CN101430738A - 适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于测试环境下信号系统交通仿真器的实现方法，包括建表步骤，每个周期将列车位置报告提供给ATS系统步骤，每个周期将列车状态信息提供给ATS系统步骤，在事件发生时，将列车事件提供给ATS系统步骤，模拟实际系统中轨旁ATP的功能步骤，对联锁子系统仿真的步骤。本发明是针对目前实验室条件下列车自动监控系统难以检验其运行的功能和性能问题，设计的一种能模拟ATP/ATO、联锁系统运行，用于对列车自动监控系统进行检验的仿真器实现方法。

Description

适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法

技术领域

本发明涉及一种城市轨道交通信号系统调试用装置实现方法，尤其是一种适用于测试环境下信号系统交通仿真器的实现方法。

背景技术

城市轨道交通系统是一个复杂、庞大的系统。在轨道交通系统中，信号系统占有重要地位，它是保障轨道交通系统安全高效运行的基本手段，由ATP/ATO(车载及轨旁)和列车自动监控(Automatic Train Supervision，简称ATS)、联锁子系统组成。

对于一个如此重要的系统，对每个子系统，开发后都要进行无数的实验来测试其性能好坏。当然可以直接在试车线上进行实际的测试，但是这样不仅耗费大量的人力物力，而且其安全性也得不到保障，所以在室内首先进行大量的测试是必要的。为了验证列车自动监控系统的运行情况，在实验室就必须提供一整套的ATP/ATO、联锁系统来支持测试其功能及性能。因此急需设计一种能模拟ATP/ATO、联锁系统运行的仿真器，用于对列车自动监控系统进行检验。

发明内容

本发明的目的是针对目前实验室条件下列车自动监控系统ATS难以检验其运行的功能和性能问题，设计了一种能模拟实际运行情况下可用于检验ATS系统工作性能的城市轨道交通信号系统的交通仿真器以及其实现方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法，其特征在于，包括下列步骤：

1).建表步骤，将系统的站场静态数据与动态数据，以及各列车对象的参数信息产生数据表格，存于数据库中；

依据列车时刻表实现对不同列车的上线控制，系统运行后，根据时刻表周期性的判断每一辆车的上线时间，若已满足条件则开始处理对应此车的相关信息，否则继续等待直至上线；

2).每个周期将列车位置报告提供给ATS系统，读取数据库中配置的线路参数信息、列车参数性能，再根据牵引制动率计算速度，进而计算运行周期内的可能移动距离，并依据配置数据计算当前列车处于哪个逻辑ATP，即列车的位置；

3).每个周期将列车状态信息提供给ATS系统，包含当前的驾驶模式、是否采用紧急制动、是否扣在站台；

4).在事件发生时，将列车事件提供给ATS系统，根据ATS系统下达的目标站、及站间运行时间，按照一定的加速度向下一站运行，到站台并且挺稳后发送列车到站事件；当列车离开本站台要发送列车离站事件，在两站间行驶过程中，有可能会收到下一站的越站指令，当成功越站后，就发送越站事件；

5).模拟实际系统中轨旁ATP的功能，根据车载系统传来的列车位置进行一系列的计算并计算EOA，给出每个列车对象的安全行驶距离；

6).对联锁子系统仿真，进行周期性的处理，当收到本进路的设置命令时，则进行该进路的所有元素检查，检查通过则开放进路始端信号机，如果有静态故障则向ATS系统报告进路不能排出；如果是动态故障，则再连续检查几次，达到规定次数后，如果仍然未通过则放弃排路；当收到进路的取消命令时，检查进路始端信号机是否关闭，如果关闭，则放弃取消进路；如果开放，检查进路内是否有车，如果没有车，则解锁整条进路；如果有车，则解锁从始端信号机到车尾的区段。

解锁实现方法如下：每条进路都有其自己的一个属性，即ATP解锁数目UnlockNum，初始化为0；从本进路的第一个元素开始，如果元素占用，则置HaveTrainFlag为true，再判断最后一个ATP的状态；如果元素空闲且进路内无车，则UnlockNum++，解锁本元素，如果本元素为道岔，则取消道岔的进路征用及锁闭，反之则取消轨道的进路征用；如果元素空闲且有车，则不取消进路征用；对最后一个元素，如果空闲，则将进路解锁数目置为0，判断是道岔还是轨道，如果是道岔则取消道岔的进路征用及锁闭，如果是轨道，则取消轨道进路征用；如果元素占用且HaveTrainFlag为true，则将解锁数目置为总的ATPNum-1。

人机操作界面用来显示现场所有设备的状态及故障模拟过程的处理，采用站场配置工具实现的。

本发明的技术效果如下：

本发明解决了市场急需，利用对列车数据、线路数据的完整描述，既可在线进行检验，也可进行离线检验。对于列车运行，既可以模拟基于无线通信下的列车处理，又可以模拟列车失去通信时的运行及此情况下的联锁处理。

本发明结构简单，易于实现，成本低，可省去大量的试验设备投资，经济效益十分明显。接口简单，最大限度地节省了设备配置，实现高性能价格比。

附图说明

图1是本发明的结构示意框图。

图2是本发明的软件层次框图。

图3是本发明列车处理控制实现的程序框图。

图4是本发明的列车事件处理程序框图。

图5是本发明计算区段占用空闲实现方法程序框图。

图6是本发明进路解锁实现方法程序框图。

具体实施方式

下边结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

本发明克服了实验室条件的限制，为测试信号系统的列车自动监控系统提供了一种交通仿真器。它通过利用商用的工控计算机和网络搭建一套硬件平台(见图1)，所述的工控机选择为Simens抗高温、振动系列机，能很好的模拟某些现场的实际环境。所述工控机通过多屏卡外加三个显示器1\2\3组成仿真器，显示整个站场元素状态，其中视车站的数目决定显示器的数量。另外工控机通过以太网Ethernet与ATS系统中的本地操作员工作站(简称LOW)以及列车排路计算机(简称TRC)相连接。人机操作界面(简称HMI)除了显示元素状态信息等，还用于故障状态的模拟等。在实际系统中，为了保证系统的可靠性与安全性，网络通信都采取冗余措施。因此，仿真器与ATS系统的网络连接也采取了双网措施。

本装置用于完成对实际运行设备的仿真，比如列车运行以及联锁系统逻辑的处理等等，其具有很强的实效性；同时富于人性化的友好人机操作界面用来显示现场所有设备的状态及故障模拟过程的处理等。该仿真器配以相应的仿真软件，能够实现实验室条件下最基本的运行情况仿真，对ATS系统进行功能测试。同时本发明可以根据系统的容车能力实现运行线上多列车的环境仿真。

图2清晰的展现了仿真器的软件层次框图，通过读取数据库的配置数据，能满足不同线路站场的应用，HMI的站场图则是采用站场配置工具实现的。

为了将ATP/ATO系统与联锁系统的处理都集成在该工控机上，实现列车运行控制、进路控制的功能，本实施例采用了以下方法：

具体地说，针对多辆列车的环境仿真，依据列车时刻表实现对不同列车的上线控制。系统运行后，根据时刻表周期性的判断每一辆车的上线时间，若已满足条件则开始处理对应此车的相关信息，否则继续等待直至上线。

对于每个列车对象，本发明的仿真器必须每个周期提供给ATS系统中TRC所需要的列车位置报告及列车状态信息，其软件处理流程如图3：读取数据库中配置的线路参数信息、列车参数性能，再根据牵引制动率计算速度，进而计算运行周期内的可能移动距离，并依据配置数据计算当前列车处于哪个逻辑ATP，即列车的位置。列车状态信息包含当前的驾驶模式、是否采用紧急制动(原因)、是否扣在站台等。当接收到ATS系统中TRC传来的左右侧开、关门指令后，依据列车车门的实际控制信息，确定列车车门的当前门状态，在界面上显示，并发送给列车车载设备。

对于每个列车对象，本仿真器必须在事件发生的时间提供给ATS系统中TRC所需要的列车事件，所谓事件是指在列车行驶过程中，总是伴随着上线、到站、离站、越站等。它是基于这样的逻辑处理(如图4)：每个周期都要进行判断，上线标志如果为false，再看是否已经到达时刻表规定的上线时间，若满足条件则列车上线，置上线标志为true，不满足下个周期继续判断；如果已经上线，根据ATS系统中TRC下达的目标站、及站间运行时间，按照一定的加速度向下一站运行，到站台并且挺稳后发送列车到站事件；当列车离开本站台要发送列车离站事件，在两站间行驶过程中，有可能会收到下一站的越站指令，当成功越站后，就发送越站事件。

对于每个列车对象，本仿真器必须在每个周期根据车头以及车尾所处的逻辑ATP，对新占用的ATP置占用、离开的ATP置空闲信息。这主要是模拟了实际系统中轨旁ATP的功能，即根据车载系统传来的列车位置进行一系列的计算并计算EOA(列车最大安全移动距离)，给出每个对象的安全行驶距离。逻辑处理如图5所示：对于通信正常的列车，判断车头所处ATP与上个周期是否一样，如果不同，则置当前ATP为占用，如果相同，则不做处理；同理也要判断车尾所处ATP是否与上个周期相同，如果不同，则将上个周期所处的ATP置空闲。对于丢失通信的列车，要将本计轴区段的所有ATP置为占用，直至车尾进入下一个计轴，才能将上一个计轴整体置空闲。

针对联锁的仿真，主要进行了进路处理，包括进路设置、取消、解锁等，以及现场信号元素的指令处理。具体说来：

所有进路都是进行周期性的处理，当收到ATS系统中TRC(或LOW)下达的本进路的设置命令时，则进行该进路的所有元素检查，检查通过则开放进路始端信号机，如果有静态故障(即通过连续检查仍然不能排除的故障，比如区段封锁等)则向ATS系统中TRC(或LOW，从哪里发出则向谁报告)报告进路不能排出；如果是动态故障(比如道岔当前不在要求的位置但是没有锁闭)，则再连续检查几次，达到规定次数后，如果仍然未通过则放弃排路；当收到进路的取消命令时，检查进路始端信号机是否关闭，如果关闭，则放弃取消进路。如果开放，检查进路内是否有车，如果没有车，则解锁整条进路；如果有车，则解锁从始端信号机到车尾的区段。

进路的解锁是联锁系统的一个很重要的功能，基于这样的逻辑处理，如图6所示：每条进路都有其自己的一个属性，即ATP解锁数目UnlockNum，初始化为0；从本进路的第一个元素开始，如果元素占用，则置HaveTrainFlag为true，再判断最后一个ATP的状态；如果元素空闲且进路内无车，则UnlockNum++，解锁本元素，如果本元素为道岔，则取消道岔的进路征用及锁闭，反之则取消轨道的进路征用；如果元素空闲且有车，则不取消进路征用。对最后一个元素，如果空闲，则将进路解锁数目置为0，判断是道岔还是轨道，如果是道岔则取消道岔的进路征用及锁闭，如果是轨道，则取消轨道进路征用；如果元素占用且HaveTrainFlag为true，则将解锁数目置为总的ATPNum-1；

本发明提供的仿真器具体工作过程如下：

首先创建周期性的任务来实现系统的仿真，操作界面部分采用图形化很强的软件开发环境(利用加载已经画好的站场图)，与ATS系统中LOW和TRC双向通信，具有仿真对现场元素控制、进路控制、列车运行与控制及故障状态的模拟处理等。

对于多列车的运行控制仿真，本发明对线路上的每列车各自产生一个对象，根据每列车的参数信息对象也有相应的差别。在列车行驶过程中，创建的周期性任务对每一个对象进行实时的处理。包括：

建表步骤，首先针对整个系统的实际需求，进行相应的站场静态数据与动态数据的描述，如线路长度描述、线路坡度描述、线路曲率描述、车站描述、线路上主要设备描述等；进行列车数据的准备，包括列车长度、车辆重量、车轮直径、紧急制动反应时间等，并将这些数据依据最优化原则产生数据表格。

输入步骤：接收ATS系统发送过来的指令信息。

处理步骤：(1)产生列车位置报告信息：读取数据库中配置的线路参数信息、列车参数性能，再根据牵引制动率计算速度，进而计算运行周期内的可能移动距离，并依据配置数据计算当前列车处于哪个逻辑ATP；而且还会根据该信息产生列车最大安全移动距离(EOA)；(2)产生列车状态信息：根据TRC系统发送的开关门指令完成开、关门的过程，产生门状态信息，可在界面上显示，可进行故障设置；根据LOW发送的列车限速指令，实施在特殊区段的慢速行驶；(3)列车行驶过程中，要根据当前的列车所在的位置，是否到达站台或者离开站台、越站，产生相应的列车事件；(4)产生区段的空闲/占用信息，模拟实际轨旁ATP的功能：根据车头、车尾当前所在ATP与上周期所在ATP进行比较处理，判断是否要报告空闲/占用；

输出步骤：将列车位置信息、列车当前状态信息等数据按列车参数进行输出处理，并转换成ATS系统能够识别的指令。

对于联锁系统的仿真，也以周期(计时器触发)进行。系统启动后，该模块按照1秒的间隔运行。主要模拟了联锁的进路控制、道岔控制、轨道控制以及信号控制等功能，包括下列步骤：

输入步骤：进路控制指令可以从TRC自动获得或者LOW人工下达，道岔与信号机、轨道控制指令只能从LOW人工下达；

处理步骤：(1)进路功能负责整条进路的排列、解锁及取消等。因为进路控制功能将直接影响到列车行驶的安全，所以当命令不符合安全条件时，它将拒绝执行命令；(2)道岔控制功能负责道岔的解锁、转换、锁闭、封锁/解封、强行转岔、单独锁定/取消锁定；(3)轨道控制功能负责轨道的封锁/解封、设置轨道逻辑空闲、轨区故解等；(4)信号控制功能负责监督轨旁信号机状态，并根据进路的状态及ATS发来的控制命令来控制信号机。

输出步骤：将现场进路、道岔、信号机、轨道的状态发送到ATS系统的LOW与TRC。

Claims (4)

1、一种适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法，其特征在于，包括下列步骤：

1).建表步骤，将系统的站场静态数据与动态数据，以及各列车对象的参数信息产生数据表格，存于数据库中；

2).每个周期将列车位置报告提供给ATS系统，读取数据库中配置的线路参数信息、列车参数性能，再根据牵引制动率计算速度，进而计算运行周期内的可能移动距离，并依据配置数据计算当前列车处于哪个逻辑ATP，即列车的位置；

3).每个周期将列车状态信息提供给ATS系统，包含当前的驾驶模式、是否采用紧急制动、是否扣在站台；

4).在事件发生时，将列车事件提供给ATS系统，根据ATS系统下达的目标站、及站间运行时间，按照一定的加速度向下一站运行，到站台并且挺稳后发送列车到站事件；当列车离开本站台要发送列车离站事件，在两站间行驶过程中，有可能会收到下一站的越站指令，当成功越站后，就发送越站事件；

5).模拟实际系统中轨旁ATP的功能，根据车载系统传来的列车位置进行一系列的计算并计算EOA，给出每个列车对象的安全行驶距离；

6).对联锁子系统仿真，进行周期性的处理，当收到ATS系统下达的本进路的设置命令时，则进行该进路的所有元素检查，检查通过则开放进路始端信号机，如果有静态故障则向ATS系统报告进路不能排出；如果是动态故障，则再连续检查几次，达到规定次数后，如果仍然未通过则放弃排路；当收到进路的取消命令时，检查进路始端信号机是否关闭，如果关闭，则放弃取消进路；如果开放，检查进路内是否有车，如果没有车，则解锁整条进路；如果有车，则解锁从始端信号机到车尾的区段。

2、根据权利要求1所述的一种适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法，其特征在于，所述步骤6中进路的解锁实现方法如下：每条进路都有其自己的一个属性，即ATP解锁数目UnlockNum，初始化为0；从本进路的第一个元素开始，如果元素占用，则置HaveTrainFlag为true，再判断最后一个ATP的状态；如果元素空闲且进路内无车，则UnlockNum++，解锁本元素，如果本元素为道岔，则取消道岔的进路征用及锁闭，反之则取消轨道的进路征用；如果元素空闲且有车，则不取消进路征用；对最后一个元素，如果空闲，则将进路解锁数目置为0，判断是道岔还是轨道，如果是道岔则取消道岔的进路征用及锁闭，如果是轨道，则取消轨道进路征用；如果元素占用且HaveTrainFlag为true，则将解锁数目置为总的ATPNum-1。

3、根据权利要求1所述的一种适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法，其特征在于，步骤2之前还包括：依据列车时刻表实现对不同列车的上线控制，系统运行后，根据时刻表周期性的判断每一辆车的上线时间，若已满足条件则开始处理对应此车的相关信息，否则继续等待直至上线。

4、根据权利要求1所述的一种适用于测试环境下的信号系统交通仿真器的实现方法，其特征在于，人机操作界面用来显示现场所有设备的状态及故障模拟过程的处理，采用站场配置工具实现的。

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