基于无线基站的地铁运营实时定位跟踪控制仿真系统的制作方法

本发明涉及一种地铁跟踪控制技术，尤其是涉及一种基于无线基站的地铁运营实时定位跟踪控制仿真系统。

背景技术：

目前地铁运营控制仿真系统，主要采用计算仿真来进行，例如：德国铁路管理咨询公司开发的一个功能比较全面的铁路运输模拟系统(RailSys)，它支持各种规模路网络结构及H/V信号系统、自动列车控制、移动闭塞等多种信号制式，能够为新建铁路或既有线路、车站或路网建设等宏观决策提供信息支持；九十年代中期瑞士联邦理工学院开发的OpenTrack系统，是一种面向对象的建模技术在铁路上的应用，这个系统能够确定路网基础设施建设的要求，分析线路和车站的能力，编制运行图。这些系统功能相对简单，基于仿真软件的整体性、直观性较差。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于无线基站的地铁运营实时定位跟踪控制仿真系统。

一种基于无线基站的地铁运营实时定位跟踪控制仿真系统，包括：列车和控制装置，以及服务端，所述控制装置设于列车并与列车连接，所述服务端通过无线网络与控制装置连接，所述控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并运行于所述处理器上的程序，所述处理器运行所述程序时实现以下步骤：

按照预配置的运行逻辑控制列车运行；

在列车运行周期数达到预配置的设定数目后，控制列车回库。

所述按照预配置的运行逻辑控制列车运行，包括：

获取列车信息；

连接服务端并根据列车信息在服务端注册列车；

获取该列车的预配置的运行逻辑，并根据所述预配置的运行逻辑控制列车运行。

列车的移动路径上设有多个停靠点，

所述在列车运行周期数达到预配置的设定数目后，控制列车回库，包括：

在列车进入任一停靠点时，若该停靠点为始发点，则计算当前的列车运行周期数；

若当前的列车运行周期数达到预配置的设定数目，则查询回库路径；

根据查询到的回库路径回库。

所述处理器运行所述程序时还实现以下步骤：

根据前方路段占用情况控制列车运行。

所述移动路径被分割为多个区段，

所述根据前方路段占用情况控制列车运行，包括：

步骤S301：读取前方三个区段的占用情况；

步骤S302：判断前方三个区段是否至少有一个被占用，若为是，则执行步骤S303，若为否，则执行步骤S304，

步骤S303：检测前方是否有占用信息，若为是，则等待设定时间后再次检测，若为否，则执行步骤S304；

步骤S304：向列车发送包含前进车速的速度码控制列车前进。

所述无线网络由无线基站提供，所述无线基站共设有多个。

所述无线基站分布于试验区域的边缘。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)模拟实现了列车自动监控(ATS)、列车自动运行(ATO)、列车自动防护(ATP)等功能。

2)简单复杂，功能全面，定位跟踪准确、快捷、方便，可以应用在模型化交通系统中，实现对移动车辆的实时定位跟踪监控。

3)融合红外传感技术和无线通信网络，可以对无线定位技术进行修正，实现更为精确度的定位识别，提高仿真模拟控制的效率。

4)红外发射器移动路径上设置有用于列车停靠的停靠点，红外发射器位于停靠点之前，可以起到告知减速信号的发送的作用。

5)至少一个停靠点之前的红外发射器设有3个，可以实现三级减速。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为列车部分的结构示意图；

图3为实施例中布局示意图；

图4为一种移动路径的示意图；

图5为另一种移动路径的示意图；

图6为本发明组成架构示意图；

图7为而本发明服务端工作流程示意图；

图8为OCC模块功能示意图；

图9为OCC软件控制流程图；

图10为列车回库流程图；

图11为ATP控制逻辑流程图；

其中：1、无线定位标签，2、无线基站，3、第一无线通信装置，4、控制装置，5、第二无线通信装置，6、红外发射器，7、移动路径，8、列车，9、停靠点，10、定位主机，11、监控终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于无线基站的地铁运营实时定位跟踪控制仿真系统，基于无线微基站定位技术很好地解决了车辆在沙盘线路上的位置信息获取，配套硬件系统设计搭建了计算机联锁控制实验平台，以组建局域网的方式建立硬件结构，并设计了更加丰富的运营模式和信号模式的软件系统，充分配合硬件平台框架

如图6所示，运营仿真系统采用分层结构，由低到高分为三层，即硬件层、功能层和应用层；

硬件层：是系统运行的基础，主要包括无线基站、无线定位标签、列车、服务端和红外接收器与红外发射器，为功能层提供原始数据。如图1～图3所示，包括：

无线基站2，用于提供通信网络；

列车8，其上设有第一无线通信装置3，本实施例中采用模型车辆；

服务端，其上设有通过无线网络与第一无线通信装置3通信的第二无线通信装置5，其中如图3所示，服务端主要包括定位主机10和监控终端11；

无线定位标签1，与第一无线通信装置3连接。

红外发射器6，设于移动路径上的预定位置。

红外接收器，设于列车8上，用于识别红外发射器6。

简单结构，定位跟踪准确、快捷、方便，可以应用在模型化交通系统中，实现对移动车辆的实时定位跟踪监控，融合红外传感技术和无线通信网络，可以对无线定位技术进行修正，实现更为精确度的定位识别，提高仿真模拟控制的效率。

控制装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上并运行于处理器上的程序，如图8所示，处理器运行程序时实现以下步骤：

按照预配置的运行逻辑控制列车运行，如图9所示，具体包括：获取列车信息；连接服务端并根据列车信息在服务端注册列车；获取该列车的预配置的运行逻辑，并根据预配置的运行逻辑控制列车运行。

在列车运行周期数达到预配置的设定数目后，控制列车回库，列车的移动路径上设有多个停靠点，如图10所示，该步骤具体包括：在列车进入任一停靠点时，若该停靠点为始发点，则计算当前的列车运行周期数；若当前的列车运行周期数达到预配置的设定数目，则查询回库路径；根据查询到的回库路径回库。

移动路径被分割为多个区段，处理器运行程序时还实现以下步骤：根据前方路段占用情况控制列车运行，如图11所示，具体包括：步骤S301：读取前方三个区段的占用情况；步骤S302：判断前方三个区段是否至少有一个被占用，若至少有一个区段被占用，则执行步骤S303，若为否，则执行步骤S304，若前方三个区段为站台，则列车进入接下来三个区段时，与这三个区段中埋设的红外传感器配合进行三级减速进站，对位停车；若为否，则执行步骤S304；步骤S303：检测前方是否有占用信息，若为是，则等待设定时间后再次检测，若为否，则执行步骤S304；步骤S304：列车运行车速控制是用00000000到01111111来划分列车行驶速度的(共128级)，其中00000000和00000001表示“停车”，控制端确认前方三个区段无占用情况后，向列车发送包含前进车速的速度码控制列车前进。无线网络由无线基站提供，无线基站2共设有多个，优选的，无线基站2分布于试验区域的边缘。

移动路径7上设置有用于列车8停靠的停靠点9，本实施例中，停靠点9可以选用站台，红外发射器6位于停靠点9之前，且优选的，至少一个停靠点9之前的红外发射器6设有3个。

列车8上还设有控制装置4，该控制装置4与第一无线通信装置3连接。

系统中，将沙盘区域二维图沿着移动路径7(即为模型路面)且各位若干区域，采集模型车辆所在的坐标点，识别该坐标点所坐落的移动路径7的区间号，从而获得模型车辆的位置。在模型车辆上安装第一无线通信装置3，同时在服务端也安装第二无线通信装置5，构建无线通信网络；服务端通过无线通信网络，获取模型车辆在模型路面的实时位置坐标，从而完成对其的全程定位、跟踪、监控。

在路面铺设时，在路面的道岔(如图4)和站台(如图5)位置预先安放红外发射器6，在移动物体上安装无线定位标签1、控制装置4和第一无线通信模块装置3，构成车载移动系统。同时在服务端安装同样的第二无线通信装置5，与车载系统构成交通无线通信网络。服务端根据各种控制逻辑，完成控制策略。

如图6所示，将轨道平面二维图沿着轨道切割成若干区域，标记上不同的颜色和区间号，列车在轨道上运行的时候，获取列车所处区间的颜色和区间号，配合无线微基站和无线定位标签，实现精准定位。

服务端利用交通无线通信网络获取移动物体所处在的模拟路面的位置坐标，定位出移动物体在模拟路面的位置，完成对移动物体的跟踪监控。

服务端利用交通无线通信网络获取移动物体所处在的模拟路面的位置坐标，配合与交通无线通信网络联网的红外发射器，在道岔区域(如图4)，弥补了空间定位的误差，达到识别上下行驶的目的，在站台位置(如图5)，采用是三个传感器结合无线基站2定位，达到实现三级减速停车的目的，确保停车位准确。

功能层：是整个系统的核心，是各项功能的具体化，该层利用硬件层提供的原始数据，实现对列车的定位，以及保存各对象的数据，建立对象的数据关系，并实现各对象间的通信，整合功能模块为用户提供人机交互的接口，以及可监视的操作数据，主要包含数据库、服务器、TCP/UDP通信和数据包解算引擎。

数据库软件模块建立了硬件设备数据库，包括列车硬件ID、信号机硬件ID、转辙机硬件ID、轨道区段硬件ID、发车信号机硬件ID、车站硬件ID。

服务端实现以下功能：制定需要连接的列车；选择需要连接的线路；输入串口号，实现与运行列车硬件设备的连接；显示设备及服务(数据库连接、网络服务运行、模型轨道电源和轨道区段状态)；实现多车控制，并实时显示列车的运行数据等功能；并将信息反馈到客户端，客户端可实时监测到列车的运行情况，实现列车的自动运行、自动监控和自动防护等功能。

服务器软件工作流程(如图7)，首先获取win32底层API网络路径，连接数据库，建立数据连接，初始化硬件信息，主要包括：获取客户端信息；获取轨道信息，并建立映射关系；获取列车ID信息；建立列车ID的映射关系；建立信号机的映射关系；建立转辙机的映射关系；建立发车表示器的映射关系。并将轨道和列车状态信息反馈给客户端，由于设有多个控制中心，需反馈所有的轨道和立车状态信息给特定操作对象，用于请求帧和初始化。

运营仿真系统上的所有硬件(列车、轨道、信号机、转辙机、红外)的控制和检测反馈信息均通过CAN总线进行传输，采用TCP/UDP通信协议。

应用层：是以硬件层、功能层为基础所建立起来的上层建筑，该层通过调用功能层提供的API接口和可监视操作数据，能够动态的显示整个系统的运行状况，并对之实行操作，是整个系统最直观的表现形式。

系统采用面向对象的实现方式，在分层结构的基础上进一步细化，将各项具体功能分别封装成块。层与层之间、模块与模块之间通过规范的数据格式尽心信息交换和网络通信，从而将三层机构组成一个有机的整体。

分层结构层次清晰，关系明确，有效的将原始数据、功能模块和人机接口分离开来，是系统呈现松耦合的姿态。面向对象的实现方式将各功能模块进行封装，利用消息响应和网络通信机制进行数据传递，进一步降低了系统耦合度，不仅有利于系统的实现，也为以后系统的通能完善、扩展和移植提供了可能性。