CN113917850A - 一种基于软件实现的轨旁仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于软件实现的轨旁仿真系统，包括信号系统接口模块、轨旁设备码位模块、场景注入模块和轨旁设备逻辑运算模块；信号系统接口模块，为轨旁仿真系统与信号系统的软件接口，用于进行轨旁仿真系统与信号系统之间的通信；轨旁设备逻辑运算模块，用于实现轨旁仿真系统的动作逻辑；场景注入模块，用于实现对设定场景的模拟，包括各类故障场景的注入和轨旁设备采集码位状态的跳变；轨旁设备码位模块，用于实现仿真室外码位的采集，并能响应轨旁设备逻辑运算模块的运算结果或场景注入模块的操作命令，将指定的轨旁采集码位设置到对应状态并通过信号系统接口模块发送给信号系统。与现有技术相比，本发明具有灵活易搭建等优点。

Description

一种基于软件实现的轨旁仿真系统

技术领域

本发明涉及列车信号系统的仿真技术，尤其是涉及一种基于软件实现的轨旁仿真系统。

背景技术

对于信号系统中各个子系统的测试平台或教学仿真平台的搭建，在测试各子系统软件的逻辑功能时，都需要对外部接口，尤其是对轨旁的信号设备状态进行模拟输入采集和模拟输出驱动，如果在测试和评估中，不能正确完整的仿真出现场实施的轨旁系统，可能不完整的测试信号系统逻辑，造成问题逃逸等情况。因此，对于轨旁设备的正确、可靠的仿真模拟，是正确测试轨道信号系统的各个子系统逻辑的基础。

在目前的测试系统中，对轨旁系统的仿真一般是基于完整或部分的硬件系统实现，导致轨旁仿真系统存在搭建成本高，搭建周期长，故障注入难度大等问题。而对于信号系统中各个子系统的测试平台或教学仿真平台而言，更多关注的是对信号系统内部逻辑的测试，信号系统输出给轨旁设备操作命令的应用码位是否正确，以及对于轨旁设备状态变化的反应是否正确。对于信号系统内部逻辑的测试，轨旁设备的模拟量变化对于内部逻辑影响十分有限，并不在主要的关注范围内。因此如何在无硬件设备支撑的前提下，实现适用于多种类型接口方式的轨旁仿真，成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵活易搭建，适用于多种类型接口方式的基于软件实现的轨旁仿真系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于软件实现的轨旁仿真系统，该系统包括信号系统接口模块、轨旁设备码位模块、场景注入模块和轨旁设备逻辑运算模块；

所述的信号系统接口模块，为轨旁仿真系统与信号系统的软件接口，用于进行轨旁仿真系统与信号系统之间的通信；

所述的轨旁设备逻辑运算模块，用于实现轨旁仿真系统的动作逻辑；

所述的场景注入模块，用于实现对设定场景的模拟，包括各类故障场景的注入和轨旁设备采集码位状态的跳变；

所述的轨旁设备码位模块，用于实现仿真室外码位的采集，并能响应轨旁设备逻辑运算模块的运算结果或场景注入模块的操作命令，将指定的轨旁采集码位设置到对应状态并通过信号系统接口模块发送给信号系统。

作为优选的技术方案，所述的信号系统接口模块能适应信号系统的各类外部接口协议，将协议的输出信息进行解包，解析为具体的应用码位信息，同时将轨旁仿真系统的采集信息按照协议要求组包后发送给信号系统。

作为优选的技术方案，所述的轨旁设备逻辑运算模块根据信号系统的命令及场景注入模块的指令，结合命令和采集匹配关系文件，仿真出轨旁设备的状态变化，同时对于室外设备动作的时间，采用伪随机数算法进行模拟。

作为优选的技术方案，所述的命令-采集匹配关系文件是一种由信号人员自行定义内容的XML格式的文本文件，该文件中定义了两部分内容：

1)信号系统输出的命令与轨旁系统对应该命令应发生的轨旁采集码位变化的逻辑匹配关系，以及各个轨旁采集码位变化的时机；

2)轨旁自复式按钮设备按下的状态和恢复的状态的匹配关系，以及设备恢复的时机。

作为优选的技术方案，所述的1)中的信号系统输出的命令与轨旁系统采集码位的匹配关系，定义为“室外采集响应驱动”元素，其中每一个“室外采集响应驱动”元素名称表示一种特定的使用场景，每一个“室外采集响应驱动”元素包括“驱动码位名称及状态”、“采集码位名称及状态”和“延时周期”三个属性名称，其中所述“驱动码位名称及状态”表示信号系统输出的驱动命令的各个码位后缀名称及状态，“采集码位名称及状态”表示轨旁仿真系统应该响应驱动命令的各个采集码位后缀名称及状态，“延时周期”表示轨旁仿真系统响应的各个采集码位跳变的时机。

作为优选的技术方案，所述的“驱动码位名称及状态”属性和“延时周期”属性的数目保持一致，以确定各个采集码位的跳变时机。

作为优选的技术方案，当所述信号系统发送输出命令给轨旁仿真系统，所述轨旁仿真系统将该命令的应用码位解析后，以该应用码位的后缀名与“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名进行一一匹配，只有当信号系统输出的驱动码位后缀名称及状态与“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名完全一致，轨旁仿真系统才认为正确匹配到，并根据信号系统输出命令的应用码位截取设备名称，与“驱动码位名称及状态”中定义的后缀名进行组合，将组合后的采集码位置为指定状态后反馈给信号系统；

如果信号系统输出命令的码位后缀名称及状态与命令-采集匹配关系文件中任一“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名都无法完全匹配，则轨旁仿真系统直接忽略该命令。

作为优选的技术方案，所述“采集码位名称及状态”属性有多个码位后缀名称，每一个码位后缀名称的励磁时机由“延时周期”属性中的延时周期决定，“延时周期”属性有两种格式，分别为给定响应周期，或给定响应周期的范围。

作为优选的技术方案，所述给定响应周期的延时，需要在指定的周期响应指定采集码位的跳变命令；所述给定响应周期范围的延时，每一次的反应周期通过在该周期范围内产生伪随机数的方式实现具体采集周期的模拟。

作为优选的技术方案，所述的2)中的轨旁自复式按钮设备按下的状态和恢复的状态的匹配关系，定义为“自复式按钮”元素，每一个所述“自复式按钮”元素名称表示一种特定的使用场景，每一个“自复式按钮”元素包括“采集码位名称及初始状态”、“采集码位名称及恢复状态”和“延时周期”三个属性名称，其中所述“采集码位名称及初始状态”表示轨旁仿真系统采集到的各个码位后缀名称及状态，所述“采集码位名称及恢复状态”表示轨旁仿真系统对采集到的码位状态应响应的各个采集码位后缀名称及状态，所述“延时周期”表示轨旁仿真系统响应的各个输入码位跳变的具体时机。

作为优选的技术方案，所述的“采集码位名称及恢复状态”属性和“延时周期”属性的数目保持一致，以确定各个采集码位的跳变时机。

作为优选的技术方案，当所述的轨旁仿真系统采集码位发生了跳变，将遍历各个“自复式按钮”元素下的“采集码位名称及初始状态”属性，如果该采集码位的后缀名称及状态与“室外采集响应驱动”元素下“采集码位名称及初始状态”属性中定义的后缀名完全一致，轨旁仿真系统才认为正确匹配到，并根据跳变的采集码位截取设备名称，与“采集码位名称及恢复状态”中定义的后缀名进行组合后，将组合后的采集码位置到指定状态后反馈给信号系统；

如果所述的轨旁仿真系统采集的码位后缀名称及状态与命令-采集匹配关系文件中任一“室外采集响应驱动”元素下“采集码位名称及初始状态”属性中定义的后缀名都无法完全匹配，则认为改采集信息不是自复式按钮，轨旁仿真系统直接忽略该采集码位的跳变。

作为优选的技术方案，所述的“采集码位名称及恢复状态”属性有多个码位后缀名称，每一个码位后缀名称的励磁时机由“延时周期”属性中的延时周期决定，轨旁自复式按钮设备的“延时周期”属性有两种格式包括给定响应周期和给定响应周期的范围。

作为优选的技术方案，所述的给定响应周期的延时，需要在指定的周期响应进行采集码位的跳变；所述的给定响应周期范围的延时，每一次的反应周期通过在该周期范围内产生伪随机数的方式实现对具体采集周期的模拟，采集码位在对应模拟周期进行跳变。

作为优选的技术方案，所述的场景注入模块提供人机操作接口，方便人为地向轨旁仿真系统注入场景。

作为优选的技术方案，针对于不同的接口方式，通过修改命令-采集匹配关系文件中所定义的映射关系实现仿真模拟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的轨旁仿真系统，可以实现在无硬件设备支撑的前提下，通过操作人员在命令-采集匹配关系文件中配置的命令码位-采集码位的映射关系及采集码位的励磁/失磁的具体周期，兼容各类接口和各类轨旁设备如LEU，轨旁零散设备，继电器等，当信号系统的外部接口进行更新时，能快速对迭代更新后的接口设备仿真需求实现兼容。

2、本发明的轨旁仿真系统，无需真是采集到硬件设备的状态信息，可以灵活的模拟故障的注入和恢复。

3、本发明的轨旁仿真系统在响应信号系统的指令，以命令-采集匹配关系文件中定义的命令输出-室外采集关系进行完全匹配。未完全匹配到的命令轨旁仿真系统将不予响应，仿真室外电路逻辑，更贴近实际的轨旁系统。

4、本发明的采集时机可采用随机数的方式，可以更好地模拟室外电路及设备不确定的动作时间。针对不同的励磁时机，可以更好的测试信号系统的反应。

附图说明

图1为本发明轨旁仿真系统的结构示意图；

图2为本发明仿真系统的运行流程图；

图3为本发明仿真系统的室外自复式按钮的仿真流程图；

图4为本发明仿真系统的码位锁定的仿真流程图；

图5为本发明仿真系统的码位状态变化的仿真流程图；

图6为本发明仿真系统的轨旁故障的仿真流程图；

图7为实施例1中的驱动命令匹配驱动-采集关系示意图；

图8为实施例2中的命令与轨旁系统采集码位的匹配关系示意图；

图9为实施例3中的命令-采集匹配关系文件中的定义示意图；

图10为实施例5中的命令-采集匹配关系文件中的定义示意图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，仿真系统包括以下部分：信号系统接口模块，轨旁设备码位模块，场景注入模块，轨旁设备逻辑运算模块。系统中各个组块之间的数据流详见附图1。

所述的信号系统接口模块用于实现轨旁仿真系统与信号系统的软件接口，仿真系统能适应信号系统的各类外部接口协议，将协议的输出信息进行解包，解析为具体的应用码位信息，同时将轨旁的采集信息按照协议要求组包后发送给信号系统。实现轨旁仿真系统与信号系统之间的接口通信；

所述的轨旁设备逻辑运算模块用以实现轨旁仿真系统的动作逻辑，对于实际的轨旁系统，室外的轨旁设备在接收到命令后通过电路或板卡实现轨旁逻辑动作，驱动相关信号设备动作。轨旁设备逻辑运算模块即可以根据信号系统的命令及场景注入模块的指令，结合命令-采集匹配关系文件，仿真出轨旁设备的状态变化。在实际的轨旁设备动作，从信号系统开始输出驱动命令到轨旁系统响应驱动命令开始动作直至完全动作完毕采集到室外设备状态，是需要一段时间完成的，轨旁仿真系统对这段动作时间的模拟仿真也是由轨旁设备逻辑运算模块计算实现，由于实际轨旁设备的动作时间依赖于室外电路动作及采集响应时间，每一次采集的周期可能是变化的，因此轨旁仿真系统对于室外设备动作的时间，采用伪随机数算法进行模拟。信号系统的运算周期一般会小于1s，在任一运算周期内均可能采集到室外状态变化，为了对采集时机进行仿真，延时时间的单位设置为周期，与系统运算的周期保持一致。

所述的命令-采集匹配关系文件是一种可以由信号人员自行定义内容的.XML格式(Extensible Markup Language)的文本文件，命令-采集匹配关系文件中定义了两部分内容：1.信号系统输出的命令与轨旁系统对应该命令应发生的轨旁采集码位变化的逻辑匹配关系，以及各个轨旁采集码位变化的时机；2.轨旁自复式按钮设备按下的状态和恢复的状态，以及设备恢复的时机。两种类型的内容分别定义在命令-采集匹配关系文件的不同节点下，详见附图6和附图7是上述命令-采集匹配关系文件中两种典型的匹配关系。

所述类型1的信号系统输出的命令与轨旁系统采集码位的匹配关系，定义为“室外采集响应驱动”元素。每一个“室外采集响应驱动”元素名称表示一种特定的使用场景，每一个“室外采集响应驱动”元素包括“驱动码位名称及状态”,“采集码位名称及状态”,“延时周期”三个属性名称，分别表示：信号系统输出的驱动命令的各个码位后缀名称及状态，轨旁仿真系统应该响应驱动命令的各个采集码位后缀名称及状态，轨旁仿真系统响应的各个采集码位跳变的时机。

其中“驱动码位名称及状态”属性和“延时周期”属性的数目保持一致，以确定各个采集码位的跳变时机。当信号系统发送输出命令给轨旁仿真系统，轨旁仿真系统将该命令的应用码位解析后，以该应用码位的后缀名与“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名进行一一匹配，只有信号系统输出的驱动码位后缀名称及状态与“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名完全一致，轨旁仿真系统才认为正确匹配到，并根据信号系统输出命令的应用码位截取设备名称，与“驱动码位名称及状态”中定义的后缀名进行组合后，将组合后的采集码位置为指定状态后反馈给信号系统，“采集码位名称及状态”属性可以有多个码位后缀名称，每一个码位后缀名称的励磁时机由“延时周期”属性中的延时周期决定，“延时周期”属性有两种格式，给定响应周期，或给定响应周期的范围。对于给定响应周期的延时，需要在指定的周期响应指定采集码位的跳变命令，如指定响应周期为1，即为收到信号系统操作命令的下一个周期，仿真子系统即响应命令采集码位进行跳变；对于给定响应周期范围的延时，每一次的反应周期通过在该周期范围内产生伪随机数的方式实现具体采集周期的模拟，如指定响应周期为1-10，先通过伪随机数算法在1-10之间生成任意整数如7，则仿真子系统在收到命令7个周期后响应命令采集码位进行跳变。

如果信号系统输出命令的码位后缀名称及状态与命令-采集匹配关系文件中任一“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名都无法完全匹配，则轨旁仿真系统直接忽略该命令。例如对于真实场景下，同时收到屏蔽门开门请求和关门请求，轨旁系统对该命令请求将无法给出响应，则在轨旁仿真系统中，对于该未定义的场景同样不进行反应。

所述类型2的轨旁自复式按钮设备按下的状态和恢复的状态的匹配关系，定义为“自复式按钮”元素。每一个“自复式按钮”元素名称表示一种特定的使用场景，每一个“自复式按钮”元素包括“采集码位名称及初始状态”“采集码位名称及恢复状态”“延时周期”三个属性名称，分别表示：轨旁仿真系统采集到的各个码位后缀名称及状态，轨旁仿真系统对采集到的码位状态应响应的各个采集码位后缀名称及状态，轨旁仿真系统响应的各个输入码位跳变的具体时机(周期数)。其中“采集码位名称及恢复状态”属性和“延时周期”属性的数目保持一致，以确定各个采集码位的跳变时机。当轨旁仿真系统采集码位发生了跳变，将遍历各个“自复式按钮”元素下的“采集码位名称及初始状态”属性，如果该采集码位的后缀名称及状态与“室外采集响应驱动”元素下“采集码位名称及初始状态”属性中定义的后缀名完全一致，轨旁仿真系统才认为正确匹配到，并根据跳变的采集码位截取设备名称，与“采集码位名称及恢复状态”中定义的后缀名进行组合后，将组合后的采集码位置到指定状态后反馈给信号系统，

“采集码位名称及恢复状态”属性可以有多个码位后缀名称，每一个码位后缀名称的励磁时机由“延时周期”属性中的延时周期决定，轨旁自复式按钮设备的“延时周期”属性有两种格式，给定响应周期，或给定响应周期的范围。对于给定响应周期的延时，需要在指定的周期响应进行采集码位的跳变；对于给定响应周期范围的延时，每一次的反应周期通过在该周期范围内产生伪随机数的方式实现对具体采集周期的模拟，采集码位在对应模拟周期进行跳变。如果轨旁仿真系统采集的码位后缀名称及状态与命令-采集匹配关系文件中任一“室外采集响应驱动”元素下“采集码位名称及初始状态”属性中定义的后缀名都无法完全匹配，则认为改采集信息不是自复式按钮，轨旁仿真系统直接忽略该采集码位的跳变。

所述场景注入模块用以实现对特定场景的模拟，包括各类故障场景的注入，轨旁设备采集码位状态的跳变等。对于真实的轨旁系统，除了正常响应信号系统的轨旁设备操作命令以外，还有可能是由于轨旁系统的故障，导致轨旁设备不能正确动作；另外，对于轨旁系统在现场的实际运用而言，在没有收到信号系统的动作指令时，其本身的设备状态也是在实时变化的，例如操作人员按下操作按钮，或轨旁的信号设备发生故障如道岔失表，信号灯丝断丝，硬回采断线等。场景注入模块提供人机操作接口，方便人为的向轨旁仿真系统注入场景。其中，上文所述的模拟轨旁设备不能正确动作的故障场景注入，主要指的是对轨旁设备的采集码位状态的锁定，被锁定后的采集码位将不能被任何方式修改码位状态，用以模拟轨旁设备不能动作。

场景注入模块即用以实现这类特殊场景的仿真，通过场景注入模块与轨旁设备逻辑运算模块的信息交互，可以实现对大多数轨旁场景的仿真重现。具体的应用场景在下面的举例说明章节进行场景描述。

所述的轨旁设备码位模块用以实现仿真室外码位的采集，轨旁设备码位模块能响应轨旁设备逻辑运算模块的运算结果或场景注入模块的操作命令，将指定的轨旁采集码位设置到对应状态并通过接口模块发送给信号系统，为方便查看不同类型的接口码位，轨旁仿真系统在对编译的应用数据解码后，根据不同接口的通信文件将码位信息划分到各个可视化页面方便操作人员查看。

针对于不同的接口方式，如轨旁全电子接口或继电接口，可以灵活的通过修改命令-采集匹配关系文件中所定义的映射关系实现仿真模拟。

实施例1

参考图2，介绍本发明对于信号系统输出的控制命令，轨旁系统的响应逻辑。信号系统向轨旁设备发送的操作命令，如信号机的驱动命令，道岔驱动命令，屏蔽门/车库门的开关门命令等，真实的轨旁设备会响应该操作命令，实施例1即对该正常的运行场景，以继电接口的室外道岔的动作仿真进行说明。

步骤1-01：当轨旁继电接口的道岔P01处于定位状态。信号系统向轨旁仿真系统发送继电接口的道岔P01的反位驱动命令，轨旁仿真系统通过接口接收到道岔P01的继电接口反位驱动命令＝1；

步骤1-02：逻辑运算模块根据收到的驱动命令匹配驱动-采集关系，如图7，匹配相应的采集码位状态及对应的响应周期，当前收到信号系统输出的驱动命令为P01道岔的继电接口反位驱动命令＝1且P01道岔的继电接口定位驱动命令＝0，根据命令-采集匹配关系文件的定义，应在收到命令的下一周期，将道岔P01定位位置的继电采集码位置为0，同时应用伪随机数算法，在6-20之间任取一个周期数N(N∈[6,20])，应在收到命令的第N个周期，将道岔P01反位位置的继电采集码位置为1。

步骤1-03：根据步骤1-02逻辑运算模块的运算结果开始延时，延时过程中，逻辑运算模块都需要实时监控有无该设备P01的命令更新。如果在延时过程中(N周期之内)没有设备P01的命令更新，则执行步骤1-04；如果在延时过程设备P01的命令发生了更新，在前序P01道岔的继电接口反位驱动命令＝1的第M个周期(M<N，在第一个周期时，道岔P01的定位位置的继电采集码位状态已经变为0)，又接收到P01道岔的继电接口定位驱动命令＝1，此时则停止采集码位状态对前序道岔动岔命令的延时响应，开始重新执行新命令(重新开始步骤1-01至步骤1-03)：在收到信号系统输出的最新的道岔驱动命令为P01道岔的继电接口定位驱动命令＝1且P01道岔的继电接口反位驱动命令＝0，根据命令-采集匹配关系文件的定义，应在收到命令的下一周期，将道岔反位位置的继电采集码位置为0。对于上面1-03中描述的场景，由于前序的道岔反位动作命令，模拟道岔处于反位转动过程中且尚未转动到反位位置，此时道岔仿真处于失表状态，仿真系统对室外道岔状态的定位、反位位置采集码位状态均为0，则在收到命令的下一周期，道岔反位位置的继电采集码位状态保持在0不发生变化。同时应用伪随机数算法，在6-20之间任取一个周期数N(N∈[6,20])，应在收到命令的第N个周期，将道岔定位位置的继电采集码位状态置为1。

步骤1-04：对于轨旁设备码位模块定义的室外设备采集码位状态发生变更时，实时的通过接口模块将最新的采集码位状态更新状态发送给信号系统，以模拟轨旁设备状态变化。

以上所述P01为室外道岔的道岔名称。

实施例2

参考图2，结合实施例1中所举的例子，介绍本发明对于信号系统输出的控制命令，轨旁系统的响应逻辑。对比与实施例1，实施例2针对于同一设备，而采用不同的接口类型，以全电子接口的室外双机牵引的五线制道岔的动作仿真进行说明，以体现本发明对于室外各种类型接口的设备的普遍适用性。先简要说明全电子接口的室外双机牵引的五线制道岔与实施例1中继电接口的室外道岔两种类型接口的差异：对于继电接口的室外道岔而言，信号系统直接向轨旁系统输出对道岔定位、反位的操作命令，具体道岔的动作逻辑由室外电路实现，并在动作完成后直接向信号系统反馈道岔定、反位采集状态信息，轨旁仿真系统直接对整个室外电路的动作逻辑进行仿真；对于全电子接口的室外双机牵引的五线制道岔而言，信号系统在经过运算后，直接向道岔的两个牵引点分别发送动岔命令，并分别采集道岔两个牵引点的定反位状态，轨旁仿真系统对两个转辙机电路的动作逻辑进行仿真。

对于信号系统的输出命令，两个道岔牵引点的定位、反位操作命令应该是同时输出的，在命令-采集匹配关系文件中仅定义两个道岔牵引点同时输出定位操作命令、两个道岔牵引点同时输出反位操作命令的输出的命令与轨旁系统采集码位的匹配关系(如图8)，其他场景不进行定义。如果两个道岔牵引点的命令发生异步，实际情况下室外道岔也不能发生动作，对于这种场景，轨旁仿真系统将无法在命令-采集匹配关系文件中匹配到对应场景，系统不响应命令，符合实际站场中轨旁系统的实际反应。

步骤2-01：当轨旁全电子接口的室外双机牵引的五线制道岔P03处于定位状态。信号系统向轨旁仿真系统分别发送全电子接口的道岔P03第一牵引点、第二牵引点的反位驱动命令，轨旁仿真系统通过接口接收到道岔P03的全电子接口第一牵引点、第二牵引点反位驱动命令＝1；

步骤2-02：逻辑运算模块根据收到的驱动命令匹配驱动-采集关系，如图8，匹配相应的采集码位状态及对应的响应周期，当前收到信号系统输出的驱动命令为P03道岔的全电子接口第一牵引点反位驱动命令＝1且P03道岔的全电子接口第二牵引点反位驱动命令＝1且P03道岔的全电子接口第一牵引点定位驱动命令＝0且P03道岔的全电子接口第二牵引点定位驱动命令＝0，根据命令-采集匹配关系文件的定义，应在收到命令的下一周期，将道岔P03第一牵引点和第二牵引点定位位置的全电子采集码位置为0，同时应用伪随机数算法，在6-20之间任取一个周期数N1(N1∈[6,20])，应在收到命令的第N1个周期，将道岔P03第一牵引点反位位置的全电子采集码位置为1；并采用同样的随机数方法，在6-20之间任取一个周期数N2(N2∈[6,20])将道岔P03第二牵引点反位位置的全电子采集码位置为1。通过两个牵引点的随机状态采集，模拟室外两个转辙机双机动作的时机差异。

步骤2-03：根据步骤2-02逻辑运算模块的运算结果开始延时(取N1，N2中的最大值，设为N)，在延时过程中，任一道岔牵引点的延时未结束时，逻辑运算模块都需要实时监控有无该设备P03的命令更新。如果在延时过程中没有设备P03的命令更新，则执行步骤2-04；如果在延时过程设备P03道岔的命令发生了更新，在前序P03道岔两个牵引点的全电子接口反位驱动命令＝1的第M个周期(M<N，在第一个周期时，道岔P03两个牵引点的定位位置的采集码位状态已经变为0)，又接收到P03道岔两个牵引点的全电子接口定位驱动命令＝1，此时则停止采集码位状态对前序道岔动岔命令的延时响应，开始重新执行新命令(重新开始步骤2-01至步骤2-03)：在收到信号系统输出的最新的道岔驱动命令为P03道岔两个牵引点的全电子接口定位驱动命令＝1且P03道岔两个牵引点的全电子接口反位驱动命令＝0，根据命令-采集匹配关系文件的定义，应在收到命令的下一周期，将道岔两个牵引点的全电子接口反位位置的采集码位置为0。同时应用伪随机数算法，在6-20之间任取周期数N1，N2(N1，N2∈[6,20])，应在收到命令的第N1、N2个周期，分别将道岔两个牵引点的全电子接口定位位置的采集码位状态置为1。

步骤2-04：对于轨旁设备码位模块定义的室外设备采集码位状态发生变更时，实时的通过接口模块将最新的采集码位状态更新状态发送给信号系统，以模拟轨旁设备状态变化。

以上所述P03为双机牵引的室外五线制道岔的道岔名称。

实施例3

参考图3，介绍本发明对于室外自复式按钮的采集。由于在轨旁设置的一些按钮设备(如扣车按钮，紧急关闭按钮，紧急关闭取消按钮)是自复式按钮，当按钮按下后若干周期后会自动恢复，本实施例即对该场景进行模拟。以室外紧急关闭ESP按钮的状态仿真进行说明。

步骤3-01：轨旁仿真系统采集到室外关联到区段G01的自复式按钮ESP按钮按下＝1，根据命令-采集匹配关系文件中的定义，如图9，G01的自复式按钮将会在按钮按下后，经过5个周期的延时恢复到状态0模拟按钮自动恢复；

步骤3-02：轨旁仿真系统在采集到室外区段G01关联的紧急关闭ESP按钮按下(＝1)的当周期开始，保持5个周期的励磁状态，并将这5个周期的励磁状态，实时的通过接口模块反馈到信号系统，用以信号系统的逻辑运算；

步骤3-03：轨旁仿真系统采集到室外区段G01关联的紧急关闭ESP按钮按下(＝1)的第5个周期，延时时间结束，轨旁仿真系统将室外区段G01关联的紧急关闭ESP按钮状态自动置回状态0；

步骤3-04：轨旁仿真系统将室外区段G01关联的紧急关闭ESP按钮状态置回状态0的当周期，实时的通过接口模块将状态跳变反馈到信号系统，用以信号系统的逻辑运算。

以上所述G01为区段名称，紧急关闭ESP按钮关联到区段上。

实施例4

参考图4，介绍本发明对于一种室外故障场景的仿真。通过将轨旁的采集码位进行锁定的方式模拟轨旁系统无法正确响应信号系统的动作命令，被锁定的采集码位将始终保持在当前状态，在解锁前不能被以任何方式改变状态，本实施例即以继电接口的道岔为例对该场景进行模拟。

步骤4-01：仍以实施例1中的道岔动作为例进行说明。当前道岔P01处于定位位置，此时道岔P01定位位置的继电采集码位为1，反位位置的继电采集码位为0。首先，通过场景注入模块设置P01道岔反位位置的继电采集码位的锁定命令；

步骤4-02：逻辑运算模块在收到锁定命令后，将道岔反位位置的继电采集码位锁定到当前状态；

步骤4-03：在锁定期间，轨旁仿真系统持续通过接口向信号系统发送被锁定的道岔反位位置的继电采集码位当前状态信息。如果此时轨旁系统收到信号系统发送来的P01道岔向反位的动岔命令(详见步骤1-01，1-02)，逻辑运算模块根据收到的驱动命令匹配驱动-采集关系，匹配相应的采集码位状态及对应的响应周期，在收到命令的下一周期，将P01道岔定位位置的继电采集码位置为0；但由于P01道岔反位位置的继电采集码位被轨旁仿真系统锁定在状态0，在收到动岔命令的第N个周期后仿真系统不响应道岔反位位置的继电采集码位的跳变请求，即动岔后室外道岔无法动作到位，P01道岔定位、反位位置的继电采集码位均为0，道岔处于持续的失去表示状态；

步骤4-04：场景注入模块设置P01道岔反位位置的继电采集码位的锁定命令恢复，逻辑运算模块在收到码位解锁命令后，取消轨旁设备码位模块的P01道岔反位位置的继电采集码位码位锁定，轨旁仿真系统可以重新再响应信号系统的命令。如果此时轨旁系统再次收到信号系统发来的P01道岔的反位动岔命令，在收到反位驱动命令的第N个周期后仿真系统响应P01道岔反位位置的继电采集码位的跳变请求，P01道岔定位位置的继电采集码位为1，模拟道岔动作到反位位置。

实施例5

参考图5和图6，介绍本发明对于模拟轨旁设备发生了故障，轨旁设备状态发生了变化，轨旁仿真系统将码位的状态变化发送到信号系统的场景。本实施例以道岔模拟失表为例对该场景进行模拟。

步骤5-01：仍以实施例1中的继电接口道岔为例进行说明。当前道岔P01处于定位位置，此时道岔P01定位位置的继电采集码位为1，反位位置的继电采集码位为0。首先，通过场景注入模块设置P01道岔的模拟挤岔故障；

步骤5-02：逻辑运算模块对P01道岔的模拟挤岔故障，结合命令-采集匹配关系文件中的定义(如图10)进行故障解析。

逻辑运算模块首先根据命令-采集匹配关系文件中的定义将道岔的定位、反位位置分别对应的码位关系进行记录，当前P01道岔位置处于定位，即道岔P01定位位置的继电采集码位＝1。再将“挤岔故障”节点下的所有码位，包括道岔P01定位位置的继电采集码位，道岔P01反位位置的继电采集码位状态全部置为0；

步骤5-03：轨旁设备码位模块在收到道岔P01定位、反位位置的继电采集码位状态全部置为0的命令后，将P01的道岔位置继电采集码位置到指定状态0；

步骤5-04：轨旁仿真系统将P01道岔位置继电采集码位状态置为状态0的当周期，实时的通过接口模块将状态跳变反馈到信号系统，用以信号系统的逻辑运算；

步骤5-05：此时如果通过场景注入模块收到了P01道岔的模拟挤岔故障恢复操作，逻辑运算模块对P01道岔的模拟挤岔故障恢复操作，结合命令-采集匹配关系文件中的定义(如图10)进行故障恢复的操作解析。逻辑运算模块在步骤5-02时记录了道岔P01的初始状态，道岔P01定位位置的继电采集码位＝1，因此解析故障恢复命令后，根据之前的状态记录，仅将道岔P01定位位置的继电采集码位置为1；

步骤5-06：轨旁设备码位模块在收到道岔P01定位位置的继电采集码位状态置为1的命令后，将P01的道岔定位位置继电采集码位置到指定状态1；

步骤5-07：轨旁仿真系统将P01道岔定位位置继电采集码位状态置为状态1的当周期，实时的通过接口模块将状态跳变反馈到信号系统，用以信号系统的逻辑运算。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，该系统包括信号系统接口模块、轨旁设备码位模块、场景注入模块和轨旁设备逻辑运算模块；

所述的信号系统接口模块，为轨旁仿真系统与信号系统的软件接口，用于进行轨旁仿真系统与信号系统之间的通信；

所述的轨旁设备逻辑运算模块，用于实现轨旁仿真系统的动作逻辑；

所述的场景注入模块，用于实现对设定场景的模拟，包括各类故障场景的注入和轨旁设备采集码位状态的跳变；

所述的轨旁设备码位模块，用于实现仿真室外码位的采集，并能响应轨旁设备逻辑运算模块的运算结果或场景注入模块的操作命令，将指定的轨旁采集码位设置到对应状态并通过信号系统接口模块发送给信号系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的信号系统接口模块能适应信号系统的各类外部接口协议，将协议的输出信息进行解包，解析为具体的应用码位信息，同时将轨旁仿真系统的采集信息按照协议要求组包后发送给信号系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的轨旁设备逻辑运算模块根据信号系统的命令及场景注入模块的指令，结合命令和采集匹配关系文件，仿真出轨旁设备的状态变化，同时对于室外设备动作的时间，采用伪随机数算法进行模拟。

4.根据权利要求3所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的命令-采集匹配关系文件是一种由信号人员自行定义内容的XML格式的文本文件，该文件中定义了两部分内容：

1)信号系统输出的命令与轨旁系统对应该命令应发生的轨旁采集码位变化的逻辑匹配关系，以及各个轨旁采集码位变化的时机；

2)轨旁自复式按钮设备按下的状态和恢复的状态的匹配关系，以及设备恢复的时机。

5.根据权利要求4所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的1)中的信号系统输出的命令与轨旁系统采集码位的匹配关系，定义为“室外采集响应驱动”元素，其中每一个“室外采集响应驱动”元素名称表示一种特定的使用场景，每一个“室外采集响应驱动”元素包括“驱动码位名称及状态”、“采集码位名称及状态”和“延时周期”三个属性名称，其中所述“驱动码位名称及状态”表示信号系统输出的驱动命令的各个码位后缀名称及状态，“采集码位名称及状态”表示轨旁仿真系统应该响应驱动命令的各个采集码位后缀名称及状态，“延时周期”表示轨旁仿真系统响应的各个采集码位跳变的时机。

6.根据权利要求5所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的“驱动码位名称及状态”属性和“延时周期”属性的数目保持一致，以确定各个采集码位的跳变时机。

7.根据权利要求5所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，当所述信号系统发送输出命令给轨旁仿真系统，所述轨旁仿真系统将该命令的应用码位解析后，以该应用码位的后缀名与“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名进行一一匹配，只有当信号系统输出的驱动码位后缀名称及状态与“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名完全一致，轨旁仿真系统才认为正确匹配到，并根据信号系统输出命令的应用码位截取设备名称，与“驱动码位名称及状态”中定义的后缀名进行组合，将组合后的采集码位置为指定状态后反馈给信号系统；

如果信号系统输出命令的码位后缀名称及状态与命令-采集匹配关系文件中任一“室外采集响应驱动”元素下“驱动码位名称及状态”属性中定义的后缀名都无法完全匹配，则轨旁仿真系统直接忽略该命令。

8.根据权利要求5或7所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述“采集码位名称及状态”属性有多个码位后缀名称，每一个码位后缀名称的励磁时机由“延时周期”属性中的延时周期决定，“延时周期”属性有两种格式，分别为给定响应周期，或给定响应周期的范围。

9.根据权利要求8所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述给定响应周期的延时，需要在指定的周期响应指定采集码位的跳变命令；所述给定响应周期范围的延时，每一次的反应周期通过在该周期范围内产生伪随机数的方式实现具体采集周期的模拟。

10.根据权利要求4所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的2)中的轨旁自复式按钮设备按下的状态和恢复的状态的匹配关系，定义为“自复式按钮”元素，每一个所述“自复式按钮”元素名称表示一种特定的使用场景，每一个“自复式按钮”元素包括“采集码位名称及初始状态”、“采集码位名称及恢复状态”和“延时周期”三个属性名称，其中所述“采集码位名称及初始状态”表示轨旁仿真系统采集到的各个码位后缀名称及状态，所述“采集码位名称及恢复状态”表示轨旁仿真系统对采集到的码位状态应响应的各个采集码位后缀名称及状态，所述“延时周期”表示轨旁仿真系统响应的各个输入码位跳变的具体时机。

11.根据权利要求10所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的“采集码位名称及恢复状态”属性和“延时周期”属性的数目保持一致，以确定各个采集码位的跳变时机。

12.根据权利要求10所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，当所述的轨旁仿真系统采集码位发生了跳变，将遍历各个“自复式按钮”元素下的“采集码位名称及初始状态”属性，如果该采集码位的后缀名称及状态与“室外采集响应驱动”元素下“采集码位名称及初始状态”属性中定义的后缀名完全一致，轨旁仿真系统才认为正确匹配到，并根据跳变的采集码位截取设备名称，与“采集码位名称及恢复状态”中定义的后缀名进行组合后，将组合后的采集码位置到指定状态后反馈给信号系统；

如果所述的轨旁仿真系统采集的码位后缀名称及状态与命令-采集匹配关系文件中任一“室外采集响应驱动”元素下“采集码位名称及初始状态”属性中定义的后缀名都无法完全匹配，则认为改采集信息不是自复式按钮，轨旁仿真系统直接忽略该采集码位的跳变。

13.根据权利要求10或12所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的“采集码位名称及恢复状态”属性有多个码位后缀名称，每一个码位后缀名称的励磁时机由“延时周期”属性中的延时周期决定，轨旁自复式按钮设备的“延时周期”属性有两种格式包括给定响应周期和给定响应周期的范围。

14.根据权利要求13所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的给定响应周期的延时，需要在指定的周期响应进行采集码位的跳变；所述的给定响应周期范围的延时，每一次的反应周期通过在该周期范围内产生伪随机数的方式实现对具体采集周期的模拟，采集码位在对应模拟周期进行跳变。

15.根据权利要求1所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，所述的场景注入模块提供人机操作接口，方便人为地向轨旁仿真系统注入场景。

16.根据权利要求4所述的一种基于软件实现的轨旁仿真系统，其特征在于，针对于不同的接口方式，通过修改命令-采集匹配关系文件中所定义的映射关系实现仿真模拟。

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