（交通运输工程专业论文）微机化车站联锁施工调试仿真系统.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 本工论文选题源于为满足铁路信号工程实际需要而研发的科技项目。在 铁路信号车站电气集中联锁施工中，必须充分进行联锁试验验证联锁关系的 正确性，以保证新设备一次投入成功使用。在联锁试验过程中，信号、道岔 转辙设备可以与现场真实设备联接验证，即使不能真正联接，也可用简易方 式模拟替代。由于受客观条件的限制，轨道电路往往不能真实的联接在整个 系统中进行综合调试，但是轨道电路对于检查联锁关系及完成联锁试验是必 不可少的，这就要求必须有一套能替代轨道电路试验的设备来实现联锁检查。 目前，国内同行在进行联锁试验时，均采用制作由钮子或扳键开关组成 的轨道模拟盘，由人工控制轨道电路继电器的吸起或落下，这种方式可靠性 差、工效低、很难完成充分全面的联锁试验，并且对不同的站场要设计不同 的模拟盘，要重复性工作。 本文针对车站联锁系统施工过程中开关轨道模拟盘存在的问题，提出以 计算机技术为基础制作通用型智能轨道模拟盘的方法，克服人工模拟盘的弊 端。 关键字铁路信号；微机联锁；仿真 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t t h i s p a p e r st i t l ec o m e s f r o mt h es c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o j e c tt om e e t t h ep r a c t i c a ld e m a n d so ft h er a i l w a ys i g n a l i n ge n g i n e e r i n g i no r d e rt oe f l s u l et h e n e wd e v i c e ss u c c c s s i n l l yu s c df o rt h ef i r s tt i m e , i tm u s tp e d o r mt h ei n t e r l o c k i n g t c ：蹦n gt oc o n f i r mt h e 玎m e 鼹o ft h ei n t e r l o c k i n gr e l a t i o n s h i pd u r i n gt h e c o n s t r u c t i o no ft h er a i l w a ys i g n a l i n gs t a t i o ne l e c t r i c a li n t e r l o c k i n g d u r i n gt h e p r o c e s so ft h ei n f l o c k i n gt e s t i n g , s i g n a l i n ga n ds w i t c hd e v i c e sc a l lb e c o n n e c t e d w i t ht h es i t ea c t u a lo n e , w h i c h , a l t h o u g hn o tr e a l l y , c a nb er e p l a c e db ys i m p l e s i m u l a t e dw a y s a sb e i n gs u b j e c t e dt ot h er e s t r i c t i o n so ft h eo b j e c t i v ec o n d i t i o n s ， t h et r a c kc i r c u i t , w h i c hi si n d i s p e n s a b l et oe n s u r et h ei n t e r l o c k i n gr e l a t i o n s h i p s a n dc o m p l e t et h ei n t e r l o c k i n gt e s t i n g c a nn o tb er e a l l yc o n n e c t e dw i t ht h ew h o l e s y s t e mt op e r f o r mt h ei n t e g r a t e dt e s t i n g t h a ti sw h yas u i to fd e v i c e ss u b s t i t u t ef o r t r a c kc i r c u i ta r en e e d e dt oc a r r yo u tt h ei n t e r l o c k i n gi n s p e c t i o n p r e s e n t l y ，w h i l ec a r r y i n go nt h ei n t e r l o c k i n gt e s t i n g , t h ed o m e s t i c c r a f t b r o t h e r su s et h et r a c ka n a l o gt r a y sm a d eb yb u t t o no rk a ys w i t c ha n dc o n t r o lt h e t r a c kc i r c u i t r e l a y su p - a n d d o w na r t i f i c i a l l y ，w h i c h i s l o w r e l i a b i l i t y ， l o w e f f i c i e n c ya n dd i f f i c u l tf o ra c c o m p l i s h i n go v e r a l li n t e d o c k i n gt e s t i n g ，i n a d d i t i o n ，i ti sr e p e a t e dt od e s i g nd i f f e r e n ta n a l o gt r a y sf o rd i f f e r e n ts t m i o ny a r d s t h i sp a p e ra i m sa tt h ee x i s t i n gp r o b l e m so ft h es w i t c ht r a c ka n a l o gt r a y d u d n g t h es t a t i o ni n t e d o c k i n gs y s t e m sc o n s t r u c t i o n ，a n dp u t sf o r w a r dt h em e t h o d o fm a k i n gt h eu n i v e r s a li n t e l l e c t u a lt r a c ka n a l o gt r a yb a s e do nt h ec o m p u t e r t e c h n o l o g yt oo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g e so ft h ea r t i f i c i a la n a l o gt r a y k e y w o r d s ：r a i l w a ys i g n a l i n g ；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 n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 微机化车站联锁施工调试仿真系统，是基于工程实践。为提高联锁试验 的效率和准确性而开发的。该仿真试验系统由企业自行投入科研经费研发。 1 1 必要性、意义 铁路是国民经济的大动脉，是国家实现宏观经济调控的重要的基础设施 之一车站是铁路实现列车避让、交会，旅客乘降。货物发送、到达的场所 车站联锁设备是控制道岔、进路和信号，并实现三者之间的联锁的设备 车站联锁设备从简易的效率低下的臂板电锁器、色灯电锁器联锁，发展 到现在的电气集中和计算机联锁，由分散控制发展到集中控制。全车站的道 岔、进路和信号由一个地方集中控制和监督，不但能实现了站内行车指挥的 自动控制，从而提高劳动生产率和改善劳动条件，而且因为反映情况及时， 控制迅速，不再需要分散控制时所需的联系时间和完全消除了因联系错误所 引起的事故，所以电气集中和计算机联锁设备能有效提高车站的作业效率和 保证行车安全。因此，车站联锁设备自身就必须安全、可靠。 联锁关系正确是车站联锁设各最主要的技术指标。在工程实践中，则采 取先期试验联锁以验证联锁关系正确，确保新设备一次投用成功。在试验过 程中，信号、道岔转辙设备可以方便地用现场真实设备联结并验证，当不能 联结时，可用简易方式模拟替代。由于受客观条件的限制，轨道电路往往不 能真实的联结在整个系统中进行综合调试试验，比如在既有线改造中轨道电 路不能提前联结，在新线建设中，受轨排铺设滞后的影响，轨道电路时常无 法提前联结，因此轨道电路在模拟条件下对整个系统进行联锁试验，是检查 联锁关系是否正确最主要的技术手段。 在联锁试验中，每一条进路的试验，均需模拟列车、车列的运行状况进 行仿真试验，每个轨道电路区段需反复占用出清，相邻的轨道电路区段还需 反复顺序占用出清。在大站，进路多、轨道区段多，试验的工作量的是十分 浩繁的，由一入在控制台( 或电脑操作终端) 操作，一入还多人配合模拟提 供轨道电路的占用出清状况，两者之间口授应答，一旦口误或配合错误，试 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 验就得重来，效率低下我们迫切需要一种高效、方便、准确的仿真系统来 代替 1 2 国内外现状 长期以来，国内同行在轨道电路模拟条件下的联锁试验，均采用钮子或 扳键开关轨道模拟盘，人工控制轨道电路继电器的吸起或落下该装置存在 着原始落后、可靠性差、工效低、不能重复应用于不同站场等缺陷。 国外联锁系统主要是根据其本国铁路情况自行开发适合自身需要的产 品，因为各国铁路情况的不同，联锁系统的实现方式也不同，国内几大计算 机联锁设备提供商，在引进发达国家的技术时，主要是引进硬件后，根据中 国铁路的特点，自主开发软件。卡斯柯等合资企业在开发计算机联锁系统设 备，也是采取的类似的方式，根据中国铁路情况加以再开发，实现中国化 计算机联锁设备供应商在厂验时提供的模拟系统，是完全替代了现场的 所有设备，主要是为检验联锁软件本身的正确性，无法检验现场执行环节的 设备状态，因此在现场的模拟联锁试验仍然只能采取传统的、落后的方式进 行试验。 1 3 研究内容 该系统是以计算机为基础的，主要研究内容包括： 1 、计算机辅助站场图形生成软件( 工具) 。满足方便快捷绘制站场图形 的要求。 2 、仿真测试软件。微机自动控制或手动控制均能实现对轨道电路顺序、 单独、任意控制；能采用迸路方式、储存方式或步进方式试验，每种方式又 可分为短列( 单机) ，长列及进路单个轨道电路区段占用、出清；能在进路 试验过程中的任意时候暂停、恢复、取消轨道电路的动作；占用、出清轨道 电路的时间能编程设置，以模拟不同列车、车列的运行速度。 3 、系统硬件接口电路。接受计算机输出的仿真信息并执行，实现与现 场设备的真实联结，控制现场继电器动作，从而模拟列车运行。实现计算机 与现场继电电路有效隔离。满足控制不同制式轨道电路的要求。提供必要的 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 视觉指示 1 4 论文的内容安排 第1 章为绪论，主要介绍论文研究的背景、意义，国内外现状，研究的内 容，论文的安捧。 第2 章介绍系统结构。 第3 章介绍人机交互界面程序的设计 第4 章介绍仿真软件的设计 第5 章介绍通信程序的设计 第6 章是系统调试，结合工程实际，介绍仿真系统的应用和调试注意事 项 最后为结论即未来展望 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章微机化车站联锁施工调试仿真系统结构 2 1 调试仿真系统的技术要求 微机化车站联锁施工调试仿真系统是基于工程实践，在铁路车站联锁信 号工程模拟联锁试验过程中，为提高试验效率和准确性而开发的仿真试验系 统它是向试验者方便、快捷提供试验手段的仿真系统，能满足各种试验目 的要求，微机化车站联锁施工调试仿真系统的一般技术要求是： 1 、适应性强。能用于各种电气集中、各种制式的微机联锁、驼峰自动 集中；各种制式、各种类型的轨道电路，如移频、2 5 周相敏轨道电路、7 5 i - i z 系统轨道电路、交流5 0 周等信号工程的模拟联锁试验。 2 、直观、形象。根据工程设计有关资料，用微机建立轨道电路模拟盘， 包括信号机、道岔、轨道电路等必须的信息，并可以用不同颜色的线条或图 形进行区分，十分直观、形象。 3 、控制轨道电路的方式多样，方便灵活。 微机自动控制或手动控制均能实现对轨道电路顺序、单独、任意控制。 能采用进路方式、储存方式或步进方式试验，每种方式又可分为短列 ( 单机) ，长列及迸路单个轨道电路区段占用、出清。并且需进路内轨道电路 全部空闲时，前述操作才能进行，否则告警。 能在进路试验过程中的任意时候暂停、恢复、取消轨道电路的动作。 4 、能满足不同的试验项目的要求。占用、出清轨道电路的时闻能编程设 置( 3 0 0 m s l o s ) ，满足各种不同试验目的要求。 5 、工具软件简便易学，人机界面友好。站场的录入和进路命令的编辑由 少数人员集中完成并存盘，在此基础上软件在现场应用应十分方便，界面友 好，仅需短时培训，现场职工即可熟练运用。 6 、对计算机的配置和接口无专门的要求。办公用笔记本电脑和台式个人 电脑均能满足要求。 7 、控制器能重复使用。控制器只需经过简单的地址码设置就可完全互换 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 或替代具有重复使用的经济价值。 8 、试验人员少，工效高。仿真系统的使用却可由模拟联锁试验人员一人 来完成，无须专人操作。应准确、可靠，特别是长列车或调车进路的试验， 更应优势明显 2 2 微机化车站联锁施工调试仿真系统的组成结构 2 2 1 微机化车站联锁施工调试仿真系统总体结构 微机化车站联锁施工调试仿真系统总体结构如图2 1 所示主要由便携 式或台式p c 机、控制箱组成。微机与控制箱的模件通过r s 4 2 2 同步串行通 信1 ：3 连接，相互交换信息，实现控制信号输出，达到控制现场继电器。 1 0 饼3 d 5 0 g j 图2 1 微机化车站联锁施工调试仿真系统的总体结构 2 2 2 系统的主要功能 1 上位管理机的主要功能 1 ) 实现与控制箱的模件通过r s 4 2 2 串行通信口连接。 2 ) 实时显示模拟轨道电路的输出状况。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 3 ) 实现用工具软件建立轨道电路模拟盘，并实现模拟联锁试验仿真 2 控制箱的主要功能 1 ) 接收命令，实现与现场设备真实联结 接收计算机传来的命令，译出并执行相应的命令。通过控制箱的输出端 子与现场轨道电路继电器联结，控制相应的继电器按照模拟联锁试验的要求 要求吸起或落下 2 ) 实现与现场设备的有效隔离。 采用光电隔离输出，确保两系统在电路上完全隔离 3 ) 实现对不同制式轨道电路的控制。 通过改变输入电压的类型和伏值，即可改变输出电压的类型和伏值，达 到控制不同类型轨道电路的目的 4 ) 实现手动控制轨道电路继电器动作的功能。提供直观的轨道电路占用、 出清指示 在控制箱的面板上，设置了带指示灯的手动控制开关，即为试验过程提 供必要的视觉指示，同时实现在不连接计算机的情况下的特殊试验要求。 2 3 微机化车站联锁施工调试仿真系统的接口设计 2 3 1 输出接口电路设计 6 5 0 2 电气集中和计算机联锁的轨道电路工作电源一般都在1 5 v 2 5 v 问，为此必须将仿真系统与联锁系统有效隔离。同时考虑适应不同制式轨道 电路、手动控制、提供指示等要求，接口电路设计如图2 2 所示。 说明： a 继电器j n ( n = l 6 0 ) 励磁线圈正( + ) 端接2 4 v d c ，所有( + ) 端并接在一起， 负( - ) 端接智能控制板输出信号o n ( 指示灯d n + ，开关k h + ) 。 b 2 4 v d c 工作电源由控制箱内设开关电源提供。 c 开关k n ( n = 1 6 0 ) 一端( + ) 接开出信号q n ，另一端接直流地d cg n d ，所 有d c _ g n d 并接在一起( k n ，d n 是同一个k d 1 1 2 中的不同管脚) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 _ 能 l i 出 僵 母 d _ 咀 c _ o d ( 图2 2 微机化车站联锁施工调试仿真系统的输出接口电路 d 轨道电路：继电器常闭接点的一端接v g a c 正( + ) 端，所有( + ) 端并接在 一起，另一端接接线端子t n ( n = x 6 0 ) c r n 是四个一组的接线端子之一这里的 v g a c 必须经过保险器1 。 e 轨道电路：现场信号接线端子t n ( n = l 6 0 ) 接现场继电器的一端，现场 继电器信号的另一端接a c _ g n d ，所有的a c _ g n d 并接在一起。 e 轨道电路：电阻r t 接在公用端与a cg m ) 之间，用于防止外部短路，此 电阻是否设置视具体情况而定。 2 3 2 输出接口电路原理 微机与控制箱通过r s 4 2 2 串行通信口连接，相互交换信息，实现控制信 号输出( q ) 。 信号输出( 0 ) 有两种形式： 1 保持型信号输出：控制箱保持信号高电平输出直至微机复位该信号。 2 脉冲型信号输出：控制箱信号高电平输出几秒后自动复位该信号。 分析图2 2 电路得知，信号无输出时，光电耦合输出q 为高电平，继 电器j n 掉下。在仿真系统与现场继电器连接时，通过继电器j n 的常闭接点， 使所有的现场g j 继电器均带电，即现场g j 继电器处于吸起状态。 信号输出后，q 的输出电压为零，指示灯d n 点亮，控制继电器j n 动作， 继电器j n 常闭接点断开，现场g j 继电器失电而复位( 掉下状态) 。 在信号无输出状况下，如有必要，可人工按下开关k n ，使q 点的电压 为零，指示灯d n 点亮，控制继电器j n 动作，现场继电器失电而复位，同样 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 达到控制现场g j 继电器动作的目的。 v g 为外接轨道电路用电源，通过接不同的类型的轨道电路电源来达到控 制不同类型轨道电路的目的。如用于控制2 5 周相敏轨道电路，v g 接2 5 周电 源屏的轨道侧电源的一组抽头( 选择1 8 2 3 、。交流2 5 周) ，个别类型的智能 电源屏轨道侧电源无抽头时，可直接用电源屏轨道侧2 2 0 v 2 5 h z 电源输出， 经一小型变压器降压后提供给控制箱使用。其它类型的轨道电路类似，不再 一一列举。 2 4 控制箱布置示意图 控制箱正面布置图如2 3 a 所示，背面布置图如2 3 b 所示，箱内设备 布置示意图如图2 3 b 所示。 口口口口口口口口口口口口口 口口口口口口口口口口 5 v2 4 vv t 口口口口口口口口口口 口口口口口口口口口口 6 0 位带灯开关帕d 1 d 6 0 1 ( 1 蜘0 图2 3 a 控制箱正面布置示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图2 3 b 控制箱背面布置示意图 图2 3 c 控制箱内设备布置示意 接线端子定义： u 定义：( 电源输入端) 1 ：保留 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 ：保留1 - 3 不可接任何东西 3 ：保留 4 ：g n d 地 5 ：g n d 地 6 ：+ 5 v d c 7 ：+ 5 、，d c l 4 定义：( p s 4 2 2 连接端1 1 ：t x d t o p c 的接收 2 ：r x d t o p c 的发送 3 ：g n d t o p c 的信号地 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第3 章人机交互界面程序设计 3 1 面向对象思想的引入 结构化程序设计，在过去的几十年中一直都是程序开发设计的主流思想， 具体可以这样解释：首先为解决某个实际问题而确定一个算法，然后为该算 法构造适当的数据结构，通过算法的操作过程体现算法的思想，也就是说程 序是在数据的某种特定的表示方式和结构的基础上，对抽象算法的具体实现 在本质上这种程序设计方法是面向过程的，不能直接反映人们解决问题的思 路，因此这种模式存在固有的缺陷，主要表现在：1 、程序的可重用性差，2 、 维护程序一致性差 3 1 1 面向对象的程序设计模式 为了克服结构化程序设计的这些弊端，产生了面向对象的程序设计模式， 他摆脱了传统过程的束缚，使应用程序开发跃上了一个新的台阶。 ：对象的概念 在面向对象模式中，将对象作为系统中的最基本的运行实体，对象中封 装了描述该对象的特殊属性( 数据) 和行为方式( 方法) 。整个应用程序由许 多不同类型的对象组成，各对象既是独立的实体，又可以通过消息相互作用， 对象中的方法决定要向哪个对象发消息，发什么消息，以及收到消息后如何 处理等。 为了描述功能相近的对象，引入了类的概念，类与类之间的关系是层次 结构，属于某个类的对象除了具有该类的全部特征外，还具有层次结构中该 类上层所有类的全部性质，这种机制称为继承。 面向对象程序设计方法的继承性和模块性，使得新的应用程序可以在原 来对象的基础上，通过重用和扩展来进行，这就大大提高了程序开发的效率， 减少了重新编写新代码的工作量，同时降低了程序设计过程中出错的可能性。 ：对象、方法和消息之间的关系 面向对象的程序是由若干对象有机结合而成，这里的对象指的是将某些 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 数据代码和对该数据的操作代码封装起来的模块，是有着特殊属性和行为方 式的逻辑实体。对象包含了数据和方法，每个对象就是一个微小的程序。由 于其他对象不能直接操纵对象的私有数据，只有对象自身的方法才能得到它， 这就使得对象具有很强的独立性，因此，可以把对象当作应用程序的基本组 件，就像电器中的电子元件一样，可以使用各种复杂的应用软件，即通过对 象组合，创建具体的应用。 对象的这种应用程序组件作用使它具有很强的可重用性，用户在开发应 用程序时可以调用系统库中的各种对象，作为自己的应用程序的基本组件 这将使新增代码明显减少，而且还增加了程序的可靠性和可维护性 在面向对象的程序设计中是通过消息来请求对象进行动作的，对象间的 联系也是通过消息来完成的，消息中只包含消息发送者的要求，不指示接收 者具体该如何处理这些消息。对象接收一个消息后该如何动作的过程称为方 法，接收者所含的方法决定该对象如何处理消息 一个对象可以接受不同形式，不同内容的多个消息：相同形式的消息可 以送给不同的对象；不同的对象对于形式相同的消息可以有不同的解释，做 出不同的反应。因此只要给出对象的所有消息模式及对应于每一个消息的处 理方法，也就定义了一个对象的外部特征。 ：类 类是对具有公共的方法和一般特性的一组基本相同对象的描述。在面向 对象程序设计中，对象是构成程序的基本单位，每个对象都应该属于某一类， 一个类定义的是一种对象的类型，由数据和方法组成，描述了属于该类型的 所有对象的性质 在程序执行过程中，由类动态生成相应的对象，一个类可以生成多个不 同的对象，这些对象具有相同的属性，当然，由于对象所接收的消息形式可 以不同，它们可能有不同的内部状态，对象也可称为类的一个实例。 一个类可以由其他已经存在的类派生出来，类与类之间按具体情况以层 次结构组织起来，在这种层次结构下，处于上层的类称为父类，处于下层的 类称为子类或派生类。父类、子类之间具有继承性，一个子类可自动继承其 父类的全部描述，而这种继承性具有传递性，任何一个类均继承了层次结构 中上层所有类的特征。从这个意义上讲，个子类既是由新增的属性和操作 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 对父类进行的补充和改进，也是父类特性的具体化和完善 3 1 2 m f c 简介 m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o na a 豁漠库是用来编写w i n d o w s 应用程序的 “+ 类集，该类集以层次结构组织，其中封装了大部分w i n d o w sa p i 函数， 所包含的功能涉及到整个w m d o w s 操作系统m f c 不仅为用户提供了 w m d o w s 图形环境下应用程序的框架，而且提供了创建应用程序的组件。使 用m f c 类库和v i s u a lc 年+ 提供的高度可视的应用程序开发工具，可使应用程 序的开发变得更简单，开发周期极大的缩减，而在代码的可靠性和可重用性 上得到很大的提高 m f c 类库中类以层次结构组织，几乎每个字层次结构都与一具体的 w i n d o w s 接口。这些子结构包括：窗口类、g d i 类、对象连接和嵌入式类 ( o l e ) 、文件类、对象f o 类、异常处理类、集合类等 3 2 人机交互界面数据结构的定义 调试仿真系统的人机交互界面软件运行在计算机屏幕上。该软件首先要 实现对站场的仿真，其次能通过电脑屏幕上的各种鼠标点击操作发送操作命 令给仿真系统以进行进路初选，设备操作等，以反馈站场设备的实际状态或 各种操作手续的完成情况。人机交互界面软件的设计目标就是为整个仿真系 统提供友好的人机交互界面，能够实时向仿真系统传递操作员的命令。因此， 在屏幕上绘制反映站场状态的图形为其核心内容。要将站场的分布图转换为 计算机上的可操作的界面，则必须将站场的信号机，轨道区段，道岔等设备 的数据在界面中能体现出来。所以，如何有效的组织数据，建立适合的数据 结构将影响程序结构和标准进程。 建立数据结构，以查找，增删数据目的出发，论述数据之间的联系，以 及数据在存储器中的表示和配置。数据又分为：静态数据和动态数据。 1 静态数据：指运算过程中不会发生变化的数据。本设计中静态数据包 括： 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 1 ) 反映监控对象的性质与特点的数据 2 ) 设备编号的数据。 3 ) 设备性质的数据 4 ) 反映设备相对位置的数据。 ，5 ) 反映设备问关系的数据 2 动态数据：指运算过程中变化的数据。本设计中动态数据包括： 1 ) 反映监控对象状态的输入状态变量 2 ) 与操作动作相对应的操作变量 3 ) 运算产生的中间变量。 4 ) 标志状态变量。 3 2 1 数据的静态描述 1 设备编码 本仿真系统的设计基于二进制的设计，所以站场的设各需要用二进制表 示出来。为了方便对站场设备处理，把站内各个设备都进行编号处理。编号 时应注意： 1 ) 站内设备数量，设备的( m a x i d ) 最大编号应在规定的位数中，并且要 预留一些位数，以方便修改、添加。 2 ) 设备的内码长度要适宜，过长会占用存储空间。 由此设备的内码设制为十六位，定义如下： 表3 - 1 设备编码 i 宇1 d ld 1d 1d 1d 1dddd d d d d dd 4321o9 8765432 1 o d 1 5 = i ：表示设备为信号机。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 d 1 4 = l ：表示设备为道岔 d 1 3 = 1 表示设备为轨道电路 d 1 2 ：为空 d 1 1 d 0 ：设备的号码 例：静态数据中有此数据：0 x s 0 0 1 ，这就表示此设备为信号机，并且编 号是1 ；又如：0 x 4 0 0 a ，表示此设备为道岔，并且编号是1 0 2 信号机数据说明 站场中的信号机从共性来看，他们都是列车行车的依据，对站场内的列 车起到了导向作用。而从它的个性来看，信号机在站内不同点发挥着不同的 作用，诸如： 1 ) 防护的性质；调车防护信号、列车防护信号、引导信号； 2 ) 防护的方向：从左到右的防护、从右到左的防护； 3 ) 是否出站兼调车，或者出站终端； 单置，差置，并置； 5 ) 信号前方是否为尽头线； 6 ) 与照查设备是否有关； 乃是否阻拦调车信号； 信号的内码设定为： 表3 - 2 内码设定 l ，d 1 d ld 1d 1d 1d 1d d ddddddd 。d i 4 3210987654 321 d 1 5 ：为1 表示防护方向是左- 右，为o 表示防护方向是右左。 d 1 4 ：为1 表示防护性质是列车信号，为0 表示防护性质是调车信号。 d 1 3 ：为1 表示是进站信号，为0 表示是出站信号。 d 1 2 为1 表示是出站兼调车信号，为0 表示不是出站兼调车信号。 d l l ：为1 表示是终端信号，为0 表示不是终端信号。 d 1 0 ：为1 表示是高柱信号，为o 表示不是高柱信号。 d 9 ：为1 表示是调车终端信号；为0 表示不是调车终端信号。 西南交通大学硕士研究生学位论文 二第16 页 d s ：为l 表示是单置，为0 表示不是单置。 d 盯：为1 表示是差置，为o 表示不是差置。 d 6 ：为1 表示是并置，为0 表示不是并置 d 5 ：为i 表示与照查有关，为0 表示与照查无关。 d 4 , 为1 表示是阻拦列车调车信号，为0 表示不是阻拦列车调车信号 d 3 d o ：未定义，空用 3 道岔数据说明 站场中道岔从共性来看起到转调列车，在轨道间行进的作用从道岔的 个性来看，每个道岔都有它特有的性质： 1 ) 开口方向：向左开口方向道岔，向右开口方向道岔 笏有双动道岔与单动道岔之分。 3 ) 是否有侵线绝缘区域。 4 ) 有激活类的道岔与被动类的道岔之分。 5 ) 是否有交分渡线区段。 根据道岔的特性设定道岔的属性内码如下： 表3 - 3 道岔的属性内码 i ；l d 1d 1d 1 d 1d 1d dd d dd d d d d 4 3210987654321o d 1 5 ：为1 表示道岔开口向左，o 表示道岔开口向右。 d 1 4 ：为i 表示道岔是双动的，0 表示道岔不是双动的。 d 1 3 ：为i 表示道岔是单动的，0 表示道岔不是单动的。 d 1 2 ：为1 表示是双向侵线绝缘道岔，0 表示不是双向侵线绝缘道岔。 d 1 1 ：为1 表示是定向侵线绝缘道岔，o 表示不是定向侵线绝缘道岔。 d 1 0 ：为1 表示是反向侵线绝缘道岔，0 表示不是反向侵线绝缘道岔。 d 9 ：为1 表示道岔是被动，0 表示道岔不是被动。 d 8 ：为1 表示道岔是激活，0 表示道岔不是激活。 d 7 ：为i 表示道岔是交分道岔，0 表示不是交分道岔。 d 6 d o ：未定义，空闲。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 4 区段数据说明 站场中区段是列车行进的轨道，为列车提供了路径。区段在站场中的不 同位置有着不同的特性： 1 ) 道岔区段：区段上有道岔。 2 ) 无岔区段：区段上没有道岔。 蓟接近区段 4 ) 交分渡线区段 勋股道区段 根据区段的特性，对区段的特性进行内码设定： 表3 - 4 区段的特性进行内码设定 i ；1 d 1d 1d 1d 1d 1d d d d d d d d d d 432 1o9876 5 4 3210 d 1 5 为1 表示区段方向从左向右，0 表示区段方向从右向左。 d 1 4 ：为1 表示是道岔区段，0 表示不是道岔区段。 d 1 3 ：为1 表示是交分渡线区段，0 表示不是交分渡线区段。 d 1 2 ：为1 表示区段上道岔的开口向右，o 表示道岔开口方向不是向右。 d 1 1 ：为1 表示道岔上道岔的开口向左，0 表示道岔开口方向不是向左。 d 1 0 ：为1 表示是接近区段，0 表示不是接近区段。 d 9 ：为1 表示是无岔区段，0 表示不是无岔区段。 d 8 ：为1 表示是股道区段，0 表示不是股道区段。 d 7 一d o ：未定义，空闲。 3 2 2 数据的动态描述 在站场数据中不仅有诸如设备特性，设备相对位置等等的静态数据外， 还有动态数据，设备的状态，标志信号等都包含在其中。 诸如信号机中有：调车和列车信号的继电器，正线、通过、引导、绿黄、 征用、锁闭这样的信号标志，以及灯丝1 ，2 状态继电器。所以根据这些状态 定义了以下信号机的动态状态量： t y p e d e fs t r u c t 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 b o o ld j l 灯丝1 继电器： b o o ld j 2 ；灯丝2 继电器： b o o ld x i ；调车信号继电器： b o o ll x j 列车信号继电器； b o o l ，；，正线信号标志： b o o ! t x j ；疗嗵过信号标志： b o o li 工i ；，绿黄信号标志： b o o ly ) c ，引导信号标志： b o o ! z y j ：，征用信号标志 b o o ls k i ；锁闭信号标志 s i g s t a t e ； 道岔中的动态数据有：道岔定位和反位继电器，道岔征用表示，道岔锁 闭标志，以及道岔故障标志。 根据道岔的特性，定义相关的状态变量： t y p e d e fs t r u e t b o o lg d j ；继电器： b o o ld b j ；定位信号继电器； b o o lf b j ；反位信号继电器： b o o lz y j ；i 苣岔征用标志： b o o ls b j ；，遒岔锁闭标志： b o o lg z j ；道岔故障标志： s w i s t a t e ； 区段列车行进的道路，他的主要动态变量有：区段空闲标志，区段征用 标志，区段锁闭标志，所以动态变量定义如下： t y p c d e fs t r u c t b o o g d j ； 3 i 段空闲标志： b o o lz y j ；区段征用标志： 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 b o o ls b j o 区段锁闭标志； s e c s t a t e ； 这些动态数据实时反映着站场内信号机，道岔，区段的状况，为界面的 刷新，迸路选择提供了信息 3 3 具体设计 3 3 1 设备类的设计 从需求分析可以看出，站场图形主要由三个设备构成：道岔、区段、信 号机。虽然在形式上有区别，但是它们有部分的共同的属性将这些属性抽 象出来。道岔、区段、信号机要在屏幕上显示出来，并且它处于一个编辑窗 口中，必然需要一个坐标，因此需要一个成员变量来描述设备相对于它所在 的窗口的坐标位置。因此为其设计一个c p o i n t 类型的成员变量m _ p t p o s 表示 其相对于它所在的窗口的坐标。 由于设备是处于二维平面坐标系中，所以需要一个成员变量来描述其大 小。因此需要一个c s i z e 的成员变量ms i z e 来描述它在象素单位下的大小。 有了位置和大小，基本上可以描述一个设备的几何属性。但是为了在屏 幕上画出设备，还需要考虑到它的影响范围，因为一个设备的改变会影响到 周围的设备，使他们重画，所以还需要设计一个描述改设备与程序的绘制过 程具体实现的c r e c t 成员变量mr e c t ，由它来决定改设备的具体重画的相关 信息。 另外，每个设备都有一个自己的名字，所以再设计一个描述其名字的 c s t r i n g 类型的成员变量m _ s t r n a m c 。 因为文字的位置也应该由使用者来决定，所以文字的位置也应该被记录， 增加一个c p o i n t 的成员变量m 。ptnamepos 当然，一个类不会只有属性，它还会有很多方法来具体的操纵自己的属 性。例如，当鼠标左键在某个设备按下的时候，按照面向对象的程序设计方 法，应该让这个设备自己来调用处理鼠标左键按下的消息。如何让鼠标左键 按下的消息传递给这个设备是框架的事情，我们在设计类的时候不需要考虑 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 这个因素。我们要做的就是提供一个响应鼠标左键按下的函数，然后处理就 可以了这是面向对象程序设计的优点之一，每个模块只需要考虑自己该做 的事情即可这样设计的程序是一种高内聚，低耦合的程序，具有相当明晰 的结构 现在我们以鼠标左键被按下的消息为例，具体考虑一下它的实现。一个 c a d 软件，每个元素都是可以编辑的。结合站场图形的特点，可以看出，无 论是哪种形状的道岔、区段、信号机，都是由一些可以变动的线段和固定的 元素构成，如下图所示： 弋一 丁 图3 1 道岔图3 2 区段图3 3 信号机 由上图容易看出，这三个设备都由若干端点来确定组成它们线段，当改 变这些点后，设备的形状也就随之改变了。信号机比较特殊，它只有方向和 高矮之分，所以不在考虑之列。于是，我们可以把上图中的线段的端点( 上 图中由黑点表示) 当作控制点。当鼠标左键点击时，如果是点击在这个设备 的线段附件，就让它显示出这些控制点。如果已经显示了控制点，并且鼠标 左键又点击在控制点上，则表示将要改变中设备的形状。如果显示了控制点， 但鼠标键左键单击的位置不是在控制点上，而是在线段上，则表示将要改变 的是设备的位置。这些线段被称为控制线段。只要鼠标当前坐标到线段的距 离小于预先设定好的距离时，就认为线段被选中了。控制点的改变将会改变 控制线段的形状。而拖动控制线段表示改变当前设备的坐标。当鼠标点击的 是设备的名字时，则设定设备的状态为名字正在被拖动。那么当鼠标拖动时， 在o n m o u s e m o v e 函数就可以先判断这三个标志位，以判断鼠标移动的动作 将会怎样具体的影响设备。于是我们可以这样设计响应鼠标左键单击的函数 o n l b u t t o n d o w n 的工作流程如图3 - 3 ，处理鼠标移动的消息就可以设计成如 西南交通大学硕士研究生掌位论文第2 1 页 图3 - 4 所示： 图3 - 4 鼠标左键单击消息处理流程图 3 3 2 设备管理类的设计 根据c + + 动态多态的特性，一个基类类型的指针可以指向它的派生类实 例，并且可以根据它所指向的实例的类型的不同，自动调用所指向的类的虚 函数，实现了一个对象，多种表现。 基于这点，我们可以考虑采取一个c d e v i e e 类型的指针的集合来保存道 岔、区段、信号机。c s w i t c h 0 ，c s w i t c h l ，c s w i t c h 2 ，c s w i t c h 3 ，c _ s e c t i o n ， c s i g n a l 都是由c d e v i e e 直接或间接派生得到，其类的层次图如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 图3 - 5 设备类的层次结构图 我们可以设计一个链表，这个链表的每个节点都是一个c d e v i c c 类型的 指针。这样，每创建一个具体的设备，将它的指针加入到这个链表之中，设 备的具体数据是放在堆空间中。配合c d e v i c e 中设计的诸多虚函数，我们可 以设计一个c d e v l i s t 的类来管理每个设备。c d e v l i s t 从c t y p e d p t r l i s t 这个 模板类派生，获得链表操作的能力。 c l a s sc d e v l i s t ：p u b l i cc t y p e d p t r l i s t p u b l i c ： i n tm _ n s t a t e ；腑旨出当前鼠标坐标处在在设备的具体位置 v o i dr e s e t o ；将链表清空，回复初试状态 v o i do n d e l e t e 0 ；当按下d e l e t e 键的消息处理函数 t o o ls e t f o c u s 0 ； 设置某个设备获得焦点 v o i d a d d a c t d e v t o r e d r a w l i s t ( b o o l b a f f e c t o t h e r ) ；将激活设备链表中的 数据送入重画队列 v o i ds e t a c t i v e d e v i c e ( d w o r dd w s t a t e ，b o o lb a d d ) ； 设置激活设备 链表中的设备为激活状态 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 v o i d a d d a c f i v e d e v i c e ( c d e v i c e p a c t v e d e v , p o s i t i o np o s a c t i v e d e v ) ； 脯加一个激活设备 v o i do n m o u s e l e a v e o ；当鼠标离开视图时的消息处理函数 b o o l o n s c t c u r s o x ( c o n s tc p o i n t & p o i n t ) ； ，改变鼠标指针外观的消息 处理函数 b o o lc h a n g e f o c u s ( u i n tn f l a g s ，c p o i n tp o i n t ) ；臌变设备的焦点 c 、，i c w 。m _ p v i e w ； 回指视图的指针 p o s i t i o nm p o s m o u s e o v e r d e v ；，处于鼠标指针下的设备的迭代 罂 p o s i t i o nm _ p o s l a s t m o u s e o v e r d e v ；，上次鼠标指针下的设备的迭代 器 c i j s t m _ p o s a c t i v e d e v l i s t ；臌活设备迭代器链 表 b o o lb a 晚鼬e d ( c 0 璐tc r e 圮- t & r t l ，c o n s tc r e c t & n 2 ) ；删断是两个c r e c t 对象是否有交集 b o o la d d r c d r a w l i s t ( c d e v i c c p d e v , p o s i t i o n & p o s ，b o o lb a f f e c t o t h e r = t i n