基于三层C/S架构的地铁OCC环控调度仿真培训系统的设计

冯永岗，严云富

(1.西南交通大学 电气工程学院，成都 610031;2.成都工业学院 通信工程系，成都 610031)

近年来，随着我国轨道交通行业的跨越发展，行业内对各种运营人员的需求大大增加。在城市轨道交通系统中，地铁OCC运营系统是地铁运营的中枢神经。作为地铁OCC运营培训系统的一个重要组成部分，地铁OCC环控调度仿真培训系统对教员以及学员(环控调度员)的培训发挥着重要的作用。

该系统运用先进的数学模型实现对站场温度、湿度，隧道通风，给排水，消防等系统的模拟。通过把对环境影响较大的主要因素分别进行建模，能够很精确地仿真各系统的功能、计算数值并实时显示。同时，系统可实现与行调系统、电调系统的交互，组合成地铁OCC运营培训系统，实现各相关调度系统的联动功能。

1 三层C/S架构的OCC环控调度仿真培训系统

C/S架构是指采用客户机/服务器体系的软件架构，在基于该架构构建的计算机系统中，系统体系结构将应用一分为二，服务器(后台)负责数据管理，客户机(前台)完成与用户的交互任务。

三层架构是指在二层(客户机/服务器)中间加入了一个“中间层”，也叫组件层。它与上层客户层、下层服务器层共同构成了三层体系。其提供的解决方案是:运用分层、分模块的思想，对系统的软件结构进行分割并在逻辑上使其独立，以实现“高内聚，低耦合”的目的。

1.1 OCC环控调度仿真系统的结构设计

依据上述三层C/S结构的特点，把环控调度仿真培训系统划分为三层C/S结构，如图1所示。

1)用户界面层主要为教员端、学员端的操作提供界面显示。操作界面由一系列仿真对象的监控界面组成。基于一系列的监控界面，系统为教员、学员提供了环控调度操作所需的所有信息浏览与服务定位。2)业务逻辑层是系统的核心部分，主要实现的功能有:环控系统的自动运行仿真;对教员端、学员端操作的逻辑控制与系统实时响应仿真;为模拟温湿度、隧道通风、给排水、消防等功能提供数据支持;在非正常状态下演练培训时的系统分析，逻辑控制与实时响应;仿真模拟运行中设备的故障，突发事件以及异常现象的表现和处理;能够实现时刻表，多种模式的编辑与调用等功能;与行调系统、电调系统进行交互，实现各相关系统调度等。3)数据服务层服从业务逻辑层调用，其主要作用是提供环控数据库的管理，用于处理与数据库的交互，存储SQL语句或存储过程。负责从数据库获取数据或将数据保存到数据库，不含与业务逻辑或接口相关的代码，不对数据进行任何业务加工。实际开发时，常常将数据对象的实体和方法分离，这样数据对象就可以在各层之间传递。

图1 系统体系架构

1.2 环控系统采用三层架构的优点

与传统的二层C/S结构的仿真系统对比发现，采用三层C/S结构开发的仿真系统有4方面的优势:1)在一定程度上缓解了前期大量的需求分析与系统设计的任务。2)安全性。这种采用业务逻辑层与服务器连接的架构形式，降低了之前客户端与服务器直接连接所带来的风险，即非法用户直接进入数据库的可能性。3)客户端与服务器之间的大量数据传送得到了缓解，一定程度上降低了网络的通信量，降低了业务高峰期造成网络阻塞的可能性。4)提高了系统的响应速度和稳定性，尤其是对于环控系统庞大的车站及各车站设备信息的传送所带来的网络压力起到了很好的缓解作用。

2 OCC环控调度仿真系统建模及实现

按照三层架构的框架思路，分别从用户界面层、业务逻辑层及数据访问层进行系统建模及实现。

1)用户界面层

环控调度用户界面层内容庞大，系统要实现客户操作响应的需求量也很庞大。因此在开发过程中自行设计了图形编辑工具来进行快速开发。图形编辑基本流程如图2所示。

图3 业务逻辑层模块结构

界面建立后，操作系统可以实时进行响应，通过客户端与服务器的实时交互刷新页面，显示操作结果。利用用户界面，环控调度员(学员)通过简单的操作即可对地铁环控系统进行控制，并通过训练课程，达到熟练掌握环控调度操作的目的。

2)业务逻辑层

基于模块化程序设计的思想，业务逻辑层的具体设计是通过把各子系统单独封装来完成的。在各子模块的逻辑层设计中，添加了程序在执行中所必须的处理方法、规程及步骤。通过各子模块的协同满足系统的自动运行。

同时，业务逻辑层的引入，在很大程度上拓展了系统在手动控制和非正常状态(系统运行中设备故障及异常突发事件)的模拟课程设置，为地铁OCC环控调度仿真培训系统模拟出各种复杂事故状况提供支持，这也是该系统的亮点。通过独立的业务逻辑层的管理，安排设备手动模式，可以在业务逻辑层加入手动模式离散化的处理规则，以培养环控调度员利用单控操作统管全局的能力(如图3所示)。

3)数据服务层

在实际开发中，由于环控仿真培训系统的数据需求非常多，根据其基本功能可以将数据服务层的设计开发分成2部分完成:1)客户端数据库用于存放客户端显示所需的设备数据信息。开发采用了图源编辑工具形式(如图4所示)，数据库的支持很必要。2)服务端数据库主要处理与系统运行相关的逻辑控制及各种设置故障等工作。通过数据服务层对于业务逻辑层的响应，完成模式连锁表的调用，趋势图的布画，报警列表的生成和显示，事件记录的完成，多种模式编辑与执行等功能。

图4 客户端数据表建立

3 系统关键技术

图5 环控调度设备对象的层次模型

3.1 面向对象的仿真数据库设计技术

OCC环控调度仿真培训系统软件是基于面向对象的仿真数据库构建的。在该系统中，设备是仿真数据的最基本的对象，按照设备类对设备进行抽象，利用设备图标将设备类实例应用在人机接口界面中。在设备类的设计过程中，按照需求将诸如报警、报警确认、权限专业等重要功能以设备对象为单位进行实例化。图5是环控调度设备对象的层次模型。

图6 地铁温度计算热页荷分析示意图

OCC环控调度仿真培训系统仿真数据库按照功能划分为变量库、模型库、操作记录库和历史库4部分。在设计要求上，为了满足实时性，采用SQL Sever2005来设计面向对象的仿真数据库。

对象的重用性带来了开发效率的大幅度提高。通过把同类型的操作作为单独的类模块抽象出来，以供其他模块重复调用，不仅提高了软件的可用性，而且提高了软件的重用性和拓展性。同时，对数据的封装、设计的模块化、减少类与类之间的依赖性提高类与类之间的聚合性等都有了很好的提升，增强了软件系统的可靠性。

3.2 温度的实时计算仿真模型设计

如图6所示，在地铁系统中，由于其相对密封的环境条件以及热源众多，分布各异，尤其是人员密集度高且流动频繁，因此地铁热环境热平衡分析过程相对复杂。为了便于温度的分析计算，通过研究地铁环境并对地铁环境温度影响较大的因素逐一分析研究，最终确立了针对地铁站台站厅的热交换平衡方程，实时解算出实时温度。

地铁车站热负荷由2部分组成:不变荷载和可变荷载。通过研究与这2部分进行交互的热交换模块，采用总体产热量公式ΣQ=不变荷载Q1+可变荷载Q2计算出某一时刻站厅站台的热负荷值。结合温度平衡公式ΔQ=cmΔt实时计算室内温度并显示。

4 结语

基于C/S三层架构的地铁OCC环控仿真培训系统，不但可以使系统的层次和和整体性能得到提升，容易实现突发事件等复杂场景的逼真模拟的能力，而且能发挥出可复用性和交互操作的优势，为实现地铁OCC环控仿真培训系统及新型的车站作业仿真培训系统研究打下基础。

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