一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统及方法，包括：注册单元、信息配置单元、数据建模单元、仿真处理单元、通讯管理单元及开发扩展单元；其中该系统核心的部分包括：数据建模、仿真处理与通讯管理三大块。在非真实环境下，该系统可根据仿真要求完全模拟出城市轨道交通系统下各个专业所需的实时变化数据，并针对上层下发的控制指令完成相应的控制动作。这样该系统就能在实验室或者缺乏真实设备的情况下，配合上位系统进行仿真测试，并能取得很好的效果。

说明书

技术领域

本发明属于数据采集技术领域，具体涉及一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统及方法。

背景技术

在城轨监控系统技术与需求日益发展的今天，各自独立的综合监控系统设置已经不能满足现在的用户需求，所以统一集成各平台的综合监控系统被各地地铁越来越广泛的使用，但随之而来的是，因为综合监控平台系统下面集成互联了众多子系统，其数据的模拟仿真成了一个很大的难题。

以往综合监控系统在非现场环境下多是采用接多个简单的独立数据模拟软件，各软件五花八门，不但容易搞混，而且彼此之间还容易造成冲突。另外这些模拟工具基本上也是一些通用的测试小程序，很难按照综合监控系统数据库中复杂的数据信息与格式进行匹配，即使有的软件做的好点能支持一部分，但也得花很多时间精力去配数据。而配数据是模拟软件里最基础的一项工作，更复杂和繁琐的是对大量数据进行特定的逻辑处理，以及对一些需要有反馈信息的控制指令进行判别与响应；这些问题都是之前很难实现的。

所以在实验室环境下或者在平台培训教学过程中就需要一个基于综合监控多系统集成的强大的数据仿真模拟系统以进行数据的支撑。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统及方法，以解决现有技术中面对城轨综合监控系统的数据模拟仿真能力难以满足要求的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统，包括：注册单元、信息配置单元、数据建模单元、仿真处理单元、通讯管理单元及开发扩展单元；其中，

注册单元，用于数据仿真模拟系统所在节点MAC地址的密钥注册；

信息配置单元，用于读取综合监控系统配置数据库或本地配置文件，以获取相应配置数据；

数据建模单元，用于创建数据模型内存对象，并对上述创建的内存数据变量进行初始化，从而映射生成所需数据模型；

仿真处理单元，用于针对仿真需求进行相应数据的逻辑处理；

通讯管理单元，用于与综合监控系统之间的网络通讯；

开发扩展单元，用于提供脚本调用接口给用户。

进一步地，所述注册单元中密钥注册包含：密钥生成与密钥验证。

进一步地，所述信息配置单元调用配置服务API，以车站标识号（stationID）为条件从综合监控系统的配置数据库中读取各专业终端（RTU）的参数，再把各专业终端下的通道信息和点信息数据读取出来，形成一个车站端完整的数据建模参数。

所述专业终端包括：电力终端、环控终端、自动售检票终端、火灾报警终端、门禁终端、信号终端、闭路电视终端、广播终端、乘客信息服务终端、屏蔽门终端等。

进一步地，所述配置文件包括：终端配置、通道配置以及数据点（DI/AI/ACC/DO/AO）的全部配置。

进一步地，所述通道信息包括：传输类型信息、IP端口信息及应用层协议信息。

进一步地，所述点信息包括：信号量、模拟量、累积量、遥控量及遥调量。

进一步地，所述数据建模单元根据获取的当前车站参数信息建立车站的数据模型，包含该车站内各专业终端的数据模型，专业终端的数据模型数据包含：终端标识、通道类型、协议类型、物理地址、IP及端口、AI/DI/ACC/DO/AO数据点的个数以及各数据点的数据模型。

进一步地，所述逻辑处理包括：DI/AI/ACC随机变化、步长变化，AI/ACC的最大最小值限制，DO的控制反馈及返信上送。

进一步地，所述仿真处理单元针对系统缓存中的数据进行仿真逻辑处理，包含：

模拟量/信号量/累积量的随机周期变化；

模拟量/信号量/累积量的步长周期变化；

模拟量/累积量的最大值/最小值限制；

模拟量/累积量的DI关联，即若所关联DI为0，则相关AI/ACC无变化；若DI大于0，则执行变化逻辑；

遥控（DO）与DI的关联，即收到相关遥控指令后，其关联DI也将发生变化，并将此值上送作为遥控结果参考；

遥调（AO）与AI的关联，即收到相关遥调指令后，其关联AI也将发生变化，并将此值上送作为遥调结果参考；

遥控/遥调的禁用逻辑，即收到相关遥控/遥调指令后，并不进行应答，也不进行返信/返测的上送；

SOE功能的禁用逻辑，即系统内存信号量数据在产生变化时，不会产生相应SOE事件进行上送。

进一步地，所述通讯管理单元根据车站内各专业终端的通道配置创建socket，并维护各专业终端整个通信生命周期内的链路数据交互。

进一步地，所述通讯管理单元的通讯类型包含TCP和UDP两种传输方式。

进一步地，所述开发扩展单元通过QML脚本实现用户的功能需求，将各内部接口封装好以供脚本语音直接调用，用户根据需求进行脚本编写。

本发明的一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统的工作方法，步骤如下：

注册单元从使用者处获得所需部署节点的网卡设备物理地址（MAC地址），将物理地址字符串进行私有算法（不公开）转换后以生成数据仿真模拟系统激活密钥（序列号License）文件；然后注册单元根据从产品提供者处获取的激活密钥（序列号License）文件进行上述私有算法的反向转换，从而得到一个地址字符串，将其与本地部署节点的物理地址做比对，若地址匹配相同则系统激活成功，否则激活失败；

激活成功的系统启动后通过API（http协议）适配数据库：以车站标识号（stationID）为条件从数据库中读取各相关专业终端设备（RTU）的数据信息，包含各专业终端设备下的通道信息和点信息；根据获取的信息建立起单个车站的数据模型集，其包含该车站内各专业及其下各终端的所有数据模型；

对从数据模型集映射到缓存中的模型数据变量进行仿真逻辑处理，包含针对信号量、模拟量和累积量的仿真处理，及遥控、遥调、SOE、QML自定义脚本的仿真处理；

通讯管理单元针对网络传输层可完全支持TCP和UDP两种传输协议类型，针对网络应用层既能支持IEC104，ModbusTCP等城轨综合监控常用标准通信协议，也能根据模拟子系统所需定制类交互数据格式进行应用层协议库的类型扩展。在选定好车站内各专业终端通道的传输类型与应用协议库后，通讯管理单元根据车站内各专业终端的通道配置分别完成与综合监控系统(上位系统)的路由链接，并维护管理各专业终端整个通信生命周期内的链路数据交互。

本发明的有益效果：

本发明可以有效提升了城轨综合监控系统在非现场环境下的模拟仿真效果，降低了其教学演示等环境部署要求，同时还具有如下特点：

1、极速自动建模，可以支持识别模型数据库并快速自动进行数据模型搭建；

2、超强仿真处理，不但能支持很多常规环境下的仿真逻辑模拟，还可对用户自定义的仿真需求进行处理及实现；

3、广泛通讯支持，可针对轨道交通行业的多种传输方式和各式应用协议进行广泛支持及扩展。

附图说明

图1为本发明模拟仿真系统的数据模型结构图；

图2为本发明模拟仿真系统的仿真逻辑算法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

本发明的一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统，包括：注册单元、信息配置单元、数据建模单元、仿真处理单元、通讯管理单元及开发扩展单元；其中，

注册单元，用于数据仿真模拟系统所在节点MAC地址的密钥注册；

信息配置单元，用于读取综合监控系统配置数据库或本地配置文件，以获取相应配置数据；

数据建模单元，用于创建数据模型内存对象，并对上述生成的配置数据进行初始化，从而生成所需数据模型；

仿真处理单元，用于针对仿真需求进行相应数据的逻辑处理执行，包括：DI/AI/ACC随机变化、步长变化，AI/ACC的最大最小值限制，DO的控制反馈及返信上送等等；

通讯管理单元，用于与综合监控系统之间的网络通讯；

开发扩展单元，用于提供脚本调用接口给用户。

参照图1所示，本发明的数据模型结构为：先以车站标识号（stationID）为条件从数据库中读取各专业终端（RTU）的参数，然后再把各个终端下的通道信息，信号量、模拟量、累积量、遥控量以及遥调量的数据读取出来，形成一个车站端完整的数据建模基础；再根据获取的本车站参数信息建立车站的数据模型，其包含该车站内各专业终端的数据模型，而终端的数据模型又包含：终端标识，通道类型，协议类型，物理地址，IP及端口，AI/DI/ACC/DO/AO数据点的个数以及下面各数据点的数据模型。

即通过API（http协议）直接适配数据库：以车站标识号（stationID）为条件从数据库中读取各相关专业终端设备（RTU）的数据信息，主要包含了各专业终端设备下的通道信息（传输类型信息、IP端口信息以及应用层协议信息）和点信息（信号量、模拟量、累积量、遥控量以及遥调量信息）；根据获取的信息建立起单个车站的数据模型集，此集包含了该车站内各专业及其下各终端的所有数据模型。

参考图2所示，本发明中的仿真逻辑算法的相关流程，即为：通过用户手动设置的方式实现对缓存中数据的各种仿真逻辑处理；

其中包含了针对信号量、模拟量和累积量的仿真处理：如针对现实环境中断路器非正常状态下的反复分合，可仿真出DI信号量周期变化的效果，并且周期时间是可随时调整变化的；又如针对工程现场不稳定情况下的电压突变，可仿真出AI模拟量的随机变化效果，并且可设置随机变化范围的上下限；又如针对现实环境中开关分合状态对电流有无的决定性影响，可仿真出模拟量与信号点的关联关系效果，即只有开关合上形成回路时才有电流值；又如针对现场设备控制后相应状态会发生改变，可仿真出遥控DO与信号点之间的关联效果，即控合时设备状态会变为合位，控分时变为分位，还有很多场景可以模拟仿真。

而且针对各种特殊复杂或非常规的的一些仿真需求，还通过扩展单元支持QML脚本的逻辑执行。综上述，只要用户能用脚本语言编出来，模拟系统就可以实现其需要的仿真效果。

本发明的一种基于城轨综合监控的数据仿真模拟系统的工作方法，基于上述系统，包括步骤如下：

注册单元中的密钥生成模块（此模块通常情况下不提供给使用者）需要获得该仿真模拟系统所需部署节点的网卡设备物理地址（MAC地址），然后将其MAC地址字符串进行私有算法（不公开）转换后以生成仿真模拟系统激活密钥（序列号License）文件。注册单元中的密钥验证模块（此模块提供给使用者）根据从产品提供者处获取的激活密钥（序列号License）文件进行之前私有算法的反向转换，从而得到一个地址字符串，该模块将其与本地部署节点的MAC地址做比对，如果地址匹配相同则系统激活成功，否则激活失败。

激活成功的系统启动后可通过API（http协议）直接适配数据库：以车站标识号（stationID）为条件从数据库中读取各相关专业终端设备（RTU）的数据信息，主要包含了各专业终端设备下的通道信息（传输类型信息、IP端口信息以及应用层协议信息）和点信息（信号量、模拟量、累积量、遥控量以及遥调量信息）。根据获取的这些信息建立起单个车站的数据模型集，此集包含了该车站内各专业及其下各终端的所有数据模型，具体如附图1所示。

创建好本地数据模型后，可通过用户手动设置的方式实现对缓存中数据的各仿真逻辑处理，具体如附图2所示。其中包含了针对信号量、模拟量和累积量的各种仿真处理：如针对现实环境中断路器非正常状态下的反复分合，可仿真出DI信号量周期变化的效果，并且周期时间是可随时调整变化的；又如针对工程现场不稳定情况下的电压突变，可仿真出AI模拟量的随机变化效果，并且可设置随机变化范围的上下限；又如针对现实环境中开关分合状态对电流有无的决定性影响，可仿真出模拟量与信号点的关联关系效果，即只有开关合上形成回路时才有电流值；又如针对现场设备控制后相应状态会发生改变，可仿真出遥控DO与信号点之间的关联效果，即控合时设备状态会变为合位，控分时变为分位，等等还有很多场景可以模拟仿真。而且针对各种特殊复杂或非常规的的一些仿真需求，系统还通过扩展单元支持了QML脚本的逻辑执行。

最后模拟系统跟综合监控系统（上位系统）的数据交互当然是必不可少的，其通讯管理单元支持的通讯类型包含了TCP和UDP全部两种网络传输方式，而应用层协议既可支持ModbusTCP，IEC104等轨道交通行业内的常用标准协议，也能根据定制化需求进行应用协议的类型扩展。通讯管理单元将根据站内各个终端的通道配置分别完成与综合监控系统(上位系统)的路由链接，并维护管理各终端整个通信生命周期内的链路数据交互。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。