CN106802575B - 编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对编组站工作过程开发数码控制程序和业务控制程序，然后通过计算机把编组站整个工作过程在沙盘上动态地物理模拟出来，包括动态物理模拟沙盘平台、数码控制子系统和业务控制子系统。动态物理模拟沙盘平台包含铺设电路板控制道岔的轨道线路、内嵌电路板火车模型、内嵌电路板信号灯，判断火车模型行驶位置的IC卡；数码控制子系统接收火车模型发送的行驶位置的信息码，发送控制火车模型运动、道岔转向、信号灯开放关闭的信息码；业务控制子系统基于数码控制子系统接收的信息码，进行编组站工作业务处理，生成的控制码由数码控制子系统发送给动态物理模拟沙盘平台上的相关对象。本发明适用交通运输专业院校学生培养和铁路等相关行业业务培训。

Description

编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术、射频识别RFID技术、自动化控制技术、计算机软件开发技术，特别是涉及铁路编组站业务及其工作过程在数码控制下的动态物理模拟沙盘平台。

背景技术

编组站工作过程是由多个环节分工协调执行的过程，从宏观、全局的角度看，整个编组站系统是一个多因素、多环节、多分工、多协调的复杂系统；对于专业培养人才以及行业培训的人员，在一定的时间内宏观全面地了解、掌握、熟悉编组站整个工作过程是不现实的，这就需要设计和实现能从宏观上全面掌握编组站工作过程的动态物理模拟系统。

经过调研，尽管有的院校、科研单位针对编组站工作过程做了一定的计算机仿真模拟，但功能相对单一，仅限于计算机演示编组站局部工作过程。

目前，完整意义上的车辆、信号、道岔、工作过程协同的编组站工作过程动态物理模拟在国内外还没有出现；也没有在数码控制下，将编组站整个工作过程动态物理模拟出来的系统；更没有在数码控制下，模拟操作人员通过参与来操作编组站业务，将编组站工作过程动态物理模拟出来的系统。

存在以上问题的原因是，编组站工作过程数码控制下的动态物理模拟，需要多种技术融合，另外，一些技术应用上的瓶颈也限制编组站工作过程动态物理模拟系统的实现。

近年来，随着无线通信技术的发展、射频识别RFID技术的应用，为编组站工作过程动态物理模拟系统的实现提供了技术支撑。

所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，需要实时感知动态物理模拟沙盘平台上火车模型行驶的关键点位；鉴于射频识别RFID技术的广泛应用，解决此问题的技术方案就是，在火车模型电路板上嵌入射频识别RFID模块，来识别轨道线路下侧IC卡标识。

所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，需要通过数码信息对动态物理模拟沙盘平台上火车模型运动、道岔转向、信号灯关闭开放的状态进行控制；鉴于目前无线通信技术的完善和可靠的应用，所述系统解决数码交互问题的技术方案是采用无线通信技术。

所述编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统中的火车模型运动、道岔转动、信号灯关闭开放都需要电路板控制，采用的方案是依靠自动控制技术，由各自电路板接收相应的信息码来控制火车模型、道岔、信号灯的状态。

通过开发计算机软件程序，在数码控制下，将编组站业务操作与动态物理模拟沙盘平台上的火车模型、道岔、信号灯集成和融合，使所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统成为一体化、智能化的动态物理模拟系统。

通过调研，交通运输专业的大中专院校学生培养、铁路等相关行业的职业培训都需要编组站工作过程数码控制动态物理模拟这样的系统；尤其是交通运输专业的院校，构建编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统实验室十分必要，这样可以解决编组站课程学习中的实验问题，也为学生现场实地实习时建立前期的感官认知，也可以解决现场实地实习无法全面总体掌握编组站整个工作过程的不足。

鉴于以上原因，本发明创造者经过多年的调研、分析和论证，将编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统涉及的多种相关技术进行整合、开发，使方案得到逐步实施验证，最终设计、完善了本发明创作。本发明创造的目的是，提供编组站工作过程完整、模拟过程稳定、数码控制可靠、模拟操作合理的相对智能化的编组站工作过程动态物理模拟系统，从而为交通运输专业大中专院校学生培养、铁路等相关行业职业培训等创造一个认知的环境。

发明内容

本发明创造针对编组站整个工作过程，开发数码控制程序和业务控制程序，然后通过计算机控制，把编组站整个工作过程在沙盘平台上动态地物理模拟出来；本发明创造包括动态物理模拟沙盘平台、数码控制子系统和业务控制子系统。

动态物理模拟沙盘平台铺设包含电路板控制道岔的轨道线路、内嵌电路板的信号灯，内嵌电路板的火车模型、判断火车模型行驶位置的IC卡。

轨道线路上的道岔电路板控制道岔电机工作，道岔电机驱动道岔转动；道岔电路板由电压输入输出模块和无线通信模块组成，其中，电压输入输出模块的电压输入端与动态物理模拟沙盘平台上轨道线路连接，实现道岔电路板供电，电压输入输出模块的电压输出端与组装在道岔上的电机连接；无线通信模块接收到数码控制子系统发送的信息码后，根据信息码结构和属性，命令电压输入输出模块驱动道岔电机工作，从而控制道岔的转动状态。

动态物理模拟沙盘平台上设置的信号灯，其关闭开放由信号灯电路板控制；信号灯电路板由电压输入输出模块和无线通信模块组成，其中，电压输入输出模块的电压输入端与动态物理模拟沙盘平台上的轨道线路连接，实现信号灯电路板供电，电压输入输出模块的电压输出端与信号灯元件连接；无线通信模块接收数码控制子系统发送的信息码后，根据信息码结构和属性，命令电压输入输出模块控制信号灯的关闭开放状态。

火车模型的组成主体是火车模型电路板，由电压输入输出模块、射频识别RFID模块和无线通信模块组成；火车模型电路板上嵌入射频识别RFID模块，当火车模型行驶至接近轨道线路下侧的IC卡时，火车模型电路板就基于射频识别RFID技术，读取IC卡内设置的唯一标识码，然后火车模型电路板启动无线通信模块，基于无线通信技术，将电路板自有的唯一标识码和IC卡唯一标识码一同发送给收码发码无线通信设备，供业务控制子系统确定火车模型所在位置，从而进行相应的编组站工作流程操作；火车模型电路板收到收码发码无线通信设备发送的信息码后，根据信息码结构和属性，控制火车模型停止、一挡前进、二挡前进、后退的运动状态。

数码控制子系统接收火车模型电路板发送的行驶位置信息码，发送控制火车模型运动状态、道岔转向状态、信号灯开放关闭状态的信息码。

数码控制子系统基于无线通信技术，将业务控制子系统控制火车模型状态的信息码发送给火车模型电路板，当火车模型电路板接收到对应的信息码时，启动火车模型电路板的电压输入输出模块，再基于自动控制技术，命令火车模型电机进行相应的工作，从而控制火车模型的运动状态。

数码控制子系统基于无线通信技术，将业务控制子系统控制轨道线路道岔的信息码发送给道岔电路板，当轨道线路道岔电路板接收到对应的信息码时，启动道岔电路板的电压输入输出模块，再基于自动控制技术，驱动道岔电机工作，从而控制道岔的转动状态。

数码控制子系统基于无线通信技术，将业务控制子系统控制信号灯的信息码发送给信号灯电路板，当信号灯电路板接收到对应的信息码时，启动信号灯电路板的电压输入输出模块来控制信号灯的关闭开放状态。

数码控制子系统监测到收码发码无线通信设备接收到信息码后，将接收的信息码写入数据库系统中；数码控制子系统的发码程序实时扫描发码信息数据库，发现数据库系统有需要发送的信息码后，将信息码发送给动态物理模拟沙盘平台上对应的对象即火车模型、道岔或信号灯的电路板。

数码码控制子系统将收到信息码和发送信息码的逻辑结果在显示终端实时显示。

收码发码无线通信设备接收到火车模型电路板发来的信息码后，通过计算机串口或USB接口与计算机通信。

基于软件开发技术，构建实时扫描数据库系统的功能，供业务控制子系统实时发现火车模型电路板发送的信息码，也供数码控制子系统实时发现业务控制子系统送交的需要发送的信息码。

基于软件开发技术，构建数图转换功能；即按照编组站TDCS系统调度终端监视界面的形式，将模拟沙盘平台上轨道线路、道岔、信号灯的布局绘制成图形，把该图形转换为数据后，存储到数据库系统中；启动编组站TDCS系统调度终端监视界面时，从数据库系统读取数据，再利用开发的软件程序，绘制出存储时的TDCS系统调度终端监视界面的图形原貌；另外，在模拟过程中，此图形上可以实时动态地显示道岔工作状态、信号灯工作状态。

业务控制子系统根据数码控制子系统接收的信息码，基于编组站工作逻辑规则进行相应的业务处理，然后将处理结果生成的信息码写入数据库系统，由数码控制子系统发送给物理模拟沙盘平台上对应的对象即火车模型、道岔或信号灯的电路板。

编组站工作过程自动动态物理模拟，是对来车业务制定计划后，系统能通过接收信息码和发送信息码，将编组站工作过程在动态物理模拟沙盘平台上自动地进行动态物理模拟。

编组站工作过程分组模拟时，由列车到达操作模块、到达场操作模块、调车场操作模块、出发场操作模块、列车出发操作模块五个环节组成。

列车到达操作模块，在动态物理模拟沙盘平台规定的位置上，手动将火车模型和本务机车模型组成若干车列；根据车列组成信息，制定列车到达计划，确认后将计划发送给下一环节的到达场操作模块；同时将需要控制列车行驶的信息生成信息码，写入发送信息码的数据库，由数码控制子系统发送信息码来控制列车行驶至到达线路；在模拟进行中，从出发场出发后的列车，会行驶至动态物理模拟沙盘平台的入口处，列车到达操作模块可以对此到达列车继续制定列车到达计划，从而使编组站工作过程能连续的闭环模拟；

到达场操作模块，根据提交来的列车到达计划，安排列车进站和本务机车入段进路；将生成的信息码写入数据库，由数码控制子系统发送信息码给进站列车，控制其行驶至到达场指定线路、控制本务机车行驶至机务段，然后将确认列车编组的信息后发送给下一环节的调车场操作模块。

调车场操作模块，根据提交来的列车编组信息，制定推送溜放计划，安排调车机车推送进路；将生成的调车场调度机车控制码、道岔控制码、车列行驶控制码等写入发送信息码数据库，通过数码控制子系统发送信息码，对车列的推送、溜放进行控制；同时将调车场车辆集结信息发送给下一环节的出发场操作模块。

出发场操作模块，根据提交来的调车场车辆集结信息，制定车列编组计划，安排调车机车编组和本务机车出段进路；将对应的出发场调度机车控制码、道岔控制码、信号灯控制码、车列行驶控制码等写入发送信息码数据库，由数码控制子系统发送信息码，控制需要牵入到出发场的车列，行驶至对其开放的出发场线路中；同时将出发场的列车信息提交下一环节的列车出发操作模块。

列车出发操作模块，根据提交来的出发场列车信息，制定列车出发计划；将对应的本务机车控制码、道岔控制码、信号灯控制码、列车行驶控制码写入发送信息码数据库，由数码控制子系统发送信息码，控制需要出发的列车行驶到动态物理模拟沙盘平台的入口处，可以供列车到达操作模块确认并制定新的列车到达计划，从而形成连续的闭环模拟。

附图说明

图1是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的逻辑结构示意图；

图2是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的网络拓扑结构及工作原理示意简图；

图3是火车模型结构及工作原理示意简图；

图4是道岔模型结构及工作原理示意简图；

图5是信号灯模型结构及工作原理示意简图；

图6是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的主体流程示意图；

图7是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的数码信息交互关系示意图；

图8是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的业务控制子系统流程示意图；

图9是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的数码控制子系统流程示意图；

图10是编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的实施例布局效果图。

图中标号分别为：1.动态物理模拟沙盘平台；2.数码控制子系统；3.业务控制子系统；4.内嵌电路板控制的火车模型；5.内嵌电路板控制的轨道道岔；6.内嵌电路板控制的信号灯；7.IC卡芯片；8.数据库系统；9.计算机收码程序；10.计算机发码程序；11.收码发码无线通信设备；12.电路板通信模块数码定位解析程序；13.列车到达操作模块；14.到达场操作模块；15.调车场操作模块；16.出发场操作模块；17.列车出发操作模块；18.模拟操作管理客户端；19.数码控制程序；20.业务控制程序；21.数据库系统和数码控制子系统服务端；22.业务控制子系统客户端；23.射频识别RFID模块；24.火车无线通信模块；25.火车电压输入输出模块；26.火车电机；27.道岔无线通信模块；28.道岔电压输入输出模块；29.道岔电机；30.信号灯无线通信模块；31.信号灯电压输入输出模块；32.模拟管理员登录系统平台；33.模拟操作小组分别登录系统平台；34.自动模拟；35.分组模拟；36.模拟结束的控制群码；37.编组站TDCS系统调度终端监视界面显示端；38.数据库及收码发码监测信息显示端；39.收码发码监测信息显示终端；40.列车到达信息显示端；41.列车出发信息显示端；42.无线路由器。

具体实施方式

下面的详细描述是本发明创造的实施例，所述实施例的示例在附图中标示；以下参照附图描述的实施例是本发明创造的示例，目的在于解释本发明创造，不能理解为对本发明创造的限制和约束。

图1为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的逻辑结构示意图。

图1的动态物理模拟沙盘平台1内包括内嵌电路板控制的火车模型4、内嵌电路板控制的轨道道岔5、内嵌电路板控制的信号灯6、IC卡芯片7。

当内嵌电路板控制的火车模型4接近IC卡芯片7时，基于无线射频RFID技术读取IC卡芯片7的唯一标识码，然后将电路板自有的唯一标识码和IC卡标识码一同发送给数码控制程序19。

数码控制程序19接收车辆运行位置信息后，将此信息写入数据库系统8。

业务控制程序20扫描到数据库系统8有新接收码时，开始进行相应编组站业务操作。

业务控制程序20将编组站业务操作结果写入数据库系统8，同时将生成的控制信息码也写入数据库系统8；另外，业务控制程序20也可和数据库系统8进行其他数据交互。

数码控制程序19扫描到数据库系统8有新的发码信息时，就读取发码信息并发送到动态物理模拟沙盘平台1中对应的对象，即发送给内嵌电路板控制的火车模型4、内嵌电路板控制的轨道道岔5或者是内嵌电路板控制的信号灯6。

图2为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的网络拓扑结构及工作原理示意简图，包括编组站工作过程动态物理模拟沙盘平台1、内嵌电路板控制的火车模型4、内嵌电路板控制的轨道道岔5、内嵌电路板控制的信号灯6、放置在轨道线路下侧的IC卡芯片7、收码发码无线通信设备11、模拟操作管理客户端18、数据库系统和数码控制子系统服务端21、业务控制子系统客户端22。

编组站工作过程动态物理模拟沙盘平台1上铺设具有编组站特点并供火车模型运行的轨道线路，市电经过变压后连接到可导电的轨道线路；编组站工作过程动态物理模拟沙盘平台1上承载的对象有内嵌电路板控制的轨道道岔5，内嵌电路板控制运动状态的火车模型4、内嵌电路板控制的信号灯6、轨道线路下侧放置用于判断火车模型行驶位置的IC卡芯片7。

当内嵌电路板控制的火车模型4运行至接近IC卡芯片7时，即刻读取IC卡芯片7的唯一标识码，然后将内嵌电路板控制的火车模型4自有的唯一标识码和IC卡标识码整合，并一同发送给收码发码无线通信设备11；内嵌电路板控制的火车模型4也接收收码发码无线通信设备11发送来的信息码。

内嵌电路板控制的道岔模型5和内嵌电路板控制的信号灯模型6，接收由收码发码无线通信设备11发送来的信息码。

收码发码无线通信设备11通过串口或USB接口与数据库系统和数码控制子系统服务端21连接；接收内嵌电路板控制的火车模型4发来信息码，也发送由数据库系统和数码控制子系统服务端21推送来的信息码。

业务控制子系统客户端22是模拟操作员机位，模拟操作员在此机位进行相应的编组站业务操作，与数据库系统和数码控制子系统服务端21进行数据交互。

模拟操作管理客户端18是模拟操作管理员机位，模拟操作管理员在此机位进行模拟操作的管理，与数据库系统和数码控制子系统服务端21进行数据交互。

图3为火车模型结构及工作原理示意简图，包括射频识别RFID模块23、无线通信模块24、电压输入输出模块25、火车电机26、IC卡芯片7。

市电经过变压后连接到可导电的轨道线路，通过可导电的车轮传至可导电的车轴；电压输入输出模块25的电压输入端与火车模型的车轴连接，从而给火车模型内嵌的电路板供电，电压输入输出模块25的电压输出端与火车电机26连接。

射频识别RFID模块23识别到铺设在轨道下侧的IC卡芯片7后，将读取的标识码推送给无线通信模块24，无线通信模块24把此标识码和火车模型内嵌电路板的标识码整合，然后发送给图2的收码发码无线通信设备11。

无线通信模块24接收到图2收码发码无线通信设备11发送的信息码后，将控制火车模型运动状态的信息码解析出来，然后命令电压输入输出模块25控制火车电机26进行相应的工作，从而控制火车模型停止、一挡前进、二挡前进、后退的运动状态。

图4为道岔模型结构及工作原理示意简图，包括无线通信模块27、电压输入输出模块28，道岔电机29；电压输入输出模块28的电压输入端与轨道线路连接，从而给道岔内嵌的电路板供电，电压输入输出模块28的电压输出端与道岔电机29连接。

无线通信模块27接收到图2收码发码无线通信设备11发送的信息码后，将控制道岔转动状态的信息码解析出来，然后命令电压输入输出模块28控制道岔电机29进行相应的工作，从而控制道岔的转动状态。

图5为信号灯模型结构及工作原理示意简图，包括无线通信模块30、电压输入输出模块31；市电经过变压后连接到可导电的轨道线路，电压输入输出模块31的电压输入端与轨道线路连接，从而给信号灯内嵌的电路板供电，电压输入输出模块31的电压输出端与信号灯元件连接。

无线通信模块30接收到图2收码发码无线通信设备11发送的信息码后，将控制信号灯状态的信息码解析出来，然后命令电压输入输出模块31控制信号灯的开放或关闭状态。

图6为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的主体流程示意图。

模拟工作开始时，首先给图2的动态物理模拟沙盘平台1上的轨道线路通电，然后启动数据库系统和数码控制子系统服务端21；在图2的业务控制子系统客户端22处，模拟操作小组分别登录系统平台33；在图2的模拟操作管理客户端18处，模拟管理员登录系统平台32；模拟管理员登录系统平台后，可以选择自动模拟34或者选择分组模拟35。

如果模拟管理员选择自动模拟34，首先在动态物理模拟沙盘平台入口处，手动将火车模型组合成要求的几组列车，然后按照实际业务形式，进行制定列车到达计划表的工作；列车到达计划表结果确认后，自动模拟功能启动，自动进行数码控制和业务控制的流程，同时进入编组站TDCS系统调度终端监视界面。

在自动模拟进行的过程中，如果模拟管理员不选择结束模拟，可以对动态物理模拟沙盘平台出口处牵引到入口处的列车，继续进行制定列车到达计划表的工作；如果模拟管理员选择结束模拟，就生成模拟结束的控制群码36的功能，然后将控制群码通过数码控制子系统控制，发送至动态物理模拟沙盘平台上的对象，至此，编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的自动模拟结束。

如果模拟管理员选择分组模拟35，模拟操作小组分别进行小组成员的录入工作，然后将录入结果推送给模拟管理员；模拟管理员接收到推送信息后，对模拟操作小组进行业务操作授权，将授权结果依次推送给各个模拟操作小组，同时进入编组站TDCS系统调度终端监视界面。

模拟操作小组收到模拟管理员推送的授权信息后，即可进行各业务模拟操作小组的模拟操作。

在分组模拟进行的过程中，如果模拟管理员不选择结束模拟，业务控制子系统中的列车到达模块，可以对业务控制子系统中列车出发操作模块送交到动态物理模拟沙盘平台出口处的列车进行控制，使其行驶至动态物理模拟沙盘平台入口处，继续对其制定列车到达计划表的工作；如果模拟管理员选择结束模拟，就启动生成模拟结束的控制群码36的功能，然后将控制群码通过数码控制子系统，发送至动态物理模拟沙盘平台上的对象，至此，编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的分组模拟结束。

图7为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统数码信息交互逻辑关系示意图，包括动态物理模拟沙盘平台1、数码控制子系统2、业务控制子系统3、内嵌电路板控制的火车模型4、内嵌电路板控制的轨道道岔5、内嵌电路板控制的信号灯6、IC卡芯片7、数据库系统8、收码发码无线通信设备11。

内嵌电路板控制的火车模型4在行驶过程中，如果基于RFID技术读取到IC卡芯片7唯一标识码后，内嵌电路板控制的火车模型4的无线通信模块利用无线通信技术，将火车模型电路板唯一标识码和IC卡唯一标识码整合，并一同发送给收码发码无线通信设备11。

数码控制子系统2利用收码扫描功能，监测到收码发码无线通信设备11有接收的信息码后，即刻将接收的信息码写入数据库系统8。

业务控制子系统3利用收码扫描功能，监测到有新接收的信息码后，对新收到信息码进行解析，如果解析结果需要由业务控制子系统3的业务操作模块处理，就由数码处理定位程序分发给对应的业务操作模块；当业务控制子系统3生成控制码时，将控制码写入数据库系统8；如果解析结果不需要业务控制子系统3处理，就由模拟管理功能的数码自动处理程序处理，将生成的控制码写入数据库系统8。

数码控制子系统2利用发码扫描功能，监测到数据库系统8有需要发送的信息码后，即刻将信息码发送给收码发码无线通信设备11。

收码发码无线通信设备11接收到数码控制子系统2推送来的信息码后，利用无线通信技术，将信息码发送给动态物理模拟沙盘平台1上对应的内嵌电路板控制的火车模型4、内嵌电路板控制的轨道道岔5、内嵌电路板控制的信号灯6。

基于以上数码信息交互的闭环过程，利用数码控制达到了对编组站工作过程的动态物理模拟。

图8为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的业务控制子系统流程示意图，包括动态物理模拟沙盘平台1、数码控制子系统2、列车到达操作模块13、到达场操作模块14、调车场操作模块15、出发场操作模块16、列车出发操作模块17。

列车到达操作模块13，当需要业务控制子系统开始操作时，该模块首先在动态物理模拟沙盘平台规定的位置上，手动将火车模型和本务机车模型组成若干车列，然后在该模块的计算机操作界面上按照实际车列组成信息，制定列车到达计划；确认后将计划发送给下一环节的到达场操作模块14；同时模拟人员根据沙盘前方线路状况，通过数码控制子系统2发送信息码给动态物理模拟沙盘平台1的进站列车，控制列车行驶至沙盘平台的到达场入口，等待进站信号开放进入到达场线路。

到达场操作模块14，此模块的模拟人员根据列车到达操作模块13提交的到达列车编组信息，通过调度终端安排列车进站进路和本务机车入段进路；然后通过数码控制子系统2，将进路上的进站信号开放、道岔转动、控制列车按进路行驶至到达场指定线路、控制本务机车按进路行驶至机务段，最后把行驶停留到到达场指定线路上的车列编组信息提交给调车场操作模块15。

调车场操作模块15，此模块的模拟人员根据到达场操作模块14提交来的车列编组信息，制定推送溜放计划，安排解体调车机车推送进路；然后通过数码控制子系统2，将待进路上的调车信号开放、道岔转动，控制解体调车机车进入指定的调车场进路，将待解体车列推送至驼峰峰顶平台，根据解体计划在指定位置解体车组；根据调车场线路固定使用方案，控制溜放车组行驶至调车场指定线路集结；如果准备解体的车列中有禁止溜放的车组，该模块模拟人员还需注意把禁溜车送入禁溜线路，待车列解体完毕后，由解体调车机车把禁溜车送入调车场的规定线路上，同时将调车场车辆实时集结信息提交给出发场操作模块16。

出发场操作模块16，此模块的模拟人员根据调车场操作模块15提交来的调车场车辆实时集结信息，制定出发场的车列牵入计划；然后通过数码控制子系统2，将待进路上的调车信号开放、道岔转动，控制调车机车进入调车场，将待编车列牵出至出发场指定线路，同时将停留在出发线上待发列车编组信息提交给列车出发操作模块17。

列车出发操作模块17，此模块的模拟人员根据出发场操作模块16提交来的出发场列车编组信息，制定列车出发计划，安排列车出站进路；然后通过数码控制子系统2，将出站进路信号开放、道岔转动，控制车辆段本务机车行驶至出发场的列车出站进路，然后再控制出发场待发列车行驶至动态物理模拟沙盘平台1的列车到达入口，供列车到达操作模块13制定新的列车到达计划，从而形成编组站工作过程的连续闭环模拟。

图9为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的数码控制子系统流程示意图，主要包括火车模型电路板射频识别RFID模块23、火车模型电路板无线通信模块24、收码发码无线通信设备11、数据库系统8、计算机收码程序9、计算机发码程序10、信号灯电路板无线通信模块30、道岔电路板无线通信模块27、电路板通信模块数码定位解析程序12。

火车模型在行驶中，火车模型电路板射频识别RFID模块23读到轨道线路下侧的IC卡信息，火车模型电路板无线通信模块24将电路板唯一标识码和IC卡唯一标识码一同发送给收码发码无线通信设备11。

计算机收码程序9的实时扫描功能如果监测到收码发码无线通信设备11发来信息，将此信息写入数据库系统8，并在显示终端显示火车模型行驶位置的逻辑结果信息。

计算机发码程序10实时扫描数据库系统8的发码信息，如果监测到有需要发送的信息码，就将信息码推送给收码发码无线通信设备11，收码发码无线通信设备11再将信息码发送到动态物理模拟沙盘平台。

动态物理模拟沙盘平台中火车模型、信号灯或者道岔的电路板接收到信息码后，启动各自电路板通信模块数码定位解析程序9，如果解析判断出是本电路板信息码，就接收此信息码，从而改变火车模型、信号灯或道岔的状态。

图10为编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的实施例布局效果图，包括动态物理模拟沙盘平台1、收码发码无线通信设备11、列车到达操作模块13、到达场操作模块14、调车场操作模块15、出发场操作模块16、列车出发操作模块17、模拟操作管理客户端18、编组站TDCS系统调度终端监视界面显示端37、数据库及收码发码监测信息显示端38、收码发码监测信息显示终端39、列车到达信息显示端40、列车出发信息显示端41、无线路由器42。

物理模拟沙盘平台1按照编组站实际工作过程的形态设计。

数据库及收码发码监测信息显示端38既是是数据库系统机位，也是收码发码信息监测机位，同时采取一拖二的显示方式，将收码发码监测信息显示终端39与其连接。

模拟操作管理客户端18是模拟操作管理机位，与数据库及收码发码监测信息显示端38进行数据交互，同时采取一拖二的显示方式，将编组站TDCS系统调度终端监视界面显示端37与其连接。

列车到达操作模块13、到达场操作模块14、调车场操作模块15、出发场操作模块16、列车出发操作模块17是业务控制子系统操作机位，分别进行相应的编组站业务模拟操作；其中，采取一拖二的显示方式，将列车到达信息显示端40与列车到达操作模块13的机位连接，将列车出发信息显示端41与列车出发操作模块17的机位连接。

列车到达操作模块13、到达场操作模块14、调车场操作模块15、出发场操作模块16、列车出发操作模块17、模拟操作管理客户端18这些机位，通过无线路由器42与数据库及收码发码监测信息显示端38机位的数据库进行数据交互。

收码发码无线通信设备11实现物理模拟沙盘平台1与数据库及收码发码监测信息显示端38机位的数码交互。

Claims (12)

1.一种编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，包括编组站工作过程动态物理模拟沙盘平台、数码控制子系统、业务控制子系统；其中，

编组站工作过程动态物理模拟沙盘平台，用于模拟编组站站场真实环境下的轨道线路、信号灯、道岔以及车辆的工作状态；此动态物理模拟沙盘平台上铺设具有编组站特点的轨道线路；其中轨道线路上配有多个由电路板控制的道岔；轨道线路上能够运行多个由内嵌电路板控制运动状态的火车模型；轨道线路下侧放置多个判断火车模型行驶位置的IC卡；设置多个由电路板控制的信号灯；

数码控制子系统，所述数码控制子系统与动态物理模拟沙盘平台上的火车模型、信号灯以及道岔的电路板进行无线通信；当数码控制子系统接收到火车模型电路板发送来的信息码后，将含有火车模型电路板唯一标识码和IC卡唯一标识码写入数据库，供业务控制子系统使用；业务控制子系统实时扫描数据库中需要发送信息码的信息，有需要发送的信息码时，根据信息码结构和属性，将信息码发送给动态物理模拟沙盘平台上对应的对象即火车模型、道岔或信号灯的电路板；同时把收码和发码的业务逻辑信息实时地显示在显示终端；

业务控制子系统，所述业务控制子系统实时扫描数据库中火车模型电路板发送来的信息码信息，有新接收的信息码，根据信息码结构和属性，判断信息码来源于哪个火车模型及其行驶的位置，然后按照编组站工作过程的要求，确定相应的业务流程；业务流程处理生成的信息码写入数据库中，由数码控制子系统发送给动态物理模拟沙盘平台上特定的对象即火车模型、道岔或者是信号灯的电路板；

编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统有两个模拟功能：一个是模拟管理员通过业务控制子系统制定编组站列车到达信息后，系统能够通过数码控制，把编组站整个工作过程在动态物理模拟沙盘平台上自动地进行动态物理模拟；另一个功能是分组模拟，即模拟管理员按照编组站工作流程，通过业务控制子系统对模拟操作人员授权为列车到达操作、到达场操作、调车场操作、出发场操作、列车出发操作五个环节，然后每个环节的模拟操作人员按照编组站的工作规则，通过分工协作的方式，把编组站工作过程在动态物理模拟沙盘平台上实时地模拟出来。

2.根据权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，动态物理模拟沙盘平台上铺设具有编组站特点的轨道线路，变压后的市电接入轨道线路，为火车模型、道岔和信号灯供电；其中，轨道线路道岔的转动由电路板控制。

3.根据权利要求2所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，轨道线路道岔的转动由电机驱动，电机的工作由道岔电路板控制；道岔电路板由电压输入输出模块和无线通信模块组成，其中，

电压输入输出模块的电压输入端与动态物理模拟沙盘平台上的轨道线路连接，实现道岔电路板的供电，电压输入输出模块的电压输出端与组装在道岔上的电机连接；

无线通信模块接收到数码控制子系统发来的信息码后，根据信息码结构和属性，命令电压输入输出模块驱动道岔电机工作，从而控制道岔的转动状态。

4.根据权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，动态物理模拟沙盘平台上运行的火车模型，按照编组站工作所涉及火车种类，包含机车模型和货车模型；火车模型的车轮、车轴由可导电的金属制作；动态物理模拟沙盘平台中轨道线路上火车模型的运动状态由电机工作状态决定，电机工作状态由火车模型电路板控制。

5.根据权利要求4所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，火车模型电路板由电压输入输出模块、射频识别RFID模块和无线通信模块组成，其中，

电压输入输出模块的电压输入端与火车模型的车轴连接，实现火车模型电路板的供电，电压输入输出模块的电压输出端与组装在火车模型中的电机连接；

火车模型在行驶过程中，射频识别RFID模块识别到放置在轨道线路下侧的IC卡后，就驱动无线通信模块，将火车模型电路板唯一标识码和IC卡唯一标识码整合，然后一同发送给收码发码无线通信设备；

无线通信模块接收到收码发码无线通信设备发送的信息码后，根据信息码结构和属性，命令电压输入输出模块驱动火车模型电机进行对应的工作，从而控制火车模型停止、一挡前进、二挡前进、后退的运动状态。

6.根据权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，动态物理模拟沙盘平台上设置编组站信号灯，信号灯的关闭、开放由信号灯电路板控制；信号灯电路板由电压输入输出模块和无线通信模块组成，其中，

电压输入输出模块的电压输入端与动态物理模拟沙盘平台上的轨道线路连接，实现信号灯电路板的供电，电压输入输出模块的电压输出端与信号灯元件连接；

无线通信模块接收数码控制子系统发来的信息码后，根据信息码结构和属性，命令电压输入输出模块控制信号灯的关闭、开放状态。

7.根据权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，数码控制子系统和系统的数据库管理系统共同运行在独立的计算机上；数码控制子系统通过收码发码无线通信设备进行信息码的接收和发送；收码发码无线通信设备通过串口或USB接口与计算机连接；数码控制子系统由收码程序和发码程序组成，收码程序接收火车模型电路板发来的信息码，将信息码写入收码信息数据库中；发码程序实时扫描数据库系统的发码信息数据库，将需要发送的信息码发送给动态物理模拟沙盘平台上对应的对象即火车模型、道岔或信号灯的电路板；所述数码控制子系统将收码和发码的业务逻辑结果信息，实时地在显示终端显示出来。

8.根据权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，业务控制子系统包括模拟管理功能、业务模拟操作功能、收码扫描功能。

9.根据权利要求8所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，模拟管理功能由核心数据维护、编组站工作过程自动动态物理模拟、业务模拟操作子系统授权组成；其中，

核心数据维护分为对象关联关系数据维护、控制码数据维护；对象关联关系数据维护是针对动态物理模拟沙盘平台上对象的相关数据维护，包括：IC卡和轨道线路关联关系，IC卡与信号灯关联关系，信号灯和轨道线路关联关系，道岔和轨道线路关联关系，火车模型电路板和车号关联关系，道岔电路板和道岔关联关系，信号灯电路板和信号关联关系；控制码数据维护包括：火车模型控制码与火车模型停止、一挡前进、二挡前进、后退状态的对应关系，道岔控制码和道岔左、右转动状态的对应关系，信号灯控制码和信号灯关闭、开放状态的对应关系；

编组站工作过程自动动态物理模拟，是模拟管理员对列车到达制定业务计划后，系统能通过接收信息码和发送信息码，将编组站工作过程在动态物理模拟沙盘平台上自动地进行动态物理模拟，达到演示的目的；

业务模拟操作子系统授权是模拟管理员在分组模拟状态下，对不同计算机机位授予不同的编组站工作操作范围，使不同计算机机位以不同的编组站工作环节进行模拟操作。

10.根据权利要求8所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，业务模拟操作功能由列车到达操作模块、到达场操作模块、调车场操作模块、出发场操作模块、列车出发操作模块组成；分组模拟时，所述的这些不同操作模块，在不同计算机机位得到模拟管理员对应的授权；其中，

列车到达操作模块，在开始模拟时，此模块的模拟人员按照模拟规范，在动态物理模拟沙盘平台规定的火车模型入口处，手动将火车模型和本务机车模型组成若干车列，然后在该模块的计算机机位操作界面上，按照编组站实际来车规则，制定列车到达计划，确认后将计划转发给下一环节的到达场操作模块，同时将需要控制列车行驶的信息生成信息码，写入到发码信息数据库，由权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，数码控制子系统发送信息码来控制列车行驶至到达线路；在模拟进行中，从出发场出发后的列车，会行驶至动态物理模拟沙盘平台的入口处，列车到达操作模块的模拟操作人员，能够对此到达列车继续制定列车到达计划，从而使编组站工作过程能连续的闭环模拟；

到达场操作模块，此模块模拟人员根据列车到达操作模块提交的列车到达计划，对列车车次选择开放进路后，将对应的进路信号灯控制码、道岔控制码、列车行驶控制码写入发码信息数据库，由权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，数码控制子系统发送信息码，控制列车车次行驶至开放的到达场进路；同时将到达场入场车列信息提交下一环节的调车场操作模块；

调车场操作模块，此模块模拟人员根据到达场操作模块提交的到达场入场车列信息，制定推送溜放计划；计划确认后，将对应的调车场调度机车控制码、道岔控制码、车列行驶控制码写入发码信息数据库，由权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，数码控制子系统发送信息码，对车列的推送、溜放进行控制；同时将编组解体的信息提交下一环节的出发场操作模块；

出发场操作模块，此模块模拟人员根据调车场操作模块提交的车列编组信息，制定调车场车列牵出计划；计划确认后，将对应的出发场调度机车控制码、道岔控制码、车列行驶控制码写入发码信息数据库，由权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，数码控制子系统发送信息码，控制需要牵入到出发场的车列行驶至对其开放的出发场线路中；同时将牵入到出发场的车列信息提交下一环节的列车出发操作模块；

列车出发操作模块，此模块模拟人员根据出发场操作模块提交的出发场车列信息，制定列车出发计划；计划确认后，将对应的本务机车控制码、道岔控制码、列车行驶控制码写入发码信息数据库，由权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，数码控制子系统发送信息码，控制需要出发的列车行驶至动态物理模拟沙盘平台入口处，能够供列车到达操作模块确认并制定新的列车到达计划。

11.根据权利要求8所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，收码扫描功能程序嵌入到权利要求10所述的业务模拟操作功能中；收码扫描功能实时扫描收码信息数据库，对新收到的信息码进行解析，基于解析的结果，进行自动控制处理和模块定位处理；其中，

自动控制处理是基于编组站业务要求和信息码解析结果，产生控制信息码，把控制信息码写入发码信息数据库，由权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统的数码控制子系统发送，从而对动态物理模拟沙盘平台上的对象即火车模型、道岔或信号灯的状态进行控制；

模块定位处理是将接收信息码的解析结果写入数据库，供权利要求10所述的业务模拟操作功能进行各自的业务操作使用。

12.根据权利要求1所述的编组站工作过程数码控制动态物理模拟系统，其特征在于，按照编组站TDCS系统调度终端监视界面的形式，把动态物理模拟沙盘平台上轨道线路、道岔、信号灯的布局及其工作状态，在显示终端实时动态地显示出来；针对显示终端的实时动态显示，需要构建数图转换功能，即按照编组站TDCS系统调度终端监视界面的形式，将动态物理模拟沙盘平台上轨道线路、道岔、信号灯的布局绘制成图形，把该图形转换为数据存储到数据库系统中；启动编组站TDCS系统调度终端监视界面时，从数据库系统读取数据，利用开发的软件程序，绘制出存储时TDCS系统调度终端监视界面图形的原貌；在模拟过程中，此图形界面上实时动态地显示道岔的工作状态、信号灯的工作状态。

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