地鐵信號故障模擬演練仿真系統的製作方法

2023-09-14 02:49:35 1

專利名稱：地鐵信號故障模擬演練仿真系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及信號仿真模擬技術領域，特別涉及一種地鐵信號故障模擬 演練仿真系統。
背景技術：
隨著地鐵成為各大城市緩解交通壓力、方便市民出行的重要交通工具而日 益受到重視，地鐵的軟體開發技術也越來越引起國家和各軟體公司的關注。當 今，國家大力加大基礎建設的投入，地鐵建設也成為各大城市進行交通改造的 首選之一。而目前國內的許多地鐵建設項目多是外國公司包攬，其成本之高可 想而知，尤其在地鐵運營軟體方面，國內更應該進一步研發自己的技術。
常見故障及突發事件處理的好壞直接關係到地鐵系統的運行和人民群眾 的生命財產安全，在平時進行演練，會增加地鐵相關人員對突發事件的處理能 力。但是目前國內相應的信號仿真系統存在著對硬體依賴大，功能較為單一， 只局限於區域聯鎖，價格昂貴等缺陷。尤其採用的計算機仿真技術在某些方面 還不是很完善，在系統擴展的靈活性、多列車仿真運行、多種故障實時並發模 擬等方面均存在缺陷。

實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種地鐵信號故障模擬演練仿真系統，該系統 可以仿真各種地鐵信號故障演練控制方案，並能按照各種方案的要求對各類操 作人員進行培訓，大大提高地鐵運營的安全性。
本實用新型通過以下技術方案實現 一種地鐵信號故障模擬演練仿真方 法，包括以下步驟
(1)在具有重新設定系統時間、査看運行圖和加載運行圖功能的gov管 理客戶端設置故障，並將故障錄入到用於放置各系統信息的資料庫伺服器中；(2) ATS (控制中心)平臺、LOW (局域操作員工作站)平臺及RP顯 示端均顯示所設置的故障，然後應急演練平臺根據該故障作出相應的處理，同 時ATS平臺、LOW平臺及RP顯示端均顯示該故障處理的過程及結果，具體 為
(2-1)應急演練平臺從存有多種故障處理案例的預案庫中檢索出相應或 類似的故障處理案例，ATS平臺和LOW平臺參照案例對所設置的故障進行處 理；若檢索不到相應或類似的故障處理案例，則進行步驟(2-2);
(2-2) ATS平臺和LOW平臺上的操作人員根據經驗對所設置的故障進 行處理，最後應急演練平臺將此次故障及其處理方法組成一個新的工作流模型 後記錄於預案庫中；
以上故障處理時ATS平臺和LOW平臺同步進行。
其中，步驟(2-1)中所述應急演練平臺的工作流程具體為應急演練平 臺的預案輸入模塊輸入故障後，應急演練平臺的推理模塊從應急演練平臺的數 據存儲模塊中檢索出匹配或者類似的故障處理案例，然後進行故障分析處理， 最後在應急演練平臺的預案顯示模塊中輸出故障處理結果；當所述推理模塊在 所述數據存儲模塊中檢索不到匹配或者類似的故障處理案例，在ATS平臺和 LOW平臺上的操作人員根據經驗對故障進行處理後，該故障處理結果在所述 預案顯示模塊中輸出，同時系統自動進行故障及其處理過程的案例學習，最後 應急演練平臺的演練模塊將故障及其處理方法生成工作流模型存入數據存儲 模塊中。
所述工作流(Work Flow)是一類能夠在多個參與者之間，利用計算機， 按某種預定規則自動傳遞的文檔、信息或者任務；簡單地說，工作流就是一系 列相互銜接、自動進行的業務活動或任務。
本實用新型一種用於以上方法的地鐵信號故障模擬演練仿真系統，由ATS 平臺、LOW平臺和應急演練平臺組成；另外，所述系統中還設有作為gov管 理客戶端的應用程式伺服器；其中，所述ATS平臺為一臺作為控制中心的PC 機I，設置有列車運行監控模塊、聯鎖操作模塊I、列車運行圖、對話時刻表 和自動列車調整模塊；所述LOW平臺為多臺作為操作站的PC機II，其分別 與ATS網絡連接，所述每臺PC機II設置有聯鎖操作模塊II 、軌道操作模塊、 道岔操作模塊、信號機對話模塊、進路操作模塊和車站操作模塊；所述應急演 練平臺由一臺資料庫伺服器和多臺PC機連接組成，設置有預案輸入模塊、推理模塊、預案顯示模塊、數據存儲模塊和演練模塊。
其中，所述列車運行監控模塊的組成部分包括輸入列車車次號、更換列車 車次號、刪除列車車次號、列車識別號人工步進、搜索列車車次號和列車運行 時間修正。
所述聯鎖操作模塊I的組成部分及各部分功能如下
自排全開(ARSON):全部信號機處於自動排列進路狀態；自排全關(ARS OFF):全部信號機處於人工排列進路狀態；追蹤全開(IARS ON):全部信號 機由聯鎖自動排列追蹤進路；追蹤全關(IARSOFF):全部信號機取消由聯鎖 自動排列追蹤進路；關區信號(SSALL):關閉聯鎖區全部信號機；交出控制 (OC):建議交出控制權；接收控制(TC):接收控制權；關站信號(SSS):關 閉車站所有信號機。
所述列車運行圖為時間軸和位置軸組成的二維坐標系統圖，一個列車行程 對應一個列車運行圖，列車運行圖的傾斜度表示列車的速度，圖形表示實際的 列車運行。
所述對話時刻表的數據與列車運行圖上所顯示的圖形對應。 所述自動列車調整模塊的組成部分包括釋放車站停車點、確定停戰時間和 給區間確定運行時間，其車站命令包括列車跳停(SKIP)和扣車(HOLD)。 所述聯鎖操作模塊II的組成部分及各部分功能如下
自排全開(ARSON):全部信號機處於自動排列進路狀態；自排全關(ARS OFF):全部信號機處於人工排列進路狀態；追蹤全開(IARS ON):全部信號 機由聯鎖自動排列追蹤進路；追蹤全關(IARS OFF):全部信號機取消由聯鎖 自動排列追蹤進路；關區信號(SS ALL):關閉聯鎖區全部信號機；交出控制 (OC):建議交出控制權；接收控制(TC):接收控制權；關站信號(SSS):關 閉車站所有信號機。
所述軌道操作模塊的組成部分及各部分功能如下
封鎖區段禁止通過該區段排列進路；解封區段允許通過該區段排列進 路；強解區段解鎖進路中的該區段；軌區邏空把區段設為邏輯空閒；軌區 設限設置軌道區段的限速；軌區消限取消軌道區段的限速；終止站停取 消運營停車點。
所述道岔操作模塊的組成部分及各部分功能如下
單獨鎖定鎖定單個道岔，阻止轉換；取消鎖定取消對單個道岔的鎖定，道岔可以轉換；轉換道岔；強行轉岔軌道區段佔用時強行轉換道岔；封鎖道 岔禁止通過道岔排列進路；解封道岔允許通過道岔排列進路；強解道岔.-解鎖進路中的道岔；岔區邏空把道岔區段設置為邏輯空閒；岔區設限對道 岔區段設置限速；岔區消限取消對道岔區段的限速；擠岔恢復取消擠岔邏 輯標記。
所述信號機對話模塊的組成部分及各部分功能如下
開放引導開放引導信號；關單信號設置信號機為關閉狀態；封鎖信號 封鎖在關閉狀態下的信號機；開放信號設置信號機為開放狀態；解封信號 取消對關閉狀態下的信號機的封鎖；自排單開設置單架信號機處於自動排列 進路狀態；自排單關設置單架信號機處於人工排列進路狀態；跟蹤單開單 架信號機由聯鎖自動排列進路；跟蹤單關單架信號機取消由聯鎖自動排列進路。
所述進路操作模塊的組成部分包括排列進路和取消進路，其中排列進路用 於排列相應的進路，取消進路用於取消相應的進路。
所述車站操作模塊的組成部分為關站信號，用於關閉車站所有信號機並鎖閉。
所述數據存儲模塊由資料庫、知識庫和預案庫組成，其中資料庫用於存儲 故障處理過程中的各類數據，知識庫中存有專家知識、領域知識及元知識，便
於案例學習之用，預案庫用於存儲各類故障及其處理方法的案例；所述預案顯 示模塊與ATS平臺、LOW平臺及RP顯示端連接。
本系統可外接投影顯示平臺，該投影顯示平臺由一臺控制顯示的PC機連 接多臺投影儀及對應的多個投影屏幕組成；本系統也可外接一臺作為教師機的 PC機，從而實現將本系統用於地鐵運營行車相關人員培訓時的模擬演練操作； 本系統還可通過路由器外接多個遠程LOW平臺，從而實現對地鐵運營情況的 遠程控制。
與現有技術相比，本實用新型相對於現有技術具有以下有益效果 1、基於MVC和Ajax的系統架構。
本實用新型地鐵信號故障模擬演練仿真系統主要基於J2EE技術規範和 MVC開發模式，技術上採用Struts+構件+Hibernate三層開發模型。基於MVC 模式的系統架構有助於清晰地劃分系統邏輯結構，提高系統的靈活性，Struts 在伺服器端提供了成熟的架構實現。將Ajax和MVC模式相結合，充分發揮了 Ajax快速響應和MVC模式的靈活穩定等特點。
在對信號系統的實時監控過程中，客戶端需要每秒鐘輪詢伺服器一次，請 求信息發送密集，實時性要求較強；預案自動獲取過程中，每當監測到新的故 障發生時，就要對頁面上的故障處理預案信息進行更新，所涉及的數據量大， 對數據更新速度要求較高。同時在模擬演練過程當中，參演角色必須實時査看 不同的故障處理角色目前所處的故障處理階段信息，協同故障處理，上述這些 特點如果採用傳統的Web開發技術進行系統構建是很難滿足要求的，而採用 Ajax技術與MVC框架相結合開發的Web應用能很好地滿足了上述兩方面的 性能要求，Ajax的異步發送請求模式使得客戶端向伺服器發送請求同時能夠 繼續響應用戶事件，避免了等待延遲，這一點對於頻繁輪詢的系統尤為重要。 同時由於Ajax只對頁面局部進行更新，而不是更新整個頁面的內容，有效地 降低了數據傳輸量。Struts框架和Hibernate數據訪問層為系統穩定高效運行提 供良好的框架支持以及快速的資料庫訪問接口。
2、 基於P2P的地鐵信號仿真系統實時通信平臺進行多列車模擬。
目前，信號系統廣泛應用於交通工程的各個方面，特別是城市軌道交通領 域，世界各大城市紛紛建立了城市地下軌道交通網，列車的高速度、高密度運 行要求軌道信號系統具有快速、多方的通信能力。本實用新型系統在現有的基 於IP (InternetProtocol)的網絡環境中建立一個實時的通信平臺，基於仿真系 統實時與可擴展的要求，結合P2P技術建立一個仿真信號實時通信平臺。所 謂P2P，即Peer-to-Peer，點對點或稱為對等網絡，它是一個網絡模型，其基本 概念是任何節點都可以作為伺服器或者客戶端。本P2P網絡模型充分利用了 網絡上各個節點的資源和通信能力，有利於信息的快速發布並具有靈活的擴展 性。
3、 基於CBR和工作流的預案管理與輔助。
基於案例的推理(case-basedreasoning, CBR)，是利用以往經驗，解決新 問題。對於新出現的問題，採取的方法是與以往的成功的案例匹配，從而避免 了不正確的匹配，較成功的運用於智能決策系統和專家系統。目前地鐵公司存 在海量的運行管理、行車組織工作經驗、常見故障及突發事件的應急處理預案， 如車輛故障、正線擠岔、脫軌、供電故障、地震、火災、人潮、線路及附屬 設備故障、惡劣天氣下運行組織、恐怖襲擊等。這些事件、事故預案錯綜複雜、 不同的預案在內容和形式上有較大的差別，難以用規則形式表示，但是基於案例的推理系統恰恰能滿足其要求。因為CBR不需要進行規則推理，類似的案 例可以通過相似度檢索直接得到，這就使快速檢索預案和生成預案成為可能。


圖1為本實用新型地鐵信號故障模擬演練仿真方法的流程圖。
圖2為本實用新型地鐵信號故障模擬演練仿真系統的原理框架圖。
圖3為本實用新型地鐵信號故障模擬演練仿真系統的硬體結構圖。 圖4為本實用新型中應急演練平臺的原理框架圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用 新型的實施方式不限於此。
實施例
本實用新型一種地鐵信號故障模擬演練仿真方法，如圖1所示，包括以下
步驟
(1) 在具有重新設定系統時間、查看運行圖和加載運行圖功能的gov管 理客戶端設置故障，並將故障錄入到用於放置各系統信息的資料庫伺服器中；
(2) ATS (控制中心)平臺、LOW (局域操作員工作站)平臺及RP顯 示端均顯示所設置的故障，然後應急演練平臺根據該故障作出相應的處理，同 時ATS平臺、LOW平臺及RP顯示端均顯示該故障處理的過程及結果，具體
為
(2-1)應急演練平臺從存有多種故障處理案例的預案庫中檢索出相應或 類似的故障處理案例，ATS平臺和LOW平臺參照案例對所設置的故障進行處 理；若檢索不到相應或類似的故障處理案例，則進行步驟(2-2);
(2-2) ATS平臺和LOW平臺上的操作人員根據經驗對所設置的故障進 行處理，最後應急演練平臺將此次故障及其處理方法組成一個新的工作流模型 後記錄於預案庫中；
以上故障處理時ATS平臺和LOW平臺同步進行。
其中，應急演練平臺的工作流程如圖4所示，具體為預案輸入模塊輸入 故障後，推理模塊從數據存儲模塊中檢索出匹配或者類似的故障處理案例，然後進行故障分析處理，最後在預案顯示模塊中輸出故障處理結果；當推理模塊
在數據存儲模塊中檢索不到匹配或者類似的故障處理案例時，ATS平臺和 LOW平臺上的操作人員根據經驗對故障進行處理後，其故障處理結果在預案 顯示模塊中輸出，同時系統自動進行故障及其處理過程的案例學習，最後演練 模塊將故障及其處理方法生成工作流模型存入數據存儲模塊中。
工作流(Work Flow)是一類能夠在多個參與者之間，利用計算機，按某 種預定規則自動傳遞的文檔、信息或者任務；簡單地說，工作流就是一系列相 互銜接、自動進行的業務活動或任務。
本實用新型一種用於以上方法的地鐵信號故障模擬演練仿真系統，其系統 框架如圖2所示，其硬體結構如圖3所示，由ATS平臺1、 LOW平臺2和應 急演練平臺通過網絡通道8連接組成；另外，系統中還設有作為gov管理客戶 端的應用程式伺服器9;其中，ATS平臺1為一臺作為控制中心的PC機I ， 設置有列車運行監控模塊、聯鎖操作模塊I 、列車運行圖、對話時刻表和自動 列車調整模塊；LOW平臺2為多臺作為操作站的PC機I1，其分別與ATS平 臺1網絡連接，每臺PC機II設置有聯鎖操作模塊II、軌道操作模塊、道岔操 作模塊、信號機對話模塊、進路操作模塊和車站操作模塊；應急演練平臺由一 臺資料庫伺服器3和多臺PC機組成，設置有預案輸入模塊、推理模塊、預案 顯示模塊、數據存儲模塊和演練模塊。
其中，列車運行監控模塊的組成部分包括輸入列車車次號、更換列車車次 號、刪除列車車次號、列車識別號人工步進、搜索列車車次號和列車運行時間 修正。
聯鎖操作模塊I的組成部分及各部分功能如下
自排全開(ARSON):全部信號機處於自動排列進路狀態；自排全關(ARS OFF):全部信號機處於人工排列進路狀態；追蹤全開(IARS ON):全部信號 機由聯鎖自動排列追蹤進路；追蹤全關(IARSOFF):全部信號機取消由聯鎖 自動排列追蹤進路；關區信號(SSALL):關閉聯鎖區全部信號機；交出控制 (OC):建議交出控制權；接收控制(TC):接收控制權；關站信號(SSS):關 閉車站所有信號機。
列車運行圖為時間軸和位置軸組成的二維坐標系統圖，一個列車行程對應 一個列車運行圖，列車運行圖的傾斜度表示列車的速度，圖形表示實際的列車 運行。對話時刻表的數據與列車運行圖上所顯示的圖形對應。
自動列車調整模塊的組成部分包括釋放車站停車點、確定停戰時間和給區
間確定運行時間，其車站命令包括列車跳停(SKIP)和扣車(HOLD)。 聯鎖操作模塊n的組成部分及各部分功能如下
自排全開(ARSON):全部信號機處於自動排列進路狀態；自排全關(ARS OFF):全部信號機處於人工排列進路狀態；追蹤全開(IARS ON):全部信號 機由聯鎖自動排列追蹤進路；追蹤全關(IARSOFF):全部信號機取消由聯鎖 自動排列追蹤進路；關區信號(SSALL):關閉聯鎖區全部信號機；交出控制 (OC):建議交出控制權；接收控制(TC):接收控制權；關站信號(SSS):關 閉車站所有信號機。
軌道操作模塊的組成部分及各部分功能如下
封鎖區段禁止通過該區段排列進路；解封區段允許通過該區段排列進 路；強解區段解鎖進路中的該區段；軌區邏空把區段設為邏輯空閒；軌區 設限設置軌道區段的限速；軌區消限取消軌道區段的限速；終止站停取 消運營停車點。
道岔操作模塊的組成部分及各部分功能如下
單獨鎖定鎖定單個道岔，阻止轉換；取消鎖定取消對單個道岔的鎖定， 道岔可以轉換；轉換道岔；強行轉岔軌道區段佔用時強行轉換道岔；封鎖道 岔禁止通過道岔排列進路；解封道岔允許通過道岔排列進路；強解道岔 解鎖進路中的道岔；岔區邏空把道岔區段設置為邏輯空閒；岔區設限對道 岔區段設置限速；岔區消限取消對道岔區段的限速；擠岔恢復取消擠岔邏
輯標記o
信號機對話模塊的組成部分及各部分功能如下
開放引導開放引導信號；關單信號設置信號機為關閉狀態；封鎖信號 封鎖在關閉狀態下的信號機；開放信號設置信號機為開放狀態；解封信號 取消對關閉狀態下的信號機的封鎖；自排單開設置單架信號機處於自動排列 進路狀態；自排單關設置單架信號機處於人工排列進路狀態；跟蹤單開單 架信號機由聯鎖自動排列進路；跟蹤單關單架信號機取消由聯鎖自動排列進路。
進路操作模塊的組成部分包括排列進路和取消進路，其中排列進路用於排 列相應的進路，取消進路用於取消相應的進路。
1車站操作模塊的組成部分為關站信號，用於關閉車站所有信號機並鎖閉。 數據存儲模塊由資料庫、知識庫和預案庫組成，其中資料庫用於存儲故障 處理過程中的各類數據，知識庫中存有專家知識、領域知識及元知識，便於案 例學習之用，預案庫用於存儲各類故障及其處理方法的案例；所述預案顯示模
塊與ATS平臺、LOW平臺及RP顯示端連接。
如圖3所示，本系統可外接投影顯示平臺4，該投影顯示平臺由一臺控制 顯示的PC機連接多臺投影儀及對應的多個投影屏幕組成；本系統也可外接一 臺作為教師機的PC機5，從而實現將本系統用於地鐵運營行車相關人員培訓 時的模擬演練操作；本系統還可通過路由器6外接多個遠程LOW平臺7，從 而實現對地鐵運營情況的遠程控制。
如上所述，便可較好地實現本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較 佳實施例，並非用來限定本實用新型的實施範圍；即凡依本實用新型內容所作 的均等變化與修飾，都為本實用新型權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求1、一種地鐵信號故障模擬演練仿真系統，其特徵在於，所述系統由ATS平臺、LOW平臺和應急演練平臺組成；另外，所述系統中還設有作為gov管理客戶端的應用程式伺服器；其中，所述ATS平臺為一臺作為控制中心的PC機I，其設置有列車運行監控模塊、聯鎖操作模塊I、列車運行圖、對話時刻表和自動列車調整模塊；所述LOW平臺為多臺作為操作站的PC機II，其分別與ATS網絡連接，所述每臺PC機II設置有聯鎖操作模塊II、軌道操作模塊、道岔操作模塊、信號機對話模塊、進路操作模塊和車站操作模塊；所述應急演練平臺由一臺資料庫伺服器和多臺PC機連接組成，設置有預案輸入模塊、推理模塊、預案顯示模塊、數據存儲模塊和演練模塊。
2、 根據權利要求1所述的地鐵信號故障模擬演練仿真系統，其特徵在於， 所述列車運行監控模塊的組成部分包括輸入列車車次號、更換列車車次號、刪 除列車車次號、列車識別號人工步進、搜索列車車次號和列車運行時間修正； 所述聯鎖操作模塊I的組成部分包括自排全開、自排全關、追蹤全開、追蹤 全關、關區信號、交出控制、接收控制和關站信號；所述列車運行圖為時間軸 和位置軸組成的二維坐標系統圖， 一個列車行程對應一個列車運行圖；所述對 話時刻表的數據與列車運行圖所顯示的圖形對應；所述自動列車調整模塊的組 成部分包括釋放車站停車點、確定停戰時間和給區間確定運行時間。
3、 根據權利要求1所述的地鐵信號故障模擬演練仿真系統，其特徵在於， 所述聯鎖操作模塊II的組成部分包括自排全開、自排全關、追蹤全開、追蹤 全關、關區信號、交出控制、接收控制和關站信號；所述軌道操作模塊的組 成部分包括封鎖區段、解封區段、強解區段、軌區邏空、軌區設限、軌區消限 和終止站停；所述道岔操作模塊的組成部分包括單獨鎖定、取消鎖定、轉換道 岔、強行轉岔、封鎖道岔、解封道岔、強解道岔、岔區邏空、岔區設限、岔區 消限和擠岔恢復；所述信號機對話模塊的組成部分包括開放引導、關單信號、 封鎖信號、開放信號、解封信號、自排單開、自排單關、跟蹤單開和跟蹤單關; 所述進路操作模塊的組成部分包括排列進路和取消進路；所述車站操作模塊的 組成部分為關站信號。
4、 根據權利要求1所述的地鐵信號故障模擬演練仿真系統，其特徵在於， 所述應急演練平臺的數據存儲模塊由資料庫、知識庫和預案庫組成；所述預案顯示模塊與ATS平臺、LOW平臺及RP顯示端連接。
專利摘要本實用新型提供一種地鐵信號故障模擬演練仿真系統，由ATS平臺、LOW平臺和應急演練平臺組成；其中ATS平臺為一臺作為控制中心的PC機I，LOW平臺為多臺與ATS網絡連接的作為操作站的PC機II，應急演練平臺由一臺資料庫伺服器和一臺應用程式伺服器組成。本實用新型克服了現有技術對硬體依賴大、功能較為單一等缺點，可以仿真各種地鐵信號故障演練控制方案，並能按照各種方案的要求對各類操作人員進行培訓，大大提高地鐵運營的安全性。
文檔編號G09B19/00GK201319224SQ200820204839
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者丘慶球, 於江有, 何泳斌, 盧建華, 張豔青, 林建志, 王知衍, 葛慧娜, 陳家偉 申請人:廣州市地下鐵道總公司;華南理工大學