以ATS为核心的站场图数据及显示方案的研究

张秉帅，李 坤，杨 淘，吴 曦

（1.西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 610031；2.青岛供电公司，青岛 266106）

站场图是列车自动监控（ATS）系统主要的显示界面，CBTC（基于通信的列车控制）的ATS提供了更加丰富的列车信息表示。站场图描述了车站站场中信号机、道岔、轨道区段等设备之间的联锁关系和站场信号的拓扑信息，是整个CBTC系统能够实施和运行的数据基础[1]。本文从站场图数据开始分析，进而详细阐述GDE形式的站场图以及后期改造的SVG形式站场图。

1 站场图数据分析

1.1 站场图计算机模型

站场图可以分为相互联系的两个层次：图形层和设备层。在图形层中包括站场图形所有可能用到的基本图元。主要包括直线、矩形、填充矩形、圆形、填充圆形、菱形、三角形和文本等。而设备层则是站场图数据的核心，由轨道、道岔、信号机、车站和站台等设备组成，每个设备都包含相应的属性数据。图形层和设备层有唯一的对应关系，每一个设备都有一个唯一的图形编号与图形层中的图元相对应，图形层中每一个设备图元也都包含设备的联锁区编号、设备类型和设备编号。层次结构如图1所示。

图1 站场图的计算机模拟层次结构

1.2 站场图码位设计

站场图码位，是指设备的各种控制信息，以及需要反映的各种设备状态信息。输入码位是指通过系统接口接收到的各种设备的控制、状态、报警等信息。输出码位是指ATS产生的对于设备的控制信息，需要通过相应接口传给其他设备系统，主要包括车载控制器（VOBC）、计算机联锁（CBI）、 区域控制中心（ZC）等。码位采用两个字节（byte）存储，按照联锁区连续设置。

输入码位主要包含联锁区、车站、信号机、轨道区段、道岔信息。联锁区信息包含ATS工作站控制权限的状态信息、权限申请信息，同时还包含进路设置信息、报警信息，报警提示信息设置了引导总取消、灯丝报警、熔丝报警、道岔挤岔、火灾报警。站台信息包含终端模式设置、站台扣车、站台紧急关闭控制信息，以及通过系统接口接收站台屏蔽门、风机状态信息。信号机信息反映灯丝是否完整、是否开放、点灯颜色，以及信号机属性。轨道区段信息反映轨道区段信息，是否占用、是否锁闭。道岔信息反映道岔位置状态、是否为单锁、是否锁闭。

输出码位主要包含联锁区、车站、信号机信息。输出码位用于向设备传输控制信息，联锁区的控制权限设置、进路设置，车站终端模式设置、扣车信息、发车命名，信号机的进路设置、属性设置。

1.3 设备链接关系

图2 设备链接站场示意图

在一个完整的站场图中，每一个设备都不是单独的图元，而是相互链接组成的一个整体。相邻的两个设备之间通过上下链接关系连接起来，站台和站台轨对应绑定在一起，轨道和对应的车次窗也绑定在一起。

以图2为例，设备链接关系图3所示。

图3中所示为车站B到道岔区段的设备链接关系，其中B站上下两个站台分别对应两段站台轨T0416和T0407，信号机和轨道一般只有上下链接关系，用来链接相邻的设备，而每一节单道岔则有3个链接关系，分为主链接，定位链接和反位链接，分别用MIAN_Link、NORMAL_Link和REVERSE_Link表示。

若道岔部分为交叉渡线道岔，则分为上下两部分，每一部分又分为左链接和右链接。分别为L_MainLin、L_ReverseLink、R_MainLink和R_ReverseLink。用实际站场图举例，如图4所示，交叉渡线下部分道岔分为左边P0705和右边P0707两部分，如图4中（a）、（b）所示，左边主链接L_MainLink为信号机X0705，左边反位链接L_ReverseLink为交叉渡线上部分道岔。如图4中（c）、（d）所示，右边主链接R_MainLink为单道岔P0709，右边反位链接R_ReverseLink为交叉渡线上部分道岔，与左边反位链接相同。

图3 设备链接关系图

2 站场图显示方案

一个完整的站场图不仅要能显示完整的站场设备，还要包括完整的站场数据。设备数据主要为上文所述的设备码位和设备链接关系，为图元赋予了设备的含义。而不同的显示模式需要采用不同的数据存取形式。

2.1 GDE站场图

GDE（Guideway Data Editor）是西南交大轨道交通实验室自主开发的站场图软件。用二进制形式保存站场图文件，把设备的码位数据、设备链接关系以特定的排列模式存为软件识别的模式。

GDE形式的站场图结构主要分为图标类和设备类。

在图标类中，对应图形编辑模式。用户需要输入各种图形元素，主要包括圆、圆（填充）、直线、矩形、矩形（填充）、菱形（填充）、左向三角形（填充）、右向三角形（填充）、文本、圆角矩形、图形块等。

站场图绘制系统定义了图形类的基类CIconObject。为了绘制各种图形，分别定义了各个图形元素的类，每个图形元素的类都继承CIconObject类，并分别实现了各自的绘制函数和调整函数等。为了方便用户输入，还定义了图形块CBlockObject，一个图形块中可以包含多个图形，可以一次插入整个图形块。每一个图形或者图形块都设置一个变量代表图形编号，用于唯一的标记图形并且随图形的添加自动增加。

设备类的整个流程如图5所示，在编辑设备图形时，通过在站场图形中选择对应的图元把设备类和图形类关联起来。

图4 交叉渡线道岔链接关系表示图

由图5可知，二进制的站场图文件中主要包括的数据有设备基本属性数据、设备的输入码位和输出码位、设备对应的图形编号以及和相邻设备的链接关系。每一个数据对应类的结构中的一个变量，以相同的形式在GDE中存取。

图6所示为GDE形式站场图第一个联锁区的示意图以及对应的设备组成树形结构说明。其中，SGHead为联锁区头文件，包括站控、遥控、紧急站控3种控制模式以及折返模式的定义。当设备对应的图元为多个图元的组合时，组合的图元编号则存放在Mis中，例如图6中，自动信号机X0103对应的图元为填充圆和三角形的组合。INPUT和OUTPUT代表输入码位和输出码位，前文已详细论述，此处不再赘述。其他设备中则保存了设备对应的基本属性、图形信息以及设备链接信息。

图6 GDE站场图和设备组成树形结构

2.2 SVG站场图

可缩放矢量图形（SVG）是基于XML的一项新兴技术，可以令设计人员创建载入的Web图形，并能够通过Web浏览器、手持设备或者移动电话查看这些图形[2]。

SVG站场图是基于GDE站场图数据优化改造的新方案的站场图。通过和工作站的WebServer通信，实现一个实时刷新、动态显示的Web平台的SVG站场图。与GDE站场图类似，SVG站场图中同样需要定义图形和设备两部分。

2.2.1 图形绘制

表1给出了站场图图形元素对应到SVG中的表示方式。SVG 带有许多基本的图形元素，只要通过组合基本图形元素就可以构建出 SVG 站场图。如表1所示，SVG形式站场图的基本图元与GDE类似，只需要从GDE站场图形数据中取出每一个图元的起始点坐标、宽度、填充色等变量值和其他信息，然后以SVG识别的语句表出。

表1 站场图图元与SVG的对应表

2.2.2 结构设计

矢量化了的图形作为对象，本身包含各种属性和特征。组成图形的各个部分，又可以看成独立的对象，也具有自身的属性和特征，同时，这些对象之间具有一定的关系，所有这些属性和关系，就构成了完整的图形描述[3]。

站场图中层次化的树形结构模型，使用XML置标语言可以很容易地描述出来[4]。把设备数据以XML置标语言的形式，按照联锁区顺序以树形结构依次写入SVG站场图文件，通过工作站的Web服务器读取SVG文件对设备节点解析，实现设备属性、输入输出码位等数据的录入，并通过站场情况，通过层次结构找到并修改对应设备的节点信息，对SVG站场图实时刷新。

取第1个联锁区中道岔P0105的数据为例，在道岔的树形层次中包括了所有相关节点，这些节点是道岔的各个元素和属性。P0105的文档实例如下：

以郑州一号线方针数据为基础，SVG形式的站场图如图7所示。SVG可以实现无极缩放，图7上部分为全线站场图，下部分为放大后的部分联锁区站场图。

图7 SVG全线及部分联锁区站场图

3 结束语

站场图作为ATS综合监控的主要界面，起着至关重要的作用。本文主要针对两种形式的站场图数据进行分析，分别展示了图形效果。GDE作为实验室自主研发的站场图软件，绘制和修改站场图界面灵活性强，编辑站场图数据也很方便。以GDE站场数据为基础的改造后的SVG站场图是基于XML的语言构造的图形，不仅有丰富细致的图形，精确的无极缩放，而且数据可读可扩展性强，交互性也很好，更便于使用。

[1]薛巧丽，王培林. 城轨信号系统站场图编辑软件TOPOLOGY的研究与实现[J].机车电传动，2011（5）.

[2]Bill Trippe Kate Binder.SVG设计[M].高 伟，译.北京：机械工业出版社，2003，4：3-11.

[3]袁家政，须 德，鲍 泓. 基于XML的矢量图形SVG的结构设计与实现[J].计算机研究与发展，2005，42（增刊A）：129-136.

[4]袁家政，须 德，鲍 泓. 基于XML矢量图形SVG的数据库模型与存储研究[J].计算机研究与发展，2006，43（增刊）：444-450.