鐵路車站信號聯(lián)鎖系統(tǒng)本地化仿真試驗平臺的研究

馬廣元 張燕 周游 張銳

摘? 要：為了提高聯(lián)鎖仿真試驗的質(zhì)量和效率，本文采用圖形處理、數(shù)據(jù)庫等計算機(jī)技術(shù)與聯(lián)鎖試驗相結(jié)合，研究建立集團(tuán)公司本地化信號聯(lián)鎖仿真試驗平臺，解決聯(lián)鎖試驗問題。本文通過對聯(lián)鎖功能、原理的分析設(shè)計進(jìn)行仿真試驗平臺的研究開發(fā)說明。

關(guān)鍵詞：聯(lián)鎖系統(tǒng);圖形處理;數(shù)據(jù)庫;本地化

中圖分類號：TP391.9;U284.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）19-0084-05

Abstract：In order to improve the quality and efficiency of chain simulation experiments，computer technology such as graphic processing and database was combined with interlocking test to study and establish a timely experimental analysis of the group company’s localized signal chain simulation experiment platform to solve the interlocking relationship problem. In this paper，through the analysis and design of interlocking function and principle，the research and development of simulation test platform is described.

Keywords：interlocking system;graphics processing;database;localization

0? 引? 言

計算機(jī)聯(lián)鎖作為電務(wù)系統(tǒng)中最重要的部分，是保證列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，在設(shè)計“聯(lián)鎖關(guān)系”的過程中不能出現(xiàn)任何錯誤。在日常管理工作中，確保聯(lián)鎖關(guān)系正確是電務(wù)設(shè)計、制造、施工和維護(hù)應(yīng)該遵循的基本原則，聯(lián)鎖錯誤或失效將直接危及行車安全，聯(lián)鎖關(guān)系一旦被破壞，將會直接造成行車事故[1，2]。

目前，通信信號設(shè)計院、鐵道科學(xué)研究院、交大微聯(lián)、卡斯柯等都在各單位建立了計算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗平臺，而各個電務(wù)段一直要到固定的聯(lián)鎖廠家進(jìn)行聯(lián)鎖仿真試驗，這樣導(dǎo)致聯(lián)鎖試驗的工作量變大，而且在聯(lián)鎖過程中記錄的內(nèi)容繁多，試驗的周期長，試驗的效率較低，成本較高，在試驗發(fā)現(xiàn)問題后試驗人員不能及時與集團(tuán)公司電務(wù)部、電務(wù)段技術(shù)人員面對面溝通研究，存在試驗檢測不徹底（漏試、錯試等）等安全風(fēng)險。另外，在日常的聯(lián)鎖管理中，發(fā)現(xiàn)在聯(lián)鎖系統(tǒng)出現(xiàn)聯(lián)鎖缺陷時，集團(tuán)公司本地常因沒有試驗平臺，不能及時進(jìn)行再現(xiàn)試驗，只能由相關(guān)廠家進(jìn)行驗證，導(dǎo)致集團(tuán)公司、電務(wù)段不能直接掌握第一手情況[3]。

本文通過計算機(jī)仿真技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等方法，研究站場平面圖、站場聯(lián)鎖關(guān)系表與平臺相結(jié)合，融合不同設(shè)備供應(yīng)商、不同型號計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)仿真試驗平臺研究建立集團(tuán)公司本地化信號聯(lián)鎖仿真試驗平臺。利用聯(lián)鎖仿真試驗平臺自動記錄聯(lián)鎖工程師在平臺進(jìn)行試驗時的過程，對聯(lián)鎖設(shè)備故障實時分析及再現(xiàn)回放分析發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖設(shè)備存在的問題，監(jiān)督是否按照聯(lián)鎖表規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行了各項試驗，自動判斷試驗結(jié)果的正確性以及生成試驗報告對電務(wù)人員以及設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行聯(lián)鎖試驗培訓(xùn)，提高現(xiàn)場人員進(jìn)行聯(lián)鎖試驗的能力。通過本地化信號聯(lián)鎖仿真試驗平臺模擬現(xiàn)場道岔、軌道電路、信號機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，同時對基本聯(lián)鎖邏輯關(guān)系、聯(lián)鎖表以外的進(jìn)路能否建立等聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行全面試驗。

1? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

1.1? 系統(tǒng)框架

聯(lián)鎖仿真試驗平臺的各子系統(tǒng)之間按照真實系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計主要的接口和協(xié)議，使整個仿真試驗系統(tǒng)可以運(yùn)行在虛擬設(shè)備和真實設(shè)備共存的狀態(tài)下，為在試驗室條件下測試實際設(shè)備的性能指標(biāo)提供了必要手段。針對不同設(shè)備供應(yīng)商和不同型號計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，各個模塊可以集成在同一臺計算機(jī)，組建平臺時只需要對平臺的網(wǎng)絡(luò)配置文件進(jìn)行修改，操作簡單，使用方便，該仿真平臺架構(gòu)如圖1所示。

仿真平臺中各模塊的主要功能：

控制中心和CTC系統(tǒng)模塊：監(jiān)控所有站場設(shè)備和列車，接收聯(lián)鎖的設(shè)備狀態(tài)報告，編輯時刻表，計劃列車運(yùn)行。

列車仿真模塊：速度曲線計算，列車超速防護(hù)、列車車門防護(hù)，列車定位。

軌旁設(shè)備仿真模塊：通過采集并報告軌旁狀態(tài)，解析執(zhí)行聯(lián)鎖邏輯腳本，操作軌旁設(shè)備實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖。

聯(lián)鎖邏輯模塊：包括關(guān)系編輯、生成、腳本和進(jìn)路算法。其根據(jù)軌道線路數(shù)據(jù)文件離線生成對應(yīng)的聯(lián)鎖執(zhí)行腳本，采用基于圖論的聯(lián)鎖進(jìn)路信息獲取算法計算聯(lián)鎖邏輯中的進(jìn)路信息。

試驗內(nèi)容模塊：實現(xiàn)人機(jī)交互內(nèi)容，包括整體試驗管理、測試案例自動生成、自動化測試引擎、故障注入接口、綜合分析與診斷以及日志。用戶通過該模塊提供的接口實現(xiàn)故障注入，對常見故障作出自動診斷和記錄。

1.2? 集團(tuán)公司本地化聯(lián)鎖仿真試驗室

（1）在集團(tuán)公司所管轄的電務(wù)段建立計算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗室，分別納入通號設(shè)計院、鐵科院、交大微聯(lián)、卡斯柯四家計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備供應(yīng)商仿真試驗平臺。

（2）研究如何融合不同設(shè)備供應(yīng)商、不同型號計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)仿真試驗平臺，實現(xiàn)各型計算機(jī)聯(lián)鎖在同一平臺進(jìn)行仿真試驗的功能。

（3）引入CTC、TCC、TSRS等接口設(shè)備，實現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)鎖與其他設(shè)備仿真試驗的綜合試驗平臺。

2? 系統(tǒng)組成及功能

2.1? 試驗方法

首先要規(guī)劃建立集團(tuán)公司本地化計算機(jī)聯(lián)鎖仿真實驗室，在計算機(jī)上建立融合不同設(shè)備供應(yīng)商、不同型號的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)仿真試驗平臺，在試驗平臺上研究計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)仿真試驗平臺與CTC、列控中心、臨時限速服務(wù)器等其他系統(tǒng)的結(jié)合，將這些子功能分別安裝到計算機(jī)上，然后研究計算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗方法;研究采用圖像處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等方法，研究站場平面圖、站場聯(lián)鎖關(guān)系表與平臺的結(jié)合，利用聯(lián)鎖仿真試驗平臺，自動記錄仿真試驗。

2.2? 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1? 多線程技術(shù)

線程是處理機(jī)調(diào)度的基本單位，也是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)行的最小單位。線程是進(jìn)程的獨(dú)立子任務(wù)，由不同處理器分別完成，線程的存在大大提高了進(jìn)程的運(yùn)行速度。多線程改進(jìn)了程序的結(jié)構(gòu)，并提高了程序的響應(yīng)速度，占用系統(tǒng)更少的資源，同時改善運(yùn)行系統(tǒng)的性能。圖2和圖3分別是基于單線程的聯(lián)鎖程序結(jié)構(gòu)和基于多線程的聯(lián)鎖程序結(jié)構(gòu)。

本平臺是基于一種串行模式，在進(jìn)路總表中處理第一條進(jìn)路到最后一條進(jìn)路需要較長的時間。在一定長度的短時間內(nèi)不能對其他進(jìn)路的變化做出及時的響應(yīng)，由于單線程的特性，在某一任務(wù)正在進(jìn)行時，新任務(wù)到來時會以消息的形式存放在隊列中，不能按照需求及時處理。在基于多線程的程序中，根據(jù)各模塊的功能和對處理時間的要求，可分為兩類線程：主線程，完成與分機(jī)和的通信，本地人機(jī)界面的顯示刷新，本地命令輸入等任務(wù);進(jìn)路處理線程，完成進(jìn)路建立和進(jìn)路解鎖功能。

2.2.2? 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的一個核心技術(shù)。是一種計算機(jī)輔助管理數(shù)據(jù)的方法，它研究如何組織和存儲數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫理論領(lǐng)域中最常見的數(shù)據(jù)模型主要有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型3種[4]。

（1）層次模型（Hierarchical Model）：使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的樹形結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行表達(dá)。

（2）網(wǎng)狀模型（Network Model）：使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行表達(dá)。

（3）關(guān)系模型（Relational Model）：將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存放在一種被稱為二維表的邏輯單元中，將數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，整個數(shù)據(jù)庫由若干個相互關(guān)聯(lián)的二維表邏輯單元組成。

2.3? 本地化聯(lián)鎖仿真平臺主要功能

（1）可以安裝段管內(nèi)全部車站的聯(lián)鎖軟件，具備完善的人機(jī)對話功能，可以在不同站間自由切換，方便聯(lián)鎖試驗。

（2）可以模擬信號機(jī)開放、關(guān)閉及燈絲斷絲、道岔定反位表示、軌道電路占用及出清等所有信號設(shè)備狀態(tài)，為聯(lián)鎖試驗提供所必需的基本信息狀態(tài)。

（3）可以再現(xiàn)回放現(xiàn)場聯(lián)鎖設(shè)備故障，便于故障分析判斷。

（4）具備聯(lián)鎖培訓(xùn)教學(xué)功能，實現(xiàn)自學(xué)、自練、自考的功能。

3? 仿真試驗平臺功能實現(xiàn)

3.1? 計算機(jī)仿真技術(shù)實現(xiàn)不同廠家設(shè)備的兼容

采用計算機(jī)仿真技術(shù)，實現(xiàn)了不同廠家設(shè)備的兼容，結(jié)合每個車站的不同站細(xì)和不同的聯(lián)鎖系統(tǒng)，實現(xiàn)了“一站一定制”;采用實景化計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系與現(xiàn)場實際情況完全一致的效果。通過計算機(jī)仿真技術(shù)，本地化聯(lián)鎖仿真平臺可以兼容不同廠家的系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)，涵蓋了國內(nèi)主流的四家聯(lián)鎖仿真界面：鐵科院TYJL-ADX聯(lián)鎖界面、通號公司DS6-60聯(lián)鎖界面、交大微聯(lián)EI32-JD聯(lián)鎖界面、卡斯柯iLOCK聯(lián)鎖界面，在兼容性方面，本產(chǎn)品具有較大優(yōu)勢[5]。

3.2? 采用大數(shù)據(jù)對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗

利用大數(shù)據(jù)分析，對比數(shù)據(jù)庫中試驗流程和聯(lián)鎖試驗結(jié)果進(jìn)行自動評判，并且生成試驗報告，具備聯(lián)鎖培訓(xùn)教學(xué)功能，使用數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，針對出現(xiàn)的不同聯(lián)鎖問題進(jìn)行具體分析，向試驗人員推送試驗聯(lián)鎖過程中錯誤率較高的聯(lián)鎖問題點(diǎn)，可以讓聯(lián)鎖工程師更加深入地掌握聯(lián)鎖試驗過程中出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)了本地化聯(lián)鎖系統(tǒng)的智能化，尋找鐵路聯(lián)鎖試驗中的薄弱環(huán)節(jié)，開展針對性的培訓(xùn)，提高鐵路運(yùn)營單位的管理水平[5，6]。聯(lián)鎖仿真試驗平臺不僅能夠仿真車站聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能，還能將聯(lián)鎖試驗作業(yè)流程納入學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的范圍，達(dá)到熟練的流程執(zhí)行與準(zhǔn)確的設(shè)備操作相結(jié)合的效果，保障聯(lián)鎖實驗的準(zhǔn)確性。

3.3? 采用UDP通信實現(xiàn)信息交互

根據(jù)不同的通信協(xié)議，通信模塊采用UDP通信接口，以保障通信傳輸?shù)膶崟r性與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)、TCC系統(tǒng)、TSRS系統(tǒng)、數(shù)字調(diào)度臺和終端各功能之間的信息交互。聯(lián)鎖仿真試驗平臺通過綁定本機(jī)與其他子系統(tǒng)的通信IP地址與端口，實現(xiàn)聯(lián)鎖仿真試驗平臺與其他信號子系統(tǒng)之間的信息交互。

4? 本地化平臺的測試

4.1? 本地化聯(lián)鎖界面

本地化信號聯(lián)鎖仿真試驗平臺兼容不同廠家的仿真聯(lián)鎖系統(tǒng)，將不同聯(lián)鎖系統(tǒng)集成在同一計算機(jī)上，實現(xiàn)聯(lián)鎖試驗平臺的多兼容性，通過不同系統(tǒng)的聯(lián)鎖試驗實現(xiàn)針對性的測試試驗。聯(lián)鎖仿真試驗平臺兼容的四個主流廠家的計算機(jī)聯(lián)鎖界面如圖4—圖7所示。

4.2? 聯(lián)鎖仿真試驗平臺培訓(xùn)界面

聯(lián)鎖仿真試驗平臺對基本聯(lián)鎖邏輯關(guān)系、聯(lián)鎖表以外的進(jìn)路的建立等聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行了全面試驗，并自動記錄，在平臺進(jìn)行試驗的過程中對聯(lián)鎖設(shè)備故障進(jìn)行實時分析，通過聯(lián)鎖表規(guī)定的內(nèi)容判斷試驗結(jié)果的正確性，集團(tuán)公司、電務(wù)段能夠直接解決聯(lián)鎖試驗過程中出現(xiàn)的故障，同時平臺也可以生成試驗報告對電務(wù)人員進(jìn)行聯(lián)鎖試驗培訓(xùn)[7]。

5? 結(jié)? 論

本論文通過研究建立集團(tuán)公司本地化信號聯(lián)鎖仿真試驗平臺的實現(xiàn)方法，已經(jīng)在蘭州鐵路局建立了試驗平臺，現(xiàn)場使用效果良好。同時根據(jù)鐵路信號現(xiàn)場一線的具體需求，設(shè)計系統(tǒng)功能，有利于提高聯(lián)鎖仿真試驗的質(zhì)量和效率，有利于解決聯(lián)鎖關(guān)系問題的及時試驗分析，有利于提高聯(lián)鎖設(shè)計、管理、維護(hù)、試驗人員的理論、實踐素質(zhì)，有利于提高全集團(tuán)公司聯(lián)鎖整體管理水平，間接保證了鐵路運(yùn)營的效率和安全。

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作者簡介：馬廣元（1972.03-），男，漢族，甘肅甘谷人，列控室主任，高級工程師， 研究方向：鐵道信號。