山海关站计算机联锁教学仿真系统的设计与实现

摘要

近年来，铁路建设已经成为国家基础设施建设中十分重要的一环。随着我国经济、科技实力的逐步提高，铁路现代化程度也在飞速提高之中，这其中最典型的代表就是多种型号的计算机联锁系统的应用。面对各类现场设备的更新换代，各车站基层作业人员的培训成为了一项亟待解决的问题。本文在参考实际计算机联锁系统的层次结构和实现方式的基础上，将电子教室模式引入到计算机联锁培训过程中。整个培训系统由联锁学员机和教师机两大部分构成。
　　本系统的研究从联锁系统的国内外进展入手，分析最新的联锁发展现状，总结实际联锁软件系统的开发方式。进而了解了铁路教学仿真设备的研究进展和应用情况，在大量文献和需求分析的基础上总结出了本系统的结构框架。本论文主要论述了联锁机的架构、仿真数据的组织和实现、联锁逻辑运算和通信系统的建立。在整个系统的开发过程中运用了面向对象的思想，在测试环节采用了黑盒测试和白盒测试的方法，还运用了可用性分析理论来论证软件的交互性能。本论文需要完成以下几个方面的工作:
　　(1)本系统属于纯软件系统，为了真实的模拟现场情况，需要对所有的站场设备进行分类，设计其静态和动态属性，建立一个完整的系统数据库。在这个环节中，本论文将采用UML表示法进行分析和整理。
　　(2)本系统在Windows环境下使用VC++6.0进行开发，采用MFC框架。系统架构采用C/S模式，用户在多台计算机上分别安装学员机和教师机，在局域网内即可完成系统运行。
　　(3)本系统采用UDP协议完成通信功能。UDP协议具有实时性高、使用方式灵活、开发流程简单等特点。本系统对Socket套接字进行了封装以便系统能够对多类信息进行快速的分类处理。
　　(4)为了体现系统的教学性质，本系统在联锁学员机上增加了以往没有的模拟行车功能和站场复位功能，使得系统能够在脱离硬件的情况下完成列车运行调度仿真。本系统在教师机上增加了诸多故障设置和站场恢复功能。通过教师机对学员机进行故障设置，本系统能够完成多种复杂站场环境下的设备操作、进路排列和事故处理演练。在整个教学环节结束后还能够通过教师机完成站场初始化和系统关闭。
　　(5)系统开发完成后，需要进行大量的测试和总结工作。在本文的测试一章中还专门引入了联锁软件可用性分析，这在以往的联锁系统开发中较为少见。
　　山海关站职教科相关人员在使用了本系统之后表示，该系统能显著提高教学效率，节省了人力物力，展现了一种较为新颖的联锁系统培训模式。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 概述

1．2．2 研究现状

1．2．3 发展趋势

1．2．4 本论文的新思路

1．3 采用的研究方案

1．3．1 研究目标及研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

1．4 论文主要工作内容

2 系统结构分析与概要设计

2．1 计算机联锁仿真软件系统结构

2．2 仿真系统需求分析

2．2．1 培训需求

2．2．2 联锁核心功能需求分析

2．2．3 联锁机辅助功能需求分析

2．2．4 教师机功能需求分析

2．3 系统概要设计

2．3．1 开发环境

2．3．2 系统的C／S架构

2．3．3 典型操作方式设计

2．4 小结

3 基于关系型数据库的站场图及联锁关系设计

3．1 系统数据对象及其属性

3．2 数据库系统的实现工具与分析方法

3．2．1 Access数据库在面向对象设计中的运用

3．2．2 UML表示法在设备数据分析中的运用

3．3 数据库应用系统的实现

3．3．1 进路静态数据的实现

3．3．2 信号机静态数据的实现

3．3．3 道岔静态数据的实现

3．3．4 轨道区段静态数据的实现

3．3．5 轨道表示线静态数据的实现

3．3．6 其他静态数据的实现

3．4 设备数据的存储结构与动态数据

3．4．1 进路数据的存储

3．4．2 信号机数据的存储

3．4．3 道岔数据的存储

3．4．4 轨道区段数据的存储

3．4．5 轨道表示线数据的存储

3．5 数据库的连接方式

3．6 小结

4 仿真系统联锁机功能模块开发

4．1 站场界面显示模块

4．1．1 轨道区段绘制

4．1．2 信号机及其按钮绘制

4．1．3 其他设备的绘制

4．2 操作表示模块的开发与实现

4．2．1 MFC框架下的工具栏和菜单栏

4．2．2 右键功能实现

4．2．3 功能按钮实现

4．3 联锁逻辑运算模块开发与实现

4．3．1 进路选择与提取

4．3．2 特殊进路的处理

4．3．3 进路可用性确认及设备征用

4．3．4 进路锁闭

4．3．5 信号开放与关闭

4．3．6 模拟行车

4．3．7 进路正常解锁

4．3．8 进路取消

4．3．9 人工解锁与故障解锁

4．4 通信协议

4．4．1 通信协议类型的选取

4．4．2 通信结构的建立

4．4．3 通信协议的实现

4．5 小结

5 教师机的开发与实现

5．1 教师机模块简介

5．2 教师机实现方式简介

5．2．1 教师机数据库组建

5．2．2 学员机与教师机之间的通信模式

5．3 教师机故障情景设置

5．3．1 道岔故障

5．3．2 信号机故障

5．3．3 轨道电路故障

5．4 教师机系统菜单栏

5．5 教师机帮助系统

5．6 故障状态下的教学演练模式

5．7 小结

6 系统测试

6．1 测试流程设计

6．2 测试环境的搭建

6．3 系统功能测试

6．3．1 系统启动和菜单

6．3．2 功能按钮

6．3．3 系统操作提示

6．3．4 列车运行测试

6．4 软件可用性分析

6．5 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

图索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集