模擬列車控制系統的開發與價值應用

劉文治　劉恩佑

[摘 要]本文首先梳理模擬列車控制系統概況，進而分析了系統的創新性主干控制技術，最后提出自主開發人機友好界面及設備的協議。

[關鍵詞]模擬列車；控制系統；開發；應用

[中圖分類號]U284 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-6432（2014）27-0128-02

當下，計算機技術廣泛應用于社會生產各個領域，在最近幾年飛速發展的高鐵產業，計算機也在其中扮演著舉足輕重的角色，計算機技術給高速鐵路的發展注入了新的活力，極大地提升了高速鐵路的發展速度，而計算機技術上的一個漏洞也曾經給高鐵的運行帶來過毀滅性的后果，我們的項目就是實現計算機對模擬列車的控制，從而可以在線下模擬列車的運行，讓公眾在校園以及博物館就可以接近全真地觀察、了解列車的運行，而模擬列車系統中開發的實驗運行方案同樣可以服務于真實的列車，從而節約成本，進一步加快高速鐵路發展速度，提升高速鐵路運行效率。

1 模擬列車控制系統概況

我們的模擬系統是基于美國的Digitrax公司提供的硬件設備基礎上進行開發的，依托于美國鐵路列車模型1997年標準的Loconet協議框架進行設計的。通過對該套設備零件包括列車、信號燈、軌道、道岔等共200多個，我們利用計算機對其進行逐一編號，從而可以實現對它們的單個控制，同時也可以分別接受各個設備向計算機傳輸的信號。我們將現實中的列車運行的真實場景搬到了系統平臺上，通過計算機使各個獨立設備建立聯系，從而可以實現道岔自動扳動，信號燈根據相應區間信號來自動進行顏色變化等設備關聯性變化，完成對現實列車運行的全真模擬。

2 系統的創新性主干控制技術

我們軟件編程語言主要用了C#，Java和C語言。主要用到的軟件編程技術有多線程技術，xml解析技術，Socket網絡通信技術，串口編程技術。為了提高系統的互動性，我們還加入了Android技術?？梢岳檬謾C與列車互動。除了這些基本技術之外，我們還應用了一些在模擬控制系統領域較為先進的技術。

2.1 Loconet串口協議

Loconet是一種以太網協議，是美國鐵路列車模型于1997年提出的標準協議框架，通過Loconet我們就可以把模擬系統平臺上的所有設備通過網絡的形式結合起來。

2.2 DCC數位列車控制

DCC列車數位控制原理是對軌道分別加一個直流電壓和一個交流電壓。直流電壓用來為列車供電，為列車亮燈、運行提供能源及動力。而交流電壓是用來給列車傳遞信號的，不同的交流電壓會被列車模型翻譯為不同的指令，從而實現對列車的控制。這樣做的好處就是可以同時對多輛列車進行逐一的控制，為每輛列車提供個性化運行方案。

我們的實驗設備，是將這兩種技術結合在一起，實現列車運行模擬的高精度仿真。

2.3 Socket通信技術及Andriod技術

我們利用Andriod技術開發出在手機里的控制程序，再通過Socket通信技術將手機入網，實現手機對列車模擬系統的操作。

3 自主開發的人機友好界面及設備

3.1 可實時反應軌道狀態的檢測界面

在模擬列車運行的過程中，我們的計算機可以實時地接受軌道系統返回的信號，從而檢測軌道的情況，包括列車所在區間段，各個信號燈的顯示狀態，以及道岔的扳到位置。及時搜羅系統信息并反饋給操作人員，便可以隨時根據軌道情況調整運行方案，提高運行效率，避免軌道上可能發生的事故。參觀者也可以通過檢測界面了解他們想要獲取的相關信息，從一個簡單的界面就可以了解列車常規的運行情況，極大地降低了普通人了解學習鐵路知識的難度，使得一些專業的鐵路知識變得直觀且簡單易懂。

3.2 安卓手機程序控制列車運行

我們在編譯計算機控制程序的同時，也開發了手機上的控制移動終端：用Andriod技術開發手機控制應用，再利用Socket技術將手機接入計算機的wifi網絡，使得每一個在手機上安裝我們的應用程序的用戶都可以實現對于列車系統的控制。極大地增加了人機互動性，使得參觀學習可以更為自由，參觀者根據自己的需要對模擬列車系統進行控制，使得參觀更為自由、隨意。

4 結 語

我們的模擬列車控制系統相比一些目前常見的系統，操作更為方便，將一些傳統的自動運行系統升級為計算機人工控制，而且界面更為明晰，通過安裝我們的手機控制應用程序，每一個參觀者都可以成為操作者，根據自己的需要有目的地觀察列車運行的各個細節，使得鐵路運輸的科普更為簡單，是一套不可多得的、可用于教學與展覽的列車模擬控制系統。