多分辨率建模在CTCS-3级列控系统车载设备仿真与测试中的应用

第３３卷第１期Ｖｏｌ畅３３，Ｎｏ畅１ 西华大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ・ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ ２０１４年１月Ｊａｎ．２０１４ 收稿日期：２０１３－０１－２１ 基金项目：国家８６３计划项目（２０１２ＡＡ１１２８０１）；轨道交通控制与安全国家重点实验室（北京交通大学）开放课题基金资助（ＲＣＳ２０１１Ｋ０１０）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（２０１２ＪＢＭ０２４）。

作者简介：宋海锋（１９８８－），男，硕士研究生，主要研究方向为基于通信的列车运行控制系统。

・机电工程・多分辨率建模在ＣＴＣＳ－３级列控系统车载设备仿真与测试中的应用宋海锋１，袁　磊２，吕继东１，刘　雨１（１．北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，北京１０００４４；２．北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京１０００４４）摘　要：针对ＣＴＣＳ－３列控系统的车载设备仿真与测试过程中，多数信息需要以图形界面的形式呈现出来，而显示界面牵涉到的信息量十分巨大的问题，提出在构建整个显示系统之前采用多分辨率建模的方法，将系统进行合理的分割和规划，使整个系统层次清晰，最后通过ＬａｂＶｉｅｗ进行系统仿真。

实验结果表明，通过该方法设计的图形界面有效地减轻了技术人员的工作强度，能将重点内容放在测试关心的地方。

关键词：ＣＴＣＳ－３；车载设备；多分辨率建模；图形显示界面中图分类号：Ｕ２８４．４８２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－１５９Ｘ（２０１４）０１－００１２－０５ｄｏｉ：１０畅３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ畅１６７３－１５９Ｘ畅２０１４畅０１畅００４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｕｌｔｉ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｔｈｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇｏｆｔｈｅＣＴＣＳ－３ＴｒａｉｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＶｅｈｉｃｌｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳＯＮＧＨａｉ－ｆｅｎｇ１，ＹＵＡＮＬｅｉ２，Ｌ册Ｊｉ－ｄｏｎｇ１，ＬＩＵＹｕ１（１．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＯｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲａｉｌＴｒａｆｆｉｃＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＳａｆｅｔｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆＣＴＣＳ－３ｔｒａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｖｅｈｉｃｌｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ’ｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔ，ｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｉｎｔｅｒｆａｃｅｈａｓａｈｕｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｖｏｌｖｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｉｖｉｄｅｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｎｔｏｐｒｏｐｅｒｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ，ｓｏａｓｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｈａｖｅａｃｌｅａｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｐｒｏｐｏｓｅａｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈａｐｐｌｉｅｓｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒ－ｆａｃｅ，ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｅｎｔｉｒｅｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏｆＬａｂＶｉｅｗ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄ’ｓａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｉｓｐｒｏｖｅｄ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｔａｆｆｓ’ｗｏｒｋｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｙｃａｎｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｃａｒｅｄｃｏｎｔｅｎｔｗｈｅｎｔｈｅｙａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＴＣＳ－３；ｖｅｈｉｃｌｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｍｕｌｔｉ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ｄｉｓｐｌａｙｉｎｔｅｒｆａｃｅ 列车运行控制系统（简称列控系统）是保证现代高速列车行车安全、提高运输效率的核心［１］。

ＣＴＣＳ－３级列控系统车载设备是列车控制系统的重要组成部分。

随着列车速度的提升，对列控系统车载设备各方面的要求也越来越高，因此在实际上线之前需要对其进行充分的测试。

由于现场测试具有很大的不便性，所以车载设备在实验室的仿真测试起到了重大作用。

列控系统车载设备仿真测试过程牵涉到很多信息细节，为了使测试更加直观，将其中测试信息以图形显示界面的方式呈现出来，在提高仿真逼真度的同时也提高了测试效率；然而如何合理地组织相关信息，在有限的显示界面中能够就技术人员关心的问题最大限度提供细节，为此，本文将多分率建模的思想应用到显示界面的设计中，并通过Ｌａｂ－Ｖｉｅｗ进行系统仿真，仿真结果证明了该方法的可行性。

第１期宋海锋，等：多分辨率建模在ＣＴＣＳ－３级列控系统车载设备仿真与测试中的应用 １　多分辨模型概述人类对问题的认知思维方式多种多样，从不同的视角、不同的关心程度来分析和处理问题是一种常见的思维方式，尤其在处理较为复杂的问题时尤为重要。

随着现在系统的不断扩大，仿真在系统测试过程中起着无可替代的作用，根据对系统中问题的关心程度不同，建立与之对应的不同分辨率模型，并将各个不同的分辨率模型相互关联起来进行仿真研究是复杂系统建模与仿真未来发展的一种趋势［２］。

因此，多分辨率建模的思想在２０世纪末成为建模与仿真领域的研究热点，成为今后复杂系统中分布式交互仿真的重点内容之一。

美国国家科学研究委员会认为多分辨率建模是现代建模与仿真技术所面临的最基本的挑战之一［２］。

在多分辨率建模研究过程中，建模方法是重点之一。

到目前为止，国内外提出的一些多分辨率建模方法主要有聚合解聚法、视点选择法、多分辨率实休法、ＩＨＶＲ法等［３－４］。

多分辨率在本文中的定义为：在建模、仿真过程中，以信息交互的细节层次不同为准则，对列控系统车载测试平台显示界面建立多分辨率模型，这些不同分辨率的模型相互作用、协调运行来完成显示界面的仿真与测试工作，以达到提高仿真逼真度和提高测试效率的目的。

２　ＣＴＣＳ－３列控系统车载测试平台图形显示界面设计的提出在列控系统车载平台测试中，是以测试序列的形式来对车载设备进行测试，车载设备本身就是一个实物的控制设备，而测试序列只是以数据库形式存在［５］，这就使得在测试过程中不能直观地看到现在车载设备是在什么情况下工作的。

例如，现在列车的速度、制动方式、所处区间等都不能单纯地从车载设备上显示出来；而现有的一些信息显示方式依旧是以文本显示为主体，不够形象地展示列车、站场、线路的信息，不能完整地给用户提供一个友好的人机交互界面。

因此，为了使测试更加直观，有一个完整的图形显示界面是必须的，此界面除了可以完成以往信息显示的全部工作外，还能提供动态的动画显示，支持序列测试的实时在线进行和回放测试等功能。

３　多分辨率建模在图形显示界面设计中的应用图形显示界面对整个过程中的信息交互和整体流程都有涉猎，如何组织这些信息，更加有效地呈现给测试者，是整个系统开发首要解决的问题。

根据ＣＴＣＳ－３级列车控制系统车载测试平台的整体构架，以及图形显示界面在整个测试过程中的作用，结合多分辨建模进行以下系统级分析。

３．１　图形显示界面的功能与车载测试系统架构列控系统车载测试平台图像显示界面的意义主要在于让用户可以不用了解复杂的数据库组成和数据传输方式，以及列控系统车载平台的系统组成、车载设备的操作和分析，就可以清楚看到当前测试序列的信息和车载设备的反应。

ＣＴＣＳ－３级列控系统包括地面设备和车载设备。

地面设备由ＺＰＷ－２０００系列轨道电路、应答器与轨旁电子单元（ｌｉｎｅｓｉｄｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｕｎｉｔ，ＬＥＵ）、列控中心、无线闭塞中心、临时限速服务器、ＧＳＭ－Ｒ通信接口设备等组成；车载设备由车载安全计算机（ｖｉｔａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＶＣ）、ＧＳＭ－Ｒ无线通信单元、人机界面、轨道电路信息接收单元、应答器信息传输模块、记录单元、列车接口单元等组成［５］。

车载测试系统的构架如图１所示。

图１　车载设备测试平台结构３１ 西华大学学报・自然科学版２０１４年该车载测试平台图形显示界面在完善整个测试平台系统的同时，使测试更加直观明了地进行。

它可以在测试中提供测试序列的选择、回放、实时展示等功能选择操作，在测试序列测试过程中实时显示当前列车上电状况、驾驶台激活与否，以及可以以动画的形式显示列车动态运行状态。

例如当实际列车速度越高时，在显示界面上可以直观地看到动画中的列车移动速度变化，其余的速度、控制等级、关键步骤描述等信息都可以直观地在界面上显示。

其次，ＲＢＣ管辖显示、ＲＢＣ电台切换、ＭＡ信息更新、无线消息更新功能，区间站场图占用显示、应答器的出现和应答器ＩＤ等所有的序列信息，都可以完整地给用户呈现出来。

３．２　系统的成员划分整个车载设备测试过程中牵涉到的部件和元素十分复杂，在显示界面中要一一将其包含在内，因此需要对其进行相应的分类，整体成员划分如图２所示。

图２　不同分辨率成员划分在一个模型里，高、低分辨率对象的划分是相对而言的。

为了方便对列控系统车载设备的研究，对ＣＴＣＳ－３级列控系统车载测试平台的组成部分进行高、低分辨率成员的划分。

在对ＣＴＣＳ－３级列控系统车载测试平台基本结构了解的基础上，应用部分分布式划分成员的方法，针对ＣＴＣＳ－３级列控系统车载测试平台的独特性，可以对ＣＴＣＳ－３级系统有个整体的成员划分。

低分辨率的对象在一个成员中实现，与之对应的所有高分辨率的对象在另一个成员中实现。

这样对列控系统整体采用一致的成员划分方式，既保证了模型的可重用，又方便模型的扩展。

３．３　系统的多分辨率实现整个图形显示界面主要分为５部分，文本信息显示部分、功能选择部分、ＲＢＣ消息交互部分、列车动画显示部分以及站场图显示部分。

针对测试过程中，对列车、车载设备、地面设备以及车地信息交互过程的侧重点和细节层次的不同，在现有的基础上，对图像显示界面建立基于多分辨率模型设计的框架。

本设计中依据测试序列中主要关注的车载设备的通信和控制层面的信息，来对系统实现多分辨率的划分。

例如，站场图占用显示，站场图在一定程度上并不是车载设备测试过程中主要的测试参数，所以可以分别作为低分辨率对象来考虑；文本信息显示的主要功能是提示当前车载设备执行的关键步骤，以文字的方式进行显示，较站场图部分分辨率要求要高一个层次，在设计中划分为中分辨率对象；列车动画显示及ＲＢＣ消息交互为车载设备测试中的重点内容，涉及到车载设备与ＲＢＣ的信息交互和车载设备控制反应，因此划分为高分辨率对象。