高速铁路列控动态检测计划 可视化系统设计研究

陈 亮

（中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081)

根据国家发展和改革委员会印发的《中长期铁路网规划》，2020年我国高速铁路营业里程将达到3万km，2025年高速铁路营业里程将达到3.8万km左右。在高速铁路正式开通运营前，需要进行高速铁路联调联试及运行试验，而高速铁路列控动态检测计划作为联调联试的重要环节，在很大程度上影响联调联试总体进度与质量[1]。高速铁路列控动态检测大致可分为大纲编写、动车组检测、检测问题认定与现场修改，以及动态检测报告编制4个阶段。其中，高速铁路列控动态检测计划是保证高速铁路列控动态检测顺利进行的重要载体，贯穿该检测的全过程。目前，高速铁路列控动态检测计划主要采用文字描述反映动车组实际走行路径和检测范围，不直观且不易理解，因而亟需研发一套高速铁路列控动态检测计划可视化系统，保证检测计划编制的准确性与时效性，进而不断提升高速铁路列控动态检测的质量与效率。

1 高速铁路列控动态检测计划可视化系统框架

1.1 设计原则

在高速铁路列控系统动车组检测阶段，检测计划内容需要根据现场实际情况不断调整，因而极易产生错误[2]。在检测计划传达过程中，如果相关配合单位与配合人员仅仅从文字描述理解内容，容易出现理解不一致甚至理解错误的情况，因而针对动态检测过程中可能出现的问题，需要加快对高速铁路列控动态检测计划可视化系统进行设计，以实现编制自动化、展示图形化、管理一体化的目标。高速铁路列控动态检测计划可视化系统设计应遵循以下原则。

（1）建立基础列控数据库。根据铁路客运专线运营公司提供的列控数据表及计算机辅助设计(CAD)站场文件等数据[3]，建立高速铁路列控基础信息数据库，实现基础数据的集中管理，满足检测计划数据需求，同时为实现数据聚合、分析和展示提供基础保障。

（2）检测计划审核。根据当日检测计划及线路基础列控数据，为计划编制人员提供编制工具并进行审核，避免出现如序列间进路无法衔接、列车进路安排有误、检测范围不符及限速区段与实际列车走行区段不一致等错误，提高检测计划编制的准确性[4]。

（3）可视化展示。该功能将检测计划中的检测范围和试验动车组进路的文字内容通过图形化方式进行展示，可以弥补文字描述不直观的缺点，准确表达试验动车组走行进路[5]，便于运输、机务、工务、供电等试验配合单位直观理解试验目的和配合需求，为高效、精细的组织安排提供支撑。

（4）辅助决策。实现检测全过程的计划管理，包括检测内容、检测日期、检测问题的记录及检测进度的跟踪，支持快速检索，按照日期、关键字、问题类型，实现检测计划的快速检索与排序[6]，并对问题整改情况进行汇总，可以为高速铁路联调联试检测计划的组织安排提供辅助决策支撑。

1.2 框架设计

为保证建立基础数据库、计划审核、可视化展示、辅助决策等设计原则的实现，高速铁路列控动态检测计划可视化系统按照数据资源层、数据访问层、业务逻辑层、图形化展示层的总体架构思路，实现计划管理及可视化功能。高速铁路列控动态检测计划可视化系统总体架构如图1所示。

（1）数据资源层。数据资源层通过读取外部基础数据，建立系统基础列控数据库，不断存储检测过程中的内部数据，通过电子表格(Excel)、文本处理器(Word)、配置文件文本信息为主要数据载体进行数据读取和存储。基础数据包括列控数据表，车站进路信息表、信号数据表、车站信息表、车站站场CAD图及站场CAD坐标数据。为便于数据管理，高速铁路列控动态检测计划可视化系统将数据资源分为车站类资源、进路类资源、信号机类资源、轨道区段类资源、道岔类资源等类型，为提高数据资源的检索速度提供保障[7]。

（2）数据访问层。数据访问接口对象是数据访问层的核心载体，与业务逻辑层和数据资源层均产生交互。数据访问层通过对数据访问对象进行封装，实现对系统基础列控数据库的访问及对基础数据的增加、删减、修改、查询等操作功能。此外，数据访问层还负责基础数据资源层与业务逻辑层的数据传递，并对数据业务逻辑处理形成透明层，自身不涉及数据的逻辑处理，保证数据访问与数据处理的相对独立，避免产生错误。

图1 高速铁路列控动态检测计划可视化系统总体架构Fig.1 Overall architecture of high-speed railway train control system inspection visual system

（3）业务逻辑层。业务逻辑层集文档输出功能、逻辑审核功能、数据分析功能、数据读取功能、查询功能和文字转译功能于一身，通过文字转译、数据分析、关键字查询等方法，对汇集的数据进行处理加工，实现数据处理与分析，同时配备表格组件和文档组件，满足不同联调联试指挥部对各自计划格式的需求，上述组件与逻辑审核组件相互配合，实现计划形式化及初步内容的审核功能，利用试验问题的状态管理与查询组件，可以查询当前试验进度、待整改问题及整改进度，为试验方及组织协调方提供辅助决策。

（4）图形化展示层。图形化展示层实现了站场平面图、计划列车进路图的展示功能及输出功能[8]。图形化展示层根据业务逻辑层传输的应用数据，将检测范围内的站场及计划中列车的走行进路，通过平面图形进行展现，并与业务逻辑层分离，进行不同图形颗粒度展示，相关配合单位与配合人员可以更加直观地理解检测计划，保障动态检测过程顺利无误。

2 高速铁路列控动态检测计划可视化系统模块分析

高速铁路列控动态检测计划可视化系统主要包含基础数据管理、计划编制与管理、计划图形化展示和软件维护4个模块。基础数据管理模块负责建立基础列控数据库并读取外部基础数据；计划编制与管理模块负责编制与审核检测计划和记录检测内容与问题，支持组织协调方进行辅助决策；计划图形化展示模块负责将站场图与列车进路图进行图形化展示与输出，直观准确展示检测计划内容；软件维护模块负责记录运行过程问题并及时提交至系统维护人员进行整改，保证系统稳定运行。高速铁路列控系统检测可视化系统通过处理列控工程数据表、车站站场图坐标数据等基础数据，为决策人员、编制人员、检测配合人员及开发人员提供集计划自动编制、逻辑处理、图形化展示及软件维护一体化平台。高速铁路列控系统检测可视化系统功能架构如图2所示。

2.1 基础数据管理模块

基础数据管理模块包含列控数据表读取模块和车站站场图坐标读取模块。从系统数据处理流程来讲，基础数据读取模块负责读取线路的基础数据，包括列控工程数据表及CAD站场图坐标数据。基础数据管理模块对外负责基础数据的读取，实现数据格式、查询和管理的统一；对内是整个系统的数据中心，为计划编制与管理模块、计划图形化展示模块提供数据，实现检测线路站场图可视化展示、检测计划列车走行进路分析、检测计划初步审核功能，是整个可视化系统的数据基础。

（1）列控数据表读取子模块负责提取铁路客运专线公司提供的信号列控数据，并将其赋值给建立好的数据库对象，以方便后续的调用、取值、计算、可视化绘制等操作。

（2）车站站场图坐标数据读取子模块负责读取站场图坐标数据，利用站场图CAD软件生成车站、信号机、道岔和车站各股道等对象的坐标数据文件，通过遍历数据文件的方式，读取这些对象在CAD图中的位置坐标和名称坐标，存储在对应的对象坐标位置数据[9]。

图2 高速铁路列控系统检测可视化系统功能架构Fig.2 Function architecture of visual system for train control system of high speed railway

2.2 计划编制与管理模块

计划编制与管理模块包含计划编制与读取模块、计划序列记录模块和试验问题记录模块。该模块用于管理计划检测序列，可以对计划进行输出、记录，提供编制工具并进行审核，自动输出当日检测计划，提前发现计划中存在的问题并及时排查，提高检测计划的准确性。

（1）计划编制与读取子模块负责读取检测计划中指定检测序列的文字描述，通过读取Excel计划编制文件实现检测计划的编制与读取，在检测计划编制过程中，进行计划逻辑审核，保证计划的正确性。

（2）计划序列记录子模块负责记录、跟踪、查询检测序列状态，待计划编制完成后，根据检测计划的实际执行情况统计，对完成序列的列车进路、限速和场景等要素进行实时追踪，标记序列实际完成情况及状态，通过关键字段查询试验过程记录。

（3）试验问题记录子模块负责记录试验过程中发现的问题及问题整改情况，对当天检测发现的问题及有问题序列进行准确地记录并不断追踪问题整改情况，安排针对性复测验证序列，实现问题发现、整改、复测情况的全方位追溯，保证了检测序列不遗漏、不重做，提升检测的质量与效率。

2.3 计划图形化展示模块

计划图形化展示模块包含站场图展示子模块、列车进路图展示子模块和计划输出子模块，该模块的主要功能为通过文字转移解译为进路示意图。计划图形化展示模块中存储了站内信号机和区间信号机位置数据，按照每一个车站的上行进站信号机、下行进站信号机为始终端信号机建立的关联信息，区间信号机则是将每一条正线的上行进站信号机与下行进站信号机为始终端信号机建立的关联信息。该模块根据以上数据，将描述列车走行进路的铁路运输语言解译为列车走行进路关键信息，结合绘制好的检测线路站场图中的车站位置信息、道岔信息、股道信息等数据，对列车走行进路进行可视化展示。

（1）站场图展示模块负责展示待测线路的车站站场示意图，根据基础数据中站场示意图各对象的位置数据、前后位置关联逻辑关系、配置文件中坐标数据显示偏移位置等信息，包括车站名称、车站股道、信号机、道岔、区间线路等进行可视化展示[10]。以京沈高速铁路(北京—沈阳)列控动态检测计划为例，检测范围为辽宁省朝阳北站(含)—姚家窝铺线路所(不含)区间，京沈高速铁路部分车站站场示意图如图3所示。

（2）列车进路图展示模块负责在站场示意图展示的基础上进行列车进路情况的图形化展示，以检测序列的文字描述为基础，通过查询进路数据表及车站站场图坐标数据，解译列车进路文字描述，提取文字描述的关键信息，将相关信息整合并转换为图形进行直观展示。仍以京沈高速铁路列控动态检测计划为例，检测范围为辽宁省朝阳北站(含)—姚家窝铺线路所(不含)区间，京沈高速铁路部分车站列车进路图如图4所示。

图3 京沈高速铁路部分车站站场示意图Fig.3 Schematic diagram of some stations of Beijing-Shenyang High-Speed Railway

（3）计划输出子模块负责将图形化展示的车站站场图及列车进路图通过Word以预先设定的格式进行文档自动输出，该子模块主要通过解译检测计划中动车组走行进路文字描述，解译为动车组走行进路示意图，配合计划中的文字内容，汇总为完整的高速铁路列控动态检测计划。

2.4 软件维护模块

高速铁路列控动态检测计划可视化系统运行过程中发现的软件错误通过系统日志记录并保存，日志记录是系统运行过程的录像，对于数据统计，软件异常问题分析，以及后续系统升级优化都起到至关重要的作用。

（1）日志子模块负责记录系统运行期间的异常情况，以固定格式进行记录，以自然日为单位形成独立日志文件，提高系统使用过程中错误分析的效率。

图4 京沈高速铁路部分车站列车进路图Fig.4 Train route map of Beijing-Shenyang High-Speed Railway

（2）邮件发送子模块在有互联网的情况下，将存在问题的日志文件自动发送至系统维护人员邮箱，便于系统开发人员查找问题发生的原因，达到提高系统使用过程中维护效率的目的，进一步保障系统平稳运行。

3 结束语

随着我国高速铁路的不断建设与开通运营，作为高速铁路联调联试关键环节之一的列控动态检测，在各个方面不断优化、完善测试手段，努力提升检测质量与效率。高速铁路列控动态检测计划可视化系统能够快速、准确地生成检测计划，不仅可以应用于计划编制过程的进路图绘制，提高计划编制时效性及准确性，还可以在保证检测效果方面发挥作用，辅助试验及配合人员直观、准确地理解检测计划目的及内容，更加合理地对动态检测、施工进度及参试人员进行统筹安排，支撑高速铁路列控动态检测辅助决策，为我国高速铁路列控系统安全可靠运行保驾护航。