CN214751849U - 一种对地铁车载atc系统进行仿真实验的测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，包括第一~三工作站、KVM显示及操作终端、车载接口平台、仿真测试接口、交换机以及人机显示界面，其中第一~三工作站通过车载接口平台与仿真测试接口的一侧端口相连，仿真测试接口的另一侧端口与被测设备进行双向数据交互；第一~三工作站同时接有KVM显示及操作终端；第一~三工作站之间通过交换机进行通讯连接。本实用新型采用高效计算机仿真来自ZC（区域控制）系统、联锁系统、ATS系统、无线通信网络和车载系统的各种输入条件，支撑CBTC（基于通信的列车控制）系统方案、集成研究以及运营维护，实现CBTC系统研究的长期可持续发展。

Description

一种对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台

技术领域

本实用新型涉及一种地铁车载ATC系统，具体为一种对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台。

背景技术

由于地铁车载ATC（列车自动控制）系统在已经应用到多条地铁线上，但从现场返回的问题提出现场的板卡应用在现场无法进行软件烧写，和无法解决有很多偶发的现场故障。针对现场提出的问题，急需设计一个可以仿真现场的运营环境，将车载ATC接入这个仿真环境中运行，排查出故障点所在处，解决问题；并还原现场的故障现象，解决现场遇到的问题。同时，也可以对前期线路数据的信息进行核对。而在线路没有开通前，不了解车载在线路跑的状态，设计的线路信息和实际的车载中的电子地图的信息是否一致，是否能实现信息的一致。

由于现场的运营环境复杂，在动态调试时有时需要在同一线路中增加多辆车的运营场景中的实现多辆地铁列车在线路实验，投入成本巨大。

实用新型内容

针对现有技术中地铁车载ATC系统的测量无法同时进行多辆地铁列车在线路实验、不能解决偶发现场故障等不足，本实用新型要解决的问题是提供一种可以仿真现场运营环境、排查出故障点所在处的对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型公开一种对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，包括第一~三工作站、KVM显示及操作终端、车载接口平台、仿真测试接口、交换机以及人机显示界面，其中第一~三工作站通过车载接口平台与仿真测试接口的一侧端口相连，仿真测试接口的另一侧端口与被测设备进行双向数据交互；第一~三工作站同时接有KVM显示及操作终端；第一~三工作站之间通过交换机进行通讯连接。

交换机包括仿真网交换机和无线网交换机，第一~三工作站分别为人机界面工作站、仿真支撑平台工作站以及仿真模型集工作站，其中人机界面工作站、仿真支撑平台工作站通过仿真网交换机与车载接口平台进行通讯连接，仿真模型集工作站通过无线网交换机与车载ATC系统的TRU交换机进行通讯连接；车载接口平台的车载网络区域与地面网络区域之间通过仿真网交换机进行通讯连接。

所述人机界面工作站通过车载仿真驾驶终端输入仿真驾驶信号，仿真支撑平台工作站具有运行仿真管理软件的服务器，接收被设备的反馈信号，输出控制指令至被测设备；仿真模型集工作站具有运行线路级仿真系统软件的服务器。

仿真测试接口为连接于被测设备与仿真支撑平台工作站之间的硬件接口，接收被测设备的接入信号，输出至仿真支撑平台，同时仿真测试接口将仿真支撑平台输出的逻辑激励信号转变为与真实运行环境完全一致物理信号送至被测设备。

所述车载接口平台包括串口模块、I/O模块、CAN模块、速度模块、电源模块以及处理器，其中串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块分别与处理器进行双向连接，电源模块的输出端分别与串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块的工作电源端连接；串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块分别与仿真测试的串口接口连接器、I/O接口连接器、CAN通讯接口串连接器以及速度连接器连接；处理器的网络接口与仿真网交换机连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型采用高效计算机仿真来自ZC（区域控制）系统、联锁系统、ATS系统、无线通信网络和车载系统的各种输入条件，测试和验证CBTC（基于通信的列车控制）系统的主要设备，支撑CBTC（基于通信的列车控制）系统方案、集成研究以及运营维护，实现CBTC系统研究的长期可持续发展。

2.本实用新型可供测速分辨率及测速精度，通过车载仿真支撑平台，在车载接口适配器处，可通过示波器量取仿真速度输入信号，并与人机显示界面进行对照；通过车载仿真驾驶终端，可调节速度输入；通过地面仿真驾驶终端仿真可实现列车以恒定速度运行；列车停车后，ATO（列车自动运行）设备应持续输出保持制动命令（可通过适配箱取得I/O高低电平转换）；支持跳停、扣车、停站时间、站间运行时间（运行等级）等多种运行调整方式的下达；通过ATS（列车自动监督）仿真软件，可对列车运行前方车站设置相应状态，车载ATO设备应能响应别识别相关状态命令。

附图说明

图1为本实用新型对地铁车载ATC（列车自动控制）系统进行仿真实验的测试平台的仿真环境结构图；

图2为本实用新型中仿真环境系统构成的硬件框架图；

图3为本实用新型中仿真环境系统构成的网络分配框架图；

图4为本实用新型中仿真环境系统车载的软件实现过程图；

图5为本实用新型中仿真环境软件执行流程图；

图6 为本实用新型中仿真环境软件测试的执行流程图；

图7为本实用新型中车载接口平台的硬件连接框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步阐述。

本实用新型提供一种对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，如图2所示，包括第一~三工作站、KVM显示及操作终端、车载接口平台、仿真测试接口（即图2中的适配箱）、交换机以及人机显示界面，其中第一~三工作站通过车载接口平台与仿真测试接口的一侧端口相连，仿真测试接口的另一侧端口与被测设备进行双向数据交互；第一~三工作站同时接有KVM显示及操作终端；

第一~三工作站之间通过交换机进行通讯连接。

如图3所示，交换机包括仿真网交换机和无线网交换机，第一~三工作站分别为人机界面工作站、仿真支撑平台工作站以及仿真模型集工作站，其中人机界面工作站、仿真支撑平台工作站通过仿真网交换机与车载接口平台进行通讯连接，仿真模型集工作站通过无线网交换机与车载ATC系统的TRU交换机进行通讯连接；车载接口平台的车载网络区域与地面网络区域之间通过仿真网交换机进行通讯连接。

如图1所示，本实用新型包括第一工作站（提供驾驶室操作人机界面）、第二工作站（提供仿真支撑平台）、仿真测试接口、第三工作站（提供仿真模型集）、仿真网交换机（实现仿真系统与以太网的连接）以及无线网交换机（实现被测设备与无线通信网络的连接），第二工作站提供的仿真支撑平台是系统工装仿真测试环境的核心，由一系列服务器组成，运行仿真管理软件，实现仿真场景、仿真脚本运行、测试流程控制、向被测系统输出测试指令、接收被测系统的反馈等功能。

本实施例中，人机界面工作站通过车载仿真驾驶终端输入仿真驾驶终端信号、仿真系统监控信号以及地面模拟操作信号；仿真支撑平台工作站具有运行仿真管理软件的服务器，接收被测设备的反馈信号，输出控制指令至被测设备。

仿真支撑平台将所有实物系统和虚拟系统结合、协同到一起形成一个新的系统，管理半实物仿真系统的仿真运行过程，并提供一种标准制式，确保新系统的可接入性和仿真建模的可持续性。

仿真测试接口包括车载适配器和应答器适配器，二者与车载ATP/ATO连接，同时还通过网交换机与仿真系统以太网进行通讯连接

如图3所示，仿真测试接口为连接于被测设备与仿真支撑平台工作站之间的硬件接口，接收被测设备的接入信号，输出至仿真支撑平台，同时仿真测试接口将仿真支撑平台输出的逻辑激励信号转变为与真实运行环境完全一致物理信号送至被测设备。

本实施例中，仿真测试接口是被测实物设备与仿真支撑平台之间的硬件接口，用于实现被测实物设备的接入。

当被测试设备为车载ATC中板卡时，测试需要增加车载ATC机柜做为测试工装对车载板卡进行测试。

CBTC系统仿真环境测试工装按照ATP（列车自动防护）/ATO（列车自动运行）和应答适配器的物理接口规范和通信协议，将车载ATP（列车自动防护）/ATO（列车自动运行）适配器接入仿真支撑平台，完成仿真测试接口的集成。

仿真测试接口覆盖所有需要接入仿真运行支撑平台的实物设备的对外接口，实物接入的原则是：保证所有的数据实现闭环。如果某个数据闭环在物理上无法实现，就将这个环节的输入输出接入实物仿真测试接口，而将该环节在仿真平台上以虚拟模型的形式存在。

第一工作站提供的人机界面是仿真测试系统接收测试人员干预、反馈和显示测试结果的人-机交互设备，可以实现系统监控、仿真驾驶、站场和区间线路平面动态显示等功能。

车载ATC设备在仿真测试系统中既可以作为被测试对象，又可以为其他被测试对象提供测试环境，被测设备通过车载接口平台接收第二工作站（仿真支撑平台）的测试指令，执行既定功能并将输出结果反馈给仿真支撑平台。CBTC系统仿真测试环境，配置区控ZC（区域控制）、车载ATP（列车自动防护）/ATO（列车自动运行）、联锁、ATS（列车自动监督）和地面安全网络设备等。

人机接口（HMI）是车载ATP与仿真模拟操控人员的直接接口，用于显示ATC（列车自动控制）系统运行过程中的速度、距离、设备状态等信息，并接收仿真模拟操控人员的输入信息。

如图7所示，车载接口平台包括串口模块、I/O模块、CAN模块、速度模块、电源模块以及处理器，其中串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块分别与处理器进行双向连接，电源模块的输出端分别与串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块的工作电源端连接；串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块分别与仿真测试的串口接口连接器、I/O接口连接器、CAN通讯接口串连接器以及速度连接器连接；处理器的网络接口与仿真网交换机连接。

车载接口平台支持一套车载实物设备（即被测设备）接入，提供应答器、速度、IO量、CAN等数据的收发，并按统一通道接口与ATP（列车自动防护）/ATO（列车自动运行）代理通信，实现数据交互。

仿真环境的网络建立

仿真环境软件执行流程图如图5所示。仿真环境的网络共有两个网络构成，即由无线网络和仿真网络两部分组成。在无线网络中，车载接口平台所在的车载网络区域与地面网络区域间的通讯通过对无线交换机VLAN的网络划分实现，在车载网络区域的ATP子系统和ATO子系统通过与TRU交换机的通讯实现之间的通讯，TRU交换机在通过网络将车的信息与无线网进行联接；在仿真网联接的环境中，第二~三工作站（仿真支撑平台和仿真模型集）、第一工作站（人机界面）-驾驶室以及车载接口平台（只连接仿真网交换机）之间的通讯通过连接仿真网交换机实现数据交互。而车载接口平台与车载ATC的连接通过车载ATC（列车自动控制）重载电缆的接口电缆先连接到接口适配箱（即仿真测试接口），再通过接口适配箱连接到车载接口平台；人机接口（HMI）与车载ATP的通讯是通过CAN总线的通讯方式实现。

本实施例采用现有软件实现对ATE模拟驾驶台程序及配置、仿真模型及接口平台部署以及车载接口平台环境部署，运行环境同ATE环境，但是对应的计算机即ZC、CI、ATS仿真服务器必须具备双网卡。仿真模型以及接口平台的部署，需要将ZC、CI（地面联锁）、ATS模型以及对应的接口平台拷贝到要进行安装部署的计算机，然后修改配置文件并为计算机配置所需的IP即可。

ZC、CI、ATS仿真服务器的双网卡一个配置仿真网IP（RSSP接口平台所在服务器的IP，与表ATP_LIST中配置的IP一致），一个配置地面设备的安全网IP（与数据库中DEV_IP表一致），实现与ATP的通信。如果多个ZC模型运行在同一个服务器时，安全网IP相应配置多个地面实物真实IP。

车载接口平台支持一套车载实物设备接入，提供应答器、速度、IO量、CAN等数据的收发，并按统一通道接口与ATP/ATO代理通信，实现数据交互。车载接口平台使用VxWorks操作系统进行开发调试。

仿真环境的软件系统在统一控制时序下运行，实现对ATC车载输入输出接口轮询、周期性测试，软件控制时序如下（见附图4）所示。

车载ATP/ATO的I/O接口实现

仿真模拟环境软件依次输出ATP/ATO各输入量至ATP/ATO设备，设备面板点亮/熄灭对应指示灯，ATP/ATO软件将接收到的输入量依次发送至HMI CAN网络，仿真模拟环境软件从HMI CAN接口采集对应的输入量的反馈信息，并离线存储对应的通信交互数据用于测试结果的评判。

待ATP/ATO各输入量测试完成后，仿真模拟环境软件依次输出激活ATP/ATO输出O量的数据帧至HMI CAN网络ATP/ATO软件从HMI CAN网络采集到激活数据帧后输出对应的O量至设备输出接口，设备面板点亮/熄灭对应指示灯，仿真模拟环境软件从设备输出接口对应的O量，并离线存储对应的通信交互数据用于测试结果的评判。

车载ATP/ATO速度接口实现

待ATP/ATO的I/O接口测试完成后，仿真模拟环境软件输出变化的速度值至车载接口平台，车载接口平台仿真速度值对应的速度脉冲，发送至速度接口，设备面板点亮/熄灭对应指示灯，ATP/ATO软件从CAN总线接收测试速测距单元送来的速度值，输出至HMI CAN网络，仿真模拟环境软件从HMI CAN接口采集速度值反馈信息，并离线存储对应的通信交互数据用于测试结果的评判。

车载TMS串口接口的实现

待车载与地面的通讯接口测试完成后，仿真模拟环境软件输出TMS模拟信息至设备的 TMS接口，ATO软件将接收到的TMS模拟信息输出至TMS接口，仿真模拟环境软件从TMS接口采集TMS模拟信息的反馈信息，并离线存储对应的通信交互数据用于测试结果的评判。

车载设备内部通信功能测试

待车载TMS接口测试完成后，仿真模拟环境软件输出设备内部通信功能测试激活帧至HMI CAN网络，ATP软件采集到该激活帧后将所有设备状态回复帧发送至HMI CAN网络，仿真模拟环境软件从HMI CAN接口采集回复帧，并离线存储对应的通信交互数据用于测试结果的评判。

车载与地面通讯接口的实现

待ATP/ATO接口测试完成后，仿真模拟环境软件输出车载与地面的通讯模拟信息至车载与地面的通讯模拟发送设备，车载与地面的通讯设备面板点亮/熄灭对应指示灯，车载与地面的通讯软件将模拟信息发送至ATP设备，ATP软件将该信息回传至车载与地面的通讯设备，车载与地面的通讯软件采集到的回传信息输出至车载与地面的通讯模拟发送设备，仿真模拟环境软件采集车载与地面的通讯反馈信息，并离线存储对应的通信交互数据用于测试结果的评判。

软件的执行过程

仿真环境软件执行流程图如6所示，仿真环境软件测试的执行流程图如图6所示；

仿真模拟模型的是地面设备，车载ATC通过无线网实现与地面设备连接周期性相互发包。仿真接口平台模拟的是车辆模型及IO量。车载ATE仿真模拟的是线路数据（包括地面应答器）和ATC的驾驶台。当在驾驶室模拟软件上操作推手柄，接口平台程序会采集到，把推手柄这个动作传给车载ATP的输入板，在车辆会有相应等级的牵引通过车载ATP实现。车辆在运行图中运行过程中收到应答器，应答器的报文配置在数据库里，车载ATP会检查收到的报文有没有问题，建立定位后列车就会通过无线网跟地面设备（ZC、ATS）发起连接，连接成功后周期性相互发包。

先在运行图中建立一个车辆，以车头方向往前进跑当收到1个应答器之后，车就知道自身的目标位置了。然后继续往前跑收到第2个应答器之后，车就确定自身的方向了，建立了初始定位。当车知道自身的定位，车载ATP软件里有自身的电子地图，数据库里也按照电子地图配好了线路的数据，以车头方向往前进，两者一边校验坐标，两者匹配就能正常继续运行。与轨道有链接关系，应答器也有自己的坐标。建立初始定位，并开始呼叫相应的ZC，ZC对该车生成移动授权，车辆可不在转换轨停车直接转换至CBTC的SM模式。

列车通过车载ATC建立SM模式后，仿真模拟操控人员可人工驾驶列车在ATP防护下运行。地面ZC实时监控列车，将该列车的控制信息通过无线通信发送到车载设备。

若仿真模拟操控人员欲以AM（自动驾驶）模式行车，则应将方向手柄置于前进位，档位手柄置于0位，此时ATO点亮发车灯，仿真模拟操控人员可不停车按压ATO发车按钮，转换至AM模式。

AM驾驶模式的列车驶入站台，ATO根据列车位置和速度，对车辆进行精确控制，实现列车的精确停车，停车误差应该小于允许值。同时，ATP监控列车的停车，当列车停在预订停车窗中，ATP（列车自动防护）/输出车门允许打开命令，同时采集人工或是ATO打开车门信息，发送给轨旁模拟设备，实现屏蔽门联动；如果列车未进入停车窗，ATP禁止车门打开。进入站台后，列车停稳后，也就是列车的模拟速度降到0时；当需继续发车，可以再将应将方向手柄置于前进位，档位手柄置于0位，此时ATO亮发车灯，进行ATO发车。

列车按照设定的线路信息以设定线路运行。当发现道路信息不一致停止前进，或输出相应得信息没有得到反馈将停止，需排查出问题后继续前进；如果没问题就可以证明此套车载ATC可以完整的在仿真环境中运行，实现对车载ATC的仿真实验。

本实用新型可供测速分辨率及测速精度，通过车载仿真支撑平台，在车载接口适配器处，可通过示波器量取仿真速度输入信号，并与人机显示界面进行对照；通过车载仿真驾驶终端，可调节速度输入；通过地面仿真驾驶终端仿真可实现列车以恒定速度运行；列车停车后，ATO设备应持续输出保持制动命令（可通过适配箱取得I/O高低电平转换）；支持跳停、扣车、停站时间、站间运行时间（运行等级）等多种运行调整方式的下达；通过ATS仿真软件，可对列车运行前方车站设置相应状态，车载ATO设备应能响应别识别相关状态命令。

Claims (5)

1.一种对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，其特征在于：包括第一~三工作站、KVM显示及操作终端、车载接口平台、仿真测试接口、交换机以及人机显示界面，其中第一~三工作站通过车载接口平台与仿真测试接口的一侧端口相连，仿真测试接口的另一侧端口与被测设备进行双向数据交互；第一~三工作站同时接有KVM显示及操作终端；第一~三工作站之间通过交换机进行通讯连接。

2.根据权利要求1所述的对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，其特征在于：交换机包括仿真网交换机和无线网交换机，第一~三工作站分别为人机界面工作站、仿真支撑平台工作站以及仿真模型集工作站，其中人机界面工作站、仿真支撑平台工作站通过仿真网交换机与车载接口平台进行通讯连接，仿真模型集工作站通过无线网交换机与车载ATC系统的TRU交换机进行通讯连接；车载接口平台的车载网络区域与地面网络区域之间通过仿真网交换机进行通讯连接。

3.根据权利要求2所述的对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，其特征在于：所述人机界面工作站通过车载仿真驾驶终端输入仿真驾驶信号，仿真支撑平台工作站具有运行仿真管理软件的服务器，接收被设备的反馈信号，输出控制指令至被测设备；仿真模型集工作站具有运行线路级仿真系统软件的服务器。

4.根据权利要求1所述的对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，其特征在于：仿真测试接口为连接于被测设备与仿真支撑平台工作站之间的硬件接口，接收被测设备的接入信号，输出至仿真支撑平台，同时仿真测试接口将仿真支撑平台输出的逻辑激励信号转变为与真实运行环境完全一致物理信号送至被测设备。

5.根据权利要求1所述的对地铁车载ATC系统进行仿真实验的测试平台，其特征在于：所述车载接口平台包括串口模块、I/O模块、CAN模块、速度模块、电源模块以及处理器，其中串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块分别与处理器进行双向连接，电源模块的输出端分别与串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块的工作电源端连接；串口模块、I/O模块、CAN模块以及速度模块分别与仿真测试的串口接口连接器、I/O接口连接器、CAN通讯接口串连接器以及速度连接器连接；处理器的网络接口与仿真网交换机连接。

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