鐵道運(yùn)輸沙盤教課體系的開發(fā)探新范文

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一、教學(xué)沙盤硬件模型設(shè)計

鐵道運(yùn)輸實訓(xùn)沙盤線路上的10個模擬車站及線路設(shè)計參照真實環(huán)境、采用按1:48的比例，模型沙盤尺寸為：21.8米×2.5米×0.7米。沙盤臺架周圍置沙盤車站工作站和CTC車務(wù)終端，由模擬CTC控制中心完成大屏視景播放、切換與教學(xué)工作。沙盤盤體采用金屬材料框架結(jié)構(gòu)（鋼架組件結(jié)構(gòu)）組合拼接，表面噴塑處理。線路路基應(yīng)采用10毫米的防火板制作，沙盤裙邊采用16毫米防火板材料，正線線路真實模擬10個車站的線路、道岔及信號機(jī)的布置，并設(shè)置模擬站房、車站值班員控制臺以及車站信號操作終端。教學(xué)沙盤共計配置動車組車輛模型10輛，模型外觀參照福州到廈門動車車輛制作，兩頭包含列車頭，可雙向運(yùn)行，車輛的電氣和機(jī)械部分采用高品質(zhì)結(jié)構(gòu)，列車的運(yùn)行狀況由模擬微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和CTC控制中心自動控制。列車模型在信號系統(tǒng)聯(lián)鎖運(yùn)算控制機(jī)的監(jiān)控下運(yùn)行，主要完成對所有模型車站、所有信號機(jī)模型、道岔模型、軌道電路模型的控制以及模擬沙盤車站工作站聯(lián)鎖的運(yùn)算。

二、CTC系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)以VisualC++2010軟件結(jié)合SQL2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，用軟件來模擬實現(xiàn)以列車運(yùn)行調(diào)整計劃控制為中心，兼顧列車和調(diào)車作業(yè)的高度自動化的調(diào)度指揮系統(tǒng)，并能在這沙盤上實現(xiàn)列車的模擬操作。CTC分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)在硬件上較傳統(tǒng)高度系統(tǒng)主要是新增了自律機(jī)，并且服務(wù)器結(jié)構(gòu)由C/S模式變?yōu)槿龑幽Ｊ浇Y(jié)構(gòu)。

（一）系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)CTC鐵道運(yùn)輸教學(xué)沙盤仿真軟件控制系統(tǒng)以福州到廈門所用系統(tǒng)和微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)為原型進(jìn)行設(shè)計，包含調(diào)度控制中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)和調(diào)度中心與車站及車站之間的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)三部分組成。具體如下圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以盤體為中心，以各站場子系統(tǒng)為基本單元組成；盤體除實現(xiàn)支撐盤面各站場及其他場景的功能外，還用于系統(tǒng)供電和網(wǎng)絡(luò)布線，聯(lián)鎖機(jī)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也放置在盤體之中；“教員機(jī)”與整個系統(tǒng)控制中心“CTC”系統(tǒng)連接，其通過CTC系統(tǒng)與系統(tǒng)服務(wù)器通信，完成系統(tǒng)列車調(diào)度功能。

（二）CTC控制中心子系統(tǒng)設(shè)計CTC鐵道運(yùn)輸沙盤教學(xué)系統(tǒng)的控制中心子系統(tǒng)參照實際鐵路局CTC系統(tǒng)的部分工作原理、操作方式及習(xí)慣，界面和功能按鈕與實際系統(tǒng)相同；該模塊能夠與模擬調(diào)度仿真系統(tǒng)組成了一個動態(tài)的、綜合性的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，從而模擬行車調(diào)度、車站值班、司機(jī)三方在正常行車、突發(fā)事件及非正常行車情況下的實際工作情況；功能設(shè)計和工作流程遵循鐵道部相關(guān)技術(shù)要求?？刂浦行淖酉到y(tǒng)核心模塊———行調(diào)臺運(yùn)行圖計劃管理程序框架設(shè)計見下圖：運(yùn)行圖管理部分主要有調(diào)整圖、日班計劃圖、基本圖、歷史圖和鄰臺圖，這些部分共用運(yùn)行圖模塊，完成運(yùn)行圖布局、運(yùn)行線繪制、運(yùn)行線調(diào)整、施工符號繪制、階段計劃下達(dá)等功能。

（三）CTC車站子系統(tǒng)設(shè)計車站子系統(tǒng)是分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本功能節(jié)點。車站接收調(diào)度中心下發(fā)的行車計劃后，其車站子系統(tǒng)嚴(yán)格按照列車運(yùn)行計劃執(zhí)行，并完成沖突檢查、車輛進(jìn)路安排、控制輸出等核心功能。[4]同時，車站的調(diào)車作業(yè)計劃編寫與調(diào)車作業(yè)進(jìn)路控制功能也由車站子系統(tǒng)完成。如上圖所示，站場的“操作表示機(jī)”均接入局域網(wǎng)，其可與教員機(jī)（服務(wù)器）及臨站子系統(tǒng)互通信息。每站的“操作表示機(jī)”是該子系統(tǒng)的“人機(jī)對話層”，而“聯(lián)鎖機(jī)”用于設(shè)備狀態(tài)檢測、聯(lián)鎖運(yùn)算及設(shè)備控制等自律機(jī)系統(tǒng)功能?！安僮鞅硎緳C(jī)”和“聯(lián)鎖機(jī)”系統(tǒng)通過局域網(wǎng)絡(luò)線纜進(jìn)行通信。

（四）車站之間的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)車站系統(tǒng)連接線主要由三類構(gòu)成，一類是電源線，一類是網(wǎng)絡(luò)線，另一類是信號線。網(wǎng)絡(luò)線是將CTC車站設(shè)備全部通過交換機(jī)連接在一起。車站采用雙局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過雙交換機(jī)連接各類設(shè)備。主要有路由器、值班員終端、電務(wù)維護(hù)終端、自律機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。電源線是從電源屏到采集控制機(jī)柜提供電源，并通過電源接線端子再連接各類設(shè)備。車站需要連接電源線的設(shè)備主要有自律機(jī)、雙機(jī)熱備單元、路由器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)、工控機(jī)、顯示器、音箱、光纖收發(fā)器等。信號線一類是自律機(jī)連接控顯機(jī)和列控中心的尾纖，一類是連接工控機(jī)及顯示器、鼠標(biāo)鍵盤的數(shù)據(jù)線。

（五）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計基于上述的軟件功能設(shè)計，設(shè)計數(shù)據(jù)庫模型。利用SQL2000可以很好的設(shè)計關(guān)系模型和對象模型，可以很方便的生成數(shù)據(jù)庫腳本，也可以很方便地生成數(shù)據(jù)庫設(shè)計報告。在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的過程中，盡量使得設(shè)計結(jié)果符合3NF范式，但在涉及到性能的若干地方，也有意識地將符合3NF范式的設(shè)計降級為符合2NF范式。設(shè)計的數(shù)據(jù)庫表單之間關(guān)聯(lián)的部分截圖如下所示

三、教學(xué)沙盤系統(tǒng)軟件測試

在軟件系統(tǒng)研發(fā)中，軟件測試是必不可少的。軟件測試是利用各種工具和方法驗證軟件完成了并且只是完成了要求軟件完成的工作。在CTC鐵道沙盤系統(tǒng)軟件測試的過程中，按照先制定測試方案，編定計劃，設(shè)計測試用例和測試程序，然后按照測試計劃執(zhí)行，最后對測試結(jié)果進(jìn)行總結(jié)評估的次序進(jìn)行測試。在本系統(tǒng)，重點進(jìn)行了功能測試和性能測試。測試過程是一個循環(huán)多次的過程，測試->修改->再測試->再修改……直到滿足我們在測試策略中制定的通過測試的標(biāo)準(zhǔn)為止。根據(jù)上述表格的測試安排，執(zhí)行到測試報告階段，系統(tǒng)的測試結(jié)果如下：1.測試數(shù)據(jù)：測試項總數(shù)163通過151項，通過率92.6%失敗12項，失敗率7.3%其中：嚴(yán)重度———高1項，占比8.3%嚴(yán)重度———中3項，占比25%嚴(yán)重度———低8項，占比66.7%2.項目的總結(jié)：經(jīng)過前2輪的測試和修改，問題已經(jīng)大大減少，這輪測試結(jié)束，發(fā)現(xiàn)的問題總數(shù)減少到9項，按嚴(yán)重程度的分項數(shù)達(dá)到了通過測試的標(biāo)準(zhǔn)。因此，測試可以通過，項目的研發(fā)過程可以進(jìn)入收尾階段。

四、總結(jié)和展望

本文實現(xiàn)的系統(tǒng)密切結(jié)合福建鐵路機(jī)電學(xué)校針對鐵路職工培訓(xùn)與校內(nèi)鐵道運(yùn)輸類專業(yè)的教學(xué)需要，充分利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、仿真控制技術(shù)、CTC調(diào)度控制技術(shù)等多種技術(shù)手段，運(yùn)用軟件工程的思想，對項目進(jìn)行了設(shè)計與實現(xiàn)。本系統(tǒng)的最主要的特點是對福州至廈門線路上的十個車站系統(tǒng)在鐵道運(yùn)輸教學(xué)沙盤系統(tǒng)上進(jìn)行了仿真，在培訓(xùn)與教學(xué)上，可以真正實現(xiàn)系統(tǒng)的真實再現(xiàn)，極大地方便了用戶的學(xué)習(xí)與教師的教學(xué)工作，并減少了教學(xué)的成本。本系統(tǒng)的另一個特點是較好地集成了多種設(shè)備和系統(tǒng)，包括自自律機(jī)系統(tǒng)、控制中心調(diào)度系統(tǒng)、車站調(diào)度系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、仿真教學(xué)系統(tǒng)等，使之組成一個比較完整的信息化系統(tǒng)，較好地滿足了學(xué)校在自動化仿真教學(xué)方面的需要。本項目雖然達(dá)到了一定的工作成果，但還有進(jìn)一步深入研究的必要。隨著鐵路運(yùn)營里程的不斷增加與新技術(shù)的投入使用，應(yīng)繼續(xù)關(guān)注鐵路調(diào)度系統(tǒng)的最新技術(shù)手段，并在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善與擴(kuò)充其功能，這是需要長時間投入的研究工作。

作者：李錦單位：福建廣播電視大學(xué)