轨道交通沙盘模型的操作显示界面设计研究

陆定中 李立明

[摘           要]  结合轨道交通沙盘模型操作及显示需求，参照轨道交通信号系统ATS基本工作原理，研究设计了轨道交通沙盘模型的操作显示界面。简要阐述站场设备相应控件的设计方案，并对站场状态显示、站场操作命令的实现做了详细说明。

[关    键   词]  轨道交通;沙盘模型;控件;操作显示界面

[中图分类号]  U239.5             [文献标志码]  A         [文章编号]  2096-0603（2020）45-0166-02

目前，绝大多数城市轨道交通沙盘模型仅具备遥控操作功能，不能通过完整统一的操作显示界面在显示屏上以图形化的站场图形式展示沙盘硬件模型的实时状态，同时接收操作人员对进路、道岔、站台等的控制指令。

基于沙盘模型的操作显示界面，依据轨道交通信号系统ATS（Automatic Train Supervision，列车自动监控）站场状态图基本原理，通过在工作站显示屏上的站场状态显示，向操作人员直观展示整个沙盘上各设备及车辆的状态，同时为操作人员下达控制指令提供接口。其主要通过仿真系统与沙盘硬件的通信，获得轨道区段等设备的状态，并在工作站显示屏上以形状、颜色、闪烁的变化向操作人员提供形象的状态提示，操作人员在设备对应界面图形上能通过快捷菜单的访问形式，向仿真系统下达控制命令，通过仿真系统的可行性检查后，下达给沙盘硬件执行，使沙盘上的各个硬件设备能够依照操作人员意图安全地运作[1-3]。

一、沙盘模型概述

在分析了现有运营方案特点的基础上，对站台形式、折返形式进行了典型运行线路设计，图1为沙盘模型效果图，包含线路、信号机、车站、道岔、车库以及景观等。

整个系统设置3条独立运行的线路，其中一条为环线（B线），另一条为具有折返功能的长线路（A线），还有一条为短线路（C线）。A线由上下行各一条正线组成，设站5座，均为岛式站台;B线由上下行各一条正线组成，按环线设计，设站6座;C线由上下行各一条正线组成，设站4座，均为岛式站台。

二、站场设备控件

为实现操作显示界面的基本功能，结合ATS系统实际应用的特点，遵循面向对象程序设计的思想，通过在程序上分别设计沙盘主要硬件设备类型相对应控件的形式，实现仿真系统站场图功能。根据沙盘设备类型，仿真系统中定义了信号机类、轨道区段类、道岔类、站台类及车次窗类等主要的控件，再通过将这些控件进行变量的实体化，分别匹配沙盘各设备类型的数量，最终将沙盘实体设备映射至程序内部变量[4]。

（一）信号机控件

信号机基本图形由灯位的圆、机柱线段和基础线段三个基本图形组成，由于信号机防护方向不同造成机柱线段和灯位相对位置不同，故定义了信号机类型进行区分。显示状态和锁闭状态由仿真系统根据信号控制逻辑决定，在图形显示上前者用于灯位颜色显示。排列进路方法位于快捷菜单中，用以人工以选中信号机为始端进行排列进路操作，需传递信号机序号、显示状态、锁闭状态作为参数。

（二）道岔控件

道岔基本圖形由岔前线段、定位线段和反位线段组成，当道岔位置在定位时，仅显示岔前线段和定位线段，反位线段隐藏;当道岔位置在反位时，仅显示岔前线段和反位线段，定位线段隐藏。由于道岔布置形式不同，反位线段可能落在以岔前线段和定位线段的交点为原点的直角坐标系中的四个象限中，故定义四种道岔类型对应四种情况，反位线段和定位线段的夹角分别为45°、135°、-135°和-45°。定操、反操方法位于快捷菜单中，用以人工以选中道岔进行单操，需传递道岔序号、道岔位置、区段状态、锁闭状态作为参数。

（三）无岔轨道区段控件

无岔轨道区段基本图形仅由轨道区段线段构成，据此定义了轨道区段线段起点终点坐标及宽度。其区段状态和锁闭状态由仿真系统根据信号控制逻辑决定，在图形显示上区段显示状态决定了线段颜色。

（四）站台控件

站台基本图形由矩形构成，站名文本固定显示在矩形中央，停站倒计时显示在站名文本右侧，其可见性及内容由仿真系统列车运行调整逻辑决定。站台控件定义了五种方法。根据列车运行调整需求，还定义了扣车、发车、跳停及设置停站时间方法位于快捷菜单中，需传递站台序号组作为参数，设置停站时间还需传递设置好的停站时间值。

（五）车次窗控件

车次窗基本图形由矩形构成，据此定义了车次窗矩形的左上角顶点坐标以及长度和宽度，车次号文本显示在矩形中央，车次窗及车次号可见性和车次号内容由仿真系统列车运行调整逻辑决定。车次窗控件定义了三种方法。车次窗移动方法允许对车次窗进行按运行占用方向进行平移，需传递车次窗序号、车次号作为参数。设置车次号方法允许修改车次号，需传递车次窗序号、修改的车次号作为参数。

三、站场状态显示的实现

站场图的显示一般都是由在特定位置具有特定意义的图形所组成的，把这些控件按沙盘硬件设备的相对位置和数量呈现在显示屏上的特定位置上，即完成了沙盘模型在显示屏上的显示控制处理。

在站场图中主要需绘制的图形包括线段、圆、矩形和文本等。对于信号机灯位填充颜色、道岔开向、站台停站时间等需根据沙盘运行情况而改变属性的值，需采用系统获取沙盘硬件传输过来的数据处理后确定，并且实时刷新确保与沙盘实际情况一致。

四、站场控制命令的实现

ATS系统需要为操作人员提供人机接口，便于接收操作人员向系统下达的进路排列、道岔操纵、跳停、扣车等行车控制指令，采用鼠标操纵的方式，通过鼠标的单击、双机、右击或拖拽等方式，生成确定行车控制命令交付系统执行。

根据上述需求，ATS仿真系统将控件的图形绘制区域作为触发区域，在触发区域内通过鼠标右击触发的方式，弹出对应控件相关的控制命令菜单，操作人员根据需求，在菜单上点击选择相应的项目即可。如面向站台的扣车或跳停（关闭）指令、面向道岔的单操指令、面向服务器的连接指令等。

五、结语

基于轨道交通沙盘模型的操作显示界面经过设计开发、实验室测试、现场安装调试等相关工作后已经投入实际运用，取得了较好的使用效果，并为后续实现基于沙盘模型的轨道交通信号系统整体仿真设计奠定了坚实基础。

参考文献：

[1]罗育辉，邱晓欢.沙盘模型列车控制系统设计与研究[J].科技创新与应用，2017（20）：29-31.

[2]张英贵，张云丽，赵敬泽.铁路区域计算机联锁试验教学系统设计[J].物流科技，2016（3）：137-139.

[3]李绍斌，蒋大明.铁路运输沙盘综合演练联锁系统的设计和实现[J].中国铁路，2015（6）：39-40.

[4]唐涛，徐田华，赵林.列车运行控制系统规范建模与验证[M].北京：中国铁道出版社，2010.

◎编辑 李 争