地铁列车无线调度通信系统的仿真

王 琦，钱雪军

（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）

地铁列车无线调度通信系统的仿真

王 琦，钱雪军

（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）

地铁列车无线调度通信系统以运输调度为目的，利用无线电波的传播，完成列车与调度中心之间或列车与列车之间的通信。仿真系统主要利用VC++编程技术开发调度中心操作界面，通过Socket网络编程，采用有线方式实现列车无线调度通信。同时简单介绍列车车载显示终端软硬件部分。

无线调度通信；调度中心；操作界面；VC++； Socket

随着轨道交通运行线路的快速发展，每年都需要培训大量列车司机、运营调度和车站值班员等工作人员。鉴于轨道交通的运行特点，培训不可能完全在现场实施，大部分培训工作都需要在培训中心、实训基地完成，所以需要相应的培训设施设备用于这些岗位的培训。其中，地铁列车无线调度通信系统（简称无线列调）是重要的地铁列车行车通信设备，通过列车无线调度电话来完成通信，在保证列车正点运行、提高通过能力、通告险情、防止事故、救援抢险等各方面都具有不可替代的作用。

本文对真实地铁无线列调系统进行仿真研究，主要围绕调度中心操作软件进行开发，仿真系统具有选呼、多呼、全呼、派接、短消息等调度通信功能，并具有相关存储功能。

1 系统总体结构

本系统主要包括：调度中心设备、车载设备、网络交换机和网线。调度中心设备包括：主机及显示器、操作软件、麦克风。车载设备包括：车载显示终端、操作软件、送受话器。

1.1 系统框架

本系统仿真对象为一条地铁线路上、下行共计16辆列车与调度中心两台主机通信。根据现场布置，调度中心与车载设备安置在不同房间，利用网线连接两者，实现通信。系统框架如图1所示。

图1 系统框架

1.2 系统功能

本系统主要具有两大功能：（1）调度中心可以主动与列车建立通信，具有选呼、多呼、派接、全呼、短消息功能，发出调度命令。（2）调度中心可以应答列车呼叫，以及派接列车与列车之间的通信。

（1）选呼：输入某一个车次号，进行单呼。

（2）多呼：多呼列表里面含有上/下行所有列车车次号，可以通过键盘SHIFT实现多选进行呼叫。

（3）派接：当某一列车请求呼叫其他列车时，可以显示在派接列表中，调度中心调度员为其派接。

（4）全呼：呼叫上/下行所有列车，建立通信。

（5）短消息：输入相关文本消息，选择车次号进行发送。

1.3 系统通信原理

调度中心与列车通信主要分为：（1）调度中心呼叫列车，发送调度命令。（2）列车请求呼叫调度中心。

本系统利用Socket编程技术实现调度中心与列车通信连接。Socket又称“套接字”，是网络应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口，面向客户机/服务器模式（Client/Server model）而设计，用于解决两者之间通信连接的问题。Socket流程图如图2所示。

图2 Socket流程图

（1）调度中心呼叫列车：通过网络发送给所有列车一数据报，其中包含了被呼叫列车的ID号、当前呼叫状态标志位（组呼/全呼），所有车载主机收到数据后进行相应过滤，被呼叫的相应列车接收呼叫请求，从而建立通信连接，同时当前列车与调度中心IP地址及相关信息被保存，为通话做准备。当列车应答时，包含语音信号的数据通过Socket在调度中心与列车之间进行传输。

（2）列车呼叫调度中心：其过程与调度中心呼叫列车相似，通过网络发送给调度中心上、下行主机一数据报，包含了本机ID、当前调度地址IP、当前呼叫状态标志位（组呼/全呼）等，调度中心接收数据后进行过滤，被呼叫的调度中心接收呼叫请求，建立通信连接，同时保存相关信息。当调度中心应答时，语音信号通过Socket进行传输。

2 系统仿真实现

2.1 实物组成

本系统实物主要包括3部分：调度中心设备、列车车载设备、连接设备。

根据系统结构，调度中心配置两台主机和两台显示器以提供两位行车调度员进行操作，用于一条运行线路上、下行列车的调度通信；车载显示终端采用一体机的形式，安装在列车驾驶台上。图3为系统组成实物图。

图3 系统实物图

2.1.1 调度中心设备

（1）主机及显示器：主机安装Windows操作系统，能够运行相关操作软件，内置扬声器和提供麦克风插口，提供DVI、HDMI显示输出接口，以及鼠标、键盘、网线等接口；显示器显示软件操作界面。

（2）调度员操作软件：本软件基于Windows操作系统，利用VC++中MFC编程技术，编制操作界面。同时通过Socket网络编程，可以发送车次号给列车车载设备，从而与列车建立通信，实现选呼、多呼、全呼、派接、短消息等功能。

（3）麦克风：连接在主机上，可以与列车进行通话。

2.1.2 列车车载设备

（1）车载通信显示终端：基于Windows的小型主机和显示屏构成一体机，安装在列车操纵驾驶台上，并提供与送受话器连接串口，网线接口等。

（2）显示终端操作软件：基于MFC编程技术，开发操作界面，接收调度命令，并显示相关信息。同时可以实现呼叫调度中心，以及通过派接与其他列车进行通信。

（3）送受话器：安装在列车操纵台上，通过与主机的数据传输，对语音信号进行播放与录入，从而与调度中心进行通话。

2.1.3 连接设备

网络交换机及网线：连接调度中心和列车车载设备，进行数据传输。

2.2 调度中心操作界面

该软件操作界面利用MFC建立基于对话框的界面框架，由于真实地铁具有上、下行运行线路，因此绘制调度中心上行和下行两个操作界面，供两位调度员与上、下行列车进行通信。同时也要考虑某一列车在上下行时车次号的改变，从而建立起调度中心上下行操作界面之间的联系。下面以调度中心上行操作界面（如图4所示）为例，进行具体介绍。

图4 调度中心操作界面

调度中心操作界面主要包括列车列表和IPH、选呼、多选、派接、上下行全呼、短消息标签页，以及应答、PTT、停音按妞。同时还具有状态信息显示。具体如下：

（1）列车列表：主要有车次号、车体号、方向、注册、工况等项。调度中心传递车次号给列车，为列车完成注册。同时当列车请求呼叫调度中心时，以颜色突出显示当前呼叫列车。

（2）IPH请呼列表：当列车发出呼叫请求，显示在列表中，以未应答和已应答区分，右边设置应答按钮。

（3）PTT：当调度员与列车建立通信时，必须用鼠标按住PTT讲话，语音信号才能进行发送。松开PTT接收对方讲话。

（4）停音：实现挂断功能。

（5）其他功能：右上角显示时间日期，以及当前通话状态（单呼/挂断等）。

2.3 MFC语音的录入与播放

Win32 API中有一组被称成多媒体控制接口（即MCI-Media Control Interface）的函数，该接口提供了多媒体编程所需的系统级API。因此可以通过这个接口实现语音信号的处理。具体实现过程如图5所示。

图5 录放音步骤

2.3.1 录音过程

音频输入分为：打开设备、开始录音、关闭设备。

具体步骤为：waveInOpen（打开一个音频输入设备）、waveInPrepareHeader（为即将在wave-InAddBuffer中调用的输入缓冲区准备头部）、waveInAddBuffer（添加输入用的数据缓冲区）、waveInStart（开始录音）、waveInReset（清掉等待录音的缓冲区）、waveInClose（关闭设备）。

2.3.2 播放过程

waveOutOpen（打开一个音频输出设备）、wave-OutPrepareHeader（准备波形数据块）、waveOutWrite（向给定音频输出数据块）、waveOutUnPrepareHeader（清除准备）、waveOutClose（关闭设备）。

录音过程和播放过程中使用的声音文件操作函数的声明包含在mmsystem.h中，同时编译时要加入动态连接导入库winmm.lib。

2.4 通信实现

利用MFC下Socket网络编程仿真实现语音信号在调度中心和列车以及列车与列车之间的传输。

2.4.1 调度中心呼出

当调度中心单呼某一列车时：（1）MFC消息响应机制检测到呼叫请求，利用OnButton()函数调用TeacherTalk.call()，该函数中包含列车车次号相关ID及标志位；（2）调用OnHandleMessage()函数，该函数进行端口、IP地址等相关处理；（3）利用Socket进行数据的发送。相应的列车车载显示终端显示如图6所示。

图6 车载显示终端操作界面

图6中，当调度中心呼叫列车时，列车车载显示终端操作界面中呼入信息显示：表示调度中心正在呼叫，同时以提示音警示。

2.4.2 调度中心应答

当某一列车呼叫调度中心时：（1）可以在车载操作界面上通过请呼按钮选择呼叫行车，MFC消息响应机制检测到呼叫请求，利用OnButton()函数调用StudentTalk.call()，该函数中包含调度中心IP地址、列车车次号相关ID及标志位；（2）调用OnHandleMessage()函数，该函数进行端口、IP地址等相关处理；（3）利用Socket进行数据的发送。此时相应调度中心软件操作界面显示如图7所示。

图7 调度中心操作界面

图7中，当列车呼叫调度中心时，当前呼叫列车在列车列表中以颜色突出来警示，同时伴有提示音。不仅如此，请呼列表中还有未应答该列车消息提示。

3 结束语

本设计利用基于VC++下的MFC编程技术对地铁列车无线调度通信系统进行仿真研究。主要围绕调度中心操作界面的设计、语音信号的处理、Socket网络编程等方面，仿真实现列车与调度中心通信以及其他相关功能。因此，本设计具有一定的理论价值，同时可以进行地铁模拟驾驶的相关培训，具有一定的实用价值。

[1]侯俊杰.深入浅出MFC[M].2版.武汉：华中科技大学出版社，2008.

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[5]奚雯佳.基于TETRA的专用无线通信系统在城市轨道交通中的应用[D].南京：南京邮电大学，2014.

[6]由振鹏.地铁无线通信系统的设计与实现[D].大连：大连理工大学，2014

责任编辑 付 思

Radio Dispatching Communication System for Urban Transit trains

WANG Qi,QIAN Xuejun
( School of Electronic and Information Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)

Radio Dispatching Communication System for Urban Transit trains is with the purpose of transportation dispatching,to use the propagation of radio waves and implement communication between train and dispatching center or between trains.This article mainly focused on using VC++ programming technology to develop dispatching center operation interface,through the Socket network programming,and using wired mode to implement the communication simulation of train radio dispatching. At the same time,a brief introduce was given about related hardware and software part of train on-board display terminal.

radio dispatching communication;dispatching center;operation interface;VC++;Socket

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2016）07-0049-04

2015-12-23

王 琦，在读硕士研究生；钱雪军，副教授。