基于excel的列控系统教学仿真系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于一种列控系统的教学仿真系统，由列控系统功能仿真模块、列车运行显示与记录界面两大部分构成。列控系统功能仿真模块由线路数据仿真、轨旁信息仿真及列车仿真组成，其功能就是对列控系统各个组成部分的功能进行仿真。列车运行显示与记录界面的功能就是将列车运行过程可视化显示，记录列车位置、速度等运行信息；设置按钮实现进路选择、列车初始运行速度设定等。本发明降低了系统仿真的复杂度，学生可单独完成学习，也可以多人合作；整个系统按照学习难度进行阶段性划分，由难到易；通过模块化设计，提供了一组对外接口模块，学生可在接口模块中进行二次开发,通过编程-反馈-再编程，有效提高学习效率。
【专利说明】 基于EXCEL的列控系统教学仿真系统
【技术领域】
[0001]本发明属于一种教学系统,具体属于一种列控系统的教学仿真系统。
【背景技术】
[0002]列控系统教学中，除了教科书上规定的理论内容，还有课堂外的各种参观实习，包括参观学校实验室列控仿真系统以及在各个铁路局参观学习现场各个列控设备。列控系统是一个复杂的大系统，列车运行中交互的信息量很大，实时性强。理论教学中比较注重对系统原理及一些公式推导的介绍，学生在结束教科书的学习后，虽然对列控系统理论有了一定的理解，但掌握的各个知识点比较分散，难以把握整个列控系统的运行情况。通过课堂外的参观学习，学生可以巩固对列控系统的认识，对现场运营情况有一个基本的了解。
[0003]在列控系统教学中，【背景技术】方案中介绍的课堂教学和课外参观学习虽然可以让学生对列控系统有一个基本了解，但教与学之间的互动比较少，学生能参与其中的环节不多。这样造成学生学习的积极性不高，且对列控系统缺乏深入理解。实验室列控仿真系统基于分布式结构开发，对每个列控设备进行单独设计，如果要将整个系统在一台电脑上安装，对硬件性能要求很高，且网络配置比较复杂，无法大规模移植。因此，无法满足每个学生单独学习的目的。
[0004]在铁路局的参观学习过程中，学生也只能观看列控设备实际硬件结构，无法对设备内部运行原理做更深一步的了解。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是增加列控系统教学中教与学之间的互动性。在保证列控系统基本功能的前提下，尽可能减少仿真系统的复杂性。仿真系统可以很方便地移植到其他平台中，满足多人同时上机学习的要求。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]基于EXCEL的列控系统教学仿真系统由列控系统功能仿真模块、列车运行显示与记录界面两大部分构成。其中:
[0008]列控系统功能仿真模块由线路数据仿真、轨旁信息仿真及列车仿真组成。其功能就是对列控系统各个组成部分的功能进行仿真。
[0009]列车运行显示与记录界面的功能就是将列车运行过程可视化显示，此外还包括一些线路条件和列车初始条件的设置按钮。列车运行过程可视化显示的数据来源是列控系统功能仿真模块，显示内容包括列车运行线路图、进路信息以及列车运行与监控曲线；记录内容包括列车位置、速度等运行信息；线路条件和列车初始条件的设置按钮实现进路选择、列车初始运行速度设定等。
[0010]本发明的效果:
[0011](I)将EXCEL和VBA编程引入列控系统教学仿真，可在OFFICE环境中运行，跨平台且使用方便；系统不用安装，操作简单，容易上手；[0012](2)将列控系统各部分按模块封装并集中在一个框架下，降低了系统仿真的复杂度，且系统具备基本功能；
[0013](3)整个系统可在实验室每个电脑上同步发布，满足多人同时上机的要求。学生可单独完成学习，也可以多人合作；
[0014](4)整个系统按照学习难度进行阶段性划分，由难到易，在保证教学内容深度的同时也能激发学生学习的积极性；
[0015](5)系统具有二次开发的能力，且提供闭环学习环境。整个系统通过模块化设计，提供了一组对外接口模块，学生可在接口模块中进行二次开发，学生通过编程-反馈-再编程，有效提高学习效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明基于EXCEL的列控系统教学仿真系统示意框图。
【具体实施方式】
[0017]本发明的具体实施例见图1:本发明基于EXCEL的列控系统教学仿真系统由两大部分构成:列控系统功能仿真模块、列车运行显示与记录界面。列控系统功能仿真模块中的列车仿真模块分为列车自动驾驶(ATO)模块、列车超速防护(ATP)模块、轨道电路信息处理模块和应答器信息处理模块(应答器信息处理模块包括应答器信息解码模块)。其中，ATP模块和应答器信息解码模块对列控系统的运行有着重要影响，因此作为学生学习的重点，让学生独立完成模块的二次开发工作。其余模块的代码对学生不公开，只提供对外接口。将对学生不公开的模块封装成动态链接库，接口调用方法有详细示例说明；列车运行显示与记录界面是对学生编程结果的图形化显示和记录，包括列车运行线路图显示、列车运行与监控曲线显示、列车运行数据记录、线路条件和列车初始条件的设置按钮。列车运行线路图包括区间运行和正线侧线接车，以及不同接车进路下的轨道电路码显示。列车运行与监控曲线显示包括列车实际运行曲线和ATP模块计算的允许速度曲线。列车运行数据记录记录列车位置、速度等列车信息以及轨道电路码与线路数据等接口信息。线路条件和列车初始条件的设置按钮实现进路选择、列车初始运行速度设定等。
[0018]其基本原理为，利用EXCEL中VBA编程工具，对列控系统各部分进行模块封装，并利用EXCEL能根据数据自动绘制图形的功能，将模块产生的数据以图形的方式可视化显示。学生完成对相应公开模块的编程修改后，通过观察列车运行过程的可视化显示界面，判断模块功能的正确性，行成一个反馈学习的闭环系统，提高了学习效率。
[0019]该系统对应的结构示意图如图1所示。
[0020]本发明由列控系统功能仿真模块、列车运行显示与记录界面两大部分构成。其中:
[0021]1、列控系统功能仿真模块由线路数据仿真、轨旁信息仿真和列车仿真组成，其功能就是对列控系统各个组成部分的功能进行仿真。其中，线路数据仿真由仿真线路数据库和仿真线路设置构成；轨旁信息仿真由轨道电路仿真、应答器信息仿真组成；列车仿真由轨道电路处理模块、应答器信息处理模块、列车自动驾驶(ATO)模块、列车超速防护(ATP)模块组成。[0022]1.1.1、仿真线路数据库的功能是存储仿真列控系统运行所需的线路数据，包括进路?目息、线路条件、应答器报文等。
[0023]1.1.2、仿真线路设置的功能是办理列车运行前方进路、初始速度设置等。
[0024]1.2.1、轨道电路仿真模块的功能是根据列车运行所在的区间和车站进路信息，发送追踪码序或者特殊进路需要的轨道电路码序，给ATP模块提供计算超速防护曲线的相应信息。
[0025]1.2.2、应答器信息仿真模块的功能是根据列车运行距离，在固定点根据距离触发的原则实时发送应答器信息，给ATP模块提供计算超速防护曲线的各种线路数据。
[0026]1.3.1、轨道电路信息处理的功能是根据列控系统轨道电路相关协议，将车载设备接收到的轨道电路信息进行解码，包括上下行、载频及低频信息。
[0027]1.3.2、应答器信息处理模块的功能是根据列控系统应答器应用原则中应答器报文相关协议，将车载设备接收到的应答器报文信息进行解码。应答器报文信息中包括列车运行前方线路数据，包括应答器链接信息、轨道区段信息、静态线路限速、坡度、临时限速、分相区信息等。本模块对学生公开，学生可以修改本模块代码。
[0028]1.3.3、ΑΤ0模块的功能是根据列车动力学模型实时计算列车运行速度，包括加速、减速过程中的速度计算。
[0029]1.3.4、ATP模块的功能是根据线路数据(包括线路限速、轨道区段信息、坡度等)和轨道电路信息，实时计算列车允许运行速度，监控列车运行状态，防止超速。本模块对学生公开，学生可以修改本模块代码。2、列车运行显示与记录界面。
[0030]2、列车运行显示与记录界面的功能就是将列车运行过程可视化显示，此外还包括一些线路条件和列车初始条件的设置按钮。列车运行显示与记录界面由列车运行线路图、列车运行与监控曲线、列车运行数据记录和线路条件和列车初始条件设置按钮组成。列车运行过程可视化显示的数据来源是列控系统功能仿真模块，显示内容包括列车运行线路图、进路信息以及列车运行与监控曲线；记录内容包括列车位置、速度等运行信息；线路条件和列车初始条件的设置按钮实现进路选择、列车初始运行速度设定等。
[0031]2.1列车运行线路图包括区间运行、正线接车、侧线接车时的线路图显示。仿真系统运行时，随着仿真列车在线路上的移动，应答器信息、轨道电路码以及信号机状态也相应变化，模拟列车真实运行情况，使学生能够直观了解仿真列车在线路上的运行情况。
[0032]2.2列车运行与监控曲线的功能是根据ATO模块产生的列车运行速度以及ATP模块产生的列车允许速度信息，实时绘制列车运行与监控曲线。学生通过观察这两条曲线，分析修改后的ATP模块运行情况，发现问题并实时修改并完善ATP模块。
[0033]2.3列车运行数据记录的功能是记录列车运行时的位置、速度、允许速度、轨道电路码、制动状态等信息，为后续分析列控系统仿真教学系统运行情况提供数据支持。
[0034]2.4线路条件和列车初始条件设置按钮的功能是通过接车进路办理、初始速度设定、快速运行选择等，修改系统的运行参数，完成列控系统不同条件下多个教学内容的仿真。
[0035]本发明兼顾了开发难度和系统跨平台性，使用基于EXCEL中的VBA工具开发一种列控系统教学仿真的系统，可不用安装，直接在EXCEL环境中运行。仿真系统将列控系统各部分封装成不同模块，各模块间相对独立，可对其进行编程修改。其中，对学生公开的模块包括ATP (列车超速防护)模块和应答器信息接收模块，学生可以对相应模块进行编程修改，并实时在EXCEL图形界面中看到程序运行结果。列控系统教学仿真系统根据难度提供两个阶段的学习任务，学生在第一阶段完成ATP模块的原理学习，在第二阶段完成应答器信息处理模块的原理学习。当学生完成相应模块功能后，仿真系统就能够按照正确的流程显示列车在各种进路情况下的运行过程，包括应答器信息、轨道电路码等地面信息的接收、列车超速防护等。
【权利要求】
1.基于EXCEL的列控系统教学仿真系统，其特征在于:由列控系统功能仿真模块、列车运行显示与记录界面两大部分构成。
2.根据权利要求1所述的教学仿真系统，其特征在于:列控系统功能仿真模块由线路数据仿真、轨旁信息仿真及列车仿真组成；其功能是对列控系统各个组成部分的功能进行仿真。
3.根据权利要求1所述的教学仿真系统，其特征在于:列车运行显示与记录界面由列车运行线路图、列车运行与监控曲线、列车运行数据记录和线路条件和列车初始条件设置按钮组成；其功能是将列车运行过程可视化显示，列车运行过程可视化显示的数据来源是列控系统功能仿真模块，显示内容包括列车运行线路图、进路信息以及列车运行与监控曲线；列车运行数据记录内容包括列车位置、速度等运行信息；线路条件和列车初始条件的设置按钮实现进路选择、列车初始运行速度设定。
4.根据权利要求1或2所述的教学仿真系统，其特征在于列控系统功能仿真模块中: 仿真线路数据库的功能是存储仿真列控系统运行所需的线路数据，包括进路信息、线路条件、应答器报文； 仿真线路设置的功能是办理列车运行前方进路、初始速度设置； 轨道电路仿真模块的功能是根据列车运行所在的区间和车站进路信息，发送追踪码序或者特殊进路需要的轨道电路码序，给ATP模块提供计算超速防护曲线的相应信息； 应答器信息仿真模 块的功能是根据列车运行距离，在固定点根据距离触发的原则实时发送应答器信息，给ATP模块提供计算超速防护曲线的各种线路数据； 轨道电路信息处理的功能是根据列控系统轨道电路相关协议，将车载设备接收到的轨道电路信息进行解码，包括上下行、载频及低频信息； 应答器信息处理模块的功能是根据列控系统应答器应用原则中应答器报文相关协议，将车载设备接收到的应答器报文信息进行解码。应答器报文信息中包括列车运行前方线路数据，包括应答器链接信息、轨道区段信息、静态线路限速、坡度、临时限速、分相区信息等。本模块对学生公开，学生可以修改本模块代码； ATO模块的功能是根据列车动力学模型实时计算列车运行速度，包括加速、减速过程中的速度计算； ATP模块的功能是根据线路数据和轨道电路信息，实时计算列车允许运行速度，监控列车运行状态，防止超速；本模块对学生公开，学生可以修改本模块代码；其中所述的线路数据包括线路限速、轨道区段信息、坡度信息。
5.根据权利要求1或3所述的教学仿真系统，其特征在于列车运行显示与记录界面中: 列车运行线路图包括区间运行、正线接车、侧线接车时的线路图显示。仿真系统运行时，随着仿真列车在线路上的移动，应答器信息、轨道电路码以及信号机状态也相应变化，模拟列车真实运行情况，使学生能够直观了解仿真列车在线路上的运行情况； 列车运行与监控曲线的功能是根据ATO模块产生的列车运行速度以及ATP模块产生的列车允许速度信息，实时绘制列车运行与监控曲线。学生通过观察这两条曲线，分析修改后的ATP模块运行情况，发现问题并实时修改并完善ATP模块； 列车运行数据记录的功能是记录列车运行时的位置、速度、允许速度、轨道电路码、制动状态等信息，为后续分析列控系统仿真教学系统运行情况提供数据支持； 线路条件和列车初始条件设置按钮的功能是通过接车进路办理、初始速度设定、快速运行选择等，修改 系统的运行参数，完成列控系统不同条件下多个教学内容的仿真。
【文档编号】G09B9/04GK104008680SQ201410201015
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】付强, 袁磊, 刘雨, 魏国栋 申请人:北京交通大学