基于有向图的CBTC仿真系统数据库设计

杜菡萏，焦万立

（西南交通大学信息科学与技术学院，成都 610031）

通过开发城市轨道交通列车追踪及折返能力仿真系统，建立城市轨道交通工程项目的计算机辅助设计平台，利用系统内嵌的列车动力学模型和列车控制模型等数学模型，为城市轨道交通项目设计提供定量分析的理论依据。

1 仿真系统概述及数据库在仿真系统中的作用

本仿真系统通过模拟列车按照实际条件在线路上运行，验证系统设计是否满足运营指标要求。它不需要实际设备条件参与，但需具备实际系统的基本功能。列车控制模型采用速度—距离模式控制曲线（Distance-to-go），适用于列车按移动闭塞、准移动闭塞、固定闭塞制式运行（含追踪、折返、出/入段）的仿真，分析验证正线列车追踪运行的最小设计行车间隔、最小设计折返间隔、旅行时间、平均旅行速度等运营指标。可作为信号系统的辅助设计工具。系统内嵌列车动力学模型和不同制式列车控制模型等数学模型，根据线路土建数据、列车性能参数、运营参数和指标要求，验证信号机布点和轨道区段划分。借助本仿真系统的仿真结果，为行车组织、线路设计、车站配线等的优化设计提供参考，实现城市轨道交通系统整体性能的优化。

本仿真系统采用单机运行的多任务结构，如图1。其中，数据库主要完成基础数据库录入、数据在线编辑和数据解析等功能。

图1 CBTC仿真系统结构

2 基于有向图的数据库

2.1 数据库功能

（1）数据录入：录入真实数据用于仿真测试；（2）在线编辑：为用户提供在线编辑界面和基础数据的查看和动态修改功能；（3）数据解析：实现基础数据的解析，并以全局变量的方式为其它模块提供数据接口。

2.2 数据库设计原则

线路数据库是基于有向图的数学拓扑表示。它提供节点和边的数据。列车行驶，折返，改变方向的任何一个地方叫做一个节点。2个节点之间叫做一个边。道岔和轨道用节点来表示，每个边有一个规定的方向，轨道方向和边的方向相同，边和节点都有单独的id，列车所在的位置和轨旁设备能够定义为向量。如图2，从成都地铁1号线文殊院站到骡马市站，列车1和列车2分别用<+e4, 156> 和 <-e2, 236>表示。

用一个标准且开放的数学拓扑来诠释线路数据库，对于CBTC系统的互通性来说是一项很重要的技术。当列车从一个CBTC系统移动到另一个时，它在入口处下载新的线路数据库，同时将所在位置报告给新的区域控制器。然后区域控制器将计算移动授权并将其发送回板载控制器。这些消息在移动闭塞系统数据库中都使用<边，偏移量>的方法来确定其位置。

图2 有向图与列车位置

3 数据库设计

3.1 线路基础数据模型的结构定义

以成都1号线为例，根据仿真系统的需要，我们将仿真系统中涉及到的各个实体确定为对象，例如土建相关数据，包括长短链，坡度，曲线，限速；信号相关数据，包括道岔，记轴，信号机，车站。并将对象通过边和节点关联起来，形成一个完整的逻辑整体，如图3。

图3 线路基础数据库

其中，所有数据都取自实际的工程图纸，数据分土建数据和信号数据；道岔，记轴，信号机取自平面布置图；长短链，坡度，曲线来自纵断面图。限速的内容则是综合了曲线限速，道岔限速，车站限速以及其他限速的整个线路的限速表。每个实体的详细结构定义如图4。

在限速表中，最特殊的是曲线限速，曲线限速的获得有3种方式：

（1）通过查表，根据曲线半径和缓和曲线长度查表得到曲线限速值。

计算得出曲线限速值。

（3）用户直接输入曲线限速值。

3.2 仿真系统全局数据的定义

除基础数据外，还有一些仿真系统要用到的数据，以全局数据的方式定义，如表1。

表1 全局数据

4 在实际中取得的成果

在实际的CBTC仿真系统中，按照基于有向图的方式组织数据库，获得列车精确的位置信息和移动授权信息，从而实现移动闭塞的追踪、折返、出入段的仿真。并在仿真之后生成ATS（列车自动监督系统）数据库，ATC（列车自动控制系统）数据库；信号平面图，联锁表及DSU（数据存储系统）数据库。

图4 仿真系统详细数据结构定义

5 结束语

本文基于CBTC仿真系统，根据仿真的需求，用有向图的办法对数据库进行了建模，对现实世界进行了抽象，对站场元素进行了精确描述，具有一定的扩展性和通用性。

[1] 陆伟，马钦. 高速列车运行仿真系统中数据库技术的应用[J] . 中国铁道科学，2002，23（6）：36-37.

[2] 贾红娟，唐帧敏. 北京地铁一号线ATS仿真系统数据库的设计[J] . 铁路计算机应用，2004，13（10）：53-54.