基于面向对象建模方法设计城轨运输能力仿真系统

禹翔

摘 要：改革开放40年来，我国城市轨道建设取得了举世瞩目的成就，加强城轨建设的关键在于提高综合运输能力。采用计算机仿真建模的方式对城市交通轨道系统进行了分析，通过计算机模型来对城轨系统进行设计，旨在为城轨运输管理水平的提升提供可行性建议。

关键词： 城市轨道交通; 计算机仿真; 运输能力

中图分类号： TP 311

文献标志码： A

Abstract： Forty years of reform and opening-up， Chinas urban rail construction has made remarkable achievements. The key to strengthen urban rail construction is to improve the comprehensive transport capacity. This paper uses computer simulation modeling to analyze the urban rail system， and designs the urban rail system through computer model in order to provide a feasible way to improve the level of urban rail transport management. Sexual suggestions.

Key words： urban rail transit; computer simulation; transportation capacity

0 引言

城市轨道交通系统复杂、投资高、工程量大，需要重点加强设计与规划工作，而单纯依赖设计者的经验则会面临许多局限性[1]。计算机仿真技术能够最大程度上提高城轨系统的合理性，提高运输能力[2]。因此，合理应用计算机仿真技术对于提高城轨交通的建设水平有着十分重要的意义。

1 UML建模机制

UML的全称为Unified Modeling Language，即统一建模语言，该建模机制定义了5类10种模型图，能够将系统的性质以不同层次、不同角度、不同范围加以表示[3]。它通过图形机制、文本语法、符号来表达某一问题的解决路径[4]。UML建模體系，如表1所示。

2 运行仿真子系统设计

2.1 ATS仿真模块

该模块具体负责列车管理和进种控制两项任务，具体包含列车管理子模块、进路控制子模块和总处理模块三个部分[5]。其中总处理子模块负责对整个ATS模块的运行进行管理;进路控制子模块能够处理当前列车的位置信息，进而判断是否触发下一条进路;列车管理子模块负责下达干预命令，并将发车、跳停、扣车等控制命令传达给VOBC仿真模块。ATS仿真模块采用的工作流程，如图1所示。

2.2 CI仿真模块

该模块具体负责移动闭塞下和固定闭塞下的进路处理，具体包含移动闭塞进路处理子模块和固定闭塞进路处理子模块，两者均具有解锁进路、锁闭进路、排列进路、检查状态等功能[6]。CI仿真模块采用的工作流程，如图2所示。

2.3 ZC仿真模块

该模块负责为列车计算移动授权MA，其中MA指的是前方终点障碍物到列车车尾这部分线路[7]。可能遇到的障碍物主要有道岔、信号机和前方列车等，以前行列车为主的障碍物被称为动态障碍物，以道岔为主的障碍物被称为静态障碍物。移动授权示意图，如图3所示。

ZC模块依照来自CI仿真模块所输出的设备状态信息、进路信息以及来自VOCB仿真模块的列车位置信息对前方进路进行自动匹配，进而对MA的终点进行判断，列车车尾位置即为MA的起点。ZC仿真模块采用的工作流程，如图4所示。

2.4 VOBC仿真模块

该模块主要负责列车模型的建立，记录列车仿真数据，实现车载ATP/ATO功能，具体包括仿真数据统计子模块、仿真数据计算子模块、列车仿真驾驶子模块、列车模型计算子模块以及列车限速计算子模块。VOBC仿真模块采用的工作流程，如图5所示。

3 显示控制子系统设计

显示控制子系统具体负责铺画线路，并将线路布置情况分享给用户，在此了上控制仿真过程，制定仿真策略[8]。该子系统包含三个模块，即仿真策略管理模块、仿真管理模块以及线路力管理模块。

3.1 线路图管理模块

该模块负责借助图形形式来显示轨旁设备信息和线路信息，线路图是由许多相互联系的元素所构成的，各种元素的状态也是处于变化状态的，因此需要在仿真过程中生成实时变化的仿真信息[9]。绘制线路图的具体流程，如图6所示。

3.2 仿真管理模块

该模块负责加工处理仿真数据，将仿真过程以动态化的形式展示出来，帮助用户实现仿真控制并实时获取仿真信息[10]。仿真管理模块需要对光带、道岔、信号机、列车等方面的情况进行实时的更新，实现数据更新与显示更新之间的同步[11]。仿真管理模块工作流程，如图7所示。

3.3 仿真策略管理模块

3.3.1 全线仿真策略

全线仿真策略指的是在一定行车组织、信号制式、车型的情况下，根据运行图来进行仿真的过程，根据列车车型编组、信号系统制式等信息来配置仿真参数[12]。全线仿真策略示意图，如图8所示。

3.3.2 单项仿真策略

单项仿真策略指的是在一定行车组织、信号制式、车型的情况下，对单个车站的出入段能力、折返能力和路通过能力进行仿真的过程，以线路通过能力仿真为例，单站台连续发车仿真策略，如图9所示。

（1） 验证范围

默认40秒。

（2） 验证时间

1小时。

（3） 列车运行方向

根据加车站台出站信号机防护方向来对初始运行方向进行确定。

（4） 计数点的确定

在折返渡线所在计轴区段内，与A站台距离最远的计轴器位置，根据列车运行方向来确定进站与出站计数点。

（5） 加车位置

B站下行站台的下行停车点处或B站上行站台的上行停车点处。

（6） 发车时机

根据发车间隔时间来确定发车时机。

（7） 作业过程

B站连续发车→A站侧向进站→A站直向发车。

（8） 运行路径

对于下行初始运行方向来说，则由B站下等站台出发，于A站侧进直出。

4 系统工作流程

4.1 仿真准备

第一，以网络为基础建立分布式仿真环境，对端口号和仿真主机IP进行合理化的分配;

第二，在数据库子系统处于启动状态的情况下运行仿真子系统，使仿真子系统处于就绪状态;

第三，选择目标线路并进行仿真运算，完成对应线路全部数据的下载操作;

第四，在本地硬盘中保存线路数据;

第五，解析所下载的文件，对线路模型进行实例化处理并将线路图显示出来;

第六，用户可以对仿真列车信息进行查看与复制，同时也可以对列车信息进行修改，进而建立一个自定义的仿真列车;

第七，通过对相关仿真策略參数进行手动配置，可以建立全线或单项仿真策略;

第八，在对各个仿真模块进行初始化操作后，显示控制子系统会为每个线路发送一个识别码，并从数据库中获取相应的线路数据;

第九，各仿真模块对所获取的数据文件进行解析并进入就绪状态，再将确认信息反馈给显示控制子系统。

4.2 仿真执行

在完成仿真准备工作的基础下，接下来进入仿真执行阶段，具体流程如下。

第一，对仿真策略进行验证，显示控制子系统会向ATS仿真模块传递仿真策略参数（发车间隔时间、行车路径、闭塞模式、销车位置、加车位置以及初始运行方向等），向VOBC仿真模块传递仿真列车参数（制动参数、牵引参数以及静态参数等）;

第二，在每个仿真周围内，由显示控制子系统依次调动各仿真模块投入运行;

第三，由ATS仿真模块负责列车控制和进路触发;

第四，由CI仿真模块负责解锁进路、锁闭进路、排列进路，发送设备状态信息和进路信息;

第五，ZC仿真模块在设备状态信息和进路信息的基础上为列车计算MA;

第六，VOBC仿真模块在列车位置信息和MA信息的基础上计算列车运行速度，实现计算列车位置;

第七，在每个仿真周期中，由显示控制子系统接收来自各仿真模块的实时仿真数据;

第八，根据所接受收到的信息，由显示控制子系统对后台模型数据进行修改，进而生成动态化的仿真过程;

第九，基于来自VOBC模块的仿真列车数据，在每个仿真周围内生成列车闭塞时间序列图;

第十，由用户对仿真过程进行控制，比如调整仿真步长、停止仿真、恢复仿真以及暂停仿真等。

5 总结

在我国社会经济快速发展的大背景下，城轨运输管理正向着自动化、智能化的方向发展。科学合理地使用城轨运输能力仿真系统是提高管理自动化水平的必要条件。因此，在未来的研究工作中，还应当对城轨交通系统的计算机仿真技术进行更加深入的研究，提高城轨管理水平。

参考文献

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[11] Haodong Yin，Jianjun Wu，Zhiyuan Liu，et al. Optimizing the release of passenger flow guidance information in urban rail transit network via agent-based simulation[J]. Applied Mathematical Modelling，2019，22（4）：17-18.

[12] Fang Mao，Zonglong Mao，Ke Yu. The Modeling and Simulation of DC Traction Power Supply Network for Urban Rail Transit Based on Simulink[J]. Journal of Physics： Conference Series，2018，10（4）：36-37.

（收稿日期： 2019.08.27）