目錄TOC\o"1-3"\h\u7774摘要 緒論1.1研究背景及意義鐵路運輸是一個以鐵路線路、橋梁、隧道等設(shè)備作為運輸?shù)幕A(chǔ)、以機車車輛作為運輸?shù)拿浇?、以車站作為運輸?shù)纳a(chǎn)基地完成運輸旅客和貨物工作的龐大系統(tǒng)[1]。在現(xiàn)如今的鐵路運輸系統(tǒng)中，鐵路信號系統(tǒng)[2]不僅保證了列車可以安全地運行，還提高了鐵路運輸效率和通過能力。隨著列車運行速度的提高、列車運行密度的加大，鐵路運輸對鐵路信號系統(tǒng)的依賴性越來越強，鐵路信號系統(tǒng)的作用也越發(fā)重要[3]。按照鐵路信號應(yīng)用場所不同可大致分為區(qū)間信號控制系統(tǒng)、車站信號控制系統(tǒng)、編組站自動化系統(tǒng)等[4]。兩個車站或線路所之間的鐵路線路叫做區(qū)間。列車在區(qū)間運行時，具有運行速度高、制動距離長、不能避讓等特點，因此，為了防止列車發(fā)生沖突或追尾事故，保證列車運行安全，把鐵路線路分為若干區(qū)段，在每個區(qū)段中只準(zhǔn)許一列列車按照規(guī)定速度運行，使在區(qū)間內(nèi)運行的前后兩輛列車之間保持一定的安全距離。這種方法就是所謂的行車閉塞法，簡稱閉塞。計算機仿真基于相似性理論，信息技術(shù)以及要研究的系統(tǒng)領(lǐng)域的理論和技術(shù)。根據(jù)系統(tǒng)測試的目的，建立模型，并在計算機軟件和硬件平臺的支持下以及針對性技術(shù)。由于計算機仿真是基于模型的數(shù)字仿真實驗，基于真實系統(tǒng)行為的變化，因此它不僅可以分析和理解特定條件下系統(tǒng)的動態(tài)行為。目的是成本低，無風(fēng)險，效率高，信息收集方便。目前，計算機仿真已成為復(fù)雜大型系統(tǒng)分析，開發(fā)，測試和技能培訓(xùn)的重要手段，并已廣泛用于國防，制造，能源，運輸?shù)戎匾I(lǐng)域。鐵路系統(tǒng)的復(fù)雜性以及運行安全性和可靠性要求以及資源限制決定了并非所有測試都可以在實際車站或區(qū)間上進行，計算機仿真技術(shù)開發(fā)提供了解決以上問題的方法。隨著計算機技術(shù)，硬件性能和軟件技術(shù)的發(fā)展，有可能對許多鐵路運輸問題進行計算機仿真研究。當(dāng)實體不存在或不方便在實體上進行測試時，計算機仿真可以建立系統(tǒng)模型，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具表達特征，在此基礎(chǔ)上開發(fā)一個模擬系統(tǒng)通過計算機計算來了解系統(tǒng)的特性，并通過演示系統(tǒng)來了解該系統(tǒng)的特性來指導(dǎo)我們的工作。模型越接近實際系統(tǒng)，模擬結(jié)果的值越高，就可以指導(dǎo)實際工作。否則，計算機仿真將成為紙上的數(shù)學(xué)游戲1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在進入信息時代的今天，鐵路信號系統(tǒng)也在發(fā)生著變化，同時區(qū)間閉塞技術(shù)也在不斷進步。隨著我國鐵路向高速度、高密度以及電氣化發(fā)展，區(qū)間閉塞技術(shù)的也在迅猛發(fā)展，大體上經(jīng)歷了以下四個階段:（1）人工閉塞新中國建立初期，我國的鐵路處于起步階段，鐵路主要采用人工閉塞的方法，通過電話、電報、路簽和路牌的方式來實現(xiàn)閉塞。其工作效率低下且行車安全無法保證，如今在實際應(yīng)用中已經(jīng)被淘汰。（2）半自動閉塞1957年開始，我國信號專家采用繼電器電路設(shè)計了64D型繼電半自動閉塞，鐵路逐漸開始裝備繼電半自動閉塞設(shè)備[5]，保障了列車安全運行，到上世紀(jì)八十年代，繼電半自動閉塞基本取代了人工閉塞的方式。半自動閉塞用于早期的鐵路中，經(jīng)常發(fā)生各種各樣的故障[6]，同時各種各樣的問題也逐漸突顯出來，如不能檢查區(qū)間空閑、安全可靠性不高、效率低下以及不利于故障分析等。（3）自動閉塞自動閉塞是在半自動閉塞的基礎(chǔ)上進行了升級，有著更高的行車效率和安全保障。我國從上世紀(jì)90年代開始推行自動閉塞系統(tǒng)[7]，于1998年開始研究ZP；W-2000A移頻自動閉塞[8]，到本世紀(jì)初期，移頻自動閉塞系統(tǒng)技術(shù)已頗具模型，廣泛應(yīng)用于我國鐵路運輸上[9]。（4）裝備有列控系統(tǒng)的自動閉塞隨著各種新技術(shù)的出現(xiàn)，鐵路運輸迅速發(fā)展，列車運行控制系統(tǒng)成為目前的研究熱門。國外對列控系統(tǒng)的研究開始的比國內(nèi)早，目前己經(jīng)普遍應(yīng)用在不同速度等級的鐵路線路上，以高速鐵路最具代表性，投入使用較多的列控系統(tǒng)有法國的U/T系統(tǒng)（UM71和TVM300，簡稱U-T系統(tǒng)）[10]、德國的LZB系統(tǒng)、歐洲的ETCS系統(tǒng)（EuropeTrain；Control；System，簡稱ETCS）以及日本ATC系統(tǒng)（Automatic；Train；Control，簡稱ATC）[11]。PingGao提出了一種用于機車車輛重要性評估的指標(biāo)模型，并使用蒙特卡羅模擬方法來獲得DF4D機車鐵路機車車輛的重要性水平。重要性分析。Jurjen；S.；Hooghiemstra使用DONS（網(wǎng)絡(luò)調(diào)度程序設(shè)計器）來設(shè)計高質(zhì)量的操作地圖，以使荷蘭鐵路網(wǎng)絡(luò)中的火車更加準(zhǔn)時。同時，建立模型，并將模型數(shù)量連接到DONS數(shù)據(jù)庫，以便可以使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來構(gòu)建仿真模型。使用模擬數(shù)據(jù)來評估1990年至2000年荷蘭鐵路基礎(chǔ)設(shè)施投資對提高準(zhǔn)點率的影響[12]。Yingiie；WANGI。在分析了廣深鐵路運行狀況后，運用專家系統(tǒng)技術(shù)方法，建立了復(fù)雜混合動力系統(tǒng)的智能仿真模型。。最后，使用該專家系統(tǒng)對廣深鐵路的運營和運輸組織進行了模擬。CJGoodman給出了火車運動，電源系統(tǒng)和牽引驅(qū)動的模型，并將這些模型成功地應(yīng)用于火車的速度配置，能耗和運行。時間到了。Akiyasu；Tomoeda引入了東京城市鐵路網(wǎng)模擬系統(tǒng)“KUTTY”，該系統(tǒng)可以在事件發(fā)生后立即預(yù)測事件現(xiàn)場的交通流量[13]。新方法周慧娟建立了CA（Celluler；Automation）模型來模擬鐵路交通安全，并提出了框架用于集成GIS和CA。仿真結(jié)果表明，該模型可用于解釋鐵路運輸安全系統(tǒng)的發(fā)展，證明GIS-CA可以模擬實際的鐵路運輸安全系統(tǒng)[14]。2.自動區(qū)間閉塞概述2.1基本工作原理軌道電路信息迎著列車運行方向發(fā)送，各閉塞分區(qū)信息依次傳遞，完成整個區(qū)間的自動閉塞。上行軌道載頻為2000HZ，2600HZ交替；下行軌道載頻為1700HZ，；2300HZ交替。使用18種低頻信息對區(qū)段載頻進行調(diào)制，來實現(xiàn)區(qū)間自動閉塞。如下圖1.1所示，列車A運行在9G區(qū)段，列車B運行在1G區(qū)段，由于9G有車占用，防護本區(qū)段的信號機7就點亮紅燈，7G區(qū)段發(fā)HU碼（低頻28.8HZ，載頻2300HZ）；5信號點在接到7G發(fā)HU碼時，點亮黃燈，并向5G發(fā)送U碼（低頻16.9HZ，載頻1700HZ）；3信號點接收到5G發(fā)U碼時，點亮綠黃燈，并向3G發(fā)LU碼（低頻13.6HZ，載頻2300HZ）；1信號點接收到3G發(fā)LU碼時，點亮綠燈，并向1G發(fā)L碼（低頻11.4HZ，載頻1700HZ）；因為B車占用1G，所以1G接收設(shè)備接收不到發(fā)送盒發(fā)送的信息，防護此區(qū)段的信號燈點亮紅燈，然后就像A車情況一樣，以此類推。假如A車停在9G，而B車?yán)^續(xù)運行的話，當(dāng)運行到3G時看到前方是綠黃燈，證明前方還有兩個閉塞分區(qū)空閑，當(dāng)運行的5G時看到前方是黃燈，運行前方還有一個閉塞分區(qū)空閑，司機開始減速運行；當(dāng)列車進入7G時，前方亮紅燈，司機采用常用制動，使列車在紅燈前停車。根據(jù)這種模式，列車在區(qū)間實現(xiàn)了自動閉塞[6]圖1.1；自動閉塞的工作原理2.2區(qū)間閉塞分類2.2.164D型繼電半自動閉塞半自動閉塞作為一種早期的閉塞方式，運用于車流量不大的特殊線路，十分穩(wěn)定[15]。它需要人工辦理閉塞手續(xù)，人工開放出站信號機，人工確認列車完整到達，人工復(fù)原閉塞機狀態(tài)，唯一自動的是出站信號機自動關(guān)閉。我國單線鐵路采用的是BJ-64D型繼電半自動閉塞，它通過判定繼電電路的邏輯關(guān)系實現(xiàn)了兩站間閉塞功能，如圖1.2所示。圖2.1單線雙向繼電半自動閉塞示意圖在64D型半自動閉塞設(shè)備中，閉塞機是核心，用于判定繼電電路邏輯關(guān)系；兩端車站進站信號機內(nèi)方的軌道電路用于監(jiān)督列車出發(fā)和列車到達，列車出發(fā)后，發(fā)車站閉塞機閉塞，列車到達后，接車站辦理到達復(fù)原使閉塞機復(fù)原。根據(jù)列車運行情況和設(shè)備狀態(tài)，半自動閉塞采用不同的閉塞辦理方法，實現(xiàn)區(qū)間的閉塞控制，包括列車運行狀態(tài)正常且閉塞機正常工作情況下的正常辦理，閉塞手續(xù)辦理后但列車不能發(fā)車時的取消復(fù)原，以及閉塞機因故不能正常復(fù)原時的事故復(fù)原。2.2.2雙線雙向四顯示移頻自動閉塞自動閉塞是根據(jù)列車運行及有關(guān)閉塞分區(qū)狀態(tài)自動變換通過信號機顯示而司機憑信號行車的閉塞方法。ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)是在UM71技術(shù)基礎(chǔ)上經(jīng)過國產(chǎn)化研制出的新型系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于我國既有線線路上。雙線雙向四顯示移頻自動閉塞以ZPw-2000A型移頻軌道電路為基礎(chǔ)，以與列車運行方向相反的方向在軌道電路中傳遞移頻信息，區(qū)間內(nèi)通過信號機根據(jù)移頻信息自動變換顯示，指示列車的運行。在同一條鐵路線路上，列車可雙向運行，正向運行時為四顯示自動閉塞，通過信號機正常工作，顯示狀態(tài)有四種:綠燈、黃燈、綠黃燈、紅燈，可以預(yù)告列車前方三個閉塞分區(qū)的狀態(tài)；反向運行時為自動站間閉塞，通過信號機滅，如圖1.3所示。圖2.2雙線雙向移頻四顯示自動閉塞示意圖2.2.3客運專線C2列控中心區(qū)間控制車站列控中心是C2列控系統(tǒng)中地面子系統(tǒng)的核心部分，是實現(xiàn)高速鐵路安全運行的關(guān)鍵設(shè)備，與集中監(jiān)測、ZPW-2000軌道電路、聯(lián)鎖、調(diào)度集中、臨時限速服務(wù)器、地面電子單元、相鄰列控中心設(shè)備配置通信接口，根據(jù)通信交互得到的各種信息，如聯(lián)鎖進路信息、區(qū)段占用信息等，產(chǎn)生列車行車許可，并通過軌道電路和應(yīng)答器傳遞給車載系統(tǒng)，使列車更安全有效地運行。圖2.3C2列控中心接口2.3系統(tǒng)組成及特點在區(qū)間中，一個閉塞分區(qū)設(shè)備的組成如圖2.1所示。主要由發(fā)送器、發(fā)送編碼電路、接收器、接收電路和信號點燈電路組成。另外，為了構(gòu)成和運行前方各閉塞分區(qū)相聯(lián)系的編碼條件，還需要有和內(nèi)方閉塞分區(qū)相聯(lián)系的電路。發(fā)送編碼電路根據(jù)運行前方各閉塞分區(qū)的狀況編碼，由發(fā)送器向本閉塞分區(qū)始端軌道的接收器發(fā)送信息。接收器接收本閉塞分區(qū)終端發(fā)送器發(fā)送來的信號，譯解后動作接收電路，決定防護本閉塞分區(qū)的通過信號機的顯示。信號機的顯示是通過信號機點燈電路來實現(xiàn)的，并且構(gòu)成前一閉塞分區(qū)的編碼條件。圖2.4閉塞分區(qū)設(shè)各的組成（1）斷軌檢測更加精確，使調(diào)諧區(qū)死區(qū)降低到5m以內(nèi)（UM7120m），實現(xiàn)了全程軌道電路斷軌檢測。（2）為了提高軌道電路的傳輸長度，以及對低道床電阻電路的匹配，開發(fā)了新的軌道電路參數(shù)計算軟件。（3）線路上使用了國產(chǎn)數(shù)字電纜，降低了傳輸線路的線徑，提高了系統(tǒng)性能，增加了傳輸距離。采用鋼包銅線取代了調(diào)諧設(shè)備的銅引接線，使日常維護更加方便。（4）采用新型電子芯片取代舊的小型集成電路與晶體管部分，使發(fā)送盒與接收盒的抗干擾能力更強，移頻信息精度更高。（5）為了提高系統(tǒng)正常工作時間，接收盒使用了雙機并聯(lián)模式，發(fā)送盒采用“N+1”模式，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定、可靠。3.區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)需求分析區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)是一個對區(qū)間閉塞進行仿真的軟件，為了更好地實現(xiàn)區(qū)間閉塞的功能，系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求:3.1.1安全需求根據(jù)定義，閉塞是保證列車在區(qū)間內(nèi)安全運行的方法。因此，區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)應(yīng)滿足故障安全的原則，如信號機亮綠燈時燈絲斷絲，信號機應(yīng)該呈紅色顯示；如半自動閉塞中，當(dāng)列車在區(qū)間運行時，區(qū)間兩端車站的出站信號機均顯示紅燈；如C2列控中心區(qū)間控制中，當(dāng)軌道電路編碼為其他不能識別的編碼時，信號機應(yīng)顯示紅燈，防止列車冒進。3.1.2數(shù)據(jù)需求為了使系統(tǒng)能在界面上顯示半自動閉塞、移頻自動閉塞、C2列控中心區(qū)間控制三種不同的示意圖，系統(tǒng)需要從外部讀取各種靜態(tài)數(shù)據(jù)文件，并根據(jù)文件中的數(shù)據(jù)繪制站場示意圖。因此，對數(shù)據(jù)文件的格式和內(nèi)容有一定的要求，需要根據(jù)不同的閉塞制式配置不同的數(shù)據(jù)文件，包括信號機、道岔、軌道電路等的名稱位置等信息。為了能實時反映設(shè)備狀態(tài)并對設(shè)備進行操作，還需要配置不同閉塞制式下的采集驅(qū)動數(shù)據(jù)。為了有更加良好的人機交互界面，系統(tǒng)可將顯示與控制進行分離，二者在局域網(wǎng)中通信交換數(shù)據(jù)。由于二者要交換數(shù)據(jù)，因此對通信數(shù)據(jù)的格式內(nèi)容應(yīng)該有統(tǒng)一的規(guī)范，需要配置系統(tǒng)中涉及到的操作命令、設(shè)備狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)的格式，接收端需要能解析數(shù)據(jù)并進行后續(xù)的判斷運算以及操作。3.1.3功能需求根據(jù)數(shù)據(jù)需求的分析，系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為操作顯示端和仿真控制端，操作顯示端用于顯示和操作仿真界面，仿真控制端用于閉塞邏輯的控制，二者在局域網(wǎng)中通信交換數(shù)據(jù)。操作顯示端應(yīng)具備以下功能:（1）能正確讀取站場靜態(tài)數(shù)據(jù)；（2）能與仿真控制端正確通信；（3）能正確記錄用戶下達的操作命令并按特定的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送給仿真控制端；（4）能解析仿真控制端發(fā)送過來的設(shè)備狀態(tài)信息，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息實時更新站場中的設(shè)備狀態(tài)。仿真控制端應(yīng)具備以下功能:（1）能正確讀取設(shè)備的繼電器狀態(tài)數(shù)據(jù)；（2）能與操作顯示端正確通信；（3）能接收并解析用戶下達的操作命令；（4）能完成閉塞邏輯的運算，包括半自動閉塞、移頻自動閉塞以及C2列控中心區(qū)間控制的運算；（5）能將運算之后的設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)送給操作顯示端；（6）能模擬設(shè)備動作或故障情況，如操縱道岔、設(shè)置區(qū)段故障占用等。另外，根據(jù)上一節(jié)對區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)中三個子系統(tǒng)的功能介紹，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:（1）半自動閉塞能辦理三種不同情況下的閉塞手續(xù)，包括正常辦理、取消復(fù)原、事故復(fù)原。（2）移頻自動閉塞能夠模擬行車來實現(xiàn)通過軌道電路傳遞移頻信號控制通過信號機的顯示，以及車站接發(fā)車、改變運行方向等功能。（3）C2列控中心能夠?qū)崿F(xiàn)接車端口、發(fā)車端口區(qū)間軌道電路編碼以及通過信號機點燈控制等功能。（4）能夠?qū)υO(shè)備進行故障設(shè)定，如軌道電路占用、燈絲斷絲等。3.2區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)總體設(shè)計區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)主要包括三種制式的區(qū)間一一自動閉塞區(qū)間、CTCS-2區(qū)間、CTCS-3區(qū)間。主要實現(xiàn)功能是區(qū)間設(shè)備仿真、區(qū)間模擬行車、區(qū)間模擬發(fā)碼及點燈。此處本文以自動閉塞區(qū)間仿真系統(tǒng)為例，說明區(qū)間仿真系統(tǒng)設(shè)計中相關(guān)功能模塊的設(shè)計。3.2.1區(qū)間仿真系統(tǒng)總體設(shè)計區(qū)間模擬軟件的運行總體流程如圖3.1所示。圖3.1區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)總體流程圖區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)程序設(shè)計主要采用的Windows程序設(shè)計方法，是基于消息的事件驅(qū)動的程序設(shè)計模式。軟件總體流程是:在軟件啟動后，從站場數(shù)據(jù)文件中讀取區(qū)間站場初始化數(shù)據(jù)，根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)初始化顯示界面。主流程為按事件觸發(fā)方式工作，不同的功能模塊由不同的事件觸發(fā)執(zhí)行，事件觸發(fā)分定周期和隨機兩種方式。定周期觸發(fā)的事件包括數(shù)據(jù)通信發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、顯示圖形更新、數(shù)據(jù)存儲等；隨機觸發(fā)的事件包括鼠標(biāo)操作處理，以及對其他中斷事件的響應(yīng)。區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)持續(xù)接收車站發(fā)送的發(fā)車標(biāo)志，收到發(fā)車標(biāo)志即進行區(qū)間模擬行車等相關(guān)處理；區(qū)間模擬行車結(jié)束時，向接車車站輸出接車標(biāo)志，模擬列車駛?cè)胲囌?。區(qū)間閉塞仿真軟件在啟動時，首先從區(qū)間站場數(shù)據(jù)文件中讀取區(qū)間設(shè)備初始化數(shù)據(jù)進入初始化程序；持續(xù)接收車站發(fā)送的發(fā)車標(biāo)志，收到發(fā)車標(biāo)志即進行區(qū)間模擬行車等相關(guān)處理；區(qū)間模擬行車結(jié)束時，向接車車站輸出接車標(biāo)志，模擬列車駛?cè)胲囌尽?.2區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)模塊設(shè)計自動閉塞區(qū)間為雙向復(fù)線區(qū)間，上、下行分別包括七個閉塞分區(qū)。車站三中無下行反向進站信號機，但設(shè)有反向進站的虛信號按鈕，但在區(qū)間中不顯示車站三中的反向進站信號。自動閉塞區(qū)間平面布置簡圖如圖3.3所示。圖3.3自動閉塞區(qū)間平面布置簡圖設(shè)計區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)各功能模塊，從以下三個方面展開:區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要是區(qū)間模擬行車功能相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；區(qū)間模擬行車功能設(shè)計；區(qū)間模擬發(fā)碼功能設(shè)計；區(qū)間模擬點燈功能設(shè)計。3.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)間仿真軟件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括模擬列車數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和區(qū)間閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。①列車數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)間、車站連續(xù)模擬行車時，列車信息不能丟失，模擬列車信息數(shù)據(jù)由車站聯(lián)鎖仿真機發(fā)送。區(qū)間模擬行車完備后，隨著模擬列車駛?cè)肓熊囻側(cè)胂乱粋€車站，列車信息數(shù)據(jù)也被傳送至下一車站聯(lián)鎖仿真機。模擬列車信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3.g所示。表3.1列車數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義存儲信息LieChe_ID列車編號LC_State列車狀態(tài)在本系統(tǒng)中主要使用的信息是列車編號（LieChe_ID）和列車狀態(tài)（LC_State）。列車編號是車站在股道上添加列車時輸入的列車編號；列車狀態(tài)目前存儲列車是否限速運行。在今后的工作中可以將模擬列車擴展為列車模型，可接收牽引、限速、等控制信息而模擬行駛的模型。②區(qū)間閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)間仿真設(shè)備主要包括區(qū)間閉塞分區(qū)軌道電路和區(qū)間通過信號機，設(shè)備種類少、聯(lián)鎖關(guān)系簡單。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包含閉塞分區(qū)和防護閉塞分區(qū)的信號機的編號和狀態(tài)。區(qū)間閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3.2所示。表3.2區(qū)間閉塞分區(qū)結(jié)構(gòu)體定義存儲信息QJFX區(qū)間運行方向BSFQQDDevNum[]閉塞分區(qū)區(qū)段編號BSFQQDState[]閉塞分區(qū)區(qū)段狀態(tài)（空閑/占用）BSFQQDNum[]閉塞分區(qū)數(shù)量BSFQXHDevNum[]防護對應(yīng)閉塞分區(qū)的區(qū)間通過信號機編號BSFQXHState[]區(qū)間通過信號機顯示狀態(tài)BSFQXHNum[]區(qū)間通過信號機數(shù)量JZXHState進站信號機顯示狀態(tài)JZXHNum進站信號機編號JZXHState_N反向進站信號機顯示狀態(tài)JZXHNum_N反向進站信號機編號KXState區(qū)間空閑狀態(tài)區(qū)間結(jié)構(gòu)體中主要存儲對象是組成區(qū)間的各個閉塞分區(qū)以及防護這些閉塞分區(qū)的區(qū)間通過信號機的編號，他們在結(jié)構(gòu)體中是一一對應(yīng)的。車站三中不含下行反向進站信號機，自動閉塞區(qū)間閉塞分區(qū)結(jié)構(gòu)體初始化時，反向進站信號機編號JZXHNum_N賦值為OXFF，即編號為無效。3.2.2區(qū)間模擬行車區(qū)間模擬行車功能是區(qū)間仿真機的重要功能，模擬行車功能運行時需要與區(qū)間兩端車站進行不間斷的通信，以便順利使模擬列車由車站駛?cè)雲(yún)^(qū)間或由區(qū)間駛?cè)胲囌?。區(qū)間模擬行車功能的起點是接收到某個車站發(fā)出的可以開始區(qū)間模擬行車的發(fā)車標(biāo)志，以及對應(yīng)模擬列車的信息。具體的通信過程前文己經(jīng)做了詳盡說明，此處不再贅述。需要說明的是發(fā)車標(biāo)志的形成和發(fā)送時機。發(fā)車標(biāo)志是車站聯(lián)鎖仿真機生成的，在需要模擬列車由車站進入?yún)^(qū)間時，車站向區(qū)間仿真軟件發(fā)送的標(biāo)志。簡單的說，站內(nèi)辦理某條發(fā)車進路并開始模擬行車，進路最末端的區(qū)段占用時，車站聯(lián)鎖仿真機就向區(qū)間發(fā)送發(fā)車標(biāo)志。區(qū)間仿真機收到發(fā)車標(biāo)志延時}S（延時時間是模擬列車駛過進路最后一個區(qū)段所需要的時間）開始區(qū)間模擬行車。區(qū)間模擬行車流程圖如圖3.22所示。區(qū)間結(jié)構(gòu)體中成員區(qū)間方向（QJFX）分為上行正向、下行正向、上行反向、下行反向，在模擬行車時，根據(jù)車站是否辦理區(qū)間改方手續(xù)判斷此時的區(qū)間方向。由區(qū)間方向和發(fā)車車站可以確定模擬行車起點處的閉塞分區(qū)。列車占用某個閉塞分區(qū)會持續(xù)一段時間，設(shè)計列車定時器使列車占用閉塞分區(qū)3s，作為模擬列車駛過閉塞分區(qū)的時間。為了實現(xiàn)多列車間隔行車，設(shè)計程序不斷的遍歷區(qū)間所有的閉塞分區(qū)的占用情況（也即是否有車占用情況），并檢查相應(yīng)的行車條件?？煞抡章?lián)鎖控制功能中將進路類設(shè)計為基于任務(wù)類的調(diào)用過程，將區(qū)間模擬行車也設(shè)計為基于任務(wù)類的功能；也可以設(shè)計一個定時器，通過定時器不斷調(diào)用循環(huán)遍歷模擬行車功能的函數(shù)。當(dāng)模擬列車進站時，需要在列車駛?cè)?JG時，向?qū)?yīng)的接車車站（進站信號機允許信號條件下）發(fā)送一個接車標(biāo)志，車站接收到接車標(biāo)志后，延時3s（模擬列車駛過區(qū)間最后一個閉塞分區(qū)的時間）就可以模擬占用接車進路內(nèi)方第一個區(qū)段，開始在站內(nèi)進行模擬行車。3.2.3區(qū)間模擬點燈本系統(tǒng)中區(qū)間通過信號機模擬點燈的過程主要與本閉塞分區(qū)的空閑狀態(tài)，和區(qū)間運行前方的閉塞分區(qū)空閑情況相關(guān)。區(qū)間模擬點燈流程圖如圖3.23所示。圖3.23區(qū)間模擬點燈流程圖圖中檢查運行前方閉塞分區(qū)空閑情況時，依次檢查運行前方的閉塞分區(qū)空閑情況。在高速鐵路或客運專線中，區(qū)間信號機（若有）點燈由列控中心控制「44]。在CTCS-2區(qū)間需要考慮區(qū)間通過信號機點燈狀態(tài)是否為滅燈模式，信號機顯示作為后備模式，主要服務(wù)于非ATP列車以及ATP故障列車。區(qū)間通過信號機的顯示具有實時性，需要不斷檢查本閉塞分區(qū)占用情況以及運行前方閉塞分區(qū)空閑情況。每個與閉塞分區(qū)對應(yīng)的區(qū)間通過信號機都會不斷循環(huán)檢查點燈條件。而聯(lián)鎖與區(qū)間的通信狀態(tài)是不間斷的，當(dāng)車站聯(lián)鎖辦理了區(qū)間改方手續(xù)后，區(qū)間會即刻收到區(qū)間改方的命令，改方區(qū)間的區(qū)間通過信號機將全部滅燈，模擬發(fā)碼模塊正常發(fā)碼。3.2.4區(qū)間模擬發(fā)碼區(qū)間一般閉塞分區(qū)模擬發(fā)碼流程圖如圖3.24所示。圖3.24一般閉塞模擬發(fā)碼流程圖區(qū)間中一般閉塞分區(qū)模擬發(fā)碼取決于運行前方閉塞分區(qū)的空閑情況，區(qū)間發(fā)碼的基本碼序為:L5-L4-L3-L2-L-LU-U-HU（停車碼序）。需要注意的是進站信號機外方一個閉塞分區(qū)的發(fā)碼與進站信號機的顯示息息相關(guān)，而進站信號機的顯示一般也包含一定的限速信息，其發(fā)碼邏輯如下:UUS碼:表示列車接近的地面信號機開放經(jīng)18號及以上道岔側(cè)向位置進路，且次一架信號機開放經(jīng)道岔直向或18號及以上號碼道岔側(cè)向位置進路。列車的允許速度為80km/h?；敬a序為:L5-L4-L3-L2-L-LU-U2S-UUS。其中U2S碼表示前方有1個閉塞分區(qū)空閑，該閉塞分區(qū)為UUS碼。UU碼:表示列車接近的地面信號機內(nèi)方開放經(jīng)道岔側(cè)向位置的進路。信號機內(nèi)方進路允許速度為4_Skm/h}4s}。其基本碼序為:L5-L4-L3-L2-L-LU-U2-UU。其中U2碼表示前方有1個閉塞分區(qū)空閑，進路開通直向，該閉塞分區(qū)為UU碼。HB碼:表示表示信號機內(nèi)方排列了引導(dǎo)進路，列車轉(zhuǎn)為引導(dǎo)模式運行。圖3.25進站信號機外方第一個閉塞分區(qū)發(fā)碼流程圖3.26為進站信號機外方由近及遠第一個閉塞分區(qū)的發(fā)碼流程，圖中所示進站信號機外方閉塞分區(qū)發(fā)碼主要作用是預(yù)告進站信號機顯示，使列車能夠及時控制減速，安全進站。圖3.27為進站信號機外方由近及遠第二個閉塞分區(qū)的發(fā)碼流程。圖3.26進站信號機外方第二個閉塞分區(qū)發(fā)碼流程列車在區(qū)間正、反向運行時，軌道電路均按照追蹤碼序發(fā)碼。通過判斷區(qū)間方向，來確定本閉塞分區(qū)的運行前方的閉塞分區(qū)。對于某一個閉塞分區(qū)來說，模擬發(fā)碼時不間斷的連續(xù)檢查發(fā)碼條件，根據(jù)發(fā)碼條件不斷保持發(fā)碼狀態(tài)的一個過程。判斷運行前方信號機是否開放時，區(qū)間正向時主要檢查區(qū)間正向進站信號機狀態(tài)（7GXHState）；區(qū)間反向時檢查反向進站信號機狀態(tài)（JZXHState_N）。進站信號機狀態(tài)顯示狀態(tài)是車站聯(lián)鎖送出的，是不考慮滅燈狀態(tài)的信號機邏輯顯示狀態(tài)。4.區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)4.1實現(xiàn)環(huán)境與工具MicrosoftVisualC#衍生于C++和MicrosoftVisualBasi。語言，在其基礎(chǔ)上去蕪存菩，擁有更強大的操作能力，是一種面向?qū)ο蟆⑦\行于.NETFramework之上的高級程序設(shè)計語言。區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)在Windows系統(tǒng)下的VisualStudio2012平臺上用C#編程實現(xiàn)，操作顯示端為一個Windows窗體應(yīng)用程序，仿真控制端為一個控制臺應(yīng)用程序，信號機等靜態(tài)設(shè)備數(shù)據(jù)保存在SQLServer數(shù)據(jù)庫中，采集驅(qū)動數(shù)據(jù)保存在txt文本，存儲在程序?qū)?yīng)目錄下。系統(tǒng)的運行需要操作顯示端和仿真控制端同時啟動，若仿真控制端未啟動，操作顯示端會因為無法通信而不能正常運行。當(dāng)二者在局域網(wǎng)內(nèi)正常通信時，系統(tǒng)正常運行，顯示仿真系統(tǒng)的操作界面。4.2系統(tǒng)類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，將信號設(shè)備抽象為類，用c#創(chuàng)建了基類以及派生類。基類Bas。定義了所有設(shè)備共有的屬性和操作，Signal（信號機類）、switch（道岔類）、Track（軌道區(qū)段類）、BB（閉塞機類）以及ChangeDir（改變運行方向類）由基類Base派生而來，定義了各自特有的屬性和操作。系統(tǒng)操作顯示端的結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。其中ReceiveNewData()用來更新設(shè)備狀態(tài)的值，Paint()用來繪制設(shè)備，IsPointIn()用來捕獲用戶鼠標(biāo)選中的信號設(shè)備。仿真控制端的類結(jié)構(gòu)與操作顯示端類似，區(qū)別在于屬性和操作的差異。圖4.1仿真系統(tǒng)操作顯示端類結(jié)構(gòu)在操作顯示端中，對于不同的閉塞類型，系統(tǒng)有三個窗口類:FormBZD（半自動閉塞）、FormZD（移頻自動閉塞）以及FormC2（C2列控中心區(qū)間控制）來進行界面的顯示;在仿真控制端中，對應(yīng)操作顯示端，存在BZDCmd,ZDCmd及C2Cmd三個類來完成對應(yīng)閉塞功能的處理。在操作顯示端和仿真控制端中，都有進行通信的Communication（通信類），讀取數(shù)據(jù)的DataDeal（數(shù)據(jù)處理類）。不同閉塞類型的每個類相互獨立存在，使用上述設(shè)備類、通信類、數(shù)據(jù)處理類完成程序功能。

結(jié)論本文著眼于鐵路信號系統(tǒng)中的區(qū)間閉塞技術(shù)，參照教材以及相關(guān)的技術(shù)文件，設(shè)計并實現(xiàn)了區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)的操作顯示端和仿真控制端程序，對自動閉塞、控制軌道電路編碼和通過信號機點燈進行了仿真;區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)具備區(qū)間模擬行車功能、區(qū)間模擬點燈功能和區(qū)間模擬發(fā)碼功能。在充分理解系統(tǒng)總體需求和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，本文重點闡述區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)中功能和設(shè)計實現(xiàn)過程。區(qū)間閉塞仿真系統(tǒng)為鐵路信號專業(yè)的教學(xué)以及現(xiàn)場技術(shù)人員的崗前培訓(xùn)提供了一個良好的學(xué)習(xí)平臺。

參考文獻[1]竇保琴.鐵路信號在鐵路運輸中的地位和作用探討[J].科技風(fēng)，2014（1）:230-230.[2]郭進.鐵路信號基礎(chǔ)[M].北京:中國鐵道出版社，2010.[3]；Babak；Dehbonei，F(xiàn)ernando；Mejia.；Formal；Development；of；S