基于EXCEL的列控系統教學仿真系統技術方案

本發明專利技術屬于一種列控系統的教學仿真系統，由列控系統功能仿真模塊、列車運行顯示與記錄界面兩大部分構成。列控系統功能仿真模塊由線路數據仿真、軌旁信息仿真及列車仿真組成，其功能就是對列控系統各個組成部分的功能進行仿真。列車運行顯示與記錄界面的功能就是將列車運行過程可視化顯示，記錄列車位置、速度等運行信息；設置按鈕實現進路選擇、列車初始運行速度設定等。本發明專利技術降低了系統仿真的復雜度，學生可單獨完成學習，也可以多人合作；整個系統按照學習難度進行階段性劃分，由難到易；通過模塊化設計，提供了一組對外接口模塊，學生可在接口模塊中進行二次開發,通過編程-反饋-再編程，有效提高學習效率。

【技術實現步驟摘要】
基于EXCEL的列控系統教學仿真系統
本專利技術屬于一種教學系統,具體屬于一種列控系統的教學仿真系統。
技術介紹
列控系統教學中，除了教科書上規定的理論內容，還有課堂外的各種參觀實習，包括參觀學校實驗室列控仿真系統以及在各個鐵路局參觀學習現場各個列控設備。列控系統是一個復雜的大系統，列車運行中交互的信息量很大，實時性強。理論教學中比較注重對系統原理及一些公式推導的介紹，學生在結束教科書的學習后，雖然對列控系統理論有了一定的理解，但掌握的各個知識點比較分散，難以把握整個列控系統的運行情況。通過課堂外的參觀學習，學生可以鞏固對列控系統的認識，對現場運營情況有一個基本的了解。在列控系統教學中，
技術介紹
方案中介紹的課堂教學和課外參觀學習雖然可以讓學生對列控系統有一個基本了解，但教與學之間的互動比較少，學生能參與其中的環節不多。這樣造成學生學習的積極性不高，且對列控系統缺乏深入理解。實驗室列控仿真系統基于分布式結構開發，對每個列控設備進行單獨設計，如果要將整個系統在一臺電腦上安裝，對硬件性能要求很高，且網絡配置比較復雜，無法大規模移植。因此，無法滿足每個學生單獨學習的目的。在鐵路局的參觀學習過程中，學生也只能觀看列控設備實際硬件結構，無法對設備內部運行原理做更深一步的了解。
技術實現思路
本專利技術的目的是增加列控系統教學中教與學之間的互動性。在保證列控系統基本功能的前提下，盡可能減少仿真系統的復雜性。仿真系統可以很方便地移植到其他平臺中，滿足多人同時上機學習的要求。本專利技術的技術方案是:基于EXCEL的列控系統教學仿真系統由列控系統功能仿真模塊、列車運行顯示與記錄界面兩大部分構成。其中:列控系統功能仿真模塊由線路數據仿真、軌旁信息仿真及列車仿真組成。其功能就是對列控系統各個組成部分的功能進行仿真。列車運行顯示與記錄界面的功能就是將列車運行過程可視化顯示，此外還包括一些線路條件和列車初始條件的設置按鈕。列車運行過程可視化顯示的數據來源是列控系統功能仿真模塊，顯示內容包括列車運行線路圖、進路信息以及列車運行與監控曲線；記錄內容包括列車位置、速度等運行信息；線路條件和列車初始條件的設置按鈕實現進路選擇、列車初始運行速度設定等。本專利技術的效果:(I)將EXCEL和VBA編程引入列控系統教學仿真，可在OFFICE環境中運行，跨平臺且使用方便；系統不用安裝，操作簡單，容易上手；(2)將列控系統各部分按模塊封裝并集中在一個框架下，降低了系統仿真的復雜度，且系統具備基本功能；(3)整個系統可在實驗室每個電腦上同步發布，滿足多人同時上機的要求。學生可單獨完成學習，也可以多人合作；(4)整個系統按照學習難度進行階段性劃分，由難到易，在保證教學內容深度的同時也能激發學生學習的積極性；(5)系統具有二次開發的能力，且提供閉環學習環境。整個系統通過模塊化設計，提供了一組對外接口模塊，學生可在接口模塊中進行二次開發，學生通過編程-反饋-再編程，有效提高學習效率。【附圖說明】圖1是本專利技術基于EXCEL的列控系統教學仿真系統示意框圖。【具體實施方式】本專利技術的具體實施例見圖1:本專利技術基于EXCEL的列控系統教學仿真系統由兩大部分構成:列控系統功能仿真模塊、列車運行顯示與記錄界面。列控系統功能仿真模塊中的列車仿真模塊分為列車自動駕駛(ATO)模塊、列車超速防護(ATP)模塊、軌道電路信息處理模塊和應答器信息處理模塊(應答器信息處理模塊包括應答器信息解碼模塊)。其中，ATP模塊和應答器信息解碼模塊對列控系統的運行有著重要影響，因此作為學生學習的重點，讓學生獨立完成模塊的二次開發工作。其余模塊的代碼對學生不公開，只提供對外接口。將對學生不公開的模塊封裝成動態鏈接庫，接口調用方法有詳細示例說明；列車運行顯示與記錄界面是對學生編程結果的圖形化顯示和記錄，包括列車運行線路圖顯示、列車運行與監控曲線顯示、列車運行數據記錄、線路條件和列車初始條件的設置按鈕。列車運行線路圖包括區間運行和正線側線接車，以及不同接車進路下的軌道電路碼顯示。列車運行與監控曲線顯示包括列車實際運行曲線和ATP模塊計算的允許速度曲線。列車運行數據記錄記錄列車位置、速度等列車信息以及軌道電路碼與線路數據等接口信息。線路條件和列車初始條件的設置按鈕實現進路選擇、列車初始運行速度設定等。其基本原理為，利用EXCEL中VBA編程工具，對列控系統各部分進行模塊封裝，并利用EXCEL能根據數據自動繪制圖形的功能，將模塊產生的數據以圖形的方式可視化顯示。學生完成對相應公開模塊的編程修改后，通過觀察列車運行過程的可視化顯示界面，判斷模塊功能的正確性，行成一個反饋學習的閉環系統，提高了學習效率。該系統對應的結構示意圖如圖1所示。本專利技術由列控系統功能仿真模塊、列車運行顯示與記錄界面兩大部分構成。其中:1、列控系統功能仿真模塊由線路數據仿真、軌旁信息仿真和列車仿真組成，其功能就是對列控系統各個組成部分的功能進行仿真。其中，線路數據仿真由仿真線路數據庫和仿真線路設置構成；軌旁信息仿真由軌道電路仿真、應答器信息仿真組成；列車仿真由軌道電路處理模塊、應答器信息處理模塊、列車自動駕駛(ATO)模塊、列車超速防護(ATP)模塊組成。1.1.1、仿真線路數據庫的功能是存儲仿真列控系統運行所需的線路數據，包括進路?目息、線路條件、應答器報文等。1.1.2、仿真線路設置的功能是辦理列車運行前方進路、初始速度設置等。1.2.1、軌道電路仿真模塊的功能是根據列車運行所在的區間和車站進路信息，發送追蹤碼序或者特殊進路需要的軌道電路碼序，給ATP模塊提供計算超速防護曲線的相應信息。1.2.2、應答器信息仿真模塊的功能是根據列車運行距離，在固定點根據距離觸發的原則實時發送應答器信息，給ATP模塊提供計算超速防護曲線的各種線路數據。1.3.1、軌道電路信息處理的功能是根據列控系統軌道電路相關協議，將車載設備接收到的軌道電路信息進行解碼，包括上下行、載頻及低頻信息。1.3.2、應答器信息處理模塊的功能是根據列控系統應答器應用原則中應答器報文相關協議，將車載設備接收到的應答器報文信息進行解碼。應答器報文信息中包括列車運行前方線路數據，包括應答器鏈接信息、軌道區段信息、靜態線路限速、坡度、臨時限速、分相區信息等。本模塊對學生公開，學生可以修改本模塊代碼。1.3.3、ΑΤ0模塊的功能是根據列車動力學模型實時計算列車運行速度，包括加速、減速過程中的速度計算。 1.3.4、ATP模塊的功能是根據線路數據(包括線路限速、軌道區段信息、坡度等)和軌道電路信息，實時計算列車允許運行速度，監控列車運行狀態，防止超速。本模塊對學生公開，學生可以修改本模塊代碼。2、列車運行顯示與記錄界面。2、列車運行顯示與記錄界面的功能就是將列車運行過程可視化顯示，此外還包括一些線路條件和列車初始條件的設置按鈕。列車運行顯示與記錄界面由列車運行線路圖、列車運行與監控曲線、列車運行數據記錄和線路條件和列車初始條件設置按鈕組成。列車運行過程可視化顯示的數據來源是列控系統功能仿真模塊，顯示內容包括列車運行線路圖、進路信息以及列車運行與監控曲線；記錄內容包括列車位置、速度等運行信息；線路條件和列車初始條件的設置按鈕實現進路選擇、列車初始運行速度設定等。2.1列車運行線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于EXCEL的列控系統教學仿真系統，其特征在于：由列控系統功能仿真模塊、列車運行顯示與記錄界面兩大部分構成。

【技術特征摘要】
1.基于EXCEL的列控系統教學仿真系統，其特征在于:由列控系統功能仿真模塊、列車運行顯示與記錄界面兩大部分構成。2.根據權利要求1所述的教學仿真系統，其特征在于:列控系統功能仿真模塊由線路數據仿真、軌旁信息仿真及列車仿真組成；其功能是對列控系統各個組成部分的功能進行仿真。3.根據權利要求1所述的教學仿真系統，其特征在于:列車運行顯示與記錄界面由列車運行線路圖、列車運行與監控曲線、列車運行數據記錄和線路條件和列車初始條件設置按鈕組成；其功能是將列車運行過程可視化顯示，列車運行過程可視化顯示的數據來源是列控系統功能仿真模塊，顯示內容包括列車運行線路圖、進路信息以及列車運行與監控曲線；列車運行數據記錄內容包括列車位置、速度等運行信息；線路條件和列車初始條件的設置按鈕實現進路選擇、列車初始運行速度設定。4.根據權利要求1或2所述的教學仿真系統，其特征在于列控系統功能仿真模塊中: 仿真線路數據庫的功能是存儲仿真列控系統運行所需的線路數據，包括進路信息、線路條件、應答器報文； 仿真線路設置的功能是辦理列車運行前方進路、初始速度設置； 軌道電路仿真模塊的功能是根據列車運行所在的區間和車站進路信息，發送追蹤碼序或者特殊進路需要的軌道電路碼序，給ATP模塊提供計算超速防護曲線的相應信息； 應答器信息仿真模 塊的功能是根據列車運行距離，在固定點根據距離觸發的原則實時發送應答器信息，給ATP模塊提供計算超速防護曲線的各種線路數據； 軌道電路信息處理的功能是根據列控系統軌道電路相關協議，將車載設備接收到的軌道電路信息進行解碼，包括上下行、載頻及低頻信息； 應答器信息處理...

【專利技術屬性】
技術研發人員：付強，袁磊，劉雨，魏國棟，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：北京;11