CN112684715A - 地铁全自动运行半实物仿真测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种地铁全自动运行半实物仿真测试系统，包括信号、列车、站台门、综合监控、牵引供电、乘客信息、车载设备监控、仿真管理和仿真展示等仿真子系统，各子系统的结构形式既有半实物的也有纯实物和纯虚拟的，整体构成了地铁全系统的半实物仿真测试系统，能够对地铁全自动运行完整的运营场景进行仿真测试。其中信号、列车、站台门等关键子系统内部包括信号调理单元，可以实现以太网信号和非以太网信号之间的转换，进而实现实物设备和虚拟设备之间的数据交互；各个子系统之间相互独立，通过三层交换机交互数据。各个子系统在仿真管理系统的统一管理和调度下协同运行，提升了系统的灵活性和逼真度。
Description
技术领域
本发明涉及半实物仿真技术领域，更具体地说，涉及地铁全自动运行半实物仿真测试系统。
背景技术
地铁全自动运行系统是一个规模庞大且结构复杂的系统，它由信号系统、通信系统、综合监控系统、列车车辆、牵引供电及站台门等多系统组成，在运营控制中心的调度指挥下，各系统有机联动，实现全自动运行系统功能和日常运营。由于地铁全自动运行系统的复杂性，直接基于现场实物进行测试不仅成本高昂，而且存在巨大的技术和安全风险，因此有必要建立一个半实物仿真测试系统，进行系统间联动和外部接口的先期验证测试，克服现场测试制约因素，提早暴露缺陷，确保各系统的需求功能全面，接口协议兼容。
目前与地铁全自动运行相关的仿真测试系统，是针对全自动运行系统的某一子系统进行仿真，如CBTC(Communications-Based Train Control，基于通信的列车控制系统)半实物仿真系统，无法实现对全自动运行系统整个系统进行仿真。
发明内容
有鉴于此，本发明提出地铁全自动运行半实物仿真测试系统，欲实现对地铁全系统的仿真的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
本发明实施例提供一种地铁全自动运行半实物仿真测试系统，包括：信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统、仿真管理工作站、仿真展示子系统和三层交换机；
除所述乘客信息系统仿真子系统、所述牵引供电仿真子系统、所述仿真管理工作站和所述仿真展示子系统外，其它每个子系统包括实物设备和虚拟设备，构成半实物形式的仿真系统；
每个子系统还包括交换机，子系统内部各个设备之间利用所述交换机进行通信；
信号仿真子系统、列车仿真子系统和站台门仿真子系统还包括信号调理单元，实物设备通过所述信号调理单元将非以太网信号转换为以太网信号后，通过交换机与虚拟设备进行通信；
信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统和综合监控仿真子系统还包括组拆包服务器，用于对发送至其它子系统的数据进行组包，以及对从其它子系统接收的数据进行拆包；
不同子系统之间通过所述三层交换机交互数据包；
除乘客信息系统仿真子系统和仿真展示子系统外，每个子系统还包括一个仿真工作站，用于虚拟设备的仿真。
可选的，所述信号仿真子系统，具体包括：一个控制中心、一个车站、一个车辆段和一列车的实物信号设备以及至少一个车站和至少一列车的虚拟信号设备；
所述一个控制中心的实物信号设备包括一套控制中心实物ATS；
所述一个车站的实物信号设备包括一套车站实物ATS、一套实物CI、一套实物ZC和一套实物DCS；
所述一个车辆段的实物信号设备包括一套车辆段实物ATS；
所述一列车的实物信号设备包括两套实物ATC；
每个所述车站的虚拟信号设备，包括一套虚拟车站ATS、一套虚拟CI、一套虚拟ZC；
每个所述列车的虚拟信号设备，包括两套虚拟ATC。
可选的，其特征在于，所述列车仿真子系统，具体包括：一个半实物列车和至少一个虚拟列车；
所述半实物列车包括实物网络控制系统、实物车载数据中心、电气系统模型、车辆逻辑电路模型、DCU模型、BCU模型、车门模型、列车动力学模型、列车运动学模型和列车能耗模型；
每个所述虚拟列车包括电气系统的外特性仿真模型、列车动力学模型、列车运动学模型和列车能耗模型以及与信号系统ATC的接口模型。
可选的，所述站台门仿真子系统，具体包括：一个半实物站台和至少一个虚拟站台；
所述半实物站台包括一套实物中央控制盘PEC、一套实物就地控制盘PEL、一套实物门控单元DCU、一套实物异物检测装置、一套实物标准单元门体结构、一套虚拟ECP盘、若干套虚拟门控单元DCU、若干套虚拟的站台门简化模型；
每个所述虚拟站台包括站台系统外特性仿真模型。
可选的，所述综合监控仿真子系统，包括：一个实物控制中心ISCS系统、一个实物车站级ISCS系统、一个实物车辆段ISCS系统和至少一个虚拟车站级ISCS系统；
所述实物控制中心ISCS系统包括一套实物中心服务器、一套实物行调工作站、一套实物设备调工作站和一套实物乘客调工作站；
所述实物车站级ISCS系统包括一套实物车站服务器和实物一套车站工作站；
所述实物车辆段ISCS系统包括一套实物车辆段工作站；
每个所述虚拟车站级ISCS系统包括一套虚拟车辆段工作站。
可选的，所述牵引供电仿真子系统，包括：全线供电系统仿真模型；
所述全线供电系统仿真模型包括主变电所模型、牵引变电所模型、降压变电所模型、交流供电网模型、接触网/接触轨模型、列车模型等和供电系统功率和能量潮流计算模型，输出全线所有变电所和所有列车的电压、电流和功率随时间变化情况。
可选的，所述乘客信息系统仿真子系统，包括：一台车载PIS主机、一套车载PIS终端设备、一套车站PIS终端设备和一套停车场PIS终端设备；
所述车载PIS终端设备包括一套车载CCTV、1个车载PIS屏、一套车载PA、1套LED动态电子地图和1套紧急对讲装置；
所述车站PIS终端设备包括一套车站CCTV、1个车站PIS屏、一套车站PA、1套LCD媒体播放器；
所述停车场PIS终端设备包括1套车辆段PA。
可选的，所述车载设备监控系统仿真子系统，包括：一套实物车载设备监控系统、一套虚拟车载设备监控系统和一套车辆调工作站。
可选的，所述仿真管理工作站和各子系统的仿真工作站共同构成仿真管理系统，用于仿真资源管理、仿真系统初始化配置、仿真系统同步、场景预设、仿真测试过程控制、仿真数据记录和回放。
可选的，所述仿真展示子系统，由大屏幕OPS和OPS控制器构成，用于显示地铁运行仿真过程，所述大屏幕OPS被分割为三个区域，分别显示信号、CCTV和列车的相关信息，为用户提供直观和逼真的视觉体验。
可选的，信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统和综合监控仿真子系统之间通过第一网络进行通信；
仿真管理工作站，与信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统、综合监控仿真子系统、仿真展示子系统之间通过第二网络进行通信。
可选的，所述仿真展示子系统通过视频总线与所述控制中心实物ATS、所述实物行调工作站、所述车载设备监控系统仿真子系统和所述车载PIS主机连接，用于显示地铁运行仿真过程。
可选的，所述仿真系统同步，具体包括：
所述仿真管理工作站向各个子系统的仿真工作站下发初始化指令，以控制各个子系统完成初始化；
在各个子系统均完成初始化后，向各个子系统发送时间同步指令，以控制各个子系统之间完成时间同步。
可选的，所述信号仿真子系统，具体用于：
在接收到所述仿真管理工作站下发的仿真开始指令后，根据计划运行图和仿真系统母钟，在列车发车时刻向所述列车仿真子系统发送唤醒指令，唤醒相应列车开始运行。
可选的，所述信号仿真子系统，具体用于：
在仿真过程中，获取所述列车仿真子系统、所述站台门仿真子系统、所述综合监控仿真子系统、所述牵引供电仿真子系统、所述乘客信息系统仿真子系统和所述车载设备监控系统仿真子系统的实时状态信息，并向所述列车仿真子系统、所述站台门仿真子系统、所述综合监控仿真子系统、所述牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统和所述车载设备监控系统仿真子系统发送控制指令，以仿真真实地铁系统运行时的工况。
可选的，各个子系统的所述仿真工作站，还用于：获取用户输入的故障注入指令，仿真模拟设备故障。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种地铁全自动运行半实物仿真测试系统，包括信号、列车、站台门、综合监控、牵引供电、乘客信息、车载设备监控、仿真管理和仿真展示等仿真子系统，各子系统的结构形式既有半实物的也有纯实物和纯虚拟的，整体构成了地铁全系统的半实物仿真测试系统，能够对地铁全自动运行完整的运营场景进行仿真测试。其中信号、列车、站台门等关键子系统内部包括信号调理单元，可以实现以太网信号和非以太网信号之间的转换，进而实现实物设备和虚拟设备之间的数据交互；各个子系统之间相互独立，通过三层交换机交互数据。各个子系统在仿真管理系统的统一管理和调度下协同运行，提升了系统的灵活性和逼真度。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种地铁全自动运行半实物仿真测试系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的仿真系统子系统内部接口的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的仿真系统子系统间接口的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的仿真管理系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种虚拟列车的功能示意图；
图6为本发明实施例提供的一种综合监控仿真子系统的结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
为便于对本发明的理解，下面对本发明用到的技术术语先进行解释
ISCS:Integrated Supervisory Control System，综合监控系统；
ATS：Automatic Train Supervision，列车自动监控；
AFC：Automatic Fare Collection自动售检票系统；
CCTV：Closed-circuit Television，闭路电视；
PIS：Passenger Information System，乘客信息系统；
PA：Passengers Announcement System，乘客广播系统；
PSCADA：Power Supervisory Control And Data Acquisition，电力监控系统；
FSCADA：Fleet Supervisory Control And Data Acquisition，车载设备监控系统；
LTE-M：Long Term Evolution-Metro。地铁长期演进系统。
CBTC：Communications-Based Train Control，基于通信的列车控制系统。
CI：Computer based interlocking，计算机联锁。
ZC：Zone Control，区域控制器；
DCS：Data Communication System，数据通信系统；
ATC：Automatic Train Control，列车自动控制；
TCMS：Train Control and Management System，网络控制系统；
ODC：Onboard Data Center，车载数据中心
DCU：Drive Control Unit，传动控制单元
BCU：Brake Control Unit，制动控制单元
PEC：Platform Edge Door Central Control Panel，中央控制盘
PEL：Platform Edge Door Local Control Panel，就地控制盘
ECP：Emergency Control Panel，紧急控制盘；
ISCS：Integrated Supervision Control System，综合监控系统；
LED：Light Emitting Diode，发光二极管；
LCD：Liquid Crystal Display，液晶显示器；
BAS：Building Automatic System，环境与设备监控系统；
FAS：Fire Alarm System，火灾自动报警系统；
OPS：Overview Projection System，大屏幕系统。
参见图1～3，为本实施例提供的一种地铁全自动运行半实物仿真测试系统的示意图，包括：信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统、仿真管理工作站、仿真展示子系统和三层交换机。
乘客信息系统仿真子系统和仿真展示子系统为纯实物形式的仿真系统。牵引供电仿真系统和仿真管理工作站为纯虚拟形式的仿真系统。除所述乘客信息系统仿真子系统、所述仿真管理工作站、所述牵引供电仿真子系统和所述仿真展示子系统外，其它每个子系统包括实物设备和虚拟设备，构成半实物形式的仿真系统。
每个子系统还包括交换机，子系统内部各个设备之间利用所述交换机进行通信。
在子系统内部，为实现“虚实互换”，所有设备之间均采用以太网通信。信号仿真子系统、列车仿真子系统和站台门仿真子系统还包信号调理单元，实物设备通过信号调理单元，实现非以太网接口与以太网接口之间的相互转换，以及接口协议的转换，并通过交换机与虚拟设备进行通信；对于虚拟设备之间，直接通过以太网进行通信；所有设备通过交换机形成内部局域网，实现内部数据交互，如图2所示。
信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统和综合监控仿真子系统还包括组拆包服务器，用于对发送至其它子系统的数据进行组包，以及对从其它子系统接收的数据进行拆包；不同子系统之间通过三层交换机交互数据包。在子系统间，基于以太网通信架构，通过三层交换机构成星型网络拓扑结构。各子系统具有唯一的IP地址和通信端口，采用点对点的通信方式实现数据交互。如图3所示，将子系统1输出至子系统2的所有数据通过组拆包服务器组成一个总包后通过三层交换机发送至子系统2，再由子系统2的组拆包服务器将数据包拆解成若干个小包，最后通过子系统2的内部交换机发送至子系统2的相应设备，反之亦然，从而完成两个子系统间的数据交互。
除乘客信息系统仿真子系统和仿真展示子系统外，每个子系统还包括一个仿真工作站，用于虚拟设备的仿真。
仿真管理工作站与各个子系统中的仿真工作站通信连接，共同构成仿真管理系统，其系统构架如图4所示。仿真管理系统的主要功能包括但不限于仿真资源管理、仿真系统初始化配置、仿真系统同步、场景预设、仿真测试过程控制、仿真数据记录和回放等。
仿真系统初始化配置的过程包括，在各子系统仿真工作站上，完成系统参数的本地配置，主要有线路参数、列车参数、信号系统参数、牵引供电系统参数等。
仿真系统同步的过程，具体包括，仿真管理工作站在确认各个子系统的状态正常后，向各个子系统的仿真工作站下发初始化指令，以控制各个子系统完成初始化；仿真管理工作站在各个子系统均完成初始化后，向各个子系统发送时间同步指令，以控制各个子系统之间完成时间同步。向各个子系统发送的时间同步指令包括用户在仿真管理工作站设置的仿真系统母钟，仿真系统母钟区别于各系统本地时钟。各个子系统接收到时间同步指令后，将本地时钟设置为仿真系统母钟，完成整个系统的时间同步。
仿真测试运行的过程，包括启动仿真和仿真工作运行。
启动仿真过程为，用户通过仿真管理工作站下发仿真开始指令，信号仿真子系统在接收到仿真管理工作站下发的仿真开始指令后，根据计划运行图和仿真系统母钟，在列车发车时刻向列车仿真子系统发送唤醒指令，唤醒相应列车开始运行。
需要说明的是，计划运行图包含每个列车车次的车次号、发车时刻、到站时刻、离站时刻、区间运行时间和停站时间，信号仿真子系统通过不断的查询比较待发车次的发车时刻和仿真系统母钟，当仿真系统母钟与某车次的发车时刻一致时，信号系统控制列车发车，并在其他子系统的协同下，控制列车离开驻车位，驶入正线，开始正线服务。
仿真工作运行过程包括，信号仿真子系统，获取列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统和车载设备监控系统仿真子系统的实时状态信息，并向列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统和车载设备监控系统仿真子系统发送控制指令，以仿真真实地铁系统运行时的工况。各个子系统接收到信号仿真子系统发送的控制指令后，协同工作，仿真模拟真实地铁系统运行时的各种工况。
列车仿真子系统检测到信号仿真子系统发送的控制指令后，由系统内部的关键部件，如网络系统、牵引系统、制动系统、车门系统和运行系统等协同工作，仿真模拟真实列车系统运行时的各种工况。
站台门仿真子系统检测到信号仿真子系统发送的控制指令后，由系统内部的关键部件，如PEC、PEL和门机系统等协同工作，仿真模拟真实站台门系统运行时的各种工况。
乘客信息系统仿真子系统检测到信号仿真子系统发出的相关信息后，由系统内部的关键部件，如PIS主机、车载/车站PIS屏、车载/车站PA等协同工作，仿真模拟真实PIS系统的工作过程。
综合监控仿真子系统检测到信号仿真子系统、站台门仿真子系统和牵引供电仿真子系统等给出的相关信息后，向相关设备发出控制指令，仿真模拟真实ISCS的工作过程。
场景预设的过程具体为，用户通过在与场景相关的子系统的仿真工作站注入场景触发指令，仿真模拟场景流程并观察系统间的联动。如模拟“列车跳跃”场景。在列车进站停车过程中，在列车仿真子系统中对来自信号仿真子系统的列车制动控制指令施加一定的干扰，使列车无法准确停在“停车窗”内，触发信号仿真子系统控制列车跳跃，从而模拟了跳跃场景。
各个子系统的仿真工作站，还用于获取用户输入的故障注入指令，仿真模拟设备故障。例如，当需要模拟某个站台的某个站台门故障时，通过在站台门仿真工作站的故障注入界面，选择相应的站台和站台门，点击“故障注入”，站台门仿真工作站将向站台门控制系统发出故障注入指令，站台门控制系统接收到该指令后，将该站台门故障状态信号设置为“有效”，并发送到信号仿真子系统和综合监控仿真子系统。
需要说明的是，当由于场景模拟和故障模拟导致系统无法恢复正常运行时，通过在仿真管理系统点击“复位”按钮，各子系统将重新回到初始状态，此时，可重新设置仿真系统母钟并重新启动仿真。
仿真数据记录过程为，在仿真运行过程中，根据需要在各子系统的仿真工作站和仿真管理工作站记录各个子系统关键运行数据，用于仿真分析及回放。仿真结束后，可以对记录的仿真过程数据采用一定的方法进行分析，以图表、文本等形式显示分析指标。
仿真数据回放过程为，根据记录的仿真过程数据，在仿真管理系统或各子系统的仿真工作站，显示相应的波形和文本等。
所述信号仿真子系统，具体包括：一个控制中心、一个车站、一个车辆段和一列车的实物信号设备以及至少一个车站和至少一列车的虚拟信号设备；所述一个控制中心的实物信号设备包括一套控制中心实物ATS；所述一个车站的实物信号设备包括一套车站实物ATS、一套实物CI、一套实物ZC和一套实物DCS；所述一个车辆段的实物信号设备包括一套车辆段实物ATS；所述一列车的实物信号设备包括两套实物ATC，两套实物ATC分别设置在列车两端的司机室；每个车站的虚拟信号设备包括一套虚拟车站ATS、一套虚拟CI、一套虚拟ZC；每个列车的虚拟信号设备包括两套虚拟ATC，两套虚拟ATC分别设置在列车两端司机室。
所述列车仿真子系统，具体包括：一个半实物列车和至少一个虚拟列车，以达到在硬件配置最小化的条件下实现全线列车仿真的目的；所述半实物列车包括实物网络控制系统(TCMS)、实物车载数据中心(ODC)、电气系统模型、车辆逻辑电路模型、DCU模型、BCU模型、车门模型、列车动力学模型、列车运动学模型和列车能耗模型。每个所述虚拟列车包括电气系统的外特性仿真模型、列车动力学模型、列车运动学模型和列车能耗模型以及与信号系统ATC的接口模型。采用纯软件方式进行模拟的列车称为虚拟列车。对于信号仿真子系统等与列车系统关联的子系统而言，虚拟列车与半实物列车并无区别，信号仿真子系统在控制列车时，无需分辨当前控制的列车是半实物列车还是虚拟列车。虚拟列车由列车仿真工作站和列车运行仿真器共同实现，其中列车仿真工作站负责牵引、制动和车门等的外特性模拟，列车运行仿真器负责列车动力学和运行学特性、能耗特性模拟，其功能实现框图如图5所示。
所述站台门仿真子系统，具体包括：一个半实物站台和至少一个虚拟站台；所述半实物站台包括一套实物中央控制盘PEC、一套实物就地控制盘PEL、一套实物门控单元DCU、一套实物异物检测装置、一套实物标准单元门体结构、一套虚拟ECP盘、若干套虚拟门控单元DCU、若干套虚拟的站台门简化模型；所述虚拟站台包括站台系统外特性仿真模型。对于信号仿真子系统和综合监控仿真子系统等与站台门系统相关联的其他子系统而言，半实物站台和虚拟站台并无区别，信号系统在控制站台门时，无需分辨当前站台门是半实物站台门还是虚拟站台门。虚拟站台门包括站台门正常开启和关闭动作、站台门故障隔离和车门故障对位隔离、站台门正常及故障状态的模拟的仿真能力，以及模拟对外提供站台门与信号仿真子系统和综合监控仿真子系统之间数据交互的能力。
所述综合监控仿真子系统，包括：一个实物控制中心ISCS系统、一个实物车站级ISCS系统、一个实物车辆段ISCS系统和多个虚拟车站级ISCS系统，实现全线车站综合监控系统仿真。所述实物控制中心ISCS系统包括一套实物中心服务器、一套实物行调工作站、一套实物设备调工作站和一套实物乘客调工作站；所述实物车站级ISCS系统包括一套实物车站服务器和实物一套车站工作站；所述实物车辆段ISCS系统包括一套实物车辆段工作站；所述虚拟车站级ISCS系统包括一套虚拟车辆段工作站。如图6所示。虚拟车辆工作站，通过对真实车辆工作站的功能和界面进行一定的裁剪，使其仅具备对车站关键机电设备状态的监视功能，而不具备对设备的控制功能。半实物车辆工作站和虚拟车辆工作站的BAS系统数据、FAS系统数据和车站机电设备数据均由ISCS仿真工作站进行模拟。
所述牵引供电仿真子系统，包括：全线供电系统仿真模型；所述全线供电系统仿真模型包括主变电所模型、牵引变电所模型、降压变电所模型、交流供电网模型、接触网/接触轨模型、列车模型等和供电系统功率和能量潮流计算模型，输出全线所有变电所和所有列车的电压、电流和功率随时间变化情况。
所述乘客信息系统仿真子系统，包括：一台车载PIS主机、一套车载PIS终端设备、一套车站PIS终端设备和一套停车场PIS终端设备；所述车载PIS终端设备包括一套车载CCTV(包含四个摄像头)、1个车载PIS屏、一套车载PA(包含1个喇叭)、1套LED动态电子地图和1套紧急对讲装置；所述车站PIS终端设备包括一套车站CCTV(包含四个摄像头)、1个车站PIS屏、一套车站PA(包含1个喇叭)、1套LCD媒体播放器；所述停车场PIS终端设备包括1套车辆段PA(包含1个喇叭)。
所述车载设备监控系统仿真子系统，包括：一套实物车载设备监控系统、一套虚拟车载设备监控系统和一套车辆调工作站。
所述仿真展示子系统，由大屏幕OPS和OPS控制器构成，用于显示地铁运行仿真过程，所述大屏幕OPS被分割为三个区域，分别显示信号、CCTV和列车的相关信息，可以为用户提供直观、逼真的视觉体验。
信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统和车载设备监控系统仿真子系统之间通过第一网络进行通信；仿真管理工作站，与信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统、仿真展示子系统之间通过第二网络进行通信。本实施例提供的地铁全自动运行半实物仿真测试系统，基于以太网通信架构，通过三层交换机构建两张通信网络：仿真系统数据网和仿真系统管理网。子系统间的通信全部由仿真系统数据网承载，采用点对点的方式实现数据交互。与系统管理相关的数据由仿真系统管理网承载，通过仿真管理工作站实现仿真系统的集中管理及控制。总线之间互不干扰，最大限度保障通讯数据的可靠性和实时性。
所述仿真管理工作站，与各子系统的仿真工作站共同构成仿真管理系统，用于仿真资源管理、仿真系统初始化配置、仿真系统同步、场景预设、仿真测试过程控制、仿真数据记录和回放。
所述仿真展示子系统通过视频总线与所述控制中心实物ATS、所述实物行调工作站、所述车载设备监控系统仿真子系统和所述车载PIS主机连接，用于显示地铁运行仿真过程。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (16)
1.一种地铁全自动运行半实物仿真测试系统，其特征在于，包括：信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、综合监控仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统、仿真管理工作站、仿真展示子系统和三层交换机；
除所述乘客信息系统仿真子系统、所述牵引供电仿真子系统、所述仿真管理工作站和所述仿真展示子系统外，其它每个子系统包括实物设备和虚拟设备，构成半实物形式的仿真系统；
每个子系统还包括交换机，子系统内部各个设备之间利用所述交换机进行通信；
信号仿真子系统、列车仿真子系统和站台门仿真子系统还包括信号调理单元，实物设备通过所述信号调理单元将非以太网信号转换为以太网信号后，通过交换机与虚拟设备进行通信；
信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统和综合监控仿真子系统还包括组拆包服务器，用于对发送至其它子系统的数据进行组包，以及对从其它子系统接收的数据进行拆包；
不同子系统之间通过所述三层交换机交互数据包；
除乘客信息系统仿真子系统和仿真展示子系统外，每个子系统还包括一个仿真工作站，用于虚拟设备的仿真。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号仿真子系统，具体包括：一个控制中心、一个车站、一个车辆段和一列车的实物信号设备以及至少一个车站和至少一列车的虚拟信号设备；
所述一个控制中心的实物信号设备包括一套控制中心实物ATS；
所述一个车站的实物信号设备包括一套车站实物ATS、一套实物CI、一套实物ZC和一套实物DCS；
所述一个车辆段的实物信号设备包括一套车辆段实物ATS；
所述一列车的实物信号设备包括两套实物ATC；
每个所述车站的虚拟信号设备，包括一套虚拟车站ATS、一套虚拟CI、一套虚拟ZC；
每个所述列车的虚拟信号设备，包括两套虚拟ATC。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述列车仿真子系统，具体包括：一个半实物列车和至少一个虚拟列车；
所述半实物列车包括实物网络控制系统、实物车载数据中心、电气系统模型、车辆逻辑电路模型、DCU模型、BCU模型、车门模型、列车动力学模型、列车运动学模型和列车能耗模型；
每个所述虚拟列车包括电气系统的外特性仿真模型、列车动力学模型、列车运动学模型和列车能耗模型以及与信号系统ATC的接口模型。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述站台门仿真子系统，具体包括：一个半实物站台和至少一个虚拟站台；
所述半实物站台包括一套实物中央控制盘PEC、一套实物就地控制盘PEL、一套实物门控单元DCU、一套实物异物检测装置、一套实物标准单元门体结构、一套虚拟ECP盘、若干套虚拟门控单元DCU、若干套虚拟的站台门简化模型；
每个所述虚拟站台包括站台系统外特性仿真模型。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述综合监控仿真子系统，包括：一个实物控制中心ISCS系统、一个实物车站级ISCS系统、一个实物车辆段ISCS系统和至少一个虚拟车站级ISCS系统；
所述实物控制中心ISCS系统包括一套实物中心服务器、一套实物行调工作站、一套实物设备调工作站和一套实物乘客调工作站；
所述实物车站级ISCS系统包括一套实物车站服务器和实物一套车站工作站；
所述实物车辆段ISCS系统包括一套实物车辆段工作站；
每个所述虚拟车站级ISCS系统包括一套虚拟车辆段工作站。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述牵引供电仿真子系统，包括：全线供电系统仿真模型；
所述全线供电系统仿真模型包括主变电所模型、牵引变电所模型、降压变电所模型、交流供电网模型、接触网/接触轨模型、列车模型等和供电系统功率和能量潮流计算模型，输出全线所有变电所和所有列车的电压、电流和功率随时间变化情况。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述乘客信息系统仿真子系统，包括：一台车载PIS主机、一套车载PIS终端设备、一套车站PIS终端设备和一套停车场PIS终端设备；
所述车载PIS终端设备包括一套车载CCTV、1个车载PIS屏、一套车载PA、1套LED动态电子地图和1套紧急对讲装置；
所述车站PIS终端设备包括一套车站CCTV、1个车站PIS屏、一套车站PA、1套LCD媒体播放器；
所述停车场PIS终端设备包括1套车辆段PA。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载设备监控系统仿真子系统，包括：一套实物车载设备监控系统、一套虚拟车载设备监控系统和一套车辆调工作站。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真管理工作站和各子系统的仿真工作站共同构成仿真管理系统，用于仿真资源管理、仿真系统初始化配置、仿真系统同步、场景预设、仿真测试过程控制、仿真数据记录和回放。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真展示子系统，由大屏幕OPS和OPS控制器构成，用于显示地铁运行仿真过程，所述大屏幕OPS被分割为三个区域，分别显示信号、CCTV和列车的相关信息，为用户提供直观和逼真的视觉体验。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统和综合监控仿真子系统之间通过第一网络进行通信；
仿真管理工作站，与信号仿真子系统、列车仿真子系统、站台门仿真子系统、牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统、车载设备监控系统仿真子系统、综合监控仿真子系统、仿真展示子系统之间通过第二网络进行通信。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述仿真展示子系统通过视频总线与所述控制中心实物ATS、所述实物行调工作站、所述车载设备监控系统仿真子系统和所述车载PIS主机连接，用于显示地铁运行仿真过程。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真系统同步，具体包括：
所述仿真管理工作站向各个子系统的仿真工作站下发初始化指令，以控制各个子系统完成初始化；
在各个子系统均完成初始化后，向各个子系统发送时间同步指令，以控制各个子系统之间完成时间同步。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号仿真子系统，具体用于：
在接收到所述仿真管理工作站下发的仿真开始指令后，根据计划运行图和仿真系统母钟，在列车发车时刻向所述列车仿真子系统发送唤醒指令，唤醒相应列车开始运行。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述信号仿真子系统，具体用于：
在仿真过程中，获取所述列车仿真子系统、所述站台门仿真子系统、所述综合监控仿真子系统、所述牵引供电仿真子系统、所述乘客信息系统仿真子系统和所述车载设备监控系统仿真子系统的实时状态信息，并向所述列车仿真子系统、所述站台门仿真子系统、所述综合监控仿真子系统、所述牵引供电仿真子系统、乘客信息系统仿真子系统和所述车载设备监控系统仿真子系统发送控制指令，以仿真真实地铁系统运行时的工况。
16.根据权利要求1～15任意一项所述的系统，其特征在于，各个子系统的所述仿真工作站，还用于：获取用户输入的故障注入指令，仿真模拟设备故障。
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