基于MVC模式的ATS仿真系统的研究与实现

摘要

本文研究重点为ATS仿真系统，通过引入动态链接库技术将站场图显示模块独立化，实现了模型的可移植和可复用，达到了ATS仿真系统中站场图显示与控制逻辑解耦的目的。在此基础上，着重描述了站场图显示模型在ATS工作站中的相关业务应用，实现了基本功能仿真和运营场景模拟。　　首先，简要描述了站场图的主要功能以及ATS系统的组织结构与业务流程；阐述了站场图显示模型的需求，采用抽象层级分析法分析了调度工作站人机交互信息的组织架构，运用UML建模机制分析了ATS工作站的系统用例模型与动态结构模型；对系统应用的动态链接库(DLL，Dynamic Link Library)和可扩展标记语言(XML， ExtensibleMarkupLanguage)等技术方法以及列车识别与追踪、自动进路、行车调整、时刻表和运行图管理等关键功能的技术方案进行了详细描述。　　然后，对站场图显示与ATS系统主要功能进行了总体设计与详细设计。应用MVC模式将系统划分为工作站-服务器-DLL类库-数据表多层架构，实现了人机界面与逻辑控制的分开处理，使系统前后端形成了一种高内聚-低耦合的结构。服务器与工作站之间基于TCP通信和结构体序列化实现数据传输。系统的图形数据和拓扑数据采用XML形式分别存储，图形数据用于站场图显示，在前端用；拓扑数据用于ATS工作站的逻辑处理，在后端用。　　通过提取站场图在不同场景下的需求共性，定义通用的数据格式，将实现站场图显示的方法作为独立的模块封装成动态链接库的形式，使其结构更加合理、易于扩充，便于数据结构的更新和统一管理，可供系统的视图开发直接引用。当不同场景对站场图界面显示内容的要求不同时，通过改变文件中图元的绘制方式即可满足要求，避免直接对主程序进行改动。　　自动进路模块基于线路拓扑数据，采用启发式搜索算法A-Star算法实现了进路搜索。列车识别与追踪模块通过详细分析车次号生成与追踪过程，基于标准步进技术，实现车次号的动态传递，同时通过模拟列车运行过程对列车进行追踪。行车自动调整模块采用记点方式将列车实际出入站时刻与计划运行时刻进行比较，若偏离计划且偏离量在自动调整范围内，则根据列车偏离程度实施不同等级的自动调整策略。　　最后，通过对各功能模块的分析和设计，实现了城市轨道交通列车动态模拟运行仿真，验证了采用DLL实现站场图显示模型的可行性和车次号追踪算法、A-Star进路搜索算法、调整算法等在实现ATS功能仿真过程中的有效性。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容与组织结构

第2 章站场图与ATS 系统概述

2.1 站场图概述

2.2 ATS 系统概述

2.2.1ATS系统结构与功能

2.2.2 中央 ATS系统业务流程

2.3 本章小结

第3 章 系统需求分析与关键技术研究

3.1 技术方法

1. UML 建模

2. 动态链接库技术

3. 可扩展标记语言

3.2 站场图显示模型需求分析

3.2.1 静态结构模型

3.2.2 站场图数据

3.3 中央 ATS 系统需求分析

3.3.1 系统抽象层次分析

3.3.2 系统用例模型

3.3.3 动态结构模型

3.4 ATS 关键功能原理与技术方案

3.4.1 列车识别与追踪功能

3.4.2 列车自动进路功能

3.4.3 列车运行调整功能

3.4.4 时刻表/运行图管理功能

3.5 本章小结

第4 章系统设计与实现

4.1 基于 MVC框架的系统总体架构

4.1.1 MVC框架

4.1.2 系统架构

4.2 站场图显示模型

4.2.1 图元数据结构

4.2.2 数据存储与初始化

4.2.3 绘制站场图

4.3 线路拓扑数据

4.3.1 线路整体拓扑结构

4.3.2 基础设备数据结构

4.4 列车识别与追踪功能

4.5 自动进路功能

4.5.1 数据表结构设计

4.5.2 A-Star算法的设计

4.6 列车运行调整功能

4.7 本章小结

第5 章系统功能测试与验证

5.1 界面显示

5.1.1 调度工作站

5.1.2 计划工作站

5.1.3 服务器

5.2.1 基本计划的编辑

5.2.2 当天计划的编辑

5.3 自动进路触发功能

5.4 行车自动调整功能

5.4.1 自身晚点

5.4.2 连带晚点

5.4.3 调整能力分析

5.5 人工控制功能

5.5.1 信号机控制

5.5.2 道岔控制

5.5.3 轨道区段控制

5.5.4 站台控制

5.5.5 列车识别号

5.6 列车信息管理

5.7 故障模拟和系统告警

5.8 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果