列车运行仿真培训软件通用开发平台的设计与实现

朱 鸣

（上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心，201102，上海∥工程师）

国内城市轨道交通各条线路所用的列车自动控制（ATC）系统，由不同的公司研制，如ALSTOM、USS、SIEMENS、泰雷兹等公司的 ATC和CBTC（基于通信的列车控制）系统。因此，与行车调度有关的中央ATS（列车自动监控）、地方ATS、停车场计算机联锁等的人机界面也就各不相同，而且具体功能还有较大差异。这就要求对上岗或者在岗人员进行培训时，最好能在各种不同仿真系统下进行与现场一致的功能和故障模式培训。故需要开发一套通用基础平台，以缩短开发列车运行仿真培训系统的周期，以便快速开发不同线路的列车运行仿真培训系统，来适合列车运营的培训需求［1］。

1 列车运行仿真培训软件通用开发平台的设计

本文研究构建城市轨道交通列车运行仿真系统结构的方法，定义仿真系统与其它系统的标准数据接口，通过站场自动生成和基本功能自动生成的研究，构建列车运行仿真培训软件通用开发平台，为开发不同线路的列车运行仿真培训建立基础。其设计方案如下。

1.1 构建城市轨道交通列车运行仿真系统的系统结构

把列车仿真培训系统分为表示层（操作界面）、消息生成层（操作命令生成）、逻辑关系处理层（通用、特殊逻辑处理，如进路建立）、现场设备仿真等四个层次，并研究程序实现的自动生成及内部接口关系，如图1所示。

1.2 城市轨道交通站场数据的自动生成

1）组件库的建立：根据不同制式的ATS系统的特点，开发不同的组件，形成组件库，解决不同系统对相同部件表现形式上差异，同时对组件进行分类管理［2］。

2）站场形式语言的描述：通过人工的拓扑结构分析，研究站场形式化语言的描述方式。通过拓扑结构关键点的输入，形成统一的线路数据、设备数据库；再根据数据的信息并结合组件库内容，自动生成站场结构操作视图。

3）基本功能的自动生成：

·联锁功能——提取不同制式仿真系统的进路排列、取消进路、延时解锁进路、引导进路、道岔单操或单锁等功能的共性。

·列车调整功能——提取不同制式仿真系统的跳停、扣车、催发车、停站时间调整、运行等级调整等功能的共性。

·列车仿真运行功能——提取不同制式的仿真系统的列车实际速度计算、列车定位停车、自动进路、连续通过进路等功能的共性。

·时刻表管理功能——提取不同制式仿真系统的建立在线时刻表、删除在线时刻表、在线时刻表中加车和减车等功能的共性。

图1 列车运行仿真培训软件通用平台体系结构图

·故障处置功能——提取不同制式仿真系统的红光带、道岔失去表示、信号机灯丝断丝、列车车门无法关闭、列车失去通信等故障模拟功能的共性。

·与站场的连接——系统人机交互界面各有不同，操作方法也不尽相同，但形成命令却基本相同。在系统框架下采用消息处理层，把操作命令进行转化，形成统一的调用接口，调用通用功能库中内容，使站场和通用功能结合起来。

4）仿真系统接口标准（与其它系统如模拟驾驶系统）：主要实现列车仿真培训系统和模拟驾驶、COCC（中央运行控制中心）、电子沙盘等系统接口方式及交互数据内容的定义，规范其数据格式。

2 列车运行仿真培训软件通用开发平台的实现

2.1 实现的方法

1）建立组建库：使用统一接口［3］，界面按照各自ATS系统界面形式制作。

2）建立站场数据：采用XML纯文本数据格式，输入基本数据，如设备基本数据、基本坐标点；通过平台自动计算设备坐标点、连接关系和联锁表等，自动生成站场图界面；再根据站场图建立线路数据，通过线路数据建立列车时刻表。图2为站场图自动生成系统。

图2 通用平台站场图自动生成系统

3）建立基本功能库：根据提取的不同制式仿真系统的各个基本功能的共性，建立统一的功能库。不同制式的仿真系统调用同一个功能库进行逻辑处理，再通过接口控制ATS框架的表示层，显示出不同系统界面。由于不同制式的仿真系统的基本功能也可能存在较大差异，比如有的采用固定闭塞，有的采用移动闭塞，这时就需要在基本功能库里内置两种以上的处理方法，以便不同制式的仿真系统调用。也就是说，基本功能库需要囊括可能有的各种情况的逻辑处理功能。

4）制作ATS框架：不同制式的仿真系统有不同的框架，包括视图、菜单、命令等。它们的界面、操作方式等差异很大，要把除了站场图形以外的部分制作出来，菜单、命令等制作好统一接口。因此，每种制式的仿真系统都需要做一个框架。每个框架内部做好对基本功能库的调用接口，可以自动调用相对应的基本功能，以完成相应功能操作和显示。

5）与其它系统的接口：定义统一外部接口，通过报文发送和接收其他系统的数据，保持相关系统的数据一致。

2.2 应用和再开发

在列车运行仿真培训软件通用开发平台上，通过选择ATS框架、输入基本数据、生成站场数据、建立时刻表后，就能生成一个列车运行仿真培训软件。平台操作简单，人机对话界面友好，能快速开发出不同制式、不同线路的仿真软件。图3为通过平台生成的阿尔斯通ATS仿真培训系统中的上海城市轨道交通3号线部分站场界面；图4为通过平台生成的泰雷兹CBTC仿真培训系统中的上海城市轨道交通8号线（具备CBTC和后备模式）部分站场界面。

图3 阿尔斯通ATS仿真培训系统界面

图4 泰雷兹CBTC仿真培训系统界面

列车运行仿真培训软件通用开发平台具有可持续性发展的特点，通过建立新的组件、建立新ATS框架以及添加或修改基本功能库，可以使平台扩展出更多、更完善的列车运行仿真培训软件，用以应对城市轨道交通日新月异的变化。

列车运行仿真培训软件通用开发平台的应用流程如图5所示。

图5 列车运行仿真培训软件通用开发平台的应用流程图

3 结语

本文提出了列车运行仿真软件通用开发平台的设计和实现方法，阐述了在此平台上快速开发各种制式的列车运行仿真软件的过程。通过此通用平台，可以统一开发列车运行仿真软件过程，简化开发过程，减少重复开发；通过统一外部接口，方便了扩展开发或链接相关仿真软件，并能根据对列车仿真软件的要求进行变更，可快速添加新功能和更新内容。

［1］陈永生，徐金祥.上海轨道交通信号制式的多样性及其对策［J］.城市轨道交通研究，2002（4）：29.

［2］王野，郭秀清.基于组件技术的列车自动监控仿真系统开发平台［J］.计算机应用，2007，27（增2）：285.

［3］宇鹏，王晓峰，李云飞.Visual C＋＋实践与提高——ActiveX篇［M］.北京：中国铁道出版社，2001.