铁路车站信号联锁系统本地化仿真试验平台的研究

２０１９年１０月１０日第３卷第１９期现代信息科技Modern Information Technology Oct.2019 Vol.3 No.19铁路车站信号联锁系统本地化仿真试验平台的研究马广元1，张燕1，周游2，张锐3（1.中国铁路兰州局集团有限公司 工电检测所，甘肃 兰州 730030；2.兰州交通大学 自动化与电气工程学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省工业交通自动化工程技术研究中心，甘肃 兰州 730070）摘 要：为了提高联锁仿真试验的质量和效率，本文采用图形处理、数据库等计算机技术与联锁试验相结合，研究建立集团公司本地化信号联锁仿真试验平台，解决联锁试验问题。本文通过对联锁功能、原理的分析设计进行仿真试验平台的研究开发说明。关键词：联锁系统；图形处理；数据库；本地化中图分类号：TP391.9；U284.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）19-0084-05Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　ＳｔａｔｉｏｎＳｉｇｎａｌ　Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ　ＳｙｓｔｅｍMA Guangyuan1，ZHANG Yan1，ZHOU You2，ZHANG Rui3（1.Institution of Engineering and Electricity Detection of China Railway Lanzhou Group Co.，Ltd.，Lanzhou 730030，China；2.School of Automation & Electrical Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China；3.Gansu Research of Automation Engineering Technology for Industry & Transportation，Lanzhou 730070，China）processing and database was combined with interlocking test to study and establish a timely experimental analysis of the group company’s and design of interlocking function and principle，the research and development of simulation test platform is described.Abstract：In order to improve the quality and efficiency of chain simulation experiments，computer technology such as graphic localized signal chain simulation experiment platform to solve the interlocking relationship problem. In this paper，through the analysis Keywords：interlocking system；graphics processing；database；localization0 引 言计算机联锁作为电务系统中最重要的部分，是保证列车安全运行的关键因素，在设计“联锁关系”的过程中不能出现任何错误。在日常管理工作中，确保联锁关系正确是电务设计、制造、施工和维护应该遵循的基本原则，联锁错误或失效将直接危及行车安全，联锁关系一旦被破坏，将会直接，造成行车事故[12]。目前，通信信号设计院、铁道科学研究院、交大微联、卡斯柯等都在各单位建立了计算机联锁仿真试验平台，而各个电务段一直要到固定的联锁厂家进行联锁仿真试验，这样导致联锁试验的工作量变大，而且在联锁过程中记录的内容繁多，试验的周期长，试验的效率较低，成本较高，在试验发现问题后试验人员不能及时与集团公司电务部、电务段技术人员面对面沟通研究，存在试验检测不彻底（漏试、错试等）等安全风险。另外，在日常的联锁管理中，发现在联锁收稿日期：2019-08-12基金项目：甘肃省工业交通自动化工程技术研究中心2019年开放基金：铁路车站信号联锁系统本地化仿真试验平台的研究（项目编号：GSITA201909）。系统出现联锁缺陷时，集团公司本地常因没有试验平台，不能及时进行再现试验，只能由相关厂家进行验证，导致集团公司、电务段不能直接掌握第一手情况[3]。本文通过计算机仿真技术、图形图像处理技术、数据库技术等方法，研究站场平面图、站场联锁关系表与平台相结合，融合不同设备供应商、不同型号计算机联锁系统仿真试验平台研究建立集团公司本地化信号联锁仿真试验平台。利用联锁仿真试验平台自动记录联锁工程师在平台进行试验时的过程，对联锁设备故障实时分析及再现回放分析发现联锁设备存在的问题，监督是否按照联锁表规定的内容进行了各项试验，自动判断试验结果的正确性以及生成试验报告对电务人员以及设备维护人员进行联锁试验培训，提高现场人员进行联锁试验的能力。通过本地化信号联锁仿真试验平台模拟现场道岔、轨道电路、信号机运行状态，同时对基本联锁逻辑关系、联锁表以外的进路能否建立等联锁关系进行全面试验。1 系统结构分析1.1 系统框架联锁仿真试验平台的各子系统之间按照真实系统的标准设计主要的接口和协议，使整个仿真试验系统可以运行在虚拟设备和真实设备共存的状态下，为在试验室条件下测试实842019.10马广元，等：铁路车站信号联锁系统本地化仿真试验平台的研究第19期际设备的性能指标提供了必要手段。针对不同设备供应商和不同型号计算机联锁系统，各个模块可以集成在同一台计算机，组建平台时只需要对平台的网络配置文件进行修改，操作简单，使用方便，该仿真平台架构如图1所示。试验管理控制中心CTC系统数据库联锁关系编辑联锁逻辑生成联锁逻辑脚本联锁进路算法测试案例自动生成自动化测试引擎故障注入接口综合分析与诊断日志通信平台车载控制器（多个真实或虚拟设备）联锁（多个真实或虚拟设备）联锁逻辑列车仿真轨旁设备仿真仿真环境网络拓扑图试验内容图1 联锁试验仿真平台架构仿真平台中各模块的主要功能：控制中心和CTC系统模块：监控所有站场设备和列车，接收联锁的设备状态报告，编辑时刻表，计划列车运行。列车仿真模块：速度曲线计算，列车超速防护、列车车门防护，列车定位。轨旁设备仿真模块：通过采集并报告轨旁状态，解析执行联锁逻辑脚本，操作轨旁设备实现设备联锁。联锁逻辑模块：包括关系编辑、生成、脚本和进路算法。其根据轨道线路数据文件离线生成对应的联锁执行脚本，采用基于图论的联锁进路信息获取算法计算联锁逻辑中的进路信息。试验内容模块：实现人机交互内容，包括整体试验管理、测试案例自动生成、自动化测试引擎、故障注入接口、综合分析与诊断以及日志。用户通过该模块提供的接口实现故障注入，对常见故障作出自动诊断和记录。2.2 关键技术2.2.1 多线程技术线程是处理机调度的基本单位，也是进程中执行运行的最小单位。线程是进程的独立子任务，由不同处理器分别完成，线程的存在大大提高了进程的运行速度。多线程改进了程序的结构，并提高了程序的响应速度，占用系统更少的资源，同时改善运行系统的性能。图2和图3分别是基于单线程的联锁程序结构和基于多线程的联锁程序结构。通信人机界面CTC分机进路设置命令主线程顺序处理新建立进路加入进路总表顺序处理1.2 集团公司本地化联锁仿真试验室（1）在集团公司所管辖的电务段建立计算机联锁仿真试验室，分别纳入通号设计院、铁科院、交大微联、卡斯柯四家计算机联锁设备供应商仿真试验平台。（2）研究如何融合不同设备供应商、不同型号计算机联锁系统仿真试验平台，实现各型计算机联锁在同一平台进行仿真试验的功能。（3）引入CTC、TCC、TSRS等接口设备，实现计算机联锁与其他设备仿真试验的综合试验平台。进路总表（进路A，进路B，进路C，……）图2 基于单线程的联锁程序结构通信人机界面调度中心进路A处理线程新建进路处理线程进路B处理线程进路C处理线程…进路设置命令主线程2 系统组成及功能2.1 试验方法首先要规划建立集团公司本地化计算机联锁仿真实验室，在计算机上建立融合不同设备供应商、不同型号的计算机联锁系统仿真试验平台，在试验平台上研究计算机联锁系统仿真试验平台与CTC、列控中心、临时限速服务器等其他系统的结合，将这些子功能分别安装到计算机上，然后研究计算机联锁仿真试验方法；研究采用图像处理技术、数据库技术等方法，研究站场平面图、站场联锁关系表与平台的结合，利用联锁仿真试验平台，自动记录仿真试验。图3 基于多线程的联锁程序结构本平台是基于一种串行模式，在进路总表中处理第一条进路到最后一条进路需要较长的时间。在一定长度的短时间内不能对其他进路的变化做出及时的响应，由于单线程的特性，在某一任务正在进行时，新任务到来时会以消息的形式存放在队列中，不能按照需求及时处理。在基于多线程的程序中，根据各模块的功能和对处理时间的要求，可分为两类线程：主线程，完成与分机和的通信，本地人机界面的显示刷新，本地命令输入等任务；进路处理线程，完成进路建立和进路解锁功能。2019.1085第19期现代信息科技2.2.2 数据库技术数据库技术是信息系统的一个核心技术。是一种计算机辅助管理数据的方法，它研究如何组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。数据库理论领域中最常见的数据模型主要有层次模型、网状模型和关系模型3种[4]。（1）层次模型（Hierarchical Model）：使用数据结构中的树形结构对数据库系统中数据与数据之间的关系进行表达。（2）网状模型（Network Model）：使用数据结构中的网形结构对数据库系统中数据与数据之间的关系进行表达。（3）关系模型（Relational Model）：将数据库中的数据存放在一种被称为二维表的逻辑单元中，将数据与数据进行整合，整个数据库由若干个相互关联的二维表逻辑单元组成。仿真平台可以兼容不同厂家的系统设备技术，涵盖了国内主流的四家联锁仿真界面：铁科院TYJL-ADX联锁界面、通号公司DS6-60联锁界面、交大微联EI32-JD联锁界面、卡斯柯iLOCK联锁界面，在兼容性方面，本产品具有较大优势[5]。3.2 采用大数据对试验数据进行校验利用大数据分析，对比数据库中试验流程和联锁试验结果进行自动评判，并且生成试验报告，具备联锁培训教学功能，使用数据挖掘和深度学习技术，针对出现的不同联锁问题进行具体分析，向试验人员推送试验联锁过程中错误率较高的联锁问题点，可以让联锁工程师更加深入地掌握联锁试验过程中出现的问题，实现了本地化联锁系统的智能化，寻找铁路联锁试验中的薄弱环节，开展针对性的培训，提高铁，路运营单位的管理水平[56]。联锁仿真试验平台不仅能够仿真车站联锁系统的功能，还能将联锁试验作业流程纳入学习和训练的范围，达到熟练的流程执行与准确的设备操作相结合的效果，保障联锁实验的准确性。2.3 本地化联锁仿真平台主要功能（1）可以安装段管内全部车站的联锁软件，具备完善的人机对话功能，可以在不同站间自由切换，方便联锁试验。（2）可以模拟信号机开放、关闭及灯丝断丝、道岔定反位表示、轨道电路占用及出清等所有信号设备状态，为联锁试验提供所必需的基本信息状态。（3）可以再现回放现场联锁设备故障，便于故障分析判断。（4）具备联锁培训教学功能，实现自学、自练、自考的功能。3.3 采用UDP通信实现信息交互根据不同的通信协议，通信模块采用UDP通信接口，以保障通信传输的实时性与网络系统的稳定性，实现车站联锁系统、CTC系统、TCC系统、TSRS系统、数字调度台和终端各功能之间的信息交互。联锁仿真试验平台通过绑定本机与其他子系统的通信IP地址与端口，实现联锁仿真试验平台与其他信号子系统之间的信息交互。4 本地化平台的测试4.1 本地化联锁界面本地化信号联锁仿真试验平台兼容不同厂家的仿真联锁系统，将不同联锁系统集成在同一计算机上，实现联锁试验平台的多兼容性，通过不同系统的联锁试验实现针对性的测试试验。联锁仿真试验平台兼容的四个主流厂家的计算机联锁界面如图4—图7所示。3 仿真试验平台功能实现3.1 计算机仿真技术实现不同厂家设备的兼容采用计算机仿真技术，实现了不同厂家设备的兼容，结合每个车站的不同站细和不同的联锁系统，实现了“一站一定制”；采用实景化计算机技术，实现联锁关系与现场实际情况完全一致的效果。通过计算机仿真技术，本地化联锁图4 铁科院TYJL-ADX型862019.10马广元，等：铁路车站信号联锁系统本地化仿真试验平台的研究第19期图5 通号公司DS6-60型图6 北京交大微联公司EI32-JD型 图7 卡斯柯公司iLOCK型（下转92页）2019.1087第19期现代信息科技江大学，2015.[3] 丁治宇，陈海东，吴斐然，等.多变量空间数据场可视化综述 [J].计算机辅助设计与图形学学报，2013，25（11）：1597-1605.[4] 姜晓睿，郑春益，蒋莉，等.大规模出租车起止点数据可视分析 [J].计算机辅助设计与图形学学报，2015，27（10）：1907-1917.[5] 韦岗，曹燕，王一歌，等.计算机音乐可视化表征谱设计 [J].现代信息科技，2019，3（14）：5-7.[6] 李春好，田波，刘玉国.逆层次分析法——复杂经济社会（3）：系统评价问题的新方法探索 [J].吉林大学社会科学学报，2007118-124.[7] 刘芳，田凯，周志光，等.基于SOM和引力场聚类的金融数据可视化 [J].计算机辅助设计与图形学学报，2012，24（4）：435-442.[8] 汤晓燕，刘文军，朱东，等.基于ECharts的电动汽车监控可视化研究 [J].现代信息科技，2018，2（12）：46-48.[9] TELEA A，ERSOY O，HOOGENDORP H，et al. 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Computer Graphics Forum，2016，35（3）：321-330.作者简介：巫滨（1978-），男，汉族，江苏常州人，博士，讲师，研究方向：大数据可视化分析、真实感计算机图形学及虚拟现实环境设计。（上接87页）和安全。参考文献：[1] 王智.铁路信号设备联锁安全预控管理 [J].铁道通信信号，2012，48（2）：13-16.[2] 吴明强.计算机联锁车站联锁试验的控制要点 [J].铁道通信信号，2017，53（10）：47-49.[3] 张存文.基层站段建立计算机联锁软件仿真试验系统的意义 [J].中小企业管理与科技（上旬刊），2017（9）：183-184.[4] 王翔宇.信号联锁试验的过程及方法分析 [J].通讯世界，2017（6）：255-256.[5] 肖利君，朱花.计算机联锁仿真试验探讨 [J].铁道通信信号，2008（1）：30-31.[6] 张英贵，张云丽，赵敬泽.铁路区域计算机联锁试验教学系统设计 [J].物流科技，2016，39（3）：137-139.[7] 姚国强.计算机联锁及区间自闭改造工程联锁试验中应注意的问题 [J].铁道通信信号，2015，51（6）：33-35.作者简介：马广元（1972.03-），男，汉族，甘肃甘谷人，列控室主任，高级工程师， 研究方向：铁道信号。4.2 联锁仿真试验平台培训界面联锁仿真试验平台对基本联锁逻辑关系、联锁表以外的进路的建立等联锁关系进行了全面试验，并自动记录，在平台进行试验的过程中对联锁设备故障进行实时分析，通过联锁表规定的内容判断试验结果的正确性，集团公司、电务段能够直接解决联锁试验过程中出现的故障，同时平台也可以生成试验报告对电务人员进行联锁试验培训[7]。5 结 论本论文通过研究建立集团公司本地化信号联锁仿真试验平台的实现方法，已经在兰州铁路局建立了试验平台，现场使用效果良好。同时根据铁路信号现场一线的具体需求，设计系统功能，有利于提高联锁仿真试验的质量和效率，有利于解决联锁关系问题的及时试验分析，有利于提高联锁设计、管理、维护、试验人员的理论、实践素质，有利于提高全集团公司联锁整体管理水平，间接保证了铁路运营的效率922019.10