摘 要： 通過VC++中ActiveX控件制作方法設(shè)計(jì)出上海地鐵8號(hào)線ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中列車模型，并通過列車時(shí)刻表數(shù)據(jù)存放列車運(yùn)行時(shí)所需的一些數(shù)據(jù)信息，此時(shí)刻表數(shù)據(jù)以XML格式存儲(chǔ)，在對(duì)時(shí)刻表數(shù)據(jù)進(jìn)行解析時(shí)采用目前比較流行的TinyXml。最后還給出此仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的列車正常模擬運(yùn)行的結(jié)果。
關(guān)鍵詞： 列車運(yùn)行仿真； XML； VC++
中國近年來，基于通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(Communication Based Train Control)已逐漸被信號(hào)界所認(rèn)可，成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展趨勢，隨著CBTC系統(tǒng)在國內(nèi)城市軌道交通工程中的廣泛應(yīng)用，使得城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)急需大量具備CBTC系統(tǒng)背景的運(yùn)營管理、通信信號(hào)等專業(yè)知識(shí)和操作技能的綜合性運(yùn)營人才。這些綜合性運(yùn)營專業(yè)人員不僅需要熟悉CBTC系統(tǒng)的工作原理，同時(shí)還需要具備實(shí)際操作能力?？紤]到現(xiàn)場行車安全，無法在目前已經(jīng)投入運(yùn)營的系統(tǒng)上進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)。所以開發(fā)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)就成為解決這一問題的途徑。
列車自動(dòng)運(yùn)行ATS(Automatic Train Supervision)是CBTC系統(tǒng)中負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制整個(gè)地鐵線路中列車的運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)組成部分[1]。本文中的列車模擬運(yùn)行就是此ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的一子模塊。
1 列車模型
1.1 列車模型的設(shè)計(jì)
對(duì)于8號(hào)線列車控件，它的屬性分為：靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性。靜態(tài)屬性是指設(shè)計(jì)控件時(shí)可修改，但當(dāng)列車控件繪制完成時(shí)就不可修改的一類屬性；動(dòng)態(tài)屬性主要指設(shè)計(jì)控件時(shí)無需設(shè)置，在站場圖的仿真運(yùn)行過程中可不斷改變的屬性[2]。其屬性可按如下設(shè)置：
(1) 靜態(tài)屬性：列車長度，列車車廂數(shù)，列車重量。
(2) 動(dòng)態(tài)屬性：列車標(biāo)簽，列車行車方向，列車標(biāo)簽的方向，列車車門狀態(tài)等。
1.2 列車模型的實(shí)現(xiàn)
開發(fā)列車控件使用的是VC++，它是開發(fā)ActiveX控件的常用工具之一。VC++集成開發(fā)環(huán)境，使用了微軟自己的類庫MFC，MFC對(duì)開發(fā)ActiveX控件提供了全面的支持[3-4]。
其主要定義代碼如下：
Class Train：public COleControl{…} //列車控件定義
其主要屬性定義如下：
//靜態(tài)屬性
Short TrainDetails; //列車長度
Short TrainMass; //列車重量
Short TrainCarriages; //列車車廂
//動(dòng)態(tài)屬性
BSTR TrainLabel; //列車標(biāo)簽
Short LabelPosition; //標(biāo)簽位置
Short Direction; //列車行車方向
Short DoorState; //車門狀態(tài)
…
在VS2005編譯環(huán)境中，列車控件顯示如圖1所示。
2 列車時(shí)刻表
2.1 時(shí)刻表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)是用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語言，可以用來標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶對(duì)自己的標(biāo)記語言進(jìn)行定義的源語言。作為一種數(shù)據(jù)格式，它具有以下特點(diǎn)：
(1) 規(guī)范性：XML是W3C制定的，XML的標(biāo)準(zhǔn)化工作由W3C的XML工作組負(fù)責(zé)，它遵循嚴(yán)格的語法要求，便于不同開發(fā)人員的理解。
(2) 簡單性：XML文檔只是純文本，這樣XML文檔就可以自由地在兩個(gè)不同的系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)，因?yàn)榛旧先魏蜗到y(tǒng)都提供了對(duì)文本格式的支持。
(3) 自我描述：XML可以明確地表示數(shù)據(jù)模型中各個(gè)部分的意義，只要查看XML文檔就能確定該數(shù)據(jù)的意義。每個(gè)數(shù)字的意義是清楚的，且不會(huì)錯(cuò)誤地與數(shù)字本身相聯(lián)系。當(dāng)讀取文檔時(shí)，開發(fā)人員了解<Arrival>05:00:00</Arrival>中的05:00:00指的是列車到站時(shí)間而不是列車離站的時(shí)間。
(4) 結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分離：在XML中數(shù)據(jù)和顯示格式是分離的，XML元數(shù)據(jù)文件就是純數(shù)據(jù)文件，可以作為數(shù)據(jù)源提供數(shù)據(jù)。
(5) 可擴(kuò)展性：XML允許使用者創(chuàng)建和使用他們自己的標(biāo)記，而不像HTML那樣使用有限的詞匯。
基于以上XML語言的特點(diǎn)，再加上列車時(shí)刻表數(shù)據(jù)比較簡單，它包括列車發(fā)車站點(diǎn)，列車到達(dá)站點(diǎn)時(shí)間以及列車離開站點(diǎn)時(shí)間。為了使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)清晰，便于不同開發(fā)人員的理解，所以列車時(shí)刻表數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式則采用XML。
列車時(shí)刻表XML數(shù)據(jù)主要由4個(gè)標(biāo)簽組成：列車運(yùn)行的線路、列車?？康恼九_(tái)、列車到達(dá)站臺(tái)的時(shí)間和列車離開站臺(tái)的時(shí)間。
(1) 列車運(yùn)行線路：規(guī)定列車運(yùn)行的線路。
(2) 列車?？空军c(diǎn)：站點(diǎn)以名字首字母命名，如SGR1為勝光路，其后1表示停在站點(diǎn)的哪一站臺(tái)，而每個(gè)站點(diǎn)都有兩個(gè)站臺(tái)。
(3) 列車到達(dá)/離開站臺(tái)時(shí)間： 此兩時(shí)間為列車控件出現(xiàn)或離開站臺(tái)的時(shí)間，它們的差為列車停站時(shí)間。
以下就是采用XML方式存儲(chǔ)的列車時(shí)刻表的一小部分：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<TimeTableLists>
<Name>時(shí)刻表1</Name>
<TimeTable>
<ID>801</ID>
<Record>
<Line>1</Line>
<Platform>SGR1</Platform>
<Arrival>05:02:00</Arrival>
<Departure>05:03:00</Departure>
</Record>
……
</TimeTable>
</TimeTableLists>
<TimeTableLists>
<Name>時(shí)刻表2</Name>
<TimeTable>
<ID>801</ID>
<Record>
<Line>1</Line>
<Platform>SGR1</Platform>
<Arrival>05:02:00</Arrival>
<Departure>05:03:00</Departure>
</Record>
……
</TimeTable>
</TimeTableLists>
XML文件除了可以用記事本編寫外，還可以使用多種可視化XML開發(fā)工具完成,本文采用XmlSpy2005進(jìn)行數(shù)據(jù)編寫。
2.2 時(shí)刻表數(shù)據(jù)解析
XML文檔的解析方法有很多種，如Libxml++、微軟的MSXML等。本文所采用的是TinyXml，它是目前非常流行的一款基于DOM模型的開源XML解析器，使用起來很方便且容易上手，能夠用于C++，并能在Windows或Linux中編譯。這個(gè)解析庫的模型通過解析XML文件，在內(nèi)存中生成DOM模型，從而很方便地遍歷整棵XML樹。
TinyXml中的類與XML文件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。TiXmlBase是所有類的基類，TiXmlAttribute為XML中元素的屬性TiXmlNode為DOM結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)，如<Record>；TiXmlComment為XML文件中的注釋；TiXmlDeclaration 為XML文件中的聲明，如<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>；TiXmlDocument為XML文件的整個(gè)文檔；TiXmlElement為XML文件中的元素，如<Line>、<Platform>；TiXmlText為XML文件中的元素的文本，如<Line></Line>之間的值1；TiXmlUnknown為XML中的未知部分。
如果XML文檔元素屬性值是中文，用TinyXml解析出來的值會(huì)出現(xiàn)亂碼。亂碼是由于GB2312與UTF8之間轉(zhuǎn)換不當(dāng)造成的，通過MultiByteToWideChar函數(shù)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，解決亂碼問題。
解析的主要代碼如下：
TiXmlDocument* myDocument=new TiXmlDocument();
const TiXmlElement* rootElement=myDocument->RootEle-
ment();
for(const TiXmlElement* timelablelist=rootElement->
FirstChildElement();timelablelist;
timelablelist=timelablelist->NextSiblingElement())
//循環(huán)遍歷兩套時(shí)刻表
{
const TiXmlElement* name=timelabellist->FirstChild
Element();
……
for(const TiXmlElement*Timetable=name->NextSibling
Element();Timetable;
Timetable=Timetable-> NextSiblingElement())
//循環(huán)遍歷TimeTable節(jié)點(diǎn)
{
const TiXmlElement* Id=Timetable->First Child
Element();
……
for(const TiXmlElement* Record=Id->NextSibling
Element();Record;
Record=Record->NextSiblingElement())
//循環(huán)遍歷Record節(jié)點(diǎn)
{
……
}
}
}
3 列車模擬運(yùn)行
列車的模擬運(yùn)行主要是根據(jù)時(shí)刻表發(fā)車，選擇運(yùn)行的線路，根據(jù)移動(dòng)閉塞原理計(jì)算列車的行駛速度，按照一定的信號(hào)邏輯動(dòng)態(tài)地改變線路上的控件狀態(tài)。
時(shí)刻表中存有列車的線路信息，線路信息表中則有列車的運(yùn)行方向以及軌道數(shù)據(jù)，通過軌道數(shù)據(jù)可以查詢所需的站場數(shù)據(jù)，包括：信號(hào)機(jī)、區(qū)段、道岔以及站臺(tái)，它們按照一定關(guān)系連接形成站場圖，列車在當(dāng)前的區(qū)段或者通過某個(gè)信號(hào)機(jī)時(shí)可以推算出下次要經(jīng)過的區(qū)段或信號(hào)機(jī)。
列車模擬運(yùn)行在8號(hào)線ATS仿真系統(tǒng)上,此系統(tǒng)采用VC2005開發(fā)，在Win7系統(tǒng)上列車運(yùn)行的結(jié)果如圖3所示。
本文針對(duì)上海地鐵8號(hào)線ATS培訓(xùn)系統(tǒng)中的列車模擬運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建了列車模型控件，并使用XML格式對(duì)列車時(shí)刻表數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并通過TinyXml對(duì)其解析，達(dá)到以列車正常運(yùn)行的目的。隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅猛發(fā)展，人才培訓(xùn)的需求也勢必增加，同時(shí)本文對(duì)于以后設(shè)計(jì)其他線路仿真系統(tǒng)有鋪墊的作用。
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