CN104360844A - 基于opc ua标准的协议转换服务器和ats系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于OPC UA标准的协议转换服务器和ATS系统，所述服务器包括：信息模型建立单元，用于根据列车自动运行监督ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；动态链接库生成单元，用于将所述ATS系统的信息模型导出为模型类库，该类库被编译为ATS模型动态库；协议转换单元，用于根据预设的ATS系统协议解析库，通过OPC UA标准的软件开发工具包SDK将所述ATS模型动态库从ATS系统协议转换为符合OPC UA标准的点列表。本发明基于OPC UA标准的协议转换服务器和ATS系统实现了标准化通信协议，有利于轨道交通各系统之间的融合，更有利于实现轨道交通的智能化以及通信数据的安全传输。
Description
技术领域
本发明涉及列车监控技术领域，具体涉及一种基于OPC UA标准的协议转换服务器和ATS系统。
背景技术
列车自动运行监督(Automatic Train Supervision，ATS)系统，是列车运行自动控制(Automatic Train Control，ATC)系统的子系统，主要实现对列车的监督和控制，辅助调度人员对全线列车进行管理。
ATS系统的工作方式是集中管理、分散控制，是一个基于局域网通信的大型网络分布式系统。ATS系统主要包括以下子系统：控制中心/备用控制中心子系统、ATS应用服务器子系统、信号专用网关子系统、ATS车站分机子系统、车辆段分机子系统、各正线集中站联锁设备子系统等。列车运行自动控制(Automatic Train Control，ATC)系统包括列车自动防护(Automatic Train Protection，ATP)设备和列车自动驾驶(Automatic Train Operation，ATO)设备，涉及到各正线集中站联锁设备等。ATS系统之间需相互通信，一般采用自行拟定的安全协议。ATS系统与ATC设备之间也需相互通信，采用另外一套安全协议。ATS系统之间、ATS系统与ATC设备之间的安全协议是建立于TCP/IP协议应用层，国内并没有统一的协议标准，一般由开发厂商自行拟定。
现行ATS系统由于各供应商没有统一协议，存在如下缺陷：
当ATS系统供应商与ATC系统供应商如联锁设备进行系统集成时，或特别是在当前以综合自动化轨道交通系统发展趋势下，ATS系统需与综合监控系统进行深度集成时，会存在协议兼容问题。设备设备商需单独开发协议适配、协议解析软件，不仅耗费人力物力，影响开发效率，而且增加了通信的复杂度，影响轨道交通通信安全。例如：A设备商供货ATS系统，B设备商供货ATC系统的联锁子系统，当A设备商与B设备商同时向铁路某线路供货时，需由A设备商或B设备商单独开发协议适配软件或模块，或更改通信协议，才能解决通信问题，这将大大提高开发成本，降低开发进度，当系统庞大而复杂时，这一问题将更加凸显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是不同设备商如ATS系统之间、ATS系统与ATC系统、ATS系统与ATC系统无关的系统如综合监控系统进行深度集成时的协议统一问题。
为此目的，第一方面，本发明提出一种基于OPC UA标准的协议转换服务器，所述服务器包括：
信息模型建立单元，用于根据列车自动运行监督ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；
动态链接库生成单元，用于将所述ATS系统的信息模型导出为模型类库，该类库被编译为ATS模型动态库；
协议转换单元，用于根据预设的ATS系统协议解析库，通过OPCUA标准的软件开发工具包SDK将所述ATS模型动态库从ATS系统协议转换为符合OPC UA标准的点列表。
可选的，所述服务器进一步包括：
数据更新单元，用于更新服务器地址空间节点。
可选的，所述信息模型建立单元，包括：
信息获取子单元，用于获取ATS系统的信息，所述ATS系统的信息包括：命名空间、数据类型、引用类型、变量类型、对象类型、对象及对象引用；
信息模型建立子单元，用于根据所述ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；
信息模型输出子单元，用于将所述ATS系统的信息模型输出为可扩展标记语言XML格式的配置文件，所述配置文件包括：所述服务器的地址空间各节点以及节点间的引用关系。
相应地，所述动态链接库生成单元，包括：
类文件生成子单元，用于将所述XML格式的配置文件按照所述服务器的地址空间各节点生成对应的类文件；
编译子单元，将所述类文件进行编译，生成动态链接库。
可选的，所述类文件生成子单元通过继承所述OPC UA SDK中的基类生成类文件；
相应地，所述编译子单元对所述服务器中源码以及通过继承所述OPC UA SDK中的基类生成的类文件进行编译，生成动态链接库。
可选的，所述信息模型建立模块采用层次继承结构建立ATS系统的信息模型。
第二方面，本发明还提出一种ATS系统，所述ATS系统包括：
上述服务器、客户端，所述客户端用于显示ATS系统的信息模型。
相比于现有技术，本发明的基于OPC UA标准的协议转换服务器和ATS系统实现了标准化通信协议，有利于轨道交通各系统之间的融合，更有利于实现轨道交通的智能化；实现了通信数据的安全传输，因为OPC UA的会话机制运行在安全通道之上，能有效保障会话中数据交换的安全性；实现了数据模型与逻辑业务的分离，因为OPC UA具有多样性的数据模型表达方式，无论采用二进制编码或XML编码，只需利用建模工具，重新建立模型，更新服务器地址空间节点，即可实现数据的更新操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了基于OPC UA标准的协议转换服务器结构示意图；
图2示出了信息模型建立单元的结构示意图；
图3示出了动态链接库生成单元的结构示意图；
图4示出了ATS系统信息模型结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
OPC统一架构(OPC Unified Architecture，OPC UA)标准，是OPC基金会推出的最新一代在线自动化系统之间的数据交换标准。OPC UA标准兼容上一代OPC标准，采用面向服务的架构(Service-Oriented Architecture，SOA)，而且具有平台无关性。
如图1所示，本实施例公开一种基于OPC UA标准的协议转换服务器，所述服务器包括：
信息模型建立单元，用于根据列车自动运行监督ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；
动态链接库生成单元，用于将所述ATS系统的信息模型导出为模型类库，该类库被编译为ATS模型动态库；
协议转换单元，用于根据预设的ATS系统协议解析库，通过OPCUA标准的软件开发工具包SDK将所述ATS模型动态库从ATS系统协议转换为符合OPC UA标准的点列表。
数据更新单元，用于更新服务器地址空间节点。
如图2所示，本实施例的信息模型建立单元，包括：
信息获取子单元，用于获取ATS系统的信息，ATS系统的信息包括：命名空间、数据类型、引用类型、变量类型、对象类型、对象及对象引用；
信息模型建立子单元，用于根据ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；
信息模型输出子单元，用于将ATS系统的信息模型输出为可扩展标记语言XML格式的配置文件，配置文件包括：服务器的地址空间各节点以及节点间的引用关系。
如图3所示，本实施例的动态链接库生成单元，包括：
类文件生成子单元，用于将XML格式的配置文件按照所述服务器的地址空间各节点生成对应的类文件；类文件生成子单元通过继承OPC UA SDK中的基类生成类文件；
编译子单元，将类文件进行编译，生成动态链接库；编译子单元对服务器中源码以及通过继承OPC UA SDK中的基类生成的类文件进行编译，生成动态链接库。
基于上述服务器，结合用于显示ATS系统信息模型的客户端，可得到本实施的ATS系统。
本实施例可实现ATS系统私有协议转换为OPC UA通用标准协议，本领域技术人员应当明确：可将本实施例应用于其他综合监控系统，实现其他综合监控系统系统私有协议转换为OPC UA通用标准协议。
在具体应用中，本实施例的服务器的工作流程如下：
在本实施例的服务器(可称为OPC UA服务器)的地址空间中，建立ATS系统的信息模型。建模工具可从第三方厂商购买或自行开发，预先分别设置ATS系统模型所必需的命名空间、数据类型、引用类型、变量类型、对象类型、对象及其引用。
图4为本实施例建模后的ATS系统信息模型结构示意图。本实施例的ATS系统信息模型属于层次继承结构。本实施例的ATS系统的客户端既可以展示ATS系统内部类型信息，又可以展示具体数值。
ATS系统信息模型输出为XML配置文件，该XML配置文件则描述了OPC UA服务器地址空间各节点及节点间引用关系。
ATS系统信息模型导入成类库之后，通过编译生成动态链接库。
搭建OPC UA服务器框架，框架中需嵌入ATS系统信息模型数据节点。搭建OPC UA服务器框架是创建OPC UA服务器应用程序。
在此应用程序中，包括：
OPC UA SDK(Software Development Kit，软件开发工具包)，内置核心的OPC UA标准底层库及上层接口；
ATS系统信息模型类库，包括模型节点及其引用类库等；
OPC UA服务器实现(从OPC UA SDK中继承实现)；
原私有协议解析类库；
原系统通信、控制相关类库；
数据更新，在原数据接收线程中更新节点值。
本实施例中的服务器数据会实时更新，在服务器中，通过私有协议接收设备数据，解析后，实时更新到UA节点上。
本实施例在协议层面采用OPC UA标准，同时在服务器中将原私有协议数据实时转换更新到OPC UA地址空间模型节点树上，可有效解决各监控系统协议不统一情况，有助于各监控系统深度集成融合。针对ATS软件协议数据与业务逻辑不独立的弊端，提出单独搭建OPC UA服务器，即将数据源独立，单独开发实时数据库，可有效解决这个问题，且开发快速，有效节省人力成本。
本实施例通过ATS信息模型的建立、编译及最终嵌入OPC UA服务器框架过程，梳理了一整套OPC UA实时库建立过程，实现方式也较为简单直接。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种基于OPC UA标准的协议转换服务器，其特征在于，所述服务器包括：
信息模型建立单元，用于根据列车自动运行监督ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；
动态链接库生成单元，用于将所述ATS系统的信息模型导出为模型类库，该类库被编译为ATS模型动态库；
协议转换单元，用于根据预设的ATS系统协议解析库，通过OPCUA标准的软件开发工具包SDK将所述ATS模型动态库从ATS系统协议转换为符合OPC UA标准的点列表。
2.根据权利要求1所述的服务器，其特征还在于，所述服务器进一步包括：
数据更新单元，用于更新服务器地址空间节点。
3.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述信息模型建立单元，包括：
信息获取子单元，用于获取ATS系统的信息，所述ATS系统的信息包括：命名空间、数据类型、引用类型、变量类型、对象类型、对象及对象引用；
信息模型建立子单元，用于根据所述ATS系统的信息，建立ATS系统的信息模型；
信息模型输出子单元，用于将所述ATS系统的信息模型输出为可扩展标记语言XML格式的配置文件，所述配置文件包括：所述服务器的地址空间各节点以及节点间的引用关系。
相应地，所述动态链接库生成单元，包括：
类文件生成子单元，用于将所述XML格式的配置文件按照所述服务器的地址空间各节点生成对应的类文件；
编译子单元，将所述类文件进行编译，生成动态链接库。
4.根据权利要求所述3的服务器，其特征在于，所述类文件生成子单元通过继承所述OPC UA SDK中的基类生成类文件；
相应地，所述编译子单元对所述服务器中源码以及所述通过继承OPC UA SDK中的基类生成的类文件进行编译，生成动态链接库。
5.根据权利要求所述1的服务器，其特征在于，所述信息模型建立模块采用层次继承结构建立ATS系统的信息模型。
6.一种ATS系统，其特征在于，所述ATS系统包括：
如权利要求1-2中任一项所述的服务器；
客户端，用于显示ATS系统的信息模型。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100070 Beijing science and Technology Park of Fengtai District Haiying Road No. 6 hospital of Beijing, the headquarters of the International 2 Building No. 3 Applicant after: TRAFFIC CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100070 Beijing science and Technology Park of Fengtai District Haiying Road No. 6 hospital of Beijing, the headquarters of the International 2 Building No. 3 Applicant before: Beijing Traffic Control Technology Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100070 Beijing science and Technology Park of Fengtai District Seahawks Hospital No. 6 2, No. 3 (Park) Applicant after: TRAFFIC CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100070 Beijing science and Technology Park of Fengtai District Haiying Road No. 6 hospital of Beijing, the headquarters of the International 2 Building No. 3 Applicant before: TRAFFIC CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |