鐵道運輸沙盤教課體系的開發探新范文

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一、教學沙盤硬件模型設計

鐵道運輸實訓沙盤線路上的10個模擬車站及線路設計參照真實環境、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車務終端，由模擬CTC控制中心完成大屏視景播放、切換與教學工作。沙盤盤體采用金屬材料框架結構（鋼架組件結構）組合拼接，表面噴塑處理。線路路基應采用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、道岔及信號機的布置，并設置模擬站房、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，可雙向運行，車輛的電氣和機械部分采用高品質結構，列車的運行狀況由模擬微機聯鎖系統和CTC控制中心自動控制。列車模型在信號系統聯鎖運算控制機的監控下運行，主要完成對所有模型車站、所有信號機模型、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鎖的運算。

二、CTC系統軟件設計

本系統以VisualC++2010軟件結合SQL2000數據庫系統作為開發平臺，用軟件來模擬實現以列車運行調整計劃控制為中心，兼顧列車和調車作業的高度自動化的調度指揮系統，并能在這沙盤上實現列車的模擬操作。CTC分散自律調度集中系統在硬件上較傳統高度系統主要是新增了自律機，并且服務器結構由C/S模式變為三層模式結構。

（一）系統整體框架結構CTC鐵道運輸教學沙盤仿真軟件控制系統以福州到廈門所用系統和微機聯鎖系統為原型進行設計，包含調度控制中心子系統、車站子系統和調度中心與車站及車站之間的網絡子系統三部分組成。具體如下圖系統結構以盤體為中心，以各站場子系統為基本單元組成；盤體除實現支撐盤面各站場及其他場景的功能外，還用于系統供電和網絡布線，聯鎖機和網絡交換機也放置在盤體之中；“教員機”與整個系統控制中心“CTC”系統連接，其通過CTC系統與系統服務器通信，完成系統列車調度功能。

（二）CTC控制中心子系統設計CTC鐵道運輸沙盤教學系統的控制中心子系統參照實際鐵路局CTC系統的部分工作原理、操作方式及習慣，界面和功能按鈕與實際系統相同；該模塊能夠與模擬調度仿真系統組成了一個動態的、綜合性的仿真培訓系統，從而模擬行車調度、車站值班、司機三方在正常行車、突發事件及非正常行車情況下的實際工作情況；功能設計和工作流程遵循鐵道部相關技術要求。控制中心子系統核心模塊———行調臺運行圖計劃管理程序框架設計見下圖：運行圖管理部分主要有調整圖、日班計劃圖、基本圖、歷史圖和鄰臺圖，這些部分共用運行圖模塊，完成運行圖布局、運行線繪制、運行線調整、施工符號繪制、階段計劃下達等功能。

（三）CTC車站子系統設計車站子系統是分散自律調度集中系統的重要組成部分，它是整個網絡系統的基本功能節點。車站接收調度中心下發的行車計劃后，其車站子系統嚴格按照列車運行計劃執行，并完成沖突檢查、車輛進路安排、控制輸出等核心功能。[4]同時，車站的調車作業計劃編寫與調車作業進路控制功能也由車站子系統完成。如上圖所示，站場的“操作表示機”均接入局域網，其可與教員機（服務器）及臨站子系統互通信息。每站的“操作表示機”是該子系統的“人機對話層”，而“聯鎖機”用于設備狀態檢測、聯鎖運算及設備控制等自律機系統功能。“操作表示機”和“聯鎖機”系統通過局域網絡線纜進行通信。

（四）車站之間的網絡子系統車站系統連接線主要由三類構成，一類是電源線，一類是網絡線，另一類是信號線。網絡線是將CTC車站設備全部通過交換機連接在一起。車站采用雙局域網結構，通過雙交換機連接各類設備。主要有路由器、值班員終端、電務維護終端、自律機、網絡打印機等。電源線是從電源屏到采集控制機柜提供電源，并通過電源接線端子再連接各類設備。車站需要連接電源線的設備主要有自律機、雙機熱備單元、路由器、協議轉換器、交換機、工控機、顯示器、音箱、光纖收發器等。信號線一類是自律機連接控顯機和列控中心的尾纖，一類是連接工控機及顯示器、鼠標鍵盤的數據線。

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

三、教學沙盤系統軟件測試

在軟件系統研發中，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鐵道沙盤系統軟件測試的過程中，按照先制定測試方案，編定計劃，設計測試用例和測試程序，然后按照測試計劃執行，最后對測試結果進行總結評估的次序進行測試。在本系統，重點進行了功能測試和性能測試。測試過程是一個循環多次的過程，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準為止。根據上述表格的測試安排，執行到測試報告階段，系統的測試結果如下：1.測試數據：測試項總數163通過151項，通過率92.6%失敗12項，失敗率7.3%其中：嚴重度———高1項，占比8.3%嚴重度———中3項，占比25%嚴重度———低8項，占比66.7%2.項目的總結：經過前2輪的測試和修改，問題已經大大減少，這輪測試結束，發現的問題總數減少到9項，按嚴重程度的分項數達到了通過測試的標準。因此，測試可以通過，項目的研發過程可以進入收尾階段。

四、總結和展望

本文實現的系統密切結合福建鐵路機電學校針對鐵路職工培訓與校內鐵道運輸類專業的教學需要，充分利用計算機網絡技術、數據庫技術、仿真控制技術、CTC調度控制技術等多種技術手段，運用軟件工程的思想，對項目進行了設計與實現。本系統的最主要的特點是對福州至廈門線路上的十個車站系統在鐵道運輸教學沙盤系統上進行了仿真，在培訓與教學上，可以真正實現系統的真實再現，極大地方便了用戶的學習與教師的教學工作，并減少了教學的成本。本系統的另一個特點是較好地集成了多種設備和系統，包括自自律機系統、控制中心調度系統、車站調度系統、數據庫技術、仿真教學系統等，使之組成一個比較完整的信息化系統，較好地滿足了學校在自動化仿真教學方面的需要。本項目雖然達到了一定的工作成果，但還有進一步深入研究的必要。隨著鐵路運營里程的不斷增加與新技術的投入使用，應繼續關注鐵路調度系統的最新技術手段，并在原有系統的基礎上進一步完善與擴充其功能，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