CN118107638A - 一种列控车载设备的模拟系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种列控车载设备的模拟系统，本公开实施例通过设计列车超速防护系统(ATP)外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备，设计实现了可以应对多场景的列车车载信号的模拟系统。

Description

一种列控车载设备的模拟系统

技术领域

本申请涉及但不限于轨道交通技术，其中涉及一种列控车载设备的模拟系统。

背景技术

高速铁路具有运输能力大、安全可靠、乘坐舒适等特点，使其在世界各地蓬勃发展。近年来，随着高速铁路的快速发展，列车超速防护系统(ATP)设备的使用数量不断增加，中国列车控制系统(CTCS)3级列控设备作为高速列车安全、可靠、高效运行的核心技术之一，被更广泛的应用。CTCS3-300S型列控车载系统是根据我国CTCS3级列控技术标准的要求进行研制的，适用于300～350千米每小时(km/h)运营需求的主力型号车载设备，广泛应用到各个铁路局集团公司。

现阶段，为验证CTCS3等级列控车载设备的设计方案和功能需求的符合性，均需在系统集成后，对系统进行联调联试，以实车试验的方式，验证设计方案的完善程度和系统的整体安全性。因CTCS-3级列控车载系统结构复杂，运营场景众多，车载系统中各子系统间交互信息繁多，若需要对列控车载系统进行全系统的功能性及安全性测试，需要涉及的设备较多，包括应答器、轨道电路、车辆接口、无线闭塞中心(RBC)、联锁、临时限速服务器(TSRS)和全球铁路移动通信标准(GSM-R)网络等设备，环境搭建工作繁琐且效率较低、故障场景复现困难，所以针对CTCS3-300S型列控车载设备，急需设计开发一套应对多场景的列车车载信号的模拟系统。

发明内容

以下是对本申请详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本公开实施例提供一种列控车载设备的模拟系统，能够实现应对多场景的列车车载信号的模拟。

本公开实施例提供了一种列控车载设备的模拟系统，包括：列车超速防护系统ATP外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备；其中，

ATP外围模拟设备包括：地面信号模拟器、车辆信号模拟器及列车运行仿真管理器；其中，

车辆信号模拟器设置为：模拟动车组仿真信号；将模拟的动车组仿真信号发送给列车运行管理器；

地面信号模拟器设置为：根据来自列车运行管理器的线路数据及进路及轨道区段占用信息执行地面信号数据的仿真，产生地面仿真数据；将产生的地面仿真数据发送给列车运行管理器；

列车运行管理器设置为：执行仿真驾驶台操作及输出线路数据；依据动车组仿真信号更新仿真驾驶台实时显示信息及线路数据；向ATP仿真模拟设备提供动车组仿真信号和地面仿真数据；接收并显示来自ATP仿真模拟设备的数据，更新接收到的回复消息，反馈回复消息至地面信号模拟器；

ATP仿真模拟设备包括：中国列车控制系统CTCS3 ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器、车载人机界面DMI模拟器和ATP硬件平台模拟器；

ATP硬件平台模拟器设置为：进行ATP车载设备的底层硬件接口模拟；将动车组仿真信号和地面仿真数据发送至CTCS3 ATP模拟器和CTCS2 ATP模拟器；解析地面仿真数据，将回复消息发送至列车运行管理器；将控制信息组包后转发给DMI模拟器；

CTCS3 ATP模拟器，内嵌C3主控软件，设置为：根据动车组仿真信号和地面仿真数据实现CTCS3等级的功能仿真；

CTCS2 ATP模拟器，内嵌C2主控软件，设置为：根据动车组仿真信号和地面仿真数据实现CTCS2等级的功能仿真；

车载人机界面DMI模拟器内嵌DMI主控软件，设置为：接收外部输入的列车信息和控制信息；根据接收的列车信息和控制信息，执行ATP车载设备的人机交互界面模拟。

与相关技术相比，本公开实施例通过设计列车超速防护系统(ATP)外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备，设计实现了可以应对多场景的列车车载信号的模拟系统。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本公开实施例列控车载设备的模拟系统的结构框图；

图2为本公开实施例模拟系统的结构示意图；

图3是高速铁路车载信号模拟系统的仿真流程示意图。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

图1为本公开实施例列控车载设备的模拟系统的结构框图，如图1所示，包括：包括：列车超速防护系统(ATP)外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备；其中，

ATP外围模拟设备包括：地面信号模拟器、车辆信号模拟器及列车运行仿真管理器；其中，

车辆信号模拟器设置为：模拟动车组仿真信号；将模拟的动车组仿真信号发送给列车运行管理器；

地面信号模拟器设置为：根据来自列车运行管理器的线路数据及进路及轨道区段占用信息执行地面信号数据的仿真，产生地面仿真数据；将产生的地面仿真数据发送给列车运行管理器；

列车运行管理器设置为：执行仿真驾驶台操作及输出线路数据；依据动车组仿真信号更新仿真驾驶台实时显示信息及线路数据；向ATP仿真模拟设备提供动车组仿真信号和地面仿真数据；接收并显示来自ATP仿真模拟设备的数据，更新接收到的回复消息，反馈回复消息至地面信号模拟器；

ATP仿真模拟设备包括：中国列车控制系统(CTCS)3ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器、车载人机界面(DMI)模拟器和ATP硬件平台模拟器；

ATP硬件平台模拟器设置为：进行ATP车载设备的底层硬件接口模拟；将动车组仿真信号和地面仿真数据发送至CTCS3 ATP模拟器和CTCS2 ATP模拟器；解析地面仿真数据，将回复消息发送至列车运行管理器；将控制信息组包后转发给DMI模拟器；

CTCS3 ATP模拟器，内嵌C3主控软件，设置为：根据动车组仿真信号和地面仿真数据实现CTCS3等级的功能仿真(C3单元的ATP核心功能)；

CTCS2 ATP模拟器，内嵌C2主控软件，设置为：根据动车组仿真信号和地面仿真数据实现CTCS2等级的功能仿真(C2单元的ATP核心功能)；

车载人机界面DMI模拟器内嵌DMI主控软件，设置为：接收外部输入的列车信息和控制信息；根据接收的列车信息和控制信息，执行ATP车载设备的人机交互界面模拟。

本公开实施例通过设计列车超速防护系统(ATP)外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备，设计实现了可以应对多场景的列车车载信号的模拟系统。

在一种示例性实例中，本公开实施例ATP仿真模拟设备的运行周期均与真实ATP车载系统完全相同，保证了ATP仿真模拟设备能真实还原车载设备本身的周期执行情况。

在一种示例性实例中，本公开实施例车辆信号模拟器是设置为：

根据列车运行管理器中的仿真驾驶台的操作及线路数据，仿真计算车辆速度和里程信息；将车辆速度和里程信息输出至列车管理运行器；依据列车运行管理器中的仿真驾驶台的操作，实时产生数字输入DI信号(DI信号，可以是车辆手柄状态信息，包括驾驶台激活信号、休眠信号、方向手柄前向信号、方向手柄后向信号、牵引手柄有效信号、制动手柄有效信号、紧急制动反馈信号及最大常用制动反馈信号等)；将DI信号实时传输给列车运行管理器。

在一种示例性实例中，本公开实施例地面信号模拟器是设置为：

根据列车运行管理器的线路数据中应答器编号，获取对应于应答器编号的应答器报文；将获取对应于应答器编号的应答器报文(通过以太网)实时传输给列车运行管理器；根据列车运行管理器的线路数据中描述的轨道区段信息，实时生成轨道电路的低频信息及载频信息；将生成的低频信息及载频信息实时传给列车运行管理器；根据进路及轨道区段占用信息，生成无线消息(可以包括行车许可、模式授权、线路数据、链接信息和临时限速信息等)；将生成的无线信息组包(可以按照subset-037安全协议组包)后发送给列车运行管理器；解析列车运行管理器的回复消息，依据回复消息实时判断列车位置；本公开实施例通过实时判断列车位置，保证了管辖范围内列车的运行安全。

在一种示例性实例中，本公开实施例列车管理运行器是设置为：

依据接收到的速度信息更新仿真驾驶台实时显示信息；依据接收到的里程信息定位列车在线路上的具体位置，实时更新线路数据；将速度和里程信息实时更新至ATP硬件平台模拟器；将DI信号、低频信息、载频信息、应答器报文、及无线信息传输给ATP硬件平台模拟器；在将无线信息传输给ATP硬件平台模拟器的同时，实时更新显示仿真驾驶台的无线消息，以实时查阅无线消息交互；实时传输组包的回复消息给地面信号模拟器，同时实时更新显示仿真驾驶台的回复消息，以实时查阅回复消息交互。

在一种示例性实例中，本公开实施例ATP硬件平台模拟器是设置为：

将获取到的速度信息、里程信息、DI信号、应答器报文及列车信息实时传输给CTCS3ATP模拟器和CTCS2 ATP模拟器；将低频信息及载频信息实时传输给CTCS2 ATP模拟器；解析无线信息，将解析获得的无线消息实时传输给CTCS3 ATP模拟器；将CTCS3 ATP模拟器回复信息组包(可以按照subset-037安全协议组包)后发送给列车运行管理器；将控制信息组包后转发给DMI模拟器。

在一种示例性实例中，本公开实施例CTCS3 ATP模拟器是设置为：

依据速度信息和里程信息周期性地执行CTCS-3等级下的以下一项或任意组合的功能：动态速度曲线计算、速度监控及列车停车防护；依据速度信息、里程信息及DI信号周期性地执行CTCS-3等级下的溜逸退行防护；依据速度信息、里程信息及应答器报文周期性地执行CTCS-3等级下的列车定位的功能；依据解析获得的无线消息完成CTCS3等级下的以下一项或任意组合的功能：无线通信管理、C3动态曲线计算、模式转换、等级转换、过分相控制、速度监控及RBC切换；将需要回复给地面信号模拟器的回复信息发送给ATP硬件平台模拟器；根据列车信息确定自身的工作状态；在CTCS2 ATP模拟器将控制信息(控制信息可以包括：最限制速度曲线、目标点、起模点、运行等级及驾驶模式)及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器的同时，将自身获得的控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器。

在一种示例性实例中，解析获得的无线消息完成CTCS3等级下的上述功能，主要获取的无线消息类型包括：行车许可、模式授权、线路数据、链接信息、临时限速信息和特殊区段信息等。

在一种示例性实例中，本公开实施例CTCS2 ATP模拟器是设置为：

依据速度信息和里程信息周期性地执行CTCS-2等级下的以下一项或任意组合的功能：动态速度曲线计算、速度监控、列车停车防护及轨道电路切换；依据速度信息、里程信息及DI信号周期性地执行CTCS-2等级下的溜逸退行防护；依据速度信息、里程信息及应答器报文周期性地执行CTCS-2等级下的列车定位的功能；依据获取的载频信息和低频信息完成轨道电路信息管理功能(据在该轨道电路接收的轨道电路信息，确定前方空闲闭塞分区数量，作为确定移动授权终点的基本依据)；根据列车信息确定自身的工作状态；在CTCS3ATP模拟器将控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器的同时，将自身获得的控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器。

在一种示例性实例中，本公开实施例DMI模拟器是设置为：

将接收的列车信息(列车信息可以包括控车等级、模式、车长、车次号和司机号等)和控制信息输出至ATP硬件平台模拟器；也即用于操作人员输入列车信息及向操作人员提示控制信息，便于操作人员按照显示信息驾驶列车运行；依据收到的控制信息判断当前控车等级和模式；更新显示判断出的当前控车等级和模式。

在一种示例性实例中，本公开实施例车辆信号模拟器根据列车运行管理器的仿真驾驶台操作及线路数据获取牵引或制动力、线路坡度等信息，依据内嵌车辆动力学模型实时仿真计算车辆速度信息和里程信息；

在一种示例性实例中，本公开实施例地面信号模拟器包括以下一项或任意组成：无线闭塞中心(RBC)仿真器、临时限速服务器仿真器、车站联锁仿真器、应答器仿真器和轨道电路仿真器。

在一种示例性实例中，本公开实施例中的地面仿真数据可以包括：RBC发送给车载的无线消息、地面轨道电路发码信息及应答器报文。

在一种示例性实例中，本公开实施例地面信号模拟器包括无线闭塞(RBC)仿真器；

无线闭塞中心仿真器设置为：根据从车站联锁仿真器获得的进路、轨道区段占用等信息，生成无线消息，并按照subset-037安全协议组包，将组包获得的无线信息发送给列车运行管理器；

列车运行管理器设置为：将无线信息传输给ATP硬件平台模拟器；同时，实时更新显示仿真驾驶台的无线消息，方便实时查看无线消息交互。

ATP硬件平台模拟器设置为：解析无线信息，将解析获得的无线消息实时传输给CTCS3 ATP模拟器。

CTCS3 ATP模拟器设置为：依据解析获得的无线消息完成CTCS3等级下的主要功能，包括：无线通信管理、C3动态曲线计算、模式转换、等级转换、过分相控制、速度监控及RBC切换等功能，其主要获取的无线消息类型包括：行车许可、模式授权、线路数据、链接信息、临时限速信息、特殊区段信息等。

CTCS3 ATP模拟器设置为：将需要回复给无线闭塞中心仿真器的回复信息发送给ATP硬件平台模拟器；

ATP硬件平台模拟器设置为：将回复信息按照subset-037安全协议组包，发送组包的回复消息给列车运行管理器；

列车运行管理设置为：实时传输组包的回复消息给无线闭塞中心仿真器；同时，实时更新显示仿真驾驶台的回复消息，方便实时查看回复消息交互。

无线闭塞中心仿真器解析回复消息后，依据回复消息实时判断列车位置，保证其管辖范围内列车的运行安全。

在一种示例性实例中，本公开实施例中的C3单元的ATP核心功能包括：无线通信管理、列车定位、ATP动态曲线计算、速度监控、列车停车溜逸及退行防护、过分相控制、等级转换、模式转换、RBC切换、记录诊断及仿真平台接口管理等；

在一种示例性实例中，本公开实施例中的C2单元的ATP核心功能包括列车定位、轨道电路信息管理、ATP动态曲线计算、速度监控、列车停车溜逸及退行防护、过分相控制、等级转换、模式转换、记录诊断及仿真平台接口管理等。

在一种示例性实例中，本公开实施例列车运行管理器负责各个仿真模块的初始化及调度控制，主要可以包括仿真驾驶台管理、线路数据管理、故障注入及模拟、控车数据导出、通信及数据处理、及任务调度等功能。列车运行管理器通过实现仿真驾驶台，一方面控制各个仿真模块的信号输出，同时向各个仿真模块提供数据及信号输出，实现与ATP仿真模拟设备的数据交互，向ATP仿真模拟设备提供地面信号数据及车辆信号的同时，将ATP仿真模拟设备的输出通过图形化界面向用户直观展示，主要包括ATP的制动指令、过分相选择指令、过分相命令等；另一方面，列车运行管理器实现了与用户之间的交互显示，根据用户的指定控制动作，实现仿真驾驶台激活、ATP开关机、手柄位置动作以及故障注入等功能。

在一种示例性实例中，本公开实施例DMI模拟器根据车载主控单元的命令显示列车速度、距离、工作状态及线路条件等信息，并实现接收操作信息以执行列车操作等功能，包括通信数据处理、图形显示、音频处理及文本显示功能；其中，车载主控单元，包括：CTCS3ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器。

以下通过应用示例对本公开实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本公开实施例，并不用于限定本公开实施例的保护范围。

应用示例

本公开实施例模拟系统可以适用CTCS3-300S型列控车载设备，可满足对CTCS3-300S列控车载设备的完全功能模拟、仿真测试、现场故障等场景还原复现，用于解决CTCS3-300S列控车载系统调试测试涉及设备多、环境搭建工作繁琐、故障场景复现难等问题。

本公开实施例提供一种列控车载设备的模拟系统，模拟系统包括ATP外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备；其中，

ATP外围模拟设备可以包括地面信号模拟器、车辆信号模拟器及列车运行仿真管理器；其中，

地面信号模拟器可以用于实现地面信号数据的仿真，产生地面仿真数据，可以包括以下一项或任意组成：无线闭塞中心(RBC)仿真器、临时限速服务器仿真器、车站联锁仿真器、应答器仿真器和轨道电路仿真器；地面信号模拟器中的各部分仿真器间交互产生地面仿真数据；本公开实施例中的地面仿真数据可以包括：RBC发送给车载的无线消息、地面轨道电路发码信息、地面应答器报文信息。

车辆信号模拟器可以用于实现模拟动车组仿真信号，动车组仿真信号可以包括速度传感器信号、车辆给ATP设备输入的信号和ATP设备输出给车辆的信号。

列车运行管理器可以用于实现：ATP外围模拟设备与ATP仿真模拟设备的初始化及调度控制，可以包括操作交互管理、线路数据管理、故障注入及模拟、控车数据导出、通信及数据处理、任务调度等功能。本公开实施例列车运行管理器负责仿真管理任务规划、车载信号模拟系统的初始化设置、管理控制、任务调度、仿真场景管理和仿真切换等功能。

本公开实施例中的ATP仿真模拟设备可以依据实际的CTCS3-300S ATP车载设备架构，实现了一比一还原真实设备的功能。

本公开实施例中的ATP仿真模拟设备可以包括：CTCS3 ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器、车载人机界面(DMI，Driver Machine Interface)模拟器和ATP硬件平台模拟器。

本公开实施例ATP仿真模拟设备的上述组成的功能如下：

CTCS3 ATP模拟器：模拟器内嵌C3主控软件，依据CTCS3-300S ATP车载设备实现C3单元的ATP核心功能，C3单元的ATP核心功能包括：无线通信管理、列车定位、ATP动态曲线计算、速度监控、列车停车防护、溜逸及退行防护、过分相控制、等级转换、模式转换、RBC切换、记录诊断及仿真平台接口管理等；

CTCS2 ATP模拟器：模拟器内嵌C2主控软件，依据CTCS3-300S ATP车载设备实现C2单元的ATP核心功能，C2单元的ATP核心功能包括列车定位、轨道电路信息管理、ATP动态曲线计算、速度监控、列车停车防护、溜逸及退行防护、过分相控制、等级转换、模式转换、记录诊断及仿真平台接口管理等。

DMI模拟器：模拟器内嵌DMI主控软件，实现了CTCS3-300S ATP车载设备的人机交互界面模拟，根据车载主控单元(CTCS3 ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器)的命令显示列车速度、距离、工作状态及线路条件等信息，并实现司机操作等功能，主要实现通信数据处理、图形显示、音频处理及文本显示功能；

ATP硬件平台模拟器：用于进行ATP车载设备的底层硬件接口模拟，并承接各个功能模拟器之间的通信队列的创建、接口信息的交互；本公开实施例实现了CTCS3 ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器、DMI模拟器、列车运行管理器之间的通信数据交互；ATP硬件平台模拟器按照真实的硬件平台通道数据格式封装底层协议数据，发送给CTCS3、CTCS2 ATP模拟器，使得模拟器内嵌的真实C3\C2主控软件正常运行。

CTCS3 ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器共同完成了ATP车载设备的仿真功能，依据用户的操作信号、地面仿真数据和列车信息和控制信息作为输入数据，计算列车的最限制速度曲线(MRSP，Most Restrictive Speed Profile)、运行等级、控制模式、目标速度点、起模点的等状态及控制信息，将上述信息发送给DMI模拟器，便于司机按照显示的驾驶信息控制列车行驶，同时将ATP功能模拟器输出的各类制动等级输出给列车运行管理器，用于列车速度控制。

本公开实施例C3主控软件、C2主控软件和DMI主控软件可以是CTCS3-300S型列控车载设备实际加载运行的软件。本公开实施例模拟系统通过仿真CTCS3-300S ATP运行所需要的所有外部接口设备，实现仿真CTCS3-300S ATP设备在CTCS-2等级和CTCS-3等级的相关运行场景，具备系统任务启动流程管理、任务结束流程管理、真实地面线路数据运行、应用功能测试和故障插入测试等功能。模拟系统中包括ATP外围模拟设备和ATP仿真模拟设备。

本公开实施例模拟系统运行需要依靠的外部信息如下：

速度、里程信息：由车辆信号模拟器依据仿真的速度、累积走行距离计算，提供最终仿真车辆速度、里程信息给ATP模拟仿真模拟设备。

应答器信息：由地面信号模拟器提供真实应答器报文，提供给ATP模拟仿真模拟设备，应答器报文格式内容满足CTCS-2级及CTCS-3级线路运行需求。

轨道电路信息：由地面信号模拟器向ATP仿真模拟设备，提供列车前方各个轨道电路区段上的载频和低频信息。

车辆手柄状态信息：由车辆信号模拟器向ATP仿真模拟设备提供，向ATP外围模拟设备提供驾驶台激活信号、休眠信号、方向手柄前向信号、方向手柄后向信号、牵引手柄有效信号、制动手柄有效信号、紧急制动反馈信号、最大常用制动反馈信号。

车载仿真系统的无线信息：地面信号模拟器中的RBC仿真器模拟RBC发送给ATP仿真模拟设备的无线信息，主要包括行车许可、模式授权、线路数据、链接信息和临时限速信息等。

结合图2的模拟系统的结构示意图，对模拟系统中的各个模拟设备进行说明；

本公开实施例ATP外围模拟设备与ATP仿真模拟设备进行数据交互，主要包括地面信号模拟、车辆信号模拟及整个模拟系统的列车运行仿真管理三部分功能；其中，

本公开实施例地面信号模拟器可以包括无线闭塞中心(RBC)仿真器、临时限速服务器仿真器、车站联锁仿真器、应答器仿真器和轨道电路仿真器，通过模拟地面设备之前的数据交互，为ATP仿真模拟设备产生数据；地面信号模拟器主要仿真生成的数据包括RBC无线报文信息、轨道电路信息和应答器报文信息。

本公开实施例车辆信号模拟器可以用于实现对速度信号仿真和列车接口的仿真；速度信号仿真主要支持仿真4路速度传感器信号，用于计算的速度和走行距离，内嵌车辆动力学模型，根据司机牵引制动命令或ATP输出的制动信号自动控制列车速度，模拟真实车辆的牵引制动性能。列车接口的仿真，主要向ATP仿真模拟设备提供输入信号接口和输出信号；输入信号可以包括：驾驶台激活状态、方向手柄位置信号、休眠信号、牵引制动手柄位置信号、紧急制动反馈、最大常用制动反馈；同时，接收ATP仿真模拟设备的输出信号可以包括：紧急制动、最大常用制动、常用制动4级、常用制动1级、切除牵引、过分相命令和过分相选择。

本公开实施例列车运行管理器负责ATP外围模拟设备与ATP仿真模拟设备中各个组成的初始化及调度控制，主要包括操作交互管理、线路数据管理、故障注入及模拟、控车数据导出、通信及数据处理、任务调度等功能。列车运行管理器一方面控制各个组成的信号输出，同时向各个组成提供数据及信号输出，实现与ATP仿真模拟设备的数据交互，向ATP仿真模拟设备提供地面信号数据及车辆信号的同时，将ATP仿真模拟设备的输出通过图形化界面向用户直观展示，主要包括ATP的制动指令、过分相选择指令、过分相命令等；另一方面，仿真管理实现了与用户之间的交互显示，根据用户的指定控制动作，实现仿真驾驶台激活、ATP开关机、手柄位置动作以及故障注入等功能。

本公开实施例模拟系统主要实现以下七大功能：

CTCS3列控车载设备ATP接口仿真功能：实现了完全还原ATP与高速铁路列控系统中其他设备之间的接口功能，主要包括与轨道电路、应答器、速度传感器、GSM-R无线消息通信等接口，以及与车辆的驾驶室激活信号、过分相信号、紧急制动、常用制动等接口功能。

CTCS3等级ATP仿真功能：模拟系统完全兼容支持CTCS3等级下ATP的全部功能；CTCS3等级的下支持的仿真场景满足CTCS3等级的全部功能测试及验证需求，CTCS3等级下支持的功能遵循《CTCS-3级列控车载设备技术规范》的要求，支持的系统运营场景主要包括：注册与启动、注销、行车许可、临时限速、自动过分相、RBC切换、级间转换、降级运行、灾害防护、人工解锁进路、调车作业、特殊进路、重联与摘解和进出动车段等十四个运营场景；CTCS-3等级下无线通信管理功能为CTCS3等级ATP仿真特有的功能，通过CTCS3 ATP模拟器中的无线通信管理模块，实现仿真模拟真实车载电台的GSM-R网络注册、无线呼叫、无线会话管理等功能；通过RBC仿真器，实现RBC呼叫、RBC挂断等功能，此外RBC仿真器还支持无线报文的在线编辑及车载消息自动回复等功能。

CTCS2等级ATP仿真功能：模拟系统完全兼容支持CTCS2等级下ATP的全部功能；CTCS2等级下支持的功能遵循《CTCS-2级列控车载设备技术规范》的要求，其仿真运营场景与上述CTCS-3级相同；列车运行模拟器对应答器报文、轨道电路载频低频信息列车运行管理器均提供在线编辑功能，方便用户在仿真行车过程中修改数据控制切换场景、故障注入。

仿真驾驶台功能：仿真驾驶台实现了对动车组驾驶台开关、信号的模拟，通过仿真驾驶台的操作，可模拟还原真实高铁动车组司机的操作。

ATP行车数据回放功能：将现场行车记录导入模拟系统中，模拟系统处理会后生成线路数据序列及RBC无线消息序列，载入线路数据序列及RBC无线消息序列后，可一比一还原现场运行情况，复现真实行车中的故障场景，如无线超时、应答器丢失、过分相等场景。

行车演练功能：模拟系统支持导入完成高铁线路数据，实现行车演练功能，包含：驾驶台激活、断主断、合主断、ATP设备上电、操作方向手柄、执行制动测试、输入列车数据、TAF流程、正常发车、运行、进出站、任务开始及任务结束全流程等；同时支持定制不同线路的数据及使用现场高铁线路数据进行行车演练，验证数据正确性等。

故障插入功能：实现了模拟真实ATP设备运行过程中的故障注入功能，操作人员可灵活设置故障；模拟系统支持的典型故障插入场景如下：

车辆接口故障插入：可以设置制动测试失败、手柄继电器采集故障、驾驶台激活继电器故障、休眠信号继电器故障、常用制动反馈失败和紧急制动反馈失败等。

车载设备硬件故障插入：速度传感器故障、电台故障和DMI通信故障等。

轨道电路故障插入：可以设置C2等级下区间轨道电路HU码或者H码、轨道电路掉码故障、进站信号机故障、出站信号机故障、C3等级RBC行车许可与轨道电路行车许可不匹配等。

地面应答器故障插入：主要是通过不同等级、模式下设置应答器异常来进行故障场景测试，应答器异常主要包括：应答器组内接收不全、应答器整组丢失、应答器内默认报文、应答器报文异常(通过在线报文编辑器修改报文中的字段插入故障，如应答器报文版本、应答器报文计数器、应答器编号、应答器方向等信息)等。

无线故障插入：包括无线通信会话建立失败、无线消息内容故障、无线超时故障、单电台交权失败、双电台交权失败等故障。

以下通过示例说明，本公开实施例模拟系统的仿真方法和应用场景；图3是高速铁路车载信号模拟系统的仿真流程示意图，如图3所示，包括：

步骤301，初始化ATP外围模拟设备及ATP仿真模拟设备，设置仿真场景及初始化线路数据；为保证高速铁路车载信号模拟系统仿真的具体内容和效果与真实列车运行效果一致，需要在仿真前提前设置列车运行的线路、列车初始信息、预置插入故障等信息。

ATP外围模拟设备的初始化主要包括地面信号模拟器的初始化、车辆信号模拟器的初始化和列车运行管理器的初始化；地面信号模拟器的初始化需要依据列车运行管理器的线路数据完成初始化，主要初始化的内容包括：联锁的进路情况、区间的轨道电路占用情况、RBC下达的临时限速情况等。车辆信号模拟器的初始化依据列车运行管理器的仿真驾驶台的设置初始化驾驶台信号状态、休眠信号状态、手柄位置等状态信息，初始化仿真机柜的灯位显示信息及制动状态表示信息等。列车运行管理器主要是初始化导入线路数据序列，同时控制地面信号模拟器和车辆信号模拟器进行初始化，并完成网络通信初始化任务。

ATP仿真模拟设备的初始化是系统初始化车型信息，启动CTCS3等级的ATP功能模拟器进程、CTCS2等级的ATP功能模拟器进程、DMI模拟器、ATP硬件平台模拟器进程，同时创建行车日志文件以便于记录仿真行车的各项输入和输出数据，创建司法记录单元(JRU，Juridical Recording Unit)记录文件以便于回放行车过程。

步骤302，与ATP仿真模拟设备进行人机交互操作，完成起车流程。本公开实施例模拟系统的起车过程，与真实高铁车辆的启动流程完全相同，需要技术人员完成各类开关的操作及各类数据和条件的输入，各个模拟器间均为双向信息传递。先通过仿真激活驾驶台；驾驶台激活后，ATP仿真模拟设备会依据真实高速铁路车载ATP的任务启动流程控制DMI模拟器提示信息，正确地输入安全计算需要的信息，如司机号、车次号、RBC ID及电话号码、列车长度、载频选择等信息；模拟系统的任务启动流程包括：

DMI模拟器上弹出“执行制动测试？”文本，列车司机选择确定操作后，DMI模拟器上提示“正在执行制动测试”文本，制动测试模拟执行完成后向列车司机提示“制动测试成功”文本后跳转至下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机输入司机号数据框，列车司机进入输入及确定后，跳转下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机选择等级信息，若选择为CTCS2等级后，则直接跳转至下一条数据框；若选择为CTCS3等级，则提示RBC数据输入数据框，列车司机需要输入正确的RBC ID及电话号码，输入完成并完成无线呼叫后跳转至下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机输入车次号，列车司机进入输入及确定后，跳转下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机输入列车长度，列车司机进入输入及确定后，跳转下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机选择载频选择信息，列车司机进入输入及确定后，跳转下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机确认载频选择信息，列车司机确定后，跳转下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机确认列车长度，列车司机确定后，跳转下一条数据框；

DMI模拟器上提示列车司机确认启动，司机确认后，若为C3等级则进入待机模式，若为C2等级则进入部分模式；

通过上述操作，ATP仿真模拟设备完成了与列车司机的交互流程，获取到了关键的列车数据信息，完成了系统的启动流程，等待执行下一步仿真步骤；

步骤303，通过在列车运行管理器中控制仿真驾驶台，模拟行车作业。本公开实施例通过列车运行管理器提供的仿真驾驶台进行行车作业或通过仿真驾驶台提供的各种故障插入设置进行模拟故障作业；ATP仿真模拟设备依据线路固定限速信息、线路临时限速信息、仿真列车车型的构造限速及模式限速信息计算MRSP曲线，同时会根据行车许可、MRSP及列车的制动性能计算列车运行的动态监控曲线；ATP仿真模拟设备会将当前的列车速度、允许速度、目标点速度及目标距离、公里标和车载设备标识号、车载设备等级及模式、机车信号、故障报警、制动信息等需要向列车司机展示的信息通过DMI模拟器显示；ATP仿真模拟设备会实时更新计算动态速度曲线，依据当前仿真的列车位置和列车速度与ATP计算的速度-距离模式曲线进行比较，对列车速度进行监控，如果列车速度超过允许速度，ATP仿真模拟设备会通过DMI向列车司机提示并同时进行干预；ATP仿真模拟设备同时会实时与列车运行管理器通信，实时模拟响应列车运行管理器的故障场景。本公开实施例模拟系统支持的三种故障触发形式：①时间触发，即仿真列车运行时间达到某一设定时间后，触发设置的相应故障；②位置触发，即当列车执行到线路数据的某一固定点位置时自动触发相应故障；③等级、模式状态触发，即列车转入对应等级或模式后触发相应设置的故障。

步骤304，试验场景序列执行结束，回放跟踪JRU记录，分析运行效果；在试验场景序列执行完成后，列车运行管理器会自动保存本次行车试验对应的JRU数据(CTCS3 ATP模拟器JRU数据和CTCS2 ATP模拟器JRU数据)和其他输入输出诊断状态数据；用户可根据上述数据回放验证ATP核心控制逻辑是否符合规范及软件开发要求，ATP接收的线路数据及应答器数据格式是否符合设计规范，以此缩短问题分析定位时间。

在一种示例性实例中，本公开实施例若依据步骤四分析后，涉及修改线路数据等，可在列车运行管理器中修改，修改后重新导入序列，操作重新开始仿真即可二次仿真，对比真实ATP设备，极大的缩短了测试环境搭建、设备启动及数据频繁修改所需的验证时间。

本公开实施例模拟系统实现的车载核心应用功能与真实CTCS3-300S列控车载设备系统功能完全一致，模拟系统运行完全摆脱了对所有真实硬件环境的依赖，摆脱了以往C3功能研发测试时所必须的GSM-R无线网络环境；模拟系统运行所需的外围设备模拟设备实现的功能完全满足真实地面设备与车载设备的接口需求；模拟系统的人机交互操作及作业流程与高铁现场司机操作、行车作业保持一致，动态模拟了CTCS3-300S ATP信号系统的所有功能，且能离线模拟各种动车组运营故障场景，同时依靠场景的数据回放，方便软件开发人员迅速分析和定位问题，有效的缩短了问题分析周期，提高了故障排查效率；模拟系统能够对地面应答器数据、线路数据进行快速验证，极大缩短了新建高铁线路工程项目在厂内进行的工程数据验证时间，更早的定位工程设计问题，有力支撑了后期工程现场的联调联试。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (9)

1.一种列控车载设备的模拟系统，其特征在于，包括：列车超速防护系统ATP外围仿真模拟设备和ATP仿真模拟设备；其中，

ATP外围模拟设备包括：地面信号模拟器、车辆信号模拟器及列车运行仿真管理器；其中，

车辆信号模拟器设置为：模拟动车组仿真信号；将模拟的动车组仿真信号发送给列车运行管理器；

地面信号模拟器设置为：根据来自列车运行管理器的线路数据及进路及轨道区段占用信息执行地面信号数据的仿真，产生地面仿真数据；将产生的地面仿真数据发送给列车运行管理器；

列车运行管理器设置为：执行仿真驾驶台操作及输出线路数据；依据动车组仿真信号更新仿真驾驶台实时显示信息及线路数据；向ATP仿真模拟设备提供动车组仿真信号和地面仿真数据；接收并显示来自ATP仿真模拟设备的数据，更新接收到的回复消息，反馈回复消息至地面信号模拟器；

ATP仿真模拟设备包括：中国列车控制系统CTCS3 ATP模拟器、CTCS2 ATP模拟器、车载人机界面DMI模拟器和ATP硬件平台模拟器；

ATP硬件平台模拟器设置为：进行ATP车载设备的底层硬件接口模拟；将动车组仿真信号和地面仿真数据发送至CTCS3 ATP模拟器和CTCS2 ATP模拟器；解析地面仿真数据，将回复消息发送至列车运行管理器；将控制信息组包后转发给DMI模拟器；

CTCS3 ATP模拟器，内嵌C3主控软件，设置为：根据动车组仿真信号和地面仿真数据实现CTCS3等级的功能仿真；

CTCS2 ATP模拟器，内嵌C2主控软件，设置为：根据动车组仿真信号和地面仿真数据实现CTCS2等级的功能仿真；

车载人机界面DMI模拟器内嵌DMI主控软件，设置为：接收外部输入的列车信息和控制信息；根据接收的列车信息和控制信息，执行ATP车载设备的人机交互界面模拟。

2.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述车辆信号模拟器是设置为：

根据所述列车运行管理器中的仿真驾驶台的操作及线路数据，仿真计算车辆速度和里程信息；将所述车辆速度和所述里程信息输出至所述列车管理运行器；依据所述列车运行管理器中的仿真驾驶台的操作，实时产生数字输入DI信号；将DI信号实时传输给列车运行管理器。

3.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述地面信号模拟器是设置为：

根据所述列车运行管理器的线路数据中应答器编号，获取对应于应答器编号的应答器报文；将获取对应于应答器编号的所述应答器报文实时传输给所述列车运行管理器；根据所述列车运行管理器的线路数据中描述的轨道区段信息，实时生成轨道电路的低频信息及载频信息；将生成的所述低频信息及所述载频信息实时传给所述列车运行管理器；根据进路及轨道区段占用信息，生成无线消息；将生成的所述无线信息组包后发送给所述列车运行管理器；解析列车运行管理器的回复消息，依据所述回复消息实时判断列车位置；本公开实施例通过实时判断列车位置，保证了管辖范围内列车的运行安全。

4.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述列车管理运行器是设置为：

依据接收到的所述速度信息更新仿真驾驶台实时显示信息；依据接收到的所述里程信息定位列车在线路上的具体位置，实时更新所述线路数据；将速度和里程信息实时更新至ATP硬件平台模拟器；将所述DI信号、所述低频信息、所述载频信息、所述应答器报文、及无线信息传输给ATP硬件平台模拟器；在将无线信息传输给ATP硬件平台模拟器的同时，实时更新显示仿真驾驶台的无线消息，以实时查阅无线消息交互；实时传输组包的回复消息给所述地面信号模拟器，同时实时更新显示仿真驾驶台的回复消息，以实时查阅回复消息交互。

5.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述ATP硬件平台模拟器是设置为：

将获取到的所述速度信息、所述里程信息、所述DI信号、所述应答器报文及所述列车信息实时传输给所述CTCS3 ATP模拟器和所述CTCS2 ATP模拟器；将所述低频信息及所述载频信息实时传输给所述CTCS2 ATP模拟器；解析所述无线信息，将解析获得的无线消息实时传输给所述CTCS3 ATP模拟器；将所述CTCS3 ATP模拟器的回复信息组包后发送给所述列车运行管理器；将所述控制信息组包后转发给DMI模拟器。

6.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述CTCS3 ATP模拟器是设置为：

依据所述速度信息和所述里程信息周期性地执行CTCS-3等级下的以下一项或任意组合的功能：动态速度曲线计算、速度监控及列车停车防护；依据所述速度信息、所述里程信息及所述DI信号周期性地执行CTCS-3等级下的溜逸退行防护；依据所述速度信息、所述里程信息及所述应答器报文周期性地执行CTCS-3等级下的列车定位的功能；依据解析获得的所述无线消息完成CTCS3等级下的以下一项或任意组合的功能：无线通信管理、C3动态曲线计算、模式转换、等级转换、过分相控制、速度监控及RBC切换；将需要回复给地面信号模拟器的回复信息发送给ATP硬件平台模拟器；根据所述列车信息确定自身的工作状态；在所述CTCS2 ATP模拟器将控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器的同时，将自身获得的所述控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器。

7.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述CTCS2 ATP模拟器是设置为：

依据所述速度信息和所述里程信息周期性地执行CTCS-2等级下的以下一项或任意组合的功能：动态速度曲线计算、速度监控、列车停车防护及轨道电路切换；依据所述速度信息、所述里程信息及所述DI信号周期性地执行CTCS-2等级下的溜逸退行防护；依据所述速度信息、所述里程信息及所述应答器报文周期性地执行CTCS-2等级下的列车定位的功能；依据获取的所述载频信息和所述低频信息完成轨道电路信息管理功能；根据所述列车信息确定自身的工作状态；在所述CTCS3 ATP模拟器将所述控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器的同时，将自身获得的所述控制信息及故障告警信息发送给ATP硬件平台模拟器。

8.根据权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述DMI模拟器是设置为：

将接收的所述列车信息和所述控制信息输出至所述ATP硬件平台模拟器；也即用于操作人员输入列车信息及向操作人员提示控制信息，便于操作人员按照显示信息驾驶列车运行；依据收到的所述控制信息判断当前控车等级和模式；更新显示判断出的当前控车等级和模式。

9.根据权利要求1至8任一项所述的模拟系统，其特征在于，所述地面信号模拟器包括以下一项或任意组成：无线闭塞中心仿真器、临时限速服务器仿真器、车站联锁仿真器、应答器仿真器和轨道电路仿真器。