摘   要： ActiveX控件和XML數(shù)據(jù)表是整個(gè)軌道交通列車監(jiān)控（ATS）仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對(duì)ATS仿真系統(tǒng)開發(fā)的需求和現(xiàn)狀并結(jié)合上海地鐵5號(hào)線ATS仿真系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，提出并設(shè)計(jì)了利用VC2008平臺(tái)生成ActiveX控件進(jìn)而生成站場圖的方法。重點(diǎn)介紹了基于XML數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： ActiveX; XML; 站場圖; 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通也進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。我國已經(jīng)成為世界最大的城市軌道交通市場。城市軌道交通的快速發(fā)展也帶來了一個(gè)顯著的問題，就是軌道交通設(shè)施一旦完工立即投入運(yùn)行，根本沒有時(shí)間允許對(duì)相關(guān)運(yùn)營維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。此外，由于現(xiàn)場列車行車安全和時(shí)間等因素的限制，已經(jīng)投入使用的列車控制系統(tǒng)等現(xiàn)場設(shè)備不可能用來教學(xué)培訓(xùn)。學(xué)員無法進(jìn)行實(shí)際的練習(xí)。因此,怎樣在保證安全的前提下使每一位學(xué)員系統(tǒng)、快速地掌握相關(guān)技術(shù)，就成為迫切需要解決的難題。鑒于此有必要開發(fā)一套完整的用于教學(xué)、培訓(xùn)的ATS仿真系統(tǒng)。
    ActiveX控件具有可擴(kuò)展、可重用、易組合、語言無關(guān)等特點(diǎn)。將其應(yīng)用在ATS仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中可以大大減少重復(fù)勞動(dòng),縮短開發(fā)周期。可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML(Extensible Markup Language)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。XML與其他數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式最大的不同是：它極其簡單。XML的簡單使其易于在任何應(yīng)用程序中讀寫數(shù)據(jù)，這使XML很快成為數(shù)據(jù)交換的唯一公共語言。
1 ActiveX控件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1.1 控件的設(shè)計(jì)
    站場圖是ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的基礎(chǔ),是ATS仿真系統(tǒng)可視控件的一部分。所有軌道設(shè)備的狀態(tài)、進(jìn)路生成狀態(tài)、信號(hào)設(shè)備狀態(tài)和列車運(yùn)行狀態(tài)都會(huì)在站場圖上直接反應(yīng)出來。通過對(duì)ATS仿真系統(tǒng)的分析，站場圖的基本組成控件包括區(qū)段控件、道岔控件、信號(hào)機(jī)控件、站臺(tái)控件、車次窗控件以及一些其他控件,如圖1所示。

    構(gòu)建站場圖控件的首要任務(wù)是設(shè)計(jì)控件的屬性。站場圖控件的屬性可以分為兩類：靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性。靜態(tài)屬性指的是在繪制站場圖時(shí)可以修改的一些屬性，站場圖繪制完成后這些屬性在ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是不可改變的。動(dòng)態(tài)屬性指的是在繪制站場圖時(shí)無需設(shè)置或僅需默認(rèn)設(shè)置，在ATS仿真系統(tǒng)的運(yùn)行過程中不斷變化的屬性[1]。例如，信號(hào)機(jī)控件的ID、名稱在ATS仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程中不會(huì)變化，這屬于靜態(tài)屬性；信號(hào)機(jī)的背景顏色在程序運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生變化，這屬于動(dòng)態(tài)屬性。
1.2 控件的實(shí)現(xiàn)
    開發(fā)站場圖控件使用的是VC2008開發(fā)平臺(tái)， 它是開發(fā)ActiveX 控件的常用工具之一。VC2008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。MFC對(duì)ActiveX控件的支持封裝為COlecontrol類，站場圖中各個(gè)控件均由此類派生[2]。本文以信號(hào)機(jī)為例說明ActiveX控件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。信號(hào)機(jī)的靜態(tài)屬性有信號(hào)機(jī)名稱、信號(hào)機(jī)位置類型和字體顏色，信號(hào)機(jī)的動(dòng)態(tài)屬性有信號(hào)機(jī)背景顏色、控件可見性和基座顏色。其主要代碼如下：
　    class CSignalCtrl : public COleControl
    {
    … …
    //靜態(tài)屬性
　    CString         m_SignalName;                  //信號(hào)機(jī)名稱
    short        m_LocationType;              //信號(hào)機(jī)位置
         COLORREF    m_FontColor;                //字體的顏色
    //動(dòng)態(tài)屬性
    COLORREF    m_SignalBackColor;           //信號(hào)機(jī)背景色
    BOOL        m_Visible;            //控件可見性標(biāo)志
    COLORREF    m_VerticalColor;              //基座顏色
    … …
    }
    在VC++中設(shè)計(jì)ActiveX控件實(shí)際上就是對(duì)OnCreate()、DoPropExchange()、OnDraw()等函數(shù)的處理。OnCreate() 函數(shù)完成控件的創(chuàng)建以及控件結(jié)構(gòu)、尺寸和字體等外形的設(shè)置。DoPropExchange() 函數(shù)負(fù)責(zé)的是狀態(tài)永久性機(jī)制, 利用這個(gè)函數(shù)可以把ActiveX 控件的屬性和內(nèi)部信息保存到存儲(chǔ)對(duì)象或者是流對(duì)象中。這個(gè)函數(shù)通常調(diào)用PX_ family 函數(shù)來完成OLE 控件的用戶自定義屬性操作。OnSize()函數(shù)用來調(diào)整控件顯示窗口的大小和位置。OnDraw()函數(shù)利用指定圖像在指定區(qū)域繪制OLE 控件[3]。MFC默認(rèn)的控件邊界形狀是一個(gè)矩形。這個(gè)矩形可以由鼠標(biāo)拖動(dòng)而改變大小，所以在設(shè)計(jì)控件時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)默認(rèn)矩形的上下左右邊界計(jì)算出控件內(nèi)部各點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。這樣在拖拽控件改變大小時(shí)控件內(nèi)部線條按比例放大或縮小。
    在VC2008編譯環(huán)境中,信號(hào)機(jī)控件如圖2所示。

2 站場圖的生成
2.1 控件注冊(cè)
    所有的ActiveX控件必須在注冊(cè)之后才可以使用。Regsvr32程序的作用就是注冊(cè)ActiveX控件。將所有控件放入一個(gè)庫中并在該庫中建立一個(gè)名為reg.dat的MS-DOS批處理文件，在該文件中對(duì)控件進(jìn)行注冊(cè)。例如,對(duì)信號(hào)機(jī)進(jìn)行注冊(cè)的語句為：regsvr32-s./Line5Signal.ocx。使用控件前運(yùn)行該文件就可以將控件的所有信息(包括所在路徑)都寫入注冊(cè)表中。
2.2 繪制站場圖
    ATS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的站場圖就是由一個(gè)個(gè)控件拼接而成的。按照軌道交通線路的實(shí)際情況，從控件庫中選取合適的控件，然后配置控件的功能和數(shù)據(jù)，確定控件間的相互關(guān)系和通信方式,最終就可以生成一個(gè)站場圖。本文按照上海市地鐵5號(hào)線現(xiàn)場的實(shí)際情況分別繪制出MV1、MV2、MV3 3張站場圖。考慮到項(xiàng)目接下來要在主視圖中加載站場圖， 在為站場圖所在的對(duì)話框添加類時(shí)要設(shè)置其基類為CFormView。部分站場圖如圖3所示。

3 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)
3.1 數(shù)據(jù)庫的選擇
    可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML是W3C組織于1998年2月發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，是Internet環(huán)境中跨平臺(tái)的、依賴于內(nèi)容的技術(shù)，是當(dāng)前處理結(jié)構(gòu)化信息的有力工具。XML文檔結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，層次分明，語義明確，具有良好的可讀性、易編寫和易維護(hù)等特性，而且使得多媒體信息在不同的系統(tǒng)之間相互交流成為現(xiàn)實(shí)。
    XML可以充當(dāng)小型數(shù)據(jù)庫的功能。雖然Access、Oracle和SQL Sever等數(shù)據(jù)庫都提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力，例如數(shù)據(jù)索引、排序和查找等能力，但與這些數(shù)據(jù)庫不同，XML僅僅是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。事實(shí)上XML與其他數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式最大的不同是：它極其簡單。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得XML與眾不同。在ATS仿真系統(tǒng)中，由于站場元素間關(guān)系的復(fù)雜性和多樣性，如果使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，依據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)范式而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)關(guān)系的復(fù)雜性而急劇膨脹，不利于存儲(chǔ)一些結(jié)構(gòu)松散和關(guān)系復(fù)雜的站場元素模型信息。另外，站場元素模型的數(shù)據(jù)量不大，此時(shí)XML簡單的優(yōu)點(diǎn)便發(fā)揮了用處，因此將站場元素模型信息以XML原始格式存儲(chǔ)，方便靈活，沒有版權(quán)，沒有約束，也可以節(jié)約成本[4]。在站場圖模塊中，用XML描述了進(jìn)路、區(qū)段、信號(hào)燈、道岔等站場元素的模型，記錄它們的信息，在后面各個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)中都是基于這些數(shù)據(jù)的。
3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    因?yàn)殪o態(tài)數(shù)據(jù)包括基本信號(hào)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，所以在靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊中，不僅包含該信號(hào)點(diǎn)的基本信息(如類別、名稱、長度等)，還應(yīng)包含其他的信號(hào)點(diǎn)信息(如左邊設(shè)備的名稱、右邊設(shè)備的名稱)。因此在設(shè)計(jì)信號(hào)點(diǎn)基本數(shù)據(jù)時(shí),每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)都應(yīng)包含完整的信息字段，例如區(qū)段字段，應(yīng)該包括ID、名稱、左連接設(shè)備名稱、右連接設(shè)備名稱、占用標(biāo)志和區(qū)段長度等。
    XML文件分為Axle、Cross、Platform、Signal、Switch、 TrainNumWnd、Timetable和Routes這8個(gè)文件。其中前6個(gè)文件存儲(chǔ)的是控件的位置信息，Routes文件放置的是站場圖中的進(jìn)路信息，Timetable是列車的時(shí)刻表信息。
3.2.1 信號(hào)機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    以信號(hào)機(jī)為例，信號(hào)機(jī)主要包含5個(gè)字段：信號(hào)機(jī)ID、信號(hào)機(jī)名稱、接近區(qū)段名稱、第一區(qū)段名稱和所屬集中站，其XML文件的結(jié)構(gòu)如下：
    <Signal>
        <ID>S1</ID>                           //信號(hào)機(jī)控件ID
        <Name>X108</Name>              //信號(hào)機(jī)控件名稱
        <JJQD>G0003</JJQD>      //信號(hào)機(jī)控件的接近區(qū)段
        <FirstQD>108</FirstQD> //信號(hào)機(jī)控件的第一區(qū)段
        <JZZID>1</JZZID>      //信號(hào)機(jī)控件所屬集中站
    </Signal>
    XML數(shù)據(jù)庫中每種類型的數(shù)據(jù)讀進(jìn)內(nèi)存以后必須有相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。同時(shí)該結(jié)構(gòu)還要與界面上的具體控件相關(guān)聯(lián)。為此以各個(gè)控件的原始類為基礎(chǔ)添加上相應(yīng)的位置和狀態(tài)屬性設(shè)計(jì)了控件的封裝類。在VC程序中可以利用CMarkup類對(duì)XML文件進(jìn)行解析，用解析出來的各個(gè)控件的信息構(gòu)造相應(yīng)的封裝類，控件原始類在封裝類中作為一個(gè)具有public屬性的成員變量。在程序中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是以C++ STL中vector容器的形式存儲(chǔ)。使用vector容器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不但可以減少內(nèi)存泄漏的危險(xiǎn)而且可以借助于vector自身具有的屬性方便地查找和設(shè)置元素。信號(hào)機(jī)控件的封裝類如下：
class Signal
{
……
public:
    CLine5Signal *m_pSignalCtrl;       //綁定一個(gè)信號(hào)燈變量
public:
    CString m_ID;
    CString m_Name;
    CString m_JJQD;
    CString m_FirstQD;
    CString m_JzzID;
    BOOL m_SignalLock;                          //鎖閉標(biāo)志
    BOOL m_SignalARSFlag;         //單個(gè)信號(hào)的ARS功能
                                開關(guān)標(biāo)志
    BOOL m_SignalOpen;          //信號(hào)燈開放與否標(biāo)志
    BOOL m_GuideFlag;          //信號(hào)燈引導(dǎo)標(biāo)志
    BOOL m_DefaultMode;      //信號(hào)燈默認(rèn)模式
    ……
public:                      //故障標(biāo)志
    BOOL m_fault1;              //紅燈主燈絲故障
    BOOL m_fault2;              //紅燈主副燈絲故障
    BOOL m_fault3;              //紅燈狀態(tài)良好
    BOOL m_fault4;              //綠燈主燈絲故障
    BOOL m_fault5;              //綠燈主副燈絲故障
    BOOL m_fault6;              //綠燈狀態(tài)良好
    BOOL m_fault7;              //無有效狀態(tài)數(shù)據(jù)
    ……
    ……
}
　    信號(hào)機(jī)實(shí)體對(duì)象與界面控件的綁定是通過DDX_Control()宏完成的。例如信號(hào)機(jī)控件IDC_S1與信號(hào)機(jī)實(shí)體對(duì)象的綁定通過DDX_Control(pDX,IDC_S1,*pDoc->m_SignalPtrArray[0])完成。DDX_Control()是MFC中的宏，主要負(fù)責(zé)邏輯變量與界面控件的綁定操作。pDX是指向CdataExchange對(duì)象的指針，IDC_S1是控件ID，*pDoc->m_SignalPtrArray[0]是內(nèi)存中的信號(hào)機(jī)對(duì)象。
3.2.2 時(shí)刻表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    時(shí)刻表實(shí)現(xiàn)了行車組織的工作計(jì)劃編排。時(shí)刻表中包含一個(gè)運(yùn)營日中列車運(yùn)行的所有信息。時(shí)刻表是后續(xù)列車運(yùn)行調(diào)整模塊的核心，在生成站場圖的部分只需知道它的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即可，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：車次號(hào)、站臺(tái)號(hào)、到達(dá)時(shí)間、出發(fā)時(shí)間，其XML文件結(jié)構(gòu)如下所示：
　    <TimeTableLists>
　        <Name>時(shí)刻表1</Name>
　　        <TimeTable>
　　            <ID>10330Z</ID>                 //車次號(hào)
　　              <Record>
　　                <Platform>DCL2</Platform>          //站臺(tái)號(hào)
　　                <Arrival>05:33:50</Arrival>       //到達(dá)時(shí)間
　　                <Departure>05:34:25</Departure>
                                           //出發(fā)時(shí)間
　　            </Record>
　　             ……               
　　        </TimeTable>
　    </TimeTableLists>
3.2.3 進(jìn)路搜索原理
    進(jìn)路的生成主要是通過搜索信號(hào)機(jī)來完成的。具體過程如下：從這個(gè)信號(hào)機(jī)關(guān)聯(lián)的軌道出發(fā)，沿著信號(hào)機(jī)的方向搜索軌道鏈，若遇到與斜股同向的道岔,則將該道岔放入一個(gè)搜索棧中，然后沿著直線方向繼續(xù)搜索，直至找到反向的敵對(duì)信號(hào)機(jī)或下一車站的同向信號(hào)機(jī)；若此時(shí)搜索棧中仍有道岔，則取出道岔從斜股的方向按上面的描述搜索另一條進(jìn)路，直到搜索棧中沒有道岔對(duì)象。在搜索的同時(shí)即記錄下相關(guān)控件對(duì)象信息。以圖2中的信號(hào)機(jī)X108為例，一共有兩條進(jìn)路,一條進(jìn)路是X108-X106, 另一條是X108-X110。這兩條進(jìn)路在XML中按照如圖4所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。

    程序開始運(yùn)行時(shí)先把保存在XML表中的控件封裝類信息讀到內(nèi)存中，并以合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)起來，這樣就不用頻繁地讀取數(shù)據(jù)庫，能大大減少因讀取數(shù)據(jù)庫而占用的時(shí)間。程序從XML中讀入控件的位置和連接信息，利用構(gòu)造函數(shù)設(shè)置其狀態(tài)信息。程序運(yùn)行時(shí)也可以通過訪問封裝類的public成員變量設(shè)置其狀態(tài)信息。結(jié)合時(shí)刻表和進(jìn)路信息就可以使列車運(yùn)行起來。
    本文針對(duì)上海市地鐵5號(hào)線ATS培訓(xùn)系統(tǒng)中的站場圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建了用于拼接站場圖的道岔和信號(hào)機(jī)等控件，并使用XML文件對(duì)控件位置和拼接信息進(jìn)行存儲(chǔ)?？丶膭澐峙c應(yīng)用將站場圖的繪制過程簡化為簡單的拼圖操作, 大大縮短了整個(gè)ATS仿真系統(tǒng)的開發(fā)周期。合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)極大地保證了程序的快速平穩(wěn)運(yùn)行。本文對(duì)于ATS仿真系統(tǒng)的后續(xù)研究有著鋪墊作用。
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