TMS教師管理工具實現了教員對各學員培訓過程中的管理功能。仿真數據管理模塊是TMS教學管理的一個功能模塊。該文介紹了該模塊具有的仿真數據保存和初始化2個工作流程。該模塊用于保存中斷或結束的課程狀態、教員備課和培訓課堂前的準備工作，可以滿足教師對培訓課程便捷性的管理需求，提高課堂培訓效率。通過具體案例介紹了仿真數據管理模塊的實際應用。關鍵詞：仿真數據管理模塊；培訓管理系統TMS；城市軌道交通；工作流程；應用案例

培訓管理系統TMS是綜合監控系統中相對獨立的模塊，可供中心總調、行調、環調、電調、維調學員同時使用，能夠幫助新員工盡快熟悉運營規范，掌握綜合監控系統的使用[1]。其中，教學管理工具用于實現教員對各學員培訓的管理功能，是軌道交通綜合監控培訓管理系統的一個重要組成部分，承擔著全方位監管、控制和系統維護任務。優質高效的教學管理工作可以促進教學目標的完成[2]。

在實際應用中，仿真模擬器通過開辟一塊共享內存作為寄存器存儲仿真設備的狀態信息[3]。但往往存在以下問題：當系統斷電重啟后，仿真模擬器的共享內存存儲的信息會全部丟失；即使授課內容相同，教員也需要每次根據課程內容花費大量的時間做課前準備工作；某個知識點的課程內容較多時，不能滿足中斷課程后繼續授課的需求[4]。為了解決這些問題，系統設計了仿真數據保存和初始化功能模塊，用于培訓課程的保存與恢復，充分滿足培訓教師對培訓課程便捷性的需求[5]。

1 TMS仿真數據管理模塊的結構組成

TMS仿真數據管理模塊結構如圖1所示。它包括仿真模擬器、教學管理工具和軌道交通綜合監控系統，采用C/S架構。

圖1 TMS仿真數據管理模塊結構Fig.1 TMS simulation data management module structure

服務端為仿真模擬器，仿真模擬器具有共享內存寄存器和腳本引擎。客戶端為用于人機交互的教學管理工具功能界面。仿真模擬器和教學管理工具通過網絡與軌道交通綜合監控系統連接通信，軌道交通綜合監控系統用于提供模型信息的查詢。

仿真數據管理模塊具有仿真數據保存和仿真數據初始化2個界面，作為一個功能模塊嵌入教學管理工具。教學管理工具和仿真模擬器通過Active MQ消息總線傳送消息及LUA腳步文件。

2 工作流程

仿真數據管理模塊遵循“全保存數據，靈活選擇初始化數據”的原則，從而保證了后期可以隨意根據車站或專業選擇初始化數據，并且所需初始化的數據不影響其他專業正常運行的狀態。根據培訓管理需要，TMS數據管理模塊包括仿真數據保存和初始化2個工作流程。

2.1 保存流程

仿真數據保存流程如圖2所示。培訓教師在界面設置數據保存的目錄、名稱和備注信息等。點擊“保存”按鈕后，仿真數據保存模塊從軌道交通綜合監控系統商業庫和實時庫中，分別讀取設備模型信息及相應的設備狀態信息，并將設備模型信息和相應的設備狀態信息有效地結合在一起，以數據文件的形式保存在指定目錄下。數據文件應該按照車站、專業、設備進行分類，以使初始化模塊方便地篩選數據。

圖2 仿真數據保存流程Fig.2 Flow chart of simulation data persistence

2.2 初始化流程

仿真數據初始化流程如圖3所示。培訓教師在界面選擇需要初始化的車站和專業以及數據文件，客戶端開啟1個子線程，根據操作人員選擇的車站和專業從數據文件中篩選仿真數據，并將仿真數據傳送給主線程。主線程把收到的仿真數據按照一定規則編輯成LUA腳本文件，再利用ActiveMQ消息總線將LUA腳本文件發送到仿真模擬器。

圖3 仿真數據初始化流程Fig.3 Flow chart of simulation data initialization

仿真模擬器收到LUA腳本文件后，腳本引擎加載執行接收到的LUA腳本，并開啟1個線程修改共享內存中相應寄存器的值，完成初始化工作。

此時，綜合監控系統利用前置與仿真模擬器通信，即可在綜合監控系統界面刷新設備的運行狀態。

3 應用案例

3.1 保存應用

仿真數據保存界面如圖4所示。培訓教師可以設置保存時間、保存路徑、名稱和備注說明。為教師提供以下功能：遇到教學培訓中斷時，通過仿真數據保存模塊將當前綜合監控系統的運行狀態以文件形式保存下來，供下次連續培訓時使用；或課后備課時，通過仿真數據保存模塊可以在仿真培訓系統上設置并保存教學場景，供培訓時使用。

圖4 仿真數據保存界面Fig.4 Simulation data save interface

3.2 初始化應用

當仿真模擬器首次啟動或斷電重啟時，仿真模擬器開辟一塊共享內存區域，存放綜合監控系統的設備狀態信息，其內存區域初始值都默認為0。軌道交通綜合監控系統采集的大量設備狀態信息是多個 bit位組成的，例如雙位點僅“01”或“10”有效，而“00”和“11”狀態為異常狀態。

如圖5所示為某車站電力系統一次接線圖。未初始化操作前，圖中斷路器和隔離開關為異常狀態（全0位置），綜合監控系統其他子系統界面也存在此問題。只有當界面上所有的設備均配置為正常狀態后，才能進行正常的教學培訓。此過程需要花費大量的課堂時間。

圖5 某車站電力一次主接線初始狀態Fig.5 Initial state of a station primary power system

其仿真數據初始化界面如圖6所示。數據管理區為教師管理工具保存的所有數據記錄，每一條記錄都詳細列舉了保存數據記錄的名稱、保存路徑、保存時間和注釋說明，以便使教師合理選擇需要初始化的數據。界面下方的初始化數據區可以選擇車站、專業信息，靈活地確定初始化的數據范圍。

利用仿真數據初始化模塊，選擇數據記錄、車站、專業信息，并按下“初始化”按鈕后的效果如圖7所示。圖中，斷路器和隔離開關均處于正常狀態，母線電壓變為10 kV；通過圖下方的報警窗及事件窗也可以查看所有設備的動作信息。

圖6 仿真數據初始化界面Fig.6 Simulation data initialization interface

圖7 某車站電力監控系統正常狀態Fig.7 Normal state of a station power monitoring system

綜上，教員可以通過仿真數據初始化模塊接續中斷課程狀態繼續上課，或者在任意時刻直接選擇備課場景進行授課，大大地提高了課堂效率。

4 結語

城軌TMS教師管理工具——仿真數據管理功能模塊已經應用到在西安、鄭州、北京、成都等多地的地鐵運營公司或高等院校的仿真培訓項目；在實際應用中極大地減少了課堂上設置教學場景的時間，達到一次備課、多次重復使用的效果，顯著地提高了教員的工作效率。

[1] 陸艮峰，沈滌凡.TMS中仿真模擬器設計與實現[J].工業控制計算機，2011，24（3）：32-35.

[2] 徐樂樂.計算機與WEB技術在高校教學管理中的應用[J].電子商務，2016，23（12）：89-90.

[3] 朱祁，崔偉，謝向陽.軌道交通綜合監控仿真培訓系統數據交互模塊的設計[J].自動化儀表，2016，37（4）：54-56.

[4] 朱祁，張昆，朱微維，等.一種仿真數據管理模塊及方法：中國，11223011.1[P].2017-06-13.

[5] 崔偉.城市軌道交通綜合監控仿真培訓系統的設計及實現[J].城市軌道交通研究，2015，18（12）：123-127.

Design and Implementation of Simulation Data Management Module in Urban Rail TMS

ZHU Qi，ZHU Wei-wei，XIE Xiang-yang
（NARI Technology Development Co.，Ltd.，NARI Group Corporation （State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211106，China）

Training management system（TMS）is an important component of the rail traffic integrated monitoring system，and the TMS teacher management tool has realized the management function of the instructor in the training process of the trainees.The simulation data management module is a function module of TMS teaching management，with simulation data preservation and initialization of two working process.The module is used for saving the interrupt state and preparation of course preparation.It meets the needs of instructors to facilitate the management of training courses，and improves the efficiency of classroom training.The actual application of the simulation data management module is introduced by a specific case.

simulation data management module；training management system（TMS）；urban rail transit；workflow；application case

G423.06；U239.5

B

1001-9944（2017）08-0074-03

10.19557/j.cnki.1001-9944.2017.08.018

2017-03-14；

2017-07-06

朱祁（1986—），男，碩士，工程師，研究方向為軌道交通與工業控制、計算機應用。