城市轨道交通屏蔽门监控系统的仿真研究

廖鑫成，钱雪军

（同济大学 电气工程系，上海 200331）

城市轨道交通屏蔽门监控系统的仿真研究

廖鑫成，钱雪军

（同济大学 电气工程系，上海 200331）

屏蔽门监控系统集屏蔽门、综合后备盘，列车等功能于一体，是地铁车站监控系统的重要组成部分。本文在基于Windows操作系统上，通过VC++编程开发综合后备盘仿真界面。通过3Ds Max、MultiGen Creator构建屏蔽门与列车三维模型，最终通过综合后备盘的开关按钮和信号指示灯来控制和显示屏幕门的开、关状态，实现屏蔽门与综合后备盘的联动。

屏蔽门； 综合后备盘；联动

随着城市轨道交通快速发展，地铁运行线路的迅速增加，城市轨道交通的安全问题得到了高度重视。屏蔽门监控系统不仅能保障地铁乘客的安全，而且屏蔽门也增加了车站的舒适性、节能性和安全性[1]。在地铁运营安全方面，屏蔽门监控系统可以减少地铁乘客因拥挤而造成的伤害，避免给行车和乘客带来安全隐患，为地铁提高运营效率提供了保障。因此，屏蔽门监控系统已经成为地铁车站监控系统重要的组成部分。为了提高地铁运营效率和安全性，屏蔽门监控系统的仿真可以对地铁车站值班员进行培训和考核。本文设计的屏蔽门监控系统基于Windows操作系统，通过3Ds Max,Multigen Creator系统软件，并用VC++作为开发语言，实现屏蔽门监控系统的三维仿真。

1 系统结构

本文设计的屏蔽门监控系统包括列车自动监控系统 （ATS，Automatic Train Supervision）、屏蔽门系统和车站综合后备盘（IBP，Integrated Backup Panel）。如图1所示。

图1 屏蔽门监控系统结构

1.1 列车自动监控系统

列车自动监控系统是城市轨道交通列车自动控制系统的一个子系统。它是通过与列车自动控制系统中的列车自动保护系统和列车自动驾驶系统协调配合，完成城市轨道交通信号系统的自动管理和全自动行车调度指挥控制。列车自动监控系统包括监督和控制两个功能。列车自动监控系统的监控功能则是将列车运营的状态和信息，通过控制中心或车站的调度终端，实时显示出来。列车自动监控系统向列车自动防护系统和列车自动驾驶系统发出指令，办理列车进路，控制列车按照列车运行图运行，实现其控制功能。

1.2 屏蔽门系统

屏蔽门系统主要由中央接口盘、就地控制盘、门控单元及外围设备组成。

中央接口盘是地铁车站控制室的设备，可以向对应侧的屏蔽门发出开/关门信号，同时接受门状态信号，反馈到综合后备盘指示灯上。

就地控制盘主要是防止单个滑动门出现故障时，把该门机系统和其他门机系统隔离开，从而不影响其他门机系统运行，方便维护。

门控单元主要用来控制地铁屏蔽门的开关以及对门状态的检测，存储门状态信息，同时具有网络通信功能，便于组成网路。

1.3 综合后备盘

综合后备盘是车站控制室内最重要的组成部分，是紧急情况下或在车站相关监控系统人机界面故障造成无法通过监控系统人机界面对重要被控设备监控操作时的紧急后备操作手段。综合后备盘构成主要有车站上下行屏蔽门信号状态指示灯、控制按钮、以及闭锁开关。

2 屏蔽门系统三维建模

采用MultiGen Creator软件来进行屏蔽门三维可视化建模，包括几何建模和行为建模。建模包括屏蔽门建模和地铁列车及运行线路的建模。屏蔽门建模和地铁列车及其地铁线路建模都是几何建模，而屏蔽门的关、开和地铁列车进站、出站都是行为建模，需要用到自由度（DOF）技术。地铁本身是几何模型，但地铁的进站、出站需要在MultiGen Creator中动态配置。在屏蔽门系统实际应用中，屏蔽门系统由机械机构和电气控制系统组成。而在屏蔽门三维建模中，由于屏蔽门模块太多，所以采用模块式建模思想 ,这样可以最大限度地降低建模的复杂度,使模型层次分明,结构清晰,同时也可以兼顾模型的精确度、显示速度、操纵效率以及广泛性等建模指标。

2.1 屏蔽门系统主要模块

屏蔽门系统的视景仿真，其设计目的是复原地铁屏蔽门系统运行环境。给车站值班员一种真实的感觉。建立地铁列车和车站设施的三维模型，通过变换视点或预定运动线路实现视景驱动，图2为地铁屏蔽门系统所需建模的模块。

图2 系统结构

2.2 屏蔽门三维模型

屏蔽门三维模型采用地下站台的全高封闭式屏蔽门设计。参照城市轨道交通屏蔽门设计规范设计了屏蔽门门体模型。门体模型包含固定门，端门和滑动门等一套完整门体结构。屏蔽门的开/关需要用到自由度节点：（1）选择屏蔽门为运动部件，并在数据库中把它作为组节点（Group）或物节点（Object）建在DOF节点上；（2）MultiGen Creator中的Local-DOF模块中设置相应的局部坐标并且定位，并且用Set DOF limits功能设定列车车门DOF的运行速度、方式、范围等；（3）编程实现对屏蔽门开关的控制。屏蔽门模型如图3所示。

图3 屏蔽门模型

2.3 地铁列车三维模型

地铁列车由外壳和内舱组成。外壳是利用地铁的框架图，配合Creator中的栅格坐标系，利用立面和平面比照参考的方法，将列车外壳准确建模。通过对模型外壳框架控制点修改完成其模型的外形变化。在对内舱座椅的建模过程中，出现很多较为平滑的曲面。在对曲面的模拟上，Creator利用了较为细致的三角面来构成，使得在线框视图中能够较清楚地分辨出曲面的位置和相对关系[2]。列车车门的开/关同屏蔽门控制一样，通过自由度节点实现车门开关控制，如图4所示。

图4 地铁列车三维模型

2.4 虚拟乘客

人体几何模型可以在3个层次上进行构造：骨架、肌肉和皮肤。由于一般情况不考虑人体模型运动过程中肌肉的变化，所以只进行骨架和皮肤两个层次的建模。这样做的优点是既可以表示人体的内部结构，又可以用皮肤模型描述人体的外部形状、刻画逼真的人物形象[3]，如图5所示。

图5 虚拟乘客

3 综合后备盘仿真

3.1 综合后备盘功能介绍

在地铁正常情况下，控制中心调度人员控制地铁全线路的运行，在地铁紧急情况下，如控制中心失去控制功能时，则整条地铁线路可以降级运行，各车站直接完成运行管理，此时IBP盘将起到一定作用。综合后备盘主要由几个分区构成，主要有屏蔽门系统、IBP功能、闸机、信号系统4个分区。每个分区都有相应的控制按钮、信号指示灯以及相应的专业设备编号等,如图6所示。

图6 IBP盘界面

（1）信号指示灯能够显示地铁车站上下行屏蔽门开关状态，红灯亮，绿灯灭，表示屏蔽门处于关闭状态，绿灯亮，红灯灭，表示屏蔽门处于打开状态；（2）当紧急情况发生时，地铁车站值班员可立刻通过对IBP盘上面的屏蔽门紧急开启按钮的操作，实现屏蔽门的紧急开启功能；（3）就地控制盘（PSL）是在列车自动控制系统出现故障时，由车站值班员或列车驾驶员在PSL上对屏蔽门进行关/开门的操作，实现屏蔽门车站级人工操作；（4）测试按钮的作用是当测试按钮按下去时，所有信号状态灯亮，蜂鸣器响；（5）在正常状态，即屏蔽门自动操作状态。IBP功能钥匙应在“切除”档位置，切除红灯亮。在非正常状态下，即屏蔽门手动操作状态。IBP盘操作屏蔽门状态，IBP功能钥匙应在“投入”状态。

3.2 综合后备盘仿真

本文使用VS2010作为软件界面开发工具，编写综合后备盘IBP主界面。综合后备盘IBP主界面包括屏蔽门上行、下行信号状态指示灯、PSL允许、测试灯等操作功能。

实现方式：当列车进出站时，屏蔽门信号指示灯要显示屏蔽门的开关状态。对于信号指示灯的亮灭的实现，在VC++中，通过静态文本框贴图，同时为静态文本框加入控制变量。控制变量通过屏蔽门开关的标志位来控制位图的切换，即信号指示灯的亮灭。同理，对于钥匙开关，用3个按钮来表示停、关、开。当点击停、关、开档位时，钥匙开关切换到相应图片。同时控制屏蔽门的开关状态。

C++语言的显著优势之一在于它的封装性，使用C++的类可以方便高效地开发所需的显示效果。通过CDialog类自定义对话框数组，插入CPen、CFont等相关类。为了让屏幕不闪烁，编程采用后台绘制、前台刷新的方法实现IBP盘界面的显示。实现方法如图7所示。

图7 IBP盘编程实现

4 屏蔽门监控系统仿真结果

4.1 列车自动监控系统正常工作状态

当列车自动监控系统处于正常状态时，地铁车门和车站屏蔽门都受ATS控制。当地铁列车进站停车时，车门、屏蔽门安全打开，综合后备盘的下行信号状态指示绿灯亮。当地铁准备离站时，综合后备盘的上行信号状态指示红灯亮。如图8所示车站上行屏蔽门、车门关闭，综合后备盘上行信号红灯亮。

图8 ATS处于正常工作状态

4.2 列车自动监控系统非正常工作状态

当列车自动监控系统处于非正常状态时，综合后备盘IBP操作屏蔽门状态。IBP功能钥匙转至“切入”档位置。“投入”绿灯亮。操作“开/关”钥匙转至“开”档时，屏蔽门打开。屏蔽门打开后，“全开”绿灯亮。转至“关”档时，屏蔽门关闭后，“关闭锁紧”红灯亮。同时，PSL可以手动操作IBP盘。当PSL允许钥匙转至“允许”档位置，PSL允许绿灯亮。此时PSL可以操作屏蔽门，屏蔽门开门时，“全开”绿灯亮。当屏蔽门关闭时，“关闭锁紧”红灯亮。如图9所示。

图9 ATS处于非正常工作状态

5 结束语

屏蔽门监控系统是地铁车站监控系统的紧急后备操作手段。本文结合上海地铁车站综合后备盘和屏蔽门模型，通过VC++编程实现屏蔽门监控系统的联动。屏蔽门监控系统不仅能对值班员进行模拟培训，而且也为考核值班员提供了一个有效途径。

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[6]朱丽娟.地铁车控室综合后备控制盘（IBP）功能需求分析[J].现代城市轨道交通，2013（3）：34-37。

责任编辑 徐侃春

图2 故障诊断结果对比

图2为通过上述2种方法选取惩罚参数c和核函数参数g的模型进行轨道电路故障诊断的结果，可以看出，利用PSO-SVM模型的轨道电路故障诊断准确率可以得到有效的提高，但是诊断时间比SVM模型稍长。

4 结束语

对于SVM难以选择参数的问题，本文利用PSO快速寻优的特点，采用PSO优化SVM的参数，实现了SVM核参数的自动最优选择，将这种优化后的算法应用在无绝缘轨道电路的故障诊断中，最后通过仿真分析验证了基于PSO-SVM的轨道电路故障诊断模型的可行性,也提高了故障诊断的效率和准确率。

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责任编辑 徐侃春

Simulation of Platform Screen Door Monitoring System for Urban Transit

LIAO Xincheng,QIAN Xuejun
( Department of Electrical Engineering,Tongji University,Shanghai 200331, China)

Platform Screen Door Monitoring System is an important part of Urban Transit station monitoring system.It integrates the function of platform screen door,integrated backup panel and etc.This article was based on the Windows operating system,developed a simulation interface of integrated backup panel by VC ++ programming.3D model of platform screen door and train was constructed by using 3Ds Max,MultiGen Creator.The buttons and signal lights of integrated backup panel were used to control and display the states of the platform screen door,implement linkage between platform screen door and integrated backup panel.

platform screen door;integrated backup panel;linkage

U231.4：TP39

A

1005-8451（2016）08-0059-05

2016-02-29

廖鑫成，在读硕士研究生；钱雪军，副教授。