以ATS為核心的站場圖數據及顯示方案的研究

張秉帥，李 坤，楊 淘，吳 曦

（1.西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 610031；2.青島供電公司，青島 266106）

站場圖是列車自動監控（ATS）系統主要的顯示界面，CBTC（基于通信的列車控制）的ATS提供了更加豐富的列車信息表示。站場圖描述了車站站場中信號機、道岔、軌道區段等設備之間的聯鎖關系和站場信號的拓撲信息，是整個CBTC系統能夠實施和運行的數據基礎[1]。本文從站場圖數據開始分析，進而詳細闡述GDE形式的站場圖以及后期改造的SVG形式站場圖。

1 站場圖數據分析

1.1 站場圖計算機模型

站場圖可以分為相互聯系的兩個層次：圖形層和設備層。在圖形層中包括站場圖形所有可能用到的基本圖元。主要包括直線、矩形、填充矩形、圓形、填充圓形、菱形、三角形和文本等。而設備層則是站場圖數據的核心，由軌道、道岔、信號機、車站和站臺等設備組成，每個設備都包含相應的屬性數據。圖形層和設備層有唯一的對應關系，每一個設備都有一個唯一的圖形編號與圖形層中的圖元相對應，圖形層中每一個設備圖元也都包含設備的聯鎖區編號、設備類型和設備編號。層次結構如圖1所示。

圖1 站場圖的計算機模擬層次結構

1.2 站場圖碼位設計

站場圖碼位，是指設備的各種控制信息，以及需要反映的各種設備狀態信息。輸入碼位是指通過系統接口接收到的各種設備的控制、狀態、報警等信息。輸出碼位是指ATS產生的對于設備的控制信息，需要通過相應接口傳給其他設備系統，主要包括車載控制器（VOBC）、計算機聯鎖（CBI）、 區域控制中心（ZC）等。碼位采用兩個字節（byte）存儲，按照聯鎖區連續設置。

輸入碼位主要包含聯鎖區、車站、信號機、軌道區段、道岔信息。聯鎖區信息包含ATS工作站控制權限的狀態信息、權限申請信息，同時還包含進路設置信息、報警信息，報警提示信息設置了引導總取消、燈絲報警、熔絲報警、道岔擠岔、火災報警。站臺信息包含終端模式設置、站臺扣車、站臺緊急關閉控制信息，以及通過系統接口接收站臺屏蔽門、風機狀態信息。信號機信息反映燈絲是否完整、是否開放、點燈顏色，以及信號機屬性。軌道區段信息反映軌道區段信息，是否占用、是否鎖閉。道岔信息反映道岔位置狀態、是否為單鎖、是否鎖閉。

輸出碼位主要包含聯鎖區、車站、信號機信息。輸出碼位用于向設備傳輸控制信息，聯鎖區的控制權限設置、進路設置，車站終端模式設置、扣車信息、發車命名，信號機的進路設置、屬性設置。

1.3 設備鏈接關系

圖2 設備鏈接站場示意圖

在一個完整的站場圖中，每一個設備都不是單獨的圖元，而是相互鏈接組成的一個整體。相鄰的兩個設備之間通過上下鏈接關系連接起來，站臺和站臺軌對應綁定在一起，軌道和對應的車次窗也綁定在一起。

以圖2為例，設備鏈接關系圖3所示。

圖3中所示為車站B到道岔區段的設備鏈接關系，其中B站上下兩個站臺分別對應兩段站臺軌T0416和T0407，信號機和軌道一般只有上下鏈接關系，用來鏈接相鄰的設備，而每一節單道岔則有3個鏈接關系，分為主鏈接，定位鏈接和反位鏈接，分別用MIAN_Link、NORMAL_Link和REVERSE_Link表示。

若道岔部分為交叉渡線道岔，則分為上下兩部分，每一部分又分為左鏈接和右鏈接。分別為L_MainLin、L_ReverseLink、R_MainLink和R_ReverseLink。用實際站場圖舉例，如圖4所示，交叉渡線下部分道岔分為左邊P0705和右邊P0707兩部分，如圖4中（a）、（b）所示，左邊主鏈接L_MainLink為信號機X0705，左邊反位鏈接L_ReverseLink為交叉渡線上部分道岔。如圖4中（c）、（d）所示，右邊主鏈接R_MainLink為單道岔P0709，右邊反位鏈接R_ReverseLink為交叉渡線上部分道岔，與左邊反位鏈接相同。

圖3 設備鏈接關系圖

2 站場圖顯示方案

一個完整的站場圖不僅要能顯示完整的站場設備，還要包括完整的站場數據。設備數據主要為上文所述的設備碼位和設備鏈接關系，為圖元賦予了設備的含義。而不同的顯示模式需要采用不同的數據存取形式。

2.1 GDE站場圖

GDE（Guideway Data Editor）是西南交大軌道交通實驗室自主開發的站場圖軟件。用二進制形式保存站場圖文件，把設備的碼位數據、設備鏈接關系以特定的排列模式存為軟件識別的模式。

GDE形式的站場圖結構主要分為圖標類和設備類。

在圖標類中，對應圖形編輯模式。用戶需要輸入各種圖形元素，主要包括圓、圓（填充）、直線、矩形、矩形（填充）、菱形（填充）、左向三角形（填充）、右向三角形（填充）、文本、圓角矩形、圖形塊等。

站場圖繪制系統定義了圖形類的基類CIconObject。為了繪制各種圖形，分別定義了各個圖形元素的類，每個圖形元素的類都繼承CIconObject類，并分別實現了各自的繪制函數和調整函數等。為了方便用戶輸入，還定義了圖形塊CBlockObject，一個圖形塊中可以包含多個圖形，可以一次插入整個圖形塊。每一個圖形或者圖形塊都設置一個變量代表圖形編號，用于唯一的標記圖形并且隨圖形的添加自動增加。

設備類的整個流程如圖5所示，在編輯設備圖形時，通過在站場圖形中選擇對應的圖元把設備類和圖形類關聯起來。

圖4 交叉渡線道岔鏈接關系表示圖

由圖5可知，二進制的站場圖文件中主要包括的數據有設備基本屬性數據、設備的輸入碼位和輸出碼位、設備對應的圖形編號以及和相鄰設備的鏈接關系。每一個數據對應類的結構中的一個變量，以相同的形式在GDE中存取。

圖6所示為GDE形式站場圖第一個聯鎖區的示意圖以及對應的設備組成樹形結構說明。其中，SGHead為聯鎖區頭文件，包括站控、遙控、緊急站控3種控制模式以及折返模式的定義。當設備對應的圖元為多個圖元的組合時，組合的圖元編號則存放在Mis中，例如圖6中，自動信號機X0103對應的圖元為填充圓和三角形的組合。INPUT和OUTPUT代表輸入碼位和輸出碼位，前文已詳細論述，此處不再贅述。其他設備中則保存了設備對應的基本屬性、圖形信息以及設備鏈接信息。

圖6 GDE站場圖和設備組成樹形結構

2.2 SVG站場圖

可縮放矢量圖形（SVG）是基于XML的一項新興技術，可以令設計人員創建載入的Web圖形，并能夠通過Web瀏覽器、手持設備或者移動電話查看這些圖形[2]。

SVG站場圖是基于GDE站場圖數據優化改造的新方案的站場圖。通過和工作站的WebServer通信，實現一個實時刷新、動態顯示的Web平臺的SVG站場圖。與GDE站場圖類似，SVG站場圖中同樣需要定義圖形和設備兩部分。

2.2.1 圖形繪制

表1給出了站場圖圖形元素對應到SVG中的表示方式。SVG 帶有許多基本的圖形元素，只要通過組合基本圖形元素就可以構建出 SVG 站場圖。如表1所示，SVG形式站場圖的基本圖元與GDE類似，只需要從GDE站場圖形數據中取出每一個圖元的起始點坐標、寬度、填充色等變量值和其他信息，然后以SVG識別的語句表出。

表1 站場圖圖元與SVG的對應表

2.2.2 結構設計

矢量化了的圖形作為對象，本身包含各種屬性和特征。組成圖形的各個部分，又可以看成獨立的對象，也具有自身的屬性和特征，同時，這些對象之間具有一定的關系，所有這些屬性和關系，就構成了完整的圖形描述[3]。

站場圖中層次化的樹形結構模型，使用XML置標語言可以很容易地描述出來[4]。把設備數據以XML置標語言的形式，按照聯鎖區順序以樹形結構依次寫入SVG站場圖文件，通過工作站的Web服務器讀取SVG文件對設備節點解析，實現設備屬性、輸入輸出碼位等數據的錄入，并通過站場情況，通過層次結構找到并修改對應設備的節點信息，對SVG站場圖實時刷新。

取第1個聯鎖區中道岔P0105的數據為例，在道岔的樹形層次中包括了所有相關節點，這些節點是道岔的各個元素和屬性。P0105的文檔實例如下：

以鄭州一號線方針數據為基礎，SVG形式的站場圖如圖7所示。SVG可以實現無極縮放，圖7上部分為全線站場圖，下部分為放大后的部分聯鎖區站場圖。

圖7 SVG全線及部分聯鎖區站場圖

3 結束語

站場圖作為ATS綜合監控的主要界面，起著至關重要的作用。本文主要針對兩種形式的站場圖數據進行分析，分別展示了圖形效果。GDE作為實驗室自主研發的站場圖軟件，繪制和修改站場圖界面靈活性強，編輯站場圖數據也很方便。以GDE站場數據為基礎的改造后的SVG站場圖是基于XML的語言構造的圖形，不僅有豐富細致的圖形，精確的無極縮放，而且數據可讀可擴展性強，交互性也很好，更便于使用。

[1]薛巧麗，王培林. 城軌信號系統站場圖編輯軟件TOPOLOGY的研究與實現[J].機車電傳動，2011（5）.

[2]Bill Trippe Kate Binder.SVG設計[M].高 偉，譯.北京：機械工業出版社，2003，4：3-11.

[3]袁家政，須 德，鮑 泓. 基于XML的矢量圖形SVG的結構設計與實現[J].計算機研究與發展，2005，42（增刊A）：129-136.

[4]袁家政，須 德，鮑 泓. 基于XML矢量圖形SVG的數據庫模型與存儲研究[J].計算機研究與發展，2006，43（增刊）：444-450.