0 引言

    CTCS-2級列控系統(tǒng)是基于軌道電路和點式應(yīng)答器傳輸列車運行許可信息，并采用目標(biāo)—距離模式監(jiān)控列車安全運行的列車運行控制系統(tǒng)，主要面向提速干線和高速新線，適用于各種限速區(qū)段，功能比較齊全，適合我國鐵路運輸發(fā)展需要^[1-4]。目前，我國鐵路行業(yè)的列控設(shè)備處于全天候的持續(xù)工作狀態(tài)，對列控設(shè)備的各類操作關(guān)乎鐵路行車安全，稍有不慎，可能引發(fā)鐵路行車事故，給鐵路運輸造成巨大損失。除了在“垂直”天窗點內(nèi)，其他時間禁止對列控設(shè)備進(jìn)行各類非指令性操作，實際運行中的列控系統(tǒng)設(shè)備給予人員操作演示和實踐學(xué)習(xí)的空間太小。完整的列控系統(tǒng)由于設(shè)備規(guī)模大、成本高昂，只能依托政府出資建設(shè)，因此，開發(fā)一套集成度高、運行條件簡單并且具有演示和實訓(xùn)功能的列控仿真系統(tǒng)具有重要意義。

    目前，列控仿真系統(tǒng)大多采用軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)。CTCS-2級列控仿真系統(tǒng)硬件方面包括高鐵車站列控中心、高鐵車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、軌旁電子單元、應(yīng)答器、車載BTM模塊等；軟件仿真方面主要包括車站仿真子系統(tǒng)、調(diào)度集中(Centralized Traffic Control System，CTC)仿真子系統(tǒng)、中繼站列控中心仿真子系統(tǒng)、區(qū)間仿真子系統(tǒng)、車載仿真子系統(tǒng)、臨時限速仿真子系統(tǒng)等，其具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

    CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)作為CTCS-2級列控仿真系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能包括區(qū)間界面顯示、列車區(qū)間運行仿真、應(yīng)答器報文接收與發(fā)送、信號機(jī)點燈與軌道電路發(fā)碼、故障設(shè)置、應(yīng)答器報文編制等。作為列控仿真系統(tǒng)的主界面之一，CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)可以實時顯示整個CTCS-2區(qū)間的狀態(tài)，對區(qū)間列車占用出清、應(yīng)答器報文接收與發(fā)送、信號機(jī)點燈與區(qū)段發(fā)碼、各類故障設(shè)置及報警等功能給出直觀實時的顯示，給教學(xué)演示和培訓(xùn)實踐提供良好的平臺。此外，為方便教學(xué)培訓(xùn)，CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)增加應(yīng)答器報文編制界面，使用戶能夠直觀地認(rèn)識應(yīng)答器報文各信息包內(nèi)容及報文編制方法，給予使用者更好的用戶體驗，提高培訓(xùn)效果。

1 CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)功能分析

    為方便進(jìn)行功能設(shè)計與實現(xiàn)，將區(qū)間仿真子系統(tǒng)的功能分為區(qū)間仿真控制、故障設(shè)置、應(yīng)答器報文編制三部分，具體功能劃分如下。

1.1 區(qū)間仿真控制

    區(qū)間仿真控制主要包括整個區(qū)間界面的顯示、區(qū)間模擬行車、應(yīng)答器報文接收與發(fā)送、信號機(jī)點燈與軌道電路發(fā)碼。區(qū)間模擬行車主要指站內(nèi)選排進(jìn)路后，列車出站進(jìn)入?yún)^(qū)間的自動模擬行車。自動模擬行車包括單一列車的運行模擬和多輛列車追蹤運行模擬^[5]。

    當(dāng)列車出站進(jìn)入?yún)^(qū)間，車載仿真子系統(tǒng)通過通信通道將列車位置信息傳輸給區(qū)間仿真子系統(tǒng)，后者根據(jù)該位置信息，給出相應(yīng)的區(qū)間軌道電路占用顯示；同時，區(qū)間仿真子系統(tǒng)通過通信通道將列車占用信息傳輸給列控中心(Train Control Center，TCC)，經(jīng)過相應(yīng)的邏輯處理后，TCC將對應(yīng)的區(qū)間信號機(jī)點燈和軌道電路發(fā)碼控制信息以及有源應(yīng)答器報文信息傳輸給區(qū)間仿真子系統(tǒng)；區(qū)間仿真子系統(tǒng)根據(jù)該控制信息進(jìn)行整個區(qū)間的信號機(jī)點燈和軌道電路發(fā)碼，并將該點燈發(fā)碼信息和應(yīng)答器報文信息發(fā)送給車載仿真子系統(tǒng)，以供車載仿真子系統(tǒng)進(jìn)行車載信號顯示。

1.2 故障設(shè)置

    CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)可以實現(xiàn)對整個區(qū)間的信號機(jī)、軌道電路、應(yīng)答器進(jìn)行對應(yīng)的故障設(shè)置。根據(jù)“故障-安全”原則，故障設(shè)置成功后的信號設(shè)備狀態(tài)不再響應(yīng)區(qū)間仿真子系統(tǒng)常規(guī)的指令，故障狀態(tài)始終呈現(xiàn)或在一定的條件下選擇性呈現(xiàn)，幫助用戶認(rèn)識各種故障的判定條件，還可以實訓(xùn)在故障的條件下的用戶應(yīng)急處理能力。

    故障設(shè)置主要分為三類，即軌道電路紅光帶非常規(guī)占用故障、信號機(jī)燈絲斷絲和應(yīng)答器鏈接故障。由于區(qū)間無真實設(shè)備，故障設(shè)置均采用人工設(shè)置，故障發(fā)生后，在區(qū)間界面上給出故障顯示與故障報警，并將故障信息反饋給列控中心。

1.3 應(yīng)答器報文編制

    應(yīng)答器是一種基于電磁耦合原理而構(gòu)成的高速點式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，分為無源應(yīng)答器和有源應(yīng)答器，用于在特定地點實現(xiàn)車-地間的數(shù)據(jù)交換^[6-9]?，F(xiàn)場的應(yīng)答器報文為應(yīng)答器出廠時燒入或列控中心黑箱操作編制而成，給教學(xué)培訓(xùn)演示帶來極大不便，因此CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)特增加應(yīng)答器報文編制界面。應(yīng)答器報文編制界面采用逐步式編輯界面，將所有信息包按順序逐一進(jìn)行編制。報文存儲為EXCEL文本格式，逐條存儲，可以通過編制界面對已有報文進(jìn)行添加、修改和刪除等^[10]。

2 CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊劃分

    在CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)的開發(fā)過程中，采用面向?qū)ο蠓治龇椒ê湍K化程序設(shè)計相結(jié)合的方式，根據(jù)系統(tǒng)功能需求，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊劃分，提高了系統(tǒng)的獨立性和安全性^[11]。通過對CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)功能的分析，將系統(tǒng)分為仿真控制模塊、區(qū)間模擬模塊和通信模塊三部分，其中區(qū)間模擬模塊又分為區(qū)間設(shè)備模擬模塊、模擬行車模塊和故障設(shè)置模塊三部分；仿真控制模塊又由人機(jī)交互模塊和報文編制模塊兩部分組成，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2。

2.2 MFC應(yīng)用程序主框架設(shè)計

    基于微軟基礎(chǔ)類庫(Microsoft Foundation Class，MFC)的仿真應(yīng)用程序開發(fā)，實質(zhì)上就是繼承MFC的類，CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)主界面定義了一個繼承MFC的CView類的CTCSView類，根據(jù)需要的功能添加相應(yīng)的函數(shù)^[12]，如初始化函數(shù)OnInitialUpdate：

    Void  CCTCSView::OnInitialUpdate()

    {

        CScrollView::OnInitialUpdate();

    /////////////////初始化數(shù)據(jù)/////////////

        myobarray_QD_Section=new CObArray();

        myobarray_Xh_Station=new CObArray();

        myobarray_Balise=new CObArray();

    }

其中，CQD_Section、CXh_Station、CBalise分別表示區(qū)間軌道電路類、無配線站內(nèi)信號機(jī)類、區(qū)間應(yīng)答器類。

    在數(shù)據(jù)處理方面，根據(jù)功能的不同分別創(chuàng)建對應(yīng)的類，如軌道電路類、信號機(jī)類等。通過不同類的劃分，使不同設(shè)備的數(shù)據(jù)配置與處理區(qū)分開來，增加系統(tǒng)的靈活性、適用性的同時，簡化了系統(tǒng)的層次和框架結(jié)構(gòu)。

2.3 通信方式的選取

    CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)的通信主要實現(xiàn)地—車通信、TCC—區(qū)間仿真子系統(tǒng)通信，根據(jù)仿真子系統(tǒng)之間的通信協(xié)議來實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息傳輸。區(qū)間仿真子系統(tǒng)在通信方面采用使用比較廣泛的TCP/IP互聯(lián)協(xié)議族，這種通信方式具有很強(qiáng)的靈活性和通用性。

2.4 區(qū)間模擬模塊的設(shè)計

    區(qū)間模擬模塊實現(xiàn)區(qū)間設(shè)備模擬、區(qū)間模擬行車和故障設(shè)置。區(qū)間設(shè)備包括信號機(jī)、軌道電路和應(yīng)答器3種，每種設(shè)備的設(shè)備編號、名稱、屬性不同，分別構(gòu)建繼承CObject的CQD_Section、CQD_Station、CXh_Section、CXh_Station、CBalise類，將每一種設(shè)備的繪制在所屬類內(nèi)完成，最后在CTCSView類內(nèi)統(tǒng)一調(diào)用OnDraw函數(shù)繪制完成，實現(xiàn)區(qū)間模擬界面顯示。

    區(qū)間模擬行車主要是實現(xiàn)站內(nèi)選排進(jìn)路后，列車出站進(jìn)入?yún)^(qū)間的模擬行車。通過通信模塊Socket確定列車位置信息，進(jìn)而實現(xiàn)列車的占用出清、應(yīng)答器報文的接發(fā)、信號機(jī)的點燈等，具體的設(shè)計流程圖如圖3。

    故障設(shè)置主要分為三類，即軌道電路故障、信號機(jī)燈絲斷絲和應(yīng)答器鏈接故障，皆為人工設(shè)置故障。當(dāng)列車運行時，通過人工分別設(shè)置列車前后任意區(qū)段的軌道電路占用故障、任意信號機(jī)的燈絲斷絲故障、任意應(yīng)答器的鏈接故障，給出故障報警提示，并將報警信息反饋給TCC，實現(xiàn)自動調(diào)整發(fā)生故障時的發(fā)碼點燈變化，給出故障情況下的區(qū)間狀態(tài)顯示^[13]。軟件實現(xiàn)方面主要是通過OnLButtonDown和OnRButtonDown函數(shù)實現(xiàn)對鼠標(biāo)坐標(biāo)的捕捉，然后相應(yīng)設(shè)備的參數(shù)發(fā)生改變。

2.5 仿真控制模塊的設(shè)計

    仿真控制模塊主要實現(xiàn)人機(jī)交互、應(yīng)答器報文編制等功能。人機(jī)交互主要通過主界面的菜單欄實現(xiàn)，菜單欄包括仿真行車、通信狀態(tài)檢查、故障設(shè)置和報文編制界面，主界面菜單欄列表見表1。

    應(yīng)答器報文編制主要通過MFC的基礎(chǔ)對話框?qū)崿F(xiàn)，根據(jù)需求創(chuàng)建CDialog類，在對話框內(nèi)添加對應(yīng)的靜態(tài)文本、列表控件、編輯框和按鈕等控件，進(jìn)而進(jìn)行函數(shù)實現(xiàn)，形成面向?qū)ο蟮慕缑?sup>[14]，最后在Menu中添加事件處理程序OnLink，完成與主界面的鏈接。具體實現(xiàn)代碼如下：

    void CCTCSView::OnLink()

    {

        CALLMESSAGE dlg；

        dlg.DoModal()；

    }

3 CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)實現(xiàn)

    CTCS-2級列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)采用MFC作為開發(fā)平臺，選取舉例站場進(jìn)行區(qū)間仿真子系統(tǒng)的開發(fā)，將列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)各模塊進(jìn)行一一實現(xiàn)。

    區(qū)間顯示主界面顯示整個C2舉例站場區(qū)間的設(shè)備狀態(tài)顯示，可以直觀地顯示區(qū)間運行狀態(tài)、信號機(jī)點燈、應(yīng)答器鏈路等信息。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，對各個報文信息包界面進(jìn)行逐一編輯、函數(shù)實現(xiàn)，最后鏈接至仿真子系統(tǒng)的主顯示界面，報文編制主界面及線路坡度信息包添加界面如圖4、圖5。

4 結(jié)束語

    本文選取了CTCS-2級列控仿真系統(tǒng)中的區(qū)間仿真子系統(tǒng)為研究對象，在對其進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，給出了功能實現(xiàn)的軟件設(shè)計方案，并利用MFC進(jìn)行軟件實現(xiàn)。作為CTCS-2級列控仿真系統(tǒng)的重要組成部分，區(qū)間仿真子系統(tǒng)的實現(xiàn)可以對新入路職工以及相關(guān)專業(yè)院校的教學(xué)培訓(xùn)提供很好的平臺，應(yīng)答器報文編制功能的加入有利于教學(xué)培訓(xùn)工作更好地開展，對相關(guān)的仿真系統(tǒng)開發(fā)有一定的借鑒意義。

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作者信息:

熊  偉1，何  濤2，曠文珍2

（1.蘭州交通大學(xué) 光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室，甘肅 蘭州730070；

2.蘭州交通大學(xué) 自動化與電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070)