摘 要： 在城市軌道交通ATS仿真系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫和邏輯運(yùn)算是整個仿真系統(tǒng)最核心的兩個部分。以上海地鐵一號線為例，介紹了ATS仿真系統(tǒng)的架構(gòu)，對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計以及XML表的存儲和讀取進(jìn)行了詳細(xì)分析。對建立在數(shù)據(jù)庫信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行了邏輯運(yùn)算并對列車模擬運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制和表示。
關(guān)鍵詞： 邏輯運(yùn)算； XML表； ATS仿真
近年來，軌道交通快速進(jìn)入高速期，成為帶動經(jīng)濟(jì)增長的重要因素[1]。城市軌道交通是一個龐大而且復(fù)雜的系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)和自動化的發(fā)展，出現(xiàn)了以保證列車行車安全、縮短列車運(yùn)行時間、提高列車運(yùn)行質(zhì)量為代表的列車自動控制系統(tǒng)，為復(fù)雜環(huán)境下的列車運(yùn)行提供了有效的保障。城市軌道交通ATS仿真系統(tǒng)主要完成列車的調(diào)度和跟蹤、運(yùn)行時刻表的調(diào)整控制和監(jiān)督、列車進(jìn)路的控制和表示、系統(tǒng)狀況與報警信息的顯示和記錄,以及統(tǒng)計匯編、系統(tǒng)診斷等功能, 對提高行車效率起著重要作用[2]。
ATS仿真系統(tǒng)主要是通過對數(shù)據(jù)庫的讀取來進(jìn)行信號元素狀態(tài)操作，并依據(jù)信號元素的狀態(tài)信息進(jìn)行相關(guān)的邏輯運(yùn)算。其中邏輯運(yùn)算模塊就是在聯(lián)鎖規(guī)則下對道岔、軌道和信號機(jī)等設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)刷新來顯示列車的自動運(yùn)行、折返及停車。
1 ATS仿真系統(tǒng)架構(gòu)
ATS仿真主要是一個基于站場數(shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、時刻表數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息支持的仿真軟件。列車模擬運(yùn)行是通過時刻表來觸發(fā)的。根據(jù)列車運(yùn)行時刻表來判斷列車的到站時間以及列車的早點(diǎn)和晚點(diǎn)。系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取軌道元素的狀態(tài)信息，接著通過邏輯運(yùn)算對相關(guān)信號元素進(jìn)行處理，例如信號機(jī)的開放、道岔的轉(zhuǎn)換等，然后將處理結(jié)果在終端顯示出來。如圖1所示，ATS仿真系統(tǒng)分為通信模塊、人機(jī)交互模塊、邏輯運(yùn)算模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。人與系統(tǒng)之間的通信是通過人機(jī)交互模塊來實(shí)現(xiàn)的，例如操作者發(fā)出一個操作指令自動或者手動進(jìn)行切換等。指令被系統(tǒng)獲取后，系統(tǒng)內(nèi)部程序判斷當(dāng)前的道岔、軌道和信號機(jī)等信號元素的狀態(tài)信息(信息主要通過XML表讀取),然后通過內(nèi)部的邏輯運(yùn)算模塊進(jìn)行相關(guān)處理。最后調(diào)用相關(guān)處理函數(shù)并把處理結(jié)果顯示在人機(jī)交互界面上。這其中涉及到各個模塊之間的通信，本文就不做重點(diǎn)介紹了。
2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計
2.1站場數(shù)據(jù)存儲
本系統(tǒng)采用XML表來存儲站場數(shù)據(jù)(包括信號機(jī)、道岔、軌道、時刻表和進(jìn)路表)。XML是一種簡單的數(shù)據(jù)存儲語言，使用一系列簡單的標(biāo)記描述數(shù)據(jù)，層次結(jié)構(gòu)清晰，易于讀寫與共享[3]。本文選取一條進(jìn)路來對XML表存儲方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是上海地鐵一號線的運(yùn)行截圖。 圖2基本上包含了地鐵主要的信息元素，本文選取信號機(jī)和進(jìn)路表數(shù)據(jù)存儲來進(jìn)行說明。首先是信號機(jī)，如圖中信號機(jī)X8，下面是X8的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其XML表的存儲信息如下：
<Signal>
<ID>7</ID>
<Name>X8</Name>
<JJQD>S11-626G</JJQD>
<FirstQD>C8</FirstQD>
<Direction>0</Direction>
<Territory>S11-626G</Territory>
</Signal>
其中標(biāo)記<JJQD>是信號機(jī)X8的接近區(qū)段(圖中是軌道S11-626G)，標(biāo)記<FirstQD>表示的是信號機(jī)X8的離去區(qū)段(為道岔C8)，標(biāo)記<Direction>表示信號機(jī)的方向（0為向右 1為向左），標(biāo)記<Territory>表示信號機(jī)X8所屬區(qū)段。
XML表主要是存儲信號設(shè)備之間的連接關(guān)系，比如信號機(jī)X8，其存儲的信息主要是前后信號設(shè)備有哪些所屬軌道及其方向等信息。道岔和軌道與信號機(jī)的類似，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就不詳細(xì)介紹了。接下來分析進(jìn)路的存儲。如圖2所示，上面一共有8條進(jìn)路：X8→X2，X2→X8； X8→X6， X6→X8；X4→X2，X2→X4；X4→X6，X6→X4。本文選取其中的一條進(jìn)路X8→X2，其進(jìn)路的XML表存儲信息如下：
<Route>
<ID>0</ID>
<Name>X8-X2</Name>
<ProtectSignal>X8</ProtectSignal>
<EnemySignal>X2</ EnemySignal >
<SwitchList>
<Switch>
<Name>C8</Name>
<State>DW</State>
</Switch>
<Switch>
<Name>C2</Name>
<State>DW</State>
</Switch>
</SwitchList>
</Route>
其中標(biāo)記<ID>是進(jìn)路的編號，把X8→X2這條進(jìn)路編號定為0。標(biāo)記<Name>表示X8→X2的進(jìn)路名稱。標(biāo)記<ProtectSignal>表示這條進(jìn)路的保護(hù)信號機(jī)為X8，標(biāo)記<EnemySignal>表示這條進(jìn)路的敵對信號機(jī)為X2。<SwitchList>表示這條進(jìn)路中的道岔。<State>表示的道岔的狀態(tài)，其中DW表示定位，F(xiàn)W表示反位。上述進(jìn)路表清晰地反映了這個進(jìn)路的所有信息。這條編號為0的進(jìn)路從保護(hù)信號機(jī)X8開始進(jìn)入進(jìn)路，經(jīng)過道岔C8、C2到達(dá)敵對信號機(jī)，其中的兩個道岔均處于定位狀態(tài)。那么這條進(jìn)路就通過XML表完整地表現(xiàn)出來了。這為以后進(jìn)路的管理、關(guān)聯(lián)處理以及進(jìn)路的開放和關(guān)閉提供了數(shù)據(jù)庫支持。
2.2 XML表的數(shù)據(jù)讀取
本文主要通過CMarkup類對XML表的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。具體代碼在CL1Doc類中：
public:
voidReadXML(); //讀取XML表
void ReadSignal(); //讀信號燈數(shù)據(jù)
void ReadRailway(); //讀區(qū)段數(shù)據(jù)
void ReadPlatform(); //讀站臺數(shù)據(jù)
void ReadSwitch(); //讀道岔數(shù)據(jù)
void ReadRoutes(); //讀進(jìn)路數(shù)據(jù)
void InitialTimeTable(); //初始化時刻表
將數(shù)據(jù)讀取到全局變量vector容器m_SignalPtrArray中，這些全局變量在Global.cpp中定義。
std::vector<Signal*>m_SignalPtrArray;
//定義全局變量，存放封裝類指針
為了方便設(shè)計，創(chuàng)建一個封裝類，因?yàn)樽隹丶r可能會由于工程的推進(jìn)而增加一些新的功能，為了不改動控件，增建了封裝類，相當(dāng)于把控件封裝類與界面控件元素綁定在一起,接下來只管操作封裝類即可，這樣就可以在其中添加新的功能或接口，便于未來拓展。
3 邏輯運(yùn)算模塊
邏輯運(yùn)算模塊主要是對道岔、軌道、信號機(jī)、站臺、進(jìn)路管理和列車行走等進(jìn)行邏輯運(yùn)算操作。主要實(shí)現(xiàn)信號燈的開放關(guān)閉、進(jìn)路的出清和占用、道岔轉(zhuǎn)換、進(jìn)路搜索和排列，以及列車的停站、折返、出入庫等。
3.1 ATS仿真系統(tǒng)主要信號元素的邏輯運(yùn)算
ATS仿真系統(tǒng)中主要信號元素是指道岔、軌道、信號機(jī)、站臺等。ATS仿真系統(tǒng)主要信號元素的邏輯運(yùn)算處理流程圖如圖3所示。
如圖3所示,程序開始持續(xù)判斷是否有操作員發(fā)送的指令，若有，仿真程序在獲得該指令后進(jìn)行邏輯判斷，讀取信息判斷站場的狀態(tài)信息，如果條件滿足則執(zhí)行相關(guān)的邏輯運(yùn)算，并把處理結(jié)果在人機(jī)交互界面上顯示出來，然后程序等待下一個指令。如果條件不滿足，程序則提示錯誤信息并繼續(xù)等待下一條指令。
3.2 建立列車進(jìn)路的邏輯運(yùn)算
自動建立列車進(jìn)路的原理：當(dāng)列車到達(dá)信號機(jī)的接近區(qū)段，將此區(qū)段稱為運(yùn)營觸發(fā)點(diǎn)，就會觸發(fā)排列下一條進(jìn)路，進(jìn)路信息可從進(jìn)路的XML表中獲取。然后結(jié)合程序中邏輯運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行進(jìn)路可行性檢查和進(jìn)路排列，若不符合聯(lián)鎖條件就鎖閉進(jìn)路，開放信號機(jī)。進(jìn)路的自動排列用到了CRouteCreate類的CreateAutoRoute(CStringQDName)函數(shù)。其中的實(shí)現(xiàn)過程用到了Find類，首先獲取當(dāng)前列車所在的軌道，根據(jù)站場圖信號元素的連接關(guān)系，運(yùn)用函數(shù)BOOLFindSignalBaseOnJJQD()基于接近區(qū)段找到始端信號機(jī)，之后用函數(shù)FindRouteBaseOn
SDXH()基于始端信號機(jī)查找進(jìn)路。
圖4是建立進(jìn)路和進(jìn)路解鎖的邏輯過程的流程圖。
當(dāng)列車到了觸發(fā)區(qū)段以后，開始判斷這個保護(hù)信號機(jī)所屬的進(jìn)路，并從進(jìn)路表中讀取這條進(jìn)路的進(jìn)路信息。接下來對這條進(jìn)路進(jìn)行可行性檢查，判斷進(jìn)路是否存在故障或者被占用。如果有故障，則列車要等候信號機(jī)開放并要繼續(xù)檢查進(jìn)路是否可用。當(dāng)進(jìn)路可用時，就發(fā)出聯(lián)鎖指令對進(jìn)路進(jìn)行鎖閉。接著信號開放，列車進(jìn)入此進(jìn)路，然后信號關(guān)閉。接下來判斷列車是否離開這條進(jìn)路，如果離開則出清進(jìn)路并對進(jìn)路進(jìn)行解鎖。
3.3 列車模擬運(yùn)行邏輯運(yùn)算
列車的模擬運(yùn)行是通過設(shè)置運(yùn)行時刻表和進(jìn)路文件，然后讀取其中的設(shè)置信息進(jìn)行初始化，讀取時刻表開始進(jìn)行列車的仿真，同時啟動定時器。通過判斷列車時刻表信息以及定時時間來判斷列車運(yùn)行的位置，進(jìn)而對列車進(jìn)行速度調(diào)整。其流程圖如圖5所示。系統(tǒng)通過持續(xù)刷新來獲取列車位置，然后通過內(nèi)部程序邏輯運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)列車的調(diào)整。
本文主要研究了ATS仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算處理。對進(jìn)路排列、數(shù)據(jù)讀取和列車的模擬運(yùn)行進(jìn)行了闡述。其中的數(shù)據(jù)處理尤為重要，是整個ATS仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
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[3] 王震江,馬宏. XML基礎(chǔ)與實(shí)踐教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.