鐵路車站信號聯鎖系統本地化仿真試驗平臺的研究

馬廣元 張燕 周游 張銳

摘? 要：為了提高聯鎖仿真試驗的質量和效率，本文采用圖形處理、數據庫等計算機技術與聯鎖試驗相結合，研究建立集團公司本地化信號聯鎖仿真試驗平臺，解決聯鎖試驗問題。本文通過對聯鎖功能、原理的分析設計進行仿真試驗平臺的研究開發說明。

關鍵詞：聯鎖系統;圖形處理;數據庫;本地化

中圖分類號：TP391.9;U284.3? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）19-0084-05

Abstract：In order to improve the quality and efficiency of chain simulation experiments，computer technology such as graphic processing and database was combined with interlocking test to study and establish a timely experimental analysis of the group company’s localized signal chain simulation experiment platform to solve the interlocking relationship problem. In this paper，through the analysis and design of interlocking function and principle，the research and development of simulation test platform is described.

Keywords：interlocking system;graphics processing;database;localization

0? 引? 言

計算機聯鎖作為電務系統中最重要的部分，是保證列車安全運行的關鍵因素，在設計“聯鎖關系”的過程中不能出現任何錯誤。在日常管理工作中，確保聯鎖關系正確是電務設計、制造、施工和維護應該遵循的基本原則，聯鎖錯誤或失效將直接危及行車安全，聯鎖關系一旦被破壞，將會直接造成行車事故[1，2]。

目前，通信信號設計院、鐵道科學研究院、交大微聯、卡斯柯等都在各單位建立了計算機聯鎖仿真試驗平臺，而各個電務段一直要到固定的聯鎖廠家進行聯鎖仿真試驗，這樣導致聯鎖試驗的工作量變大，而且在聯鎖過程中記錄的內容繁多，試驗的周期長，試驗的效率較低，成本較高，在試驗發現問題后試驗人員不能及時與集團公司電務部、電務段技術人員面對面溝通研究，存在試驗檢測不徹底（漏試、錯試等）等安全風險。另外，在日常的聯鎖管理中，發現在聯鎖系統出現聯鎖缺陷時，集團公司本地常因沒有試驗平臺，不能及時進行再現試驗，只能由相關廠家進行驗證，導致集團公司、電務段不能直接掌握第一手情況[3]。

本文通過計算機仿真技術、圖形圖像處理技術、數據庫技術等方法，研究站場平面圖、站場聯鎖關系表與平臺相結合，融合不同設備供應商、不同型號計算機聯鎖系統仿真試驗平臺研究建立集團公司本地化信號聯鎖仿真試驗平臺。利用聯鎖仿真試驗平臺自動記錄聯鎖工程師在平臺進行試驗時的過程，對聯鎖設備故障實時分析及再現回放分析發現聯鎖設備存在的問題，監督是否按照聯鎖表規定的內容進行了各項試驗，自動判斷試驗結果的正確性以及生成試驗報告對電務人員以及設備維護人員進行聯鎖試驗培訓，提高現場人員進行聯鎖試驗的能力。通過本地化信號聯鎖仿真試驗平臺模擬現場道岔、軌道電路、信號機運行狀態，同時對基本聯鎖邏輯關系、聯鎖表以外的進路能否建立等聯鎖關系進行全面試驗。

1? 系統結構分析

1.1? 系統框架

聯鎖仿真試驗平臺的各子系統之間按照真實系統的標準設計主要的接口和協議，使整個仿真試驗系統可以運行在虛擬設備和真實設備共存的狀態下，為在試驗室條件下測試實際設備的性能指標提供了必要手段。針對不同設備供應商和不同型號計算機聯鎖系統，各個模塊可以集成在同一臺計算機，組建平臺時只需要對平臺的網絡配置文件進行修改，操作簡單，使用方便，該仿真平臺架構如圖1所示。

仿真平臺中各模塊的主要功能：

控制中心和CTC系統模塊：監控所有站場設備和列車，接收聯鎖的設備狀態報告，編輯時刻表，計劃列車運行。

列車仿真模塊：速度曲線計算，列車超速防護、列車車門防護，列車定位。

軌旁設備仿真模塊：通過采集并報告軌旁狀態，解析執行聯鎖邏輯腳本，操作軌旁設備實現設備聯鎖。

聯鎖邏輯模塊：包括關系編輯、生成、腳本和進路算法。其根據軌道線路數據文件離線生成對應的聯鎖執行腳本，采用基于圖論的聯鎖進路信息獲取算法計算聯鎖邏輯中的進路信息。

試驗內容模塊：實現人機交互內容，包括整體試驗管理、測試案例自動生成、自動化測試引擎、故障注入接口、綜合分析與診斷以及日志。用戶通過該模塊提供的接口實現故障注入，對常見故障作出自動診斷和記錄。

1.2? 集團公司本地化聯鎖仿真試驗室

（1）在集團公司所管轄的電務段建立計算機聯鎖仿真試驗室，分別納入通號設計院、鐵科院、交大微聯、卡斯柯四家計算機聯鎖設備供應商仿真試驗平臺。

（2）研究如何融合不同設備供應商、不同型號計算機聯鎖系統仿真試驗平臺，實現各型計算機聯鎖在同一平臺進行仿真試驗的功能。

（3）引入CTC、TCC、TSRS等接口設備，實現計算機聯鎖與其他設備仿真試驗的綜合試驗平臺。

2? 系統組成及功能

2.1? 試驗方法

首先要規劃建立集團公司本地化計算機聯鎖仿真實驗室，在計算機上建立融合不同設備供應商、不同型號的計算機聯鎖系統仿真試驗平臺，在試驗平臺上研究計算機聯鎖系統仿真試驗平臺與CTC、列控中心、臨時限速服務器等其他系統的結合，將這些子功能分別安裝到計算機上，然后研究計算機聯鎖仿真試驗方法;研究采用圖像處理技術、數據庫技術等方法，研究站場平面圖、站場聯鎖關系表與平臺的結合，利用聯鎖仿真試驗平臺，自動記錄仿真試驗。

2.2? 關鍵技術

2.2.1? 多線程技術

線程是處理機調度的基本單位，也是進程中執行運行的最小單位。線程是進程的獨立子任務，由不同處理器分別完成，線程的存在大大提高了進程的運行速度。多線程改進了程序的結構，并提高了程序的響應速度，占用系統更少的資源，同時改善運行系統的性能。圖2和圖3分別是基于單線程的聯鎖程序結構和基于多線程的聯鎖程序結構。

本平臺是基于一種串行模式，在進路總表中處理第一條進路到最后一條進路需要較長的時間。在一定長度的短時間內不能對其他進路的變化做出及時的響應，由于單線程的特性，在某一任務正在進行時，新任務到來時會以消息的形式存放在隊列中，不能按照需求及時處理。在基于多線程的程序中，根據各模塊的功能和對處理時間的要求，可分為兩類線程：主線程，完成與分機和的通信，本地人機界面的顯示刷新，本地命令輸入等任務;進路處理線程，完成進路建立和進路解鎖功能。

2.2.2? 數據庫技術

數據庫技術是信息系統的一個核心技術。是一種計算機輔助管理數據的方法，它研究如何組織和存儲數據，如何高效地獲取和處理數據。數據庫理論領域中最常見的數據模型主要有層次模型、網狀模型和關系模型3種[4]。

（1）層次模型（Hierarchical Model）：使用數據結構中的樹形結構對數據庫系統中數據與數據之間的關系進行表達。

（2）網狀模型（Network Model）：使用數據結構中的網形結構對數據庫系統中數據與數據之間的關系進行表達。

（3）關系模型（Relational Model）：將數據庫中的數據存放在一種被稱為二維表的邏輯單元中，將數據與數據進行整合，整個數據庫由若干個相互關聯的二維表邏輯單元組成。

2.3? 本地化聯鎖仿真平臺主要功能

（1）可以安裝段管內全部車站的聯鎖軟件，具備完善的人機對話功能，可以在不同站間自由切換，方便聯鎖試驗。

（2）可以模擬信號機開放、關閉及燈絲斷絲、道岔定反位表示、軌道電路占用及出清等所有信號設備狀態，為聯鎖試驗提供所必需的基本信息狀態。

（3）可以再現回放現場聯鎖設備故障，便于故障分析判斷。

（4）具備聯鎖培訓教學功能，實現自學、自練、自考的功能。

3? 仿真試驗平臺功能實現

3.1? 計算機仿真技術實現不同廠家設備的兼容

采用計算機仿真技術，實現了不同廠家設備的兼容，結合每個車站的不同站細和不同的聯鎖系統，實現了“一站一定制”;采用實景化計算機技術，實現聯鎖關系與現場實際情況完全一致的效果。通過計算機仿真技術，本地化聯鎖仿真平臺可以兼容不同廠家的系統設備技術，涵蓋了國內主流的四家聯鎖仿真界面：鐵科院TYJL-ADX聯鎖界面、通號公司DS6-60聯鎖界面、交大微聯EI32-JD聯鎖界面、卡斯柯iLOCK聯鎖界面，在兼容性方面，本產品具有較大優勢[5]。

3.2? 采用大數據對試驗數據進行校驗

利用大數據分析，對比數據庫中試驗流程和聯鎖試驗結果進行自動評判，并且生成試驗報告，具備聯鎖培訓教學功能，使用數據挖掘和深度學習技術，針對出現的不同聯鎖問題進行具體分析，向試驗人員推送試驗聯鎖過程中錯誤率較高的聯鎖問題點，可以讓聯鎖工程師更加深入地掌握聯鎖試驗過程中出現的問題，實現了本地化聯鎖系統的智能化，尋找鐵路聯鎖試驗中的薄弱環節，開展針對性的培訓，提高鐵路運營單位的管理水平[5，6]。聯鎖仿真試驗平臺不僅能夠仿真車站聯鎖系統的功能，還能將聯鎖試驗作業流程納入學習和訓練的范圍，達到熟練的流程執行與準確的設備操作相結合的效果，保障聯鎖實驗的準確性。

3.3? 采用UDP通信實現信息交互

根據不同的通信協議，通信模塊采用UDP通信接口，以保障通信傳輸的實時性與網絡系統的穩定性，實現車站聯鎖系統、CTC系統、TCC系統、TSRS系統、數字調度臺和終端各功能之間的信息交互。聯鎖仿真試驗平臺通過綁定本機與其他子系統的通信IP地址與端口，實現聯鎖仿真試驗平臺與其他信號子系統之間的信息交互。

4? 本地化平臺的測試

4.1? 本地化聯鎖界面

本地化信號聯鎖仿真試驗平臺兼容不同廠家的仿真聯鎖系統，將不同聯鎖系統集成在同一計算機上，實現聯鎖試驗平臺的多兼容性，通過不同系統的聯鎖試驗實現針對性的測試試驗。聯鎖仿真試驗平臺兼容的四個主流廠家的計算機聯鎖界面如圖4—圖7所示。

4.2? 聯鎖仿真試驗平臺培訓界面

聯鎖仿真試驗平臺對基本聯鎖邏輯關系、聯鎖表以外的進路的建立等聯鎖關系進行了全面試驗，并自動記錄，在平臺進行試驗的過程中對聯鎖設備故障進行實時分析，通過聯鎖表規定的內容判斷試驗結果的正確性，集團公司、電務段能夠直接解決聯鎖試驗過程中出現的故障，同時平臺也可以生成試驗報告對電務人員進行聯鎖試驗培訓[7]。

5? 結? 論

本論文通過研究建立集團公司本地化信號聯鎖仿真試驗平臺的實現方法，已經在蘭州鐵路局建立了試驗平臺，現場使用效果良好。同時根據鐵路信號現場一線的具體需求，設計系統功能，有利于提高聯鎖仿真試驗的質量和效率，有利于解決聯鎖關系問題的及時試驗分析，有利于提高聯鎖設計、管理、維護、試驗人員的理論、實踐素質，有利于提高全集團公司聯鎖整體管理水平，間接保證了鐵路運營的效率和安全。

參考文獻：

[1] 王智.鐵路信號設備聯鎖安全預控管理 [J].鐵道通信信號，2012，48（2）：13-16.

[2] 吳明強.計算機聯鎖車站聯鎖試驗的控制要點 [J].鐵道通信信號，2017，53（10）：47-49.

[3] 張存文.基層站段建立計算機聯鎖軟件仿真試驗系統的意義 [J].中小企業管理與科技（上旬刊），2017（9）：183-184.

[4] 王翔宇.信號聯鎖試驗的過程及方法分析 [J].通訊世界，2017（6）：255-256.

[5] 肖利君，朱花.計算機聯鎖仿真試驗探討 [J].鐵道通信信號，2008（1）：30-31.

[6] 張英貴，張云麗，趙敬澤.鐵路區域計算機聯鎖試驗教學系統設計 [J].物流科技，2016，39（3）：137-139.

[7] 姚國強.計算機聯鎖及區間自閉改造工程聯鎖試驗中應注意的問題 [J].鐵道通信信號，2015，51（6）：33-35.

作者簡介：馬廣元（1972.03-），男，漢族，甘肅甘谷人，列控室主任，高級工程師， 研究方向：鐵道信號。