（交通信息工程及控制专业论文）计算机联锁仿真系统线路数据自动生成工具的研究与开发.pdf

中文摘要 摘要：国民经济持续快速增长，铁路的运输能力已远远不适应国民经济和社会发 展的需求，必须发展高速列车来为社会发展、经济发展提供强大支撑。我国铁路 既有线的不断提速，客运专线的建设和高速铁路研究，标志着中国高速铁路已进 入了快速发展时期。中国铁路借鉴欧洲列车运行控制系统( e t c s ) 的成功经验，提 出了中国列车运行控制系统( c t c s ) 的发展战略。目前国内正以c t c s 2 级系统 改造既有线路，并积极研究建设c t c s 3 级系统，因此采用先进的仿真技术来进行 辅助研究及预研验证是极为必要的。 高速列车的运行，需要高性能的列车运行控制系统作为安全保障。为了研究 c t c s 3 级列车运行控制系统的工作机理，对c t c s 3 级列控系统设计方案进行验 证，对其中的关键设备进行测试，有必要建立c t c s 3 级列控系统仿真测试平台。 计算机联锁仿真子系统是其中的一个重要组成部分，完成如下功能：接受c t c 分 机进路设置命令；进路的建立、解锁：信号机和道岔状态的采集和控制；向r b c 、 c t c 分机、轨旁设备、列控中心发送进路信息；向r b c 转发轨道占用信息；向 c t c 分机报告站场设备实时状态等。 目前计算机联锁仿真子系统的功能开发已趋于完善，而如何高效地生成计算 机联锁仿真子系统所需的车站数据，成为一个亟待解决的问题。论文基于对 m a p i n f o 站场数据的分析及对计算机联锁仿真子系统数据结构的深入理解，提出了 基于地理信息系统的线路数据自动生成方法，初步解决了该问题。 论文对计算机联锁系统的数据结构以及m a p l n f o 基础数据做了深入分析，在 此基础上对线路数据的自动生成进行了研究，并在m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 环境下 完成了软件的开发。 论文完成的主要工作包括：m a p i n f o 基础数据的整理，m a p i n f o 站场图特征的 分析，m a p l n f o 基础图形识别转化，联锁站场示意图特征的分析，站场节点元素的 数据模型的建立和初始化，股道连接拓扑的建立，总进路表的生成，软件平台的 搭建。此外还对原有的联锁仿真程序进行了修改，用来检验生成数据的完整性和 正确性。 联锁线路数据自动生成系统目前已成功地生成了徐州东的车站数据。经过联 锁仿真程序测试，数据的完整性和正确性都达到了预期的设计目标。 关键词：计算机联锁；m a p i n f o ：数据自动生成；进路表；股道拓扑 分类号：u 2 8 4 9 1 a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t hs u s t a i n e da n dr a p i dg r o w t ho ft h en a t i o n a le c o n o m y , t h er a i l w a y s t r a n s p o r tc a p a c i t yh a sb e e nf a rf r o ms a t i s f a c t o r yo fn a t i o n a le c o n o m i ca n ds o c i a l d e v e l o p m e n td e m a n d , s oi ti su r g e n tt od e v e l o ph i g h - s p e e dr a i l w a yw h i c hp r o v i d e s s t r o n gs u p p o r tf o rs o c i a ld e v e l o p m e n ta n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t w i t ht r a i ns p e e d b e e nc o n s t a n t l yr a i s e do ne x i s t i n gm a i nl i n e sa n dt h ec o n s t r u c t i o no fd e d i c a t e d p a s s e n g e rl i n e s ，t h eh i g h - s p e e dr a i l w a yo fc h i n ai sr a p i d l ye x p a n d i n g a c c o r d i n gt ot h e e x p e r i e n c eo fe u r o p e a nt r a i nc o n t r o ls y s t e m ( e t c s ) ，c h i n e s er a i l w a yh a sp r o p o s e d t h ec h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e m ( c t c s ) n o w a d a y s ，c t c s - 2h a sb e e na d o p t e dt o u p g r a d et h ee x i s t i n gm a i nl i n e s ，a n dt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fc t c s - 3i so n t i g h ts c h e d u l e , s oi ti s 棚粥豁s 锄yt ob u i l dac t c s 3s i m u l a t i o na n dt e s t i n gp l a t f o r mf o r t h ee v a l u a t i o no f s y s t e md e s i g na n ds y s t e mi n t e g r a t i o n t h eo p e r a t i o no f h i g h - s p e e dt r a i nr e q u i r e sh i g hp e r f o r m a n c et r a i nc o n t r o ls y s t e mt o g u a r a n t e et h es a f e t y i ti sn e c e s s a r yt oe s t a b l i s ht h ec t c s 一3s i m u l a t i o na n dt e s t i n g p l a t f o r mf o rs t u d y i n gt h ew o r k i n gm e c h a n i s m , v e r i f y i n gt h ed e s i g no ft h es y s t e ma n d t e s t i n gt h ek e ye q u i p m e n t c o m p u t e rb a s e di n t e r l o c k ( c b l ) s i m u l a t i o ns u b s y s t e mi sa n i m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h ep l a t f o r ma n dc o m p l e t et h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s ：e x e c u t i n g t h eb u t t o nc o n t r o lc o m m a n df r o ms t a t i o nc e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l ；r o u t ec o n t r o l l i n g ； c o l l e c t i o na n dc o n t r o l l i n gt h es t a t eo fs i g n a la n ds w i t c h ；s e n d i n gr o u t ei n f o r m a t i o nt o r a d i ob l o c kc e n t e r ( r b c ) , s t a t i o nc e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l ，t m c k s i d ee q u i p m e n t a n dt r a i nc o n t r o lc e n t e r ；, s e n d i n gt p rt or b c ；s e n d i n gr e a l t i m es t a t u so fs t a t i o n e q u i p m e n tt os t a t i o nc e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l ；e t c n o w a d a y s ，t h ed e v e l o p m e n t o fc o m p u t e rb a s e di n t e r l o c k i n gs i m u l a t i o n s u b s y s t e mh a sb e e nf i n i s h e da n dt h ep r o b l e mt h a th o wt oe f f i c i e n t l yg e n e r a t et h ed a t a o ft h es u b s y s t e mi so nt i g h ts c h e d u l e t h i st h e s i s ，b a s e do na n a l y s i so fm a p l n f ob a s i c d a t a b a s ea n di n - d e p t hu n d e r s t a n d i n go fd a t as t r u c t u r eo fc b i ，p r o v i d e sa na u t o m a t i c d a t ag e n e r a t i o nm e t h o db a s e do ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mt os o l v et h ep r o b l e m t h i st h e s i s ，b a s e do nt h ei n - d e p t ha n a l y s i so fc o m p u t e rb a s e di n t e r l o c k i n gs y s t e m d a t as t r u c t u r ea n dm a p l n f ob a s i cd a t a b a s e ，s t u d i e dt h ea u t o m a t i cg e n e r a t i o no fl i n ed a t a a n dc o m p l e t e dt h ed e s i g no fp l a t f o r mu s i n gm i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 t h em a j o ra c h i e v e m e n t so ft h i st h e s i si n c l u d ec o l l a t i o no fm a p l n f od a t a b a s e ， a n a l y s i so fm a p i n f og r a p h i cc h a r a c t e r i s t i c s ，i d e n t i f y i n ga n dc o n v e r t i n go fm 印i n 南 b a s i cg r a p h i c s ，a n a l y s i so fi n t e r l o c k i n gs t a t i o ng r a p h i c sc h a r a c t e r i s t i c s ，e s t a b l i s h i n ga n d i n i t i a l i z a t i o no fs t a t i o nn o d e s , b u i l d i n go ft r a c kt o p o l o g y , g e n e r a t i o no fr o u t et a b l e , a n d b u i l d i n go f s o r w a r ep l a t f o r m i na d d i t i o n , t h ee x i s t i n gi n t e r l o c k i n gp r o g r a mi sm o d i f i e d t od e t e c t i n gd a t ai n t e g r i t ya n dc o r r e c t n e s s c u r r e n t l y , t h ea u t o m a t i cd a t ag e n e r a t i o nt o o lo fm i c r o c o m p u t e ri n t e r l o c k i n g s i m u l a t i o ns y s t e mh a ss u c c e s s f u l l yg e n e r a t e dt h ed a t ao fx u z h o ue a s t s t a t i o n a c c o r d i n gt oi n t e r l o c k i n gs i m u l a t i o np r o g r a mt e s t i n g , t h ed a t ai n t e g r i t ya n dc o i t 咖e s s h a sa c h i e v e dt h ed e s i g no b j e c t i v e s k e y w o r d s ：c o m p u t e rb a s e di n t e r l o c k i n g ；m a p i n f o ；a u t o m a t i cd a t ag e n e r a t i o n ； r o u t et a b l e ；t r a c kt o p o l o g y c l a s s n o ：i j 2 8 4 9 1 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：磊愫 签字日期： z 叩c ) 年占月i 占日 5 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名南精 导师签名 签字日期：沙1 年易月弦日 签字日期：渺7 年月，5 日 致谢 本论文的工作是在我的导师张勇副教授的悉心指导下完成的，张勇副教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 张勇老师对我的关心和指导。 张勇副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向张勇老师表示衷心的谢意。 张勇副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，陈建球、矫亮亮、杨韬、薛丽萍、庞彦知等 同学对我论文中的数据完整性研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感 激之情。 另外也感谢家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 业，并为我顺利完成课题和学业提供了精神动力和物质支持，我取得的每一份成 绩都与他们的关怀和支持息息相关。 本论文由国家自然科学基金项目“列车运行控制及组织的基础理论与关键技 术研究 ( 项目号：6 0 6 3 4 0 1 0 ) 和“列车运行控制系统的仿真理论与方法( 项 目号：6 0 7 3 6 0 4 7 ) 支持。 1 引言 1 1 研究背景和意义 为适应我国铁路更高的安全、快速和服务需求，增强市场竞争力，铁路部门 提出了发展适于我国国情的中国列车运行控制系统c t c s ( c h i n at r a i nc o n t r o l s y s t e m ) 的策略t 。c t c s 的体系结构按铁路运输管理层、网络传输层、地面设备 层和车载设备层配置1 2 1 。如图1 1 所示。 图1 - 1c t c s 体系结构 f i g u r e1 - 1a r c h i t e c t u r eo f c t c s c t c s 是我国未来铁路技术发展的方向，参照欧盟发展g s m r e t c s 的成功 作法，根据总体原则，从需求出发，结合我国的国情和铁路的实际情况，按系统 条件和功能将中国的c t c s 系统共划分为5 级【3 】。 c t c s 一3 级列车运行控制系统是基于g s m r 无线通信实现车地信息双向传输， 无线闭塞中心( r b c ) 生成行车许可，应答器实现列车定位，轨道电路实现列车 占用检查，同时具备c t c s - 2 级功能的列车运行控制系统。c t c s 3 级列车运行控 制系统满足运营速度3 5 0 k m h 、最小追踪间隔3 分钟的要求。 c t c s 3 级列控系统仿真测试平台的目的是构建一个基于计算机专用局域网 络和g s m r 网络( g s m r 网络设备不含在本系统) 的，集仿真、测试和研发功 能为一体的c t c s 3 级仿真测试平台。 仿真测试平台总体结构图如图l - 2 所示。 r “图圈ll “一早翠圈圈i t 番啦j 以7 ，北4 。磐。7 o ”j 9 7 。每“47 o ! ? 7 ，? ，? ，i j ，匀 飞翳薇：穆锈勿。v | 啊, i 够拳锋罨番锈辚铬镢旁勒? 等诱耪 产烘薹ii _ _ i _ ：_ i ii 苗 悟甲l 塑嬲鬻l 臣偃笋 白1 黼望 t 掣 | f 引斗裁网圆圆圈 剧 l t “i 群 l 一、l i 牛塑熬m 离圈瀚剿 亡i 画难t 器暑三型l 醺困 篮翌 鬻霹霉：固l h g l 啪i - 2 0 v 啊n a r c h i t o ：t u r e o f c t c s - 3s i m u l a t i o na n d t c s l l n g p l 8 i f o r m 目前实验室已经完成仿真平台的搭建，各仿真子系统功能已趋于完善。后续 工作主要是完善平台的测试功能，主要工作包括测试用例的编写，测试脚本的编 写，京沪线全线线路数据的整理，各模块新数据应用调试。 要实现对列控实际设备功能完备性和稳定性的测试，必然要求完备且足够多 的线路数据。目前，仿真测试平台联锁子系统所需要的线路数据主要由相关人员 根据m a p l n f o 站场图手动编写。存在以下问题： 格式要求严谨，存在大量重复工作； 静态数据按行读写，一行出错，可能会导致意想不到的错误，且错误查找 困难； 动态数据逻辑性强，容易漏掉某些条件； 数据内部存在关联，修改时稍不注意就会前后对应不上。 在这种情况下，数据量加大以后，如果仍采用手工编写的方法，就会使数据 整理周期明显变长，维护难度难以想象! 因此，线路数据自动生成势在必行1 1 1 l 研究背景 本课题来源于轨道交通控制与安全国家重点实验室c t c s 3 级列控系统仿真 测试平台建设项目，其目的是利用计算机辅助设计的手段，对地理信息系统( g i s ) 提供的车站数据进行整理分析转换，最终得到仿真测试平台中联锁仿真子系统所 需要的站场数据和总进路表。 1 1 2 研究意义 本文提出的基于地理信息系统的线路自动生成方法包含了m a p i n f o 图形的识 别转换，站场拓扑的连接、站场内节点元素的初始化、进路搜索以及相应结构文 件的生成等子算法，除进路生成算法借鉴了传统的进路搜索型算法【5 l - 1 0 l 之外，其 他均具有独创性，并在实际项目中得到了验证，对铁路基础数据整合的研究有一 定的借鉴作用，对类似项目的开发具有一定的理论指导和实际参考价值。 1 2 国内外研究现状 论文主要涉及站场图形的生成方法和进路表的生成方法。 1 2 1 站场图形生成方法研究现状 计算机辅助设计应用到计算机联锁，计算机辅助站场图形设计取代了人工编 写数据文件再输入计算机的传统方法。 文献【4 】提出了一个应用计算机辅助设计技术自动生成计算机联锁静态数据库 的方法。其基本思路是：首先采用类似6 5 0 2 控制台的模块化构成方法，将车站信 号平面布置图分解成若干个基本图形单元，并将平面布置图看作是由这些图形单 元拼凑而成。先建立一个由许许多多的基本图形单元组成的图形库，并编写一个 类似w i n d o w s 菜单的界面，使图形库和界面在内部建立联系，在菜单上将基本 图形单元分类显示。当输入车站信号平面布置图时，通过人一机接口界面( 键盘) 从菜单中选择相应的图形单元，逐步生成一个完整的图形然后对输入的车站信号 平面布置图进行存储，并在计算机内部编制一个分析处理程序，能够根据该图的 基本特征抽象出发车方向定向图，自动生成微机联锁系统所需的静态数据库。 文献【1 l 】给出了一个软件的设计，其设计思想是：利用u m l 建模思想，用例 图进行系统需求分析，然后根据用例图的划分，抽象出类，建立站场模型图的静 态结构，然后用序列化机制完成系统的动态行为。把站场图作为一幅矢量图，借 助堆积木的思想由各种图元组合而成，用计算机辅助设计的形式生成站场模型图。 3 文献【4 】，【i l l - j 1 4 采用面向对象的方法，拖放图元到编辑区，自动生成站场图 形的方式。作为建立站场的方法，这种方式简单直观，易于操作。但是实验室目 前已有完备的m a p l n f o 线路数据，手动去生成站场图反而不利于数据的一致性。 1 2 2 进路表生成方法研究现状 现有进路生成算法主要有3 种：结线图法、矩阵运算法及进路搜索澍1 5 】。矩 阵运算法是通过对数据矩阵进行逻辑与、或、非运算而实现进路控制的，它适合 小型车站。结线图法以继电联锁电路为依据，对应每个继电器电路写出相应的逻 辑等式，再把这些等式变换成相应的运算程序，由计算机运算执行。进路搜索法 是构造站场型数据结构，用搜索法实现进路表的自动生成。站场型数据结构占用 存储空间少、对站场改建或扩建的适应能力强。对于中型、大型车站显示出很大 的优越性。 图搜索的控制策略深度优先搜索算法、广度优先搜索算法和启发式搜索嘲。 深度优先搜索( d e p t h - f i r s t s e a r c h ) 所遵循的搜索策略是尽可能“深”地搜索图。 在深度优先搜索中，对于最新发现的顶点，如果它还有以此为起点而未探测到的 边，就沿此边继续探测下去。当结点v 的所有边都己被探寻过，搜索将回溯到发 现结点v 有那条边的始结点。这一过程一直进行到已发现从源结点可达的所有结 点为止。如果还存在未被发现的结点，则选择其中一个作为源结点并重复以上过 程，整个进程反复进行直到所有结点都被发现为止。 广度优先搜索法( b r e a d t h - f i r s t s e a r c h ) 是在搜索中把算法改为按结点的层次进 行搜索，本层的结点没有搜索处理完时，不能对下层结点进行处理，即深度越小 的结点越先得到扩展，也就是说先产生的结点先得以扩展处理。 启发式搜索( h e u r i s t i c a l l y - s e a r c h ) 选择最有希望的节点加以扩展同。它扩展的 节点数最少，但要找到启发式信息却要花费较大的代价。在进路的搜索过程中， 需一条进路一条进路进行搜索，在搜索完一条后，按一定的规则【1 6 】添入到数据库 文件中。因此必须扩展最新产生的节点直到该分支结束。如果采用宽度优先搜索， 以接近起始节点的程度依次扩展节点，由于在每一个父节点的扩展中，并不知道 扩展方向是否沿着目标节点方向，因此扩展的分支很多，存储量较大。 根据上述控制策略的特点，本论文以道岔节点的两个分支建立二叉树做为搜 索空间，以直股优先的原则，参考节点地理信息进行搜索，生成车站信号联锁表 的各项内容。 1 3 论文的主要工作 4 论文在对c t c s 3 级列控仿真测试平台作简要介绍基础上，重点对联锁仿真系 统线路数据自动生成工具的设计和实现进行研究。 论文的具体内容如下： 第一章阐述了本论文的主要选题背景和国内外研究现状，指出了论文研究的 意义。 第二章对联锁数据和数据结构作了针对性的分析。 第三章对m a p i n f o 数据库的设计和结构、计算机联锁仿真系统的静态和动态 数据进行了详细阐述，对线路数据自动生成的可行性进行了分析，在此基础上提 出了线路自动生成工具的功能需求。 第四章首先做出系统的总体设计，然后建立站场各元素的模型，对图形识别 转换算法和进路总表生成算法及其子算法进行了设计。 第五章在m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 环境下进行程序实现。以徐州东的m a p i n f o 数据为基础进行了调试，并将生成的数据用于c t c s - 3 列控系统仿真测试平台进行 测试。本章简要介绍了调试的过程和结果。 第六章对联锁线路数据自动生成工具的设计开发作了简要的总结，分析了不 足之处，并对今后有待提高的工作进行了展望。 5 2 计算机联锁系统数据及其结构 计算机联锁控制系统是由微型计算机的软硬件和其他一些电子、继电器件组 成，实现以进路控制为主要内容的联锁控制系统，也称为微机联锁系统【1 7 , 1 8 】。与 6 5 0 2 继电联锁控制系统【1 9 1 相比，在安全性、可靠性、经济性等方面都具有什么明 显的优势陬2 。 计算机联锁系统所使用的数据，是指在联锁计算机中，所有参与联锁运算的 数据。参与联锁的数据有静态数据( 常量) 和动态数据( 变量) 两类。相应地有 静态数据结构和动态数据结构。 2 1 静态数据及其结构 不同的静态数据及其存储结构对联锁程序结构有很大的影响。目前存在迸路 表型联锁和站场型联锁两种联锁逻辑，对应两种不同的静态数据结构：进路表型 静态数据结构和站场型静态数据结构。仿真测试平台联锁子系统所用的数据结构 为进路表型静态数据结构，而要自动生成这些数据，必然要建立站场型静态数据 结构。 l 、进路表型静态数据结构 在进路表型联锁控制系统中，信号机、道岔、轨道区段与进路之间的联锁关 系是通过联锁表的形式表示的，联锁表中包含了所有进路及其联锁条件。目前比 较常用的三种进路表型静态数据结构： ( 1 ) 因果关联型联锁( c a s c a d el o c k i n g ) 静态数据结构 ( 2 ) 相关进路型联锁( r o u t e - r e l a t e dl o c k i n g ) 静态数据结构 ( 3 ) 联锁表型静态数据结构 因果关联型联锁是传统英国式联锁形式，同时也为北美铁路所采用；相关进 路型联锁则是传统德国式联锁形式，得到了许多欧洲国家的认同；而在我国，联 锁表型静态数据结构是比较常用的几种数据结构之一。下面重点介绍联锁表型静 态数据结构。 联锁表型静态数据结构是目前在国内比较常用的数据结构。如表2 1 所示，仿 真测试平台联锁子系统所使用的联锁表中标明了进路类型，方式，进路方向，进 路的范围，防护进路的信号机名称及显示，进路( 防护) 道翁定反位，进路中的 轨道电路区段名称，敌对信号机等内容。在每一行中记录了办理一条进路需要满 足的条件。 6 脚番 蜮餐 们 r s 3 r f l 出 制姘 目零 oooo 引蹿 。 hohohoooh 呻i - 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2 所示) 建立一条进路时，首先根据需要设置起 始和终止标志，然后从起始标志开始搜索进路。遇到分歧道岔时，同时沿两个方 向进行搜索。搜索进程呈现树状结构。一旦进程的一个分支搜索到了设定的终止 标志，将会产生响应信号，这时，其他进程分支将被删除。随后，所有的道岔根 据搜索和响应进程中的设定状态进行转换，从而排出进路。根据图2 1 所示站场， 给出联锁简图，如图2 - 2 示。 c i s 4 图2 1 站场图 f i g u r e2 - 1d i a g r a mo fs t a t i o nl a y o u t 图2 - 2 站场型联锁简图 f i g u r e2 - 2s c h e m a t i cd i a g r a mo fs t a t i o ni n t e r l o c k i n g 设定进站和出站标志，进行进路搜索。以x - i g 为例，搜索进程如下图示。 c i s 4 图2 - 3 搜索进路 f i g u r e2 - 3s e a r c hr o u t e s 找到设定的出站标志后，产生响应信号，进路被选出，删除其他分支。 c i s 4 图2 _ 4 选排进路 f i g u r e2 - 4s e l e c tar o u t e 另一种进路搜索方式是在进行进路搜索时如果遇到对向道岔标志是以直股搜 索优先，如果找不到目标标志就返回沿弯股方向进行搜索。基于这种结构的搜索 9 方式需要更长的搜索时间，但是能够节省一定的存储空间。 另外，进行进路搜索时采用沿发车方向并参考终止标志的位置进行搜索的方 式，能够大大提高搜索效率。 2 2 动态数据 静态数据是实现联锁功能的最基本信息，一般包括一些元素的名称和性质。 而联锁功能的实现还需要这些元素的状态变量以及其他一些变量，这些变量就是 动态数据，相应动态数据的组合就构成了动态数据结构。联锁逻辑结合动态数据 和静态数据，才能够形成操作控制命令。 参与联锁运算的动态数据主要包括操作输入变量、状态输入变量、表示输出 变量、控制输出变量以及为实现联锁逻辑所需的控制变量及中间变量等。 在仿真测试平台联锁仿真子系统所使用的进路表型静态数据结构中，操作输 入变量和状态输入变量还作为原始数据存储在总进路表中。操作输入变量的作用 是从总进路表中选出要选排的进路。 状态输入变量反映监控对象状态，如轨道区段状态、道岔状态、信号状态， 以及与进路有关的其他设备状态等，由联锁程序周期性地采集刷新。这些设备状 态作为一条进路能否成功办理的检查条件，也要作为原始数据存储在总进路表中。 其他动态变量与数据自动生成无直接关系，不再详述。 1 0 3 联锁仿真系统线路数据自动生成工具需求分析 以人为“处理器”的线路数据生成系统的输入为m a p i i l f 0 图形及基础数据库， 其输出联锁系统需要的3 个d a t 文件和2 个a e e c s s 表。如图3 1 所示。 虚框之内为数据处理过程及产生的中间数据。其中的箭头是数据的处理过程， 以前是靠人看和计算得到，自动生成的途径就是用程序来模仿人的思维，去操作 系统的输入数据。主要研究步骤如下： 整理核对现有( 或部分) m a p i n f o 线路数据，因为整个工作必须先在正确 的数据基础上进行，再考虑异常。 建立站场各要素数据结构，数据结构应该为静态进路表数据各属性元素留 空，并兼容动态站场型数据，以便于进路搜索。 设计并验证图形识别算法将m a p l n f o 图形中站场元素的类型及相互关系识 别转化成现有的计算机联锁的站场示意图。包括道岔绘制类型归类、站场 元素相对位置关系及其他与绘制站场示意图相关的元素( 渡线，安全端等) 的确定等。 进路生成算法，在图形的识别转化基础上，参考相关的算法，综合考虑空 间和时间因素，设计适合的算法。 设计软件结构，提供友好数据维护环境。开发环境为m i c r o s o rv i s u a lc + + 6 0 ，基于a d o 数据库访问技术，结合铁路信号相关知识，设计程序读取 和维护线路数据。所使用数据库为a c c e s s 数据库。 图3 - 1 数据处理过程 f i g u r e3 - 1d a t ap r o c e s s i n g 站场d a t 文件 进路d a t 文件 码位d a t 文件 站场表 总进路表 本章分别对两种数据进行了介绍分析，通过分析比较讨论了数据自动生成的 可行性，并在此基础上提出自动生成工具的功能需求。 3 1m a p i n f o 数据介绍 3 1 1 m a p l n f op r o f e s s i o n a l 开发环境介绍 现有铁路空间数据矢量格式主要是a u t o c a d 和m a p l n f o 格式文件，a u t o c a d 是比较有代表性的计算机制图系统的文件格式，而m a p l n f op r o f e s s i o n a l 是较有代 表性的g i s 软件【捌。 m a p h 渝p r o f e s s i o n a l 是一套基于w i n d o w s 平台的地图化信息解决方案。可以 方便、直观的展现数据和地理信息的关系，拥有周密而详细的数据分析能力。其 自带m a p b a s i c 提供了一些用于数据转换和传输的接口函数，可用来设计、建立符 合自己特点和要求的应用系统。 m 印h l f 0p r o f e s s i o n a l 提供了图层控制功能，通过图例和标注调整，可以是图 形更形象，提供的信息更直观，有利于数据的核对。通过主工具条中的【图层控 制】【显示】专【样式】替换可以更改图例，如图3 - 2 所示。通过主工具条中 的【图层控制】专【标注】专【标注项】可以更改标注显示的内容，如图3 3 所 示。图3 2 和图3 3 都是以信号机为例做调整，还可以分别将道岔和绝缘节调整为 容易辨认的图例并选择关注的标注来显示，作者经过调整的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 的开发环境如图3 - 4 所示。 1 2 j l 虚窑通太堂硒生位业奎鞋焦值基玉笪些睦塾塌自动垒盛县蓝垄垃主匠 图3 - 2 更改图例显示 f i g u r e 3 - 2 c h a n g e l e g e a d 图3 - 3 更政标注显示 f i g u r e3 - 3c h a n g el a b e l 两砸而_ 一。亩萄毫i = 躅i i 一r r 一丁一 图3 4 m a p h f o p r o f 嘲i o n a l 开发环境 f i l p w e3 4 d “0 p m t e n v i r o n m e n t o f m a p l n f op m f 日i o n a l 3 1 2 m a p l n f o 图形特征 m 印j f o 的图形由点和线构成，其中信号机、道俞俞心、绝缘节等具有点的属 性，股道、道岔图形、渡线等具有线的属性。 图3 - 5 是从m a p l n f op r o f e s s i o n a l 中截取的徐州东站场图的一部分。其中包含 了一个道岔3 3 ，一个股道区段3 3 d g ，两个信号机s 1 1 和s 1 3 ，三个绝缘节分别位 于3 3 d g 三个方向的终端，其中两个分别被s 1 1 和s 1 3 覆盖。 多乡二 图3 - 5 典型的m a p l n f o 图形 f i g u m3 - 5 m a p l n f o g r a p h i c s | 生l3 - 6 是徐州东站场图中2 1 d g 的形态，其中的红色“毛刺”部分是选取工具 选中的一段组成2 1 d g 的一段线段。m a p l n f o 图形中，道岔根、斜、直三个方向上 都有线段，而这三条线段，又是由数量不等的小线段连接成的。 i辨东= = 二