文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2017.02.031
中文引用格式： 熊偉，何濤，曠文珍. CTCS-2級列控區間仿真子系統的設計與實現[J].電子技術應用，2017，43(2)：128-131.
英文引用格式： Xiong Wei，He Tao，Kuang Wenzhen. Design and implementation on section simulation system of CTCS-2[J].Application of Electronic Technique，2017，43(2)：128-131.
0 引言
CTCS-2級列控系統是基于軌道電路和點式應答器傳輸列車運行許可信息，并采用目標—距離模式監控列車安全運行的列車運行控制系統，主要面向提速干線和高速新線，適用于各種限速區段，功能比較齊全，適合我國鐵路運輸發展需要[1-4]。目前，我國鐵路行業的列控設備處于全天候的持續工作狀態，對列控設備的各類操作關乎鐵路行車安全，稍有不慎，可能引發鐵路行車事故，給鐵路運輸造成巨大損失。除了在“垂直”天窗點內，其他時間禁止對列控設備進行各類非指令性操作，實際運行中的列控系統設備給予人員操作演示和實踐學習的空間太小。完整的列控系統由于設備規模大、成本高昂，只能依托政府出資建設，因此，開發一套集成度高、運行條件簡單并且具有演示和實訓功能的列控仿真系統具有重要意義。
目前，列控仿真系統大多采用軟硬件結合的方式實現。CTCS-2級列控仿真系統硬件方面包括高鐵車站列控中心、高鐵車站聯鎖系統、軌旁電子單元、應答器、車載BTM模塊等；軟件仿真方面主要包括車站仿真子系統、調度集中(Centralized Traffic Control System，CTC)仿真子系統、中繼站列控中心仿真子系統、區間仿真子系統、車載仿真子系統、臨時限速仿真子系統等，其具體系統結構圖如圖1。
CTCS-2級列控區間仿真子系統作為CTCS-2級列控仿真系統的重要組成部分，其主要功能包括區間界面顯示、列車區間運行仿真、應答器報文接收與發送、信號機點燈與軌道電路發碼、故障設置、應答器報文編制等。作為列控仿真系統的主界面之一，CTCS-2級列控區間仿真子系統可以實時顯示整個CTCS-2區間的狀態，對區間列車占用出清、應答器報文接收與發送、信號機點燈與區段發碼、各類故障設置及報警等功能給出直觀實時的顯示，給教學演示和培訓實踐提供良好的平臺。此外，為方便教學培訓，CTCS-2級列控區間仿真子系統增加應答器報文編制界面，使用戶能夠直觀地認識應答器報文各信息包內容及報文編制方法，給予使用者更好的用戶體驗，提高培訓效果。
1 CTCS-2級列控區間仿真子系統功能分析
為方便進行功能設計與實現，將區間仿真子系統的功能分為區間仿真控制、故障設置、應答器報文編制三部分，具體功能劃分如下。
1.1 區間仿真控制
區間仿真控制主要包括整個區間界面的顯示、區間模擬行車、應答器報文接收與發送、信號機點燈與軌道電路發碼。區間模擬行車主要指站內選排進路后，列車出站進入區間的自動模擬行車。自動模擬行車包括單一列車的運行模擬和多輛列車追蹤運行模擬[5]。
當列車出站進入區間，車載仿真子系統通過通信通道將列車位置信息傳輸給區間仿真子系統，后者根據該位置信息，給出相應的區間軌道電路占用顯示；同時，區間仿真子系統通過通信通道將列車占用信息傳輸給列控中心(Train Control Center，TCC)，經過相應的邏輯處理后，TCC將對應的區間信號機點燈和軌道電路發碼控制信息以及有源應答器報文信息傳輸給區間仿真子系統；區間仿真子系統根據該控制信息進行整個區間的信號機點燈和軌道電路發碼，并將該點燈發碼信息和應答器報文信息發送給車載仿真子系統，以供車載仿真子系統進行車載信號顯示。
1.2 故障設置
CTCS-2級列控區間仿真子系統可以實現對整個區間的信號機、軌道電路、應答器進行對應的故障設置。根據“故障-安全”原則，故障設置成功后的信號設備狀態不再響應區間仿真子系統常規的指令，故障狀態始終呈現或在一定的條件下選擇性呈現，幫助用戶認識各種故障的判定條件，還可以實訓在故障的條件下的用戶應急處理能力。
故障設置主要分為三類，即軌道電路紅光帶非常規占用故障、信號機燈絲斷絲和應答器鏈接故障。由于區間無真實設備，故障設置均采用人工設置，故障發生后，在區間界面上給出故障顯示與故障報警，并將故障信息反饋給列控中心。
1.3 應答器報文編制
應答器是一種基于電磁耦合原理而構成的高速點式數據傳輸設備，分為無源應答器和有源應答器，用于在特定地點實現車-地間的數據交換[6-9]?，F場的應答器報文為應答器出廠時燒入或列控中心黑箱操作編制而成，給教學培訓演示帶來極大不便，因此CTCS-2級列控區間仿真子系統特增加應答器報文編制界面。應答器報文編制界面采用逐步式編輯界面，將所有信息包按順序逐一進行編制。報文存儲為EXCEL文本格式，逐條存儲，可以通過編制界面對已有報文進行添加、修改和刪除等[10]。
2 CTCS-2級列控區間仿真子系統設計
2.1 系統結構模塊劃分
在CTCS-2級列控區間仿真子系統的開發過程中，采用面向對象分析方法和模塊化程序設計相結合的方式，根據系統功能需求，對系統結構進行模塊劃分，提高了系統的獨立性和安全性[11]。通過對CTCS-2級列控區間仿真子系統功能的分析，將系統分為仿真控制模塊、區間模擬模塊和通信模塊三部分，其中區間模擬模塊又分為區間設備模擬模塊、模擬行車模塊和故障設置模塊三部分；仿真控制模塊又由人機交互模塊和報文編制模塊兩部分組成，系統軟件結構如圖2。
2.2 MFC應用程序主框架設計
基于微軟基礎類庫(Microsoft Foundation Class，MFC)的仿真應用程序開發，實質上就是繼承MFC的類，CTCS-2級列控區間仿真子系統主界面定義了一個繼承MFC的CView類的CTCSView類，根據需要的功能添加相應的函數[12]，如初始化函數OnInitialUpdate：
Void CCTCSView::OnInitialUpdate()
{
CScrollView::OnInitialUpdate();
/////////////////初始化數據/////////////
myobarray_QD_Section=new CObArray();
myobarray_Xh_Station=new CObArray();
myobarray_Balise=new CObArray();
}
其中，CQD_Section、CXh_Station、CBalise分別表示區間軌道電路類、無配線站內信號機類、區間應答器類。
在數據處理方面，根據功能的不同分別創建對應的類，如軌道電路類、信號機類等。通過不同類的劃分，使不同設備的數據配置與處理區分開來，增加系統的靈活性、適用性的同時，簡化了系統的層次和框架結構。
2.3 通信方式的選取
CTCS-2級列控區間仿真子系統的通信主要實現地—車通信、TCC—區間仿真子系統通信，根據仿真子系統之間的通信協議來實現各子系統之間的信息傳輸。區間仿真子系統在通信方面采用使用比較廣泛的TCP/IP互聯協議族，這種通信方式具有很強的靈活性和通用性。
2.4 區間模擬模塊的設計
區間模擬模塊實現區間設備模擬、區間模擬行車和故障設置。區間設備包括信號機、軌道電路和應答器3種，每種設備的設備編號、名稱、屬性不同，分別構建繼承CObject的CQD_Section、CQD_Station、CXh_Section、CXh_Station、CBalise類，將每一種設備的繪制在所屬類內完成，最后在CTCSView類內統一調用OnDraw函數繪制完成，實現區間模擬界面顯示。
區間模擬行車主要是實現站內選排進路后，列車出站進入區間的模擬行車。通過通信模塊Socket確定列車位置信息，進而實現列車的占用出清、應答器報文的接發、信號機的點燈等，具體的設計流程圖如圖3。
故障設置主要分為三類，即軌道電路故障、信號機燈絲斷絲和應答器鏈接故障，皆為人工設置故障。當列車運行時，通過人工分別設置列車前后任意區段的軌道電路占用故障、任意信號機的燈絲斷絲故障、任意應答器的鏈接故障，給出故障報警提示，并將報警信息反饋給TCC，實現自動調整發生故障時的發碼點燈變化，給出故障情況下的區間狀態顯示[13]。軟件實現方面主要是通過OnLButtonDown和OnRButtonDown函數實現對鼠標坐標的捕捉，然后相應設備的參數發生改變。
2.5 仿真控制模塊的設計
仿真控制模塊主要實現人機交互、應答器報文編制等功能。人機交互主要通過主界面的菜單欄實現，菜單欄包括仿真行車、通信狀態檢查、故障設置和報文編制界面，主界面菜單欄列表見表1。
應答器報文編制主要通過MFC的基礎對話框實現，根據需求創建CDialog類，在對話框內添加對應的靜態文本、列表控件、編輯框和按鈕等控件，進而進行函數實現，形成面向對象的界面[14]，最后在Menu中添加事件處理程序OnLink，完成與主界面的鏈接。具體實現代碼如下：
void CCTCSView::OnLink()
{
CALLMESSAGE dlg；
dlg.DoModal()；
}
3 CTCS-2級列控區間仿真子系統實現
CTCS-2級列控區間仿真子系統采用MFC作為開發平臺，選取舉例站場進行區間仿真子系統的開發，將列控區間仿真子系統各模塊進行一一實現。
區間顯示主界面顯示整個C2舉例站場區間的設備狀態顯示，可以直觀地顯示區間運行狀態、信號機點燈、應答器鏈路等信息。根據相關規范要求，對各個報文信息包界面進行逐一編輯、函數實現，最后鏈接至仿真子系統的主顯示界面，報文編制主界面及線路坡度信息包添加界面如圖4、圖5。
4 結束語
本文選取了CTCS-2級列控仿真系統中的區間仿真子系統為研究對象，在對其進行詳細系統功能分析的基礎上，給出了功能實現的軟件設計方案，并利用MFC進行軟件實現。作為CTCS-2級列控仿真系統的重要組成部分，區間仿真子系統的實現可以對新入路職工以及相關專業院校的教學培訓提供很好的平臺，應答器報文編制功能的加入有利于教學培訓工作更好地開展，對相關的仿真系統開發有一定的借鑒意義。
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作者信息:
熊 偉1，何 濤2，曠文珍2
（1.蘭州交通大學 光電技術與智能控制教育部重點實驗室，甘肅 蘭州730070；
2.蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院，甘肅 蘭州730070)