铁道运输沙盘教课体系的开发探新范文

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一、教学沙盘硬件模型设计

铁道运输实训沙盘线路上的10个模拟车站及线路设计参照真实环境、采用按1:48的比例，模型沙盘尺寸为：21.8米×2.5米×0.7米。沙盘台架周围置沙盘车站工作站和CTC车务终端，由模拟CTC控制中心完成大屏视景播放、切换与教学工作。沙盘盘体采用金属材料框架结构（钢架组件结构）组合拼接，表面喷塑处理。线路路基应采用10毫米的防火板制作，沙盘裙边采用16毫米防火板材料，正线线路真实模拟10个车站的线路、道岔及信号机的布置，并设置模拟站房、车站值班员控制台以及车站信号操作终端。教学沙盘共计配置动车组车辆模型10辆，模型外观参照福州到厦门动车车辆制作，两头包含列车头，可双向运行，车辆的电气和机械部分采用高品质结构，列车的运行状况由模拟微机联锁系统和CTC控制中心自动控制。列车模型在信号系统联锁运算控制机的监控下运行，主要完成对所有模型车站、所有信号机模型、道岔模型、轨道电路模型的控制以及模拟沙盘车站工作站联锁的运算。

二、CTC系统软件设计

本系统以VisualC++2010软件结合SQL2000数据库系统作为开发平台，用软件来模拟实现以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车和调车作业的高度自动化的调度指挥系统，并能在这沙盘上实现列车的模拟操作。CTC分散自律调度集中系统在硬件上较传统高度系统主要是新增了自律机，并且服务器结构由C/S模式变为三层模式结构。

（一）系统整体框架结构CTC铁道运输教学沙盘仿真软件控制系统以福州到厦门所用系统和微机联锁系统为原型进行设计，包含调度控制中心子系统、车站子系统和调度中心与车站及车站之间的网络子系统三部分组成。具体如下图系统结构以盘体为中心，以各站场子系统为基本单元组成；盘体除实现支撑盘面各站场及其他场景的功能外，还用于系统供电和网络布线，联锁机和网络交换机也放置在盘体之中；“教员机”与整个系统控制中心“CTC”系统连接，其通过CTC系统与系统服务器通信，完成系统列车调度功能。

（二）CTC控制中心子系统设计CTC铁道运输沙盘教学系统的控制中心子系统参照实际铁路局CTC系统的部分工作原理、操作方式及习惯，界面和功能按钮与实际系统相同；该模块能够与模拟调度仿真系统组成了一个动态的、综合性的仿真培训系统，从而模拟行车调度、车站值班、司机三方在正常行车、突发事件及非正常行车情况下的实际工作情况；功能设计和工作流程遵循铁道部相关技术要求。控制中心子系统核心模块———行调台运行图计划管理程序框架设计见下图：运行图管理部分主要有调整图、日班计划图、基本图、历史图和邻台图，这些部分共用运行图模块，完成运行图布局、运行线绘制、运行线调整、施工符号绘制、阶段计划下达等功能。

（三）CTC车站子系统设计车站子系统是分散自律调度集中系统的重要组成部分，它是整个网络系统的基本功能节点。车站接收调度中心下发的行车计划后，其车站子系统严格按照列车运行计划执行，并完成冲突检查、车辆进路安排、控制输出等核心功能。[4]同时，车站的调车作业计划编写与调车作业进路控制功能也由车站子系统完成。如上图所示，站场的“操作表示机”均接入局域网，其可与教员机（服务器）及临站子系统互通信息。每站的“操作表示机”是该子系统的“人机对话层”，而“联锁机”用于设备状态检测、联锁运算及设备控制等自律机系统功能。“操作表示机”和“联锁机”系统通过局域网络线缆进行通信。

（四）车站之间的网络子系统车站系统连接线主要由三类构成，一类是电源线，一类是网络线，另一类是信号线。网络线是将CTC车站设备全部通过交换机连接在一起。车站采用双局域网结构，通过双交换机连接各类设备。主要有路由器、值班员终端、电务维护终端、自律机、网络打印机等。电源线是从电源屏到采集控制机柜提供电源，并通过电源接线端子再连接各类设备。车站需要连接电源线的设备主要有自律机、双机热备单元、路由器、协议转换器、交换机、工控机、显示器、音箱、光纤收发器等。信号线一类是自律机连接控显机和列控中心的尾纤，一类是连接工控机及显示器、鼠标键盘的数据线。

（五）系统数据库设计基于上述的软件功能设计，设计数据库模型。利用SQL2000可以很好的设计关系模型和对象模型，可以很方便的生成数据库脚本，也可以很方便地生成数据库设计报告。在设计数据库的过程中，尽量使得设计结果符合3NF范式，但在涉及到性能的若干地方，也有意识地将符合3NF范式的设计降级为符合2NF范式。设计的数据库表单之间关联的部分截图如下所示

三、教学沙盘系统软件测试

在软件系统研发中，软件测试是必不可少的。软件测试是利用各种工具和方法验证软件完成了并且只是完成了要求软件完成的工作。在CTC铁道沙盘系统软件测试的过程中，按照先制定测试方案，编定计划，设计测试用例和测试程序，然后按照测试计划执行，最后对测试结果进行总结评估的次序进行测试。在本系统，重点进行了功能测试和性能测试。测试过程是一个循环多次的过程，测试->修改->再测试->再修改……直到满足我们在测试策略中制定的通过测试的标准为止。根据上述表格的测试安排，执行到测试报告阶段，系统的测试结果如下：1.测试数据：测试项总数163通过151项，通过率92.6%失败12项，失败率7.3%其中：严重度———高1项，占比8.3%严重度———中3项，占比25%严重度———低8项，占比66.7%2.项目的总结：经过前2轮的测试和修改，问题已经大大减少，这轮测试结束，发现的问题总数减少到9项，按严重程度的分项数达到了通过测试的标准。因此，测试可以通过，项目的研发过程可以进入收尾阶段。

四、总结和展望

本文实现的系统密切结合福建铁路机电学校针对铁路职工培训与校内铁道运输类专业的教学需要，充分利用计算机网络技术、数据库技术、仿真控制技术、CTC调度控制技术等多种技术手段，运用软件工程的思想，对项目进行了设计与实现。本系统的最主要的特点是对福州至厦门线路上的十个车站系统在铁道运输教学沙盘系统上进行了仿真，在培训与教学上，可以真正实现系统的真实再现，极大地方便了用户的学习与教师的教学工作，并减少了教学的成本。本系统的另一个特点是较好地集成了多种设备和系统，包括自自律机系统、控制中心调度系统、车站调度系统、数据库技术、仿真教学系统等，使之组成一个比较完整的信息化系统，较好地满足了学校在自动化仿真教学方面的需要。本项目虽然达到了一定的工作成果，但还有进一步深入研究的必要。随着铁路运营里程的不断增加与新技术的投入使用，应继续关注铁路调度系统的最新技术手段，并在原有系统的基础上进一步完善与扩充其功能，这是需要长时间投入的研究工作。

作者：李锦单位：福建广播电视大学