文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2017.02.031
中文引用格式： 熊伟，何涛，旷文珍. CTCS-2级列控区间仿真子系统的设计与实现[J].电子技术应用，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级列控系统是基于轨道电路和点式应答器传输列车运行许可信息，并采用目标—距离模式监控列车安全运行的列车运行控制系统，主要面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，功能比较齐全，适合我国铁路运输发展需要[1-4]。目前，我国铁路行业的列控设备处于全天候的持续工作状态，对列控设备的各类操作关乎铁路行车安全，稍有不慎，可能引发铁路行车事故，给铁路运输造成巨大损失。除了在“垂直”天窗点内，其他时间禁止对列控设备进行各类非指令性操作，实际运行中的列控系统设备给予人员操作演示和实践学习的空间太小。完整的列控系统由于设备规模大、成本高昂，只能依托政府出资建设，因此，开发一套集成度高、运行条件简单并且具有演示和实训功能的列控仿真系统具有重要意义。
目前，列控仿真系统大多采用软硬件结合的方式实现。CTCS-2级列控仿真系统硬件方面包括高铁车站列控中心、高铁车站联锁系统、轨旁电子单元、应答器、车载BTM模块等；软件仿真方面主要包括车站仿真子系统、调度集中(Centralized Traffic Control System，CTC)仿真子系统、中继站列控中心仿真子系统、区间仿真子系统、车载仿真子系统、临时限速仿真子系统等，其具体系统结构图如图1。
CTCS-2级列控区间仿真子系统作为CTCS-2级列控仿真系统的重要组成部分，其主要功能包括区间界面显示、列车区间运行仿真、应答器报文接收与发送、信号机点灯与轨道电路发码、故障设置、应答器报文编制等。作为列控仿真系统的主界面之一，CTCS-2级列控区间仿真子系统可以实时显示整个CTCS-2区间的状态，对区间列车占用出清、应答器报文接收与发送、信号机点灯与区段发码、各类故障设置及报警等功能给出直观实时的显示，给教学演示和培训实践提供良好的平台。此外，为方便教学培训，CTCS-2级列控区间仿真子系统增加应答器报文编制界面，使用户能够直观地认识应答器报文各信息包内容及报文编制方法，给予使用者更好的用户体验，提高培训效果。
1 CTCS-2级列控区间仿真子系统功能分析
为方便进行功能设计与实现，将区间仿真子系统的功能分为区间仿真控制、故障设置、应答器报文编制三部分，具体功能划分如下。
1.1 区间仿真控制
区间仿真控制主要包括整个区间界面的显示、区间模拟行车、应答器报文接收与发送、信号机点灯与轨道电路发码。区间模拟行车主要指站内选排进路后，列车出站进入区间的自动模拟行车。自动模拟行车包括单一列车的运行模拟和多辆列车追踪运行模拟[5]。
当列车出站进入区间，车载仿真子系统通过通信通道将列车位置信息传输给区间仿真子系统，后者根据该位置信息，给出相应的区间轨道电路占用显示；同时，区间仿真子系统通过通信通道将列车占用信息传输给列控中心(Train Control Center，TCC)，经过相应的逻辑处理后，TCC将对应的区间信号机点灯和轨道电路发码控制信息以及有源应答器报文信息传输给区间仿真子系统；区间仿真子系统根据该控制信息进行整个区间的信号机点灯和轨道电路发码，并将该点灯发码信息和应答器报文信息发送给车载仿真子系统，以供车载仿真子系统进行车载信号显示。
1.2 故障设置
CTCS-2级列控区间仿真子系统可以实现对整个区间的信号机、轨道电路、应答器进行对应的故障设置。根据“故障-安全”原则，故障设置成功后的信号设备状态不再响应区间仿真子系统常规的指令，故障状态始终呈现或在一定的条件下选择性呈现，帮助用户认识各种故障的判定条件，还可以实训在故障的条件下的用户应急处理能力。
故障设置主要分为三类，即轨道电路红光带非常规占用故障、信号机灯丝断丝和应答器链接故障。由于区间无真实设备，故障设置均采用人工设置，故障发生后，在区间界面上给出故障显示与故障报警，并将故障信息反馈给列控中心。
1.3 应答器报文编制
应答器是一种基于电磁耦合原理而构成的高速点式数据传输设备，分为无源应答器和有源应答器，用于在特定地点实现车-地间的数据交换[6-9]。现场的应答器报文为应答器出厂时烧入或列控中心黑箱操作编制而成，给教学培训演示带来极大不便，因此CTCS-2级列控区间仿真子系统特增加应答器报文编制界面。应答器报文编制界面采用逐步式编辑界面，将所有信息包按顺序逐一进行编制。报文存储为EXCEL文本格式，逐条存储，可以通过编制界面对已有报文进行添加、修改和删除等[10]。
2 CTCS-2级列控区间仿真子系统设计
2.1 系统结构模块划分
在CTCS-2级列控区间仿真子系统的开发过程中，采用面向对象分析方法和模块化程序设计相结合的方式，根据系统功能需求，对系统结构进行模块划分，提高了系统的独立性和安全性[11]。通过对CTCS-2级列控区间仿真子系统功能的分析，将系统分为仿真控制模块、区间模拟模块和通信模块三部分，其中区间模拟模块又分为区间设备模拟模块、模拟行车模块和故障设置模块三部分；仿真控制模块又由人机交互模块和报文编制模块两部分组成，系统软件结构如图2。
2.2 MFC应用程序主框架设计
基于微软基础类库(Microsoft Foundation Class，MFC)的仿真应用程序开发，实质上就是继承MFC的类，CTCS-2级列控区间仿真子系统主界面定义了一个继承MFC的CView类的CTCSView类，根据需要的功能添加相应的函数[12]，如初始化函数OnInitialUpdate：
Void CCTCSView::OnInitialUpdate()
{
CScrollView::OnInitialUpdate();
/////////////////初始化数据/////////////
myobarray_QD_Section=new CObArray();
myobarray_Xh_Station=new CObArray();
myobarray_Balise=new CObArray();
}
其中，CQD_Section、CXh_Station、CBalise分别表示区间轨道电路类、无配线站内信号机类、区间应答器类。
在数据处理方面，根据功能的不同分别创建对应的类，如轨道电路类、信号机类等。通过不同类的划分，使不同设备的数据配置与处理区分开来，增加系统的灵活性、适用性的同时，简化了系统的层次和框架结构。
2.3 通信方式的选取
CTCS-2级列控区间仿真子系统的通信主要实现地—车通信、TCC—区间仿真子系统通信，根据仿真子系统之间的通信协议来实现各子系统之间的信息传输。区间仿真子系统在通信方面采用使用比较广泛的TCP/IP互联协议族，这种通信方式具有很强的灵活性和通用性。
2.4 区间模拟模块的设计
区间模拟模块实现区间设备模拟、区间模拟行车和故障设置。区间设备包括信号机、轨道电路和应答器3种，每种设备的设备编号、名称、属性不同，分别构建继承CObject的CQD_Section、CQD_Station、CXh_Section、CXh_Station、CBalise类，将每一种设备的绘制在所属类内完成，最后在CTCSView类内统一调用OnDraw函数绘制完成，实现区间模拟界面显示。
区间模拟行车主要是实现站内选排进路后，列车出站进入区间的模拟行车。通过通信模块Socket确定列车位置信息，进而实现列车的占用出清、应答器报文的接发、信号机的点灯等，具体的设计流程图如图3。
故障设置主要分为三类，即轨道电路故障、信号机灯丝断丝和应答器链接故障，皆为人工设置故障。当列车运行时，通过人工分别设置列车前后任意区段的轨道电路占用故障、任意信号机的灯丝断丝故障、任意应答器的链接故障，给出故障报警提示，并将报警信息反馈给TCC，实现自动调整发生故障时的发码点灯变化，给出故障情况下的区间状态显示[13]。软件实现方面主要是通过OnLButtonDown和OnRButtonDown函数实现对鼠标坐标的捕捉，然后相应设备的参数发生改变。
2.5 仿真控制模块的设计
仿真控制模块主要实现人机交互、应答器报文编制等功能。人机交互主要通过主界面的菜单栏实现，菜单栏包括仿真行车、通信状态检查、故障设置和报文编制界面，主界面菜单栏列表见表1。
应答器报文编制主要通过MFC的基础对话框实现，根据需求创建CDialog类，在对话框内添加对应的静态文本、列表控件、编辑框和按钮等控件，进而进行函数实现，形成面向对象的界面[14]，最后在Menu中添加事件处理程序OnLink，完成与主界面的链接。具体实现代码如下：
void CCTCSView::OnLink()
{
CALLMESSAGE dlg；
dlg.DoModal()；
}
3 CTCS-2级列控区间仿真子系统实现
CTCS-2级列控区间仿真子系统采用MFC作为开发平台，选取举例站场进行区间仿真子系统的开发，将列控区间仿真子系统各模块进行一一实现。
区间显示主界面显示整个C2举例站场区间的设备状态显示，可以直观地显示区间运行状态、信号机点灯、应答器链路等信息。根据相关规范要求，对各个报文信息包界面进行逐一编辑、函数实现，最后链接至仿真子系统的主显示界面，报文编制主界面及线路坡度信息包添加界面如图4、图5。
4 结束语
本文选取了CTCS-2级列控仿真系统中的区间仿真子系统为研究对象，在对其进行详细系统功能分析的基础上，给出了功能实现的软件设计方案，并利用MFC进行软件实现。作为CTCS-2级列控仿真系统的重要组成部分，区间仿真子系统的实现可以对新入路职工以及相关专业院校的教学培训提供很好的平台，应答器报文编制功能的加入有利于教学培训工作更好地开展，对相关的仿真系统开发有一定的借鉴意义。
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作者信息:
熊 伟1，何 涛2，旷文珍2
（1.兰州交通大学 光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃 兰州730070；
2.兰州交通大学 自动化与电气工程学院，甘肃 兰州730070)