一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台的制作方法

本发明涉及高速铁路列车控制技术领域，尤其涉及一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台。

背景技术：

随着我国高速铁路系统的发展，中国铁路列车控制系统(ctcs)的技术体系和框架结构日趋完善，其中ctcs-2和ctcs-3级列控系统是目前国内应用规模最大，技术最为成熟的列控系统。

为了适应我国西部、西南部铁路恶劣复杂环境运用需求，解决ctcs列控系统依然存在的依靠地面设备、轨旁设备多、维护难度大等问题，国内开展了融合北斗卫星定位的新型列控系统研究。融合北斗卫星定位的新型列控系统基于ip化车地无线通信，采用基于北斗卫星定位的车载设备自主定位和完整性检查技术，最大化减少轨旁设备数量，满足高可靠、高可用和少维护的运用需求。

融合北斗卫星定位的新型列控系统作为安全苛求系统，在投入使用前，通过仿真方式对新型列控系统中的atp车载设备进行测试，不仅可以节约大量的人力、物力、财力，而且可以研究各种故障情况以及其他通常不允许进行实物试验的情况，是十分必要的。因此，如何针对新型列控系统开发车载设备仿真测试平台，实现对新型列控系统atp车载设备功能全面、可靠的测试，为高速列车信号系统的测试和问题分析提供技术支持，成为急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台，可以满足融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备atp功能的实验室测试需求

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台，包括：仿真上位机单元与信号模拟单元；其中：

所述仿真上位机单元，用于生成测试场景文件，并根据测试场景文件的信息内容输出相应的测试信息来控制信号模拟单元的内部模块输出相应模拟信息，以及接收并存储信号模拟单元发送的被测新型列控系统车载设备执行对应操作后的车辆接口信息，并实时显示；

所述信号模拟单元包括：卫星信号发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块、速度脉冲信号发生模块、轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块、无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、以及io接口模块，在仿真上位机单元的控制下，向被测新型列控系统车载设备发送模拟的北斗卫星定位信息、模拟的列车完整性检查信息、模拟的地面设备信息及模拟的列车信息；接收并存储被测新型列控系统车载设备执行对应操作后的车载设备信息，并将其中的车辆接口信息向仿真上位机单元发送。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于仿真上位机单元和信号模拟单元与新型列控系统车载设备的信息交互，实现对融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备运行所需要的卫星定位信息、列车完整性检查信息、地面设备信息和列车接口信息的仿真，通过测试场景文件的配置实现对不同运营场景下地面设备信息和列车信息的模拟，达到测试车载设备atp功能的目的，可以实现对于新型列控系统车载设备atp功能的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台的测试功能流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备仿真测试平台。如图1所示，其主要包括：仿真上位机单元与信号模拟单元；其中：

所述仿真上位机单元，包括离线工具模块与场景控制模块，离线工具模块用于生成测试场景文件，场景控制模块则根据测试场景文件的信息内容输出相应的测试信息来控制信号模拟单元的内部模块输出相应模拟信息，以及接收并存储信号模拟单元发送的被测新型列控系统车载设备执行对应操作后的车辆接口信息，并实时显示仿真测试信息；

所述信号模拟单元包括：卫星信号发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块、速度脉冲信号发生模块、轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块、无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、以及io接口模块，在仿真上位机单元的控制下，向被测新型列控系统车载设备发送模拟的北斗卫星定位信息、模拟的列车完整性检查信息、模拟的地面设备信息及模拟的列车信息；接收并存储被测新型列控系统车载设备执行对应操作后的车载设备信息，并将其中的车辆接口信息向仿真上位机单元发送。

从图1所示的结构上来说，所述仿真上位机单元与信号模拟单元相互连接，所述信号模拟单元与被测新型列控系统车载设备相连。同时，仿真上位机单元内部包含了相互连接的离线工具模块与场景控制模块；场景控制模块与信号模拟单元的各个模块相连接。

为了便于理解，下面针对上述平台的中各部分的原理以及它们之间的交互过程做进一步的介绍。

一、各部分的工作原理。

融合北斗卫星定位的新型列控系统在ctcs-3级列控系统的基础上开发，由车载设备和地面设备组成。为适应轨旁设备密度低、少维护的运营需求，新型列控系统车载设备采用列车自主定位和列车完整性检查技术。

与ctcs-3级列控系统相比较，新型列控系统的车载设备具备基于卫星定位信息、电子地图等的多源融合列车自主定位功能。列控系统车载设备接收卫星导航信息和差分信息，结合电子地图信息和速度传感器信息，使用多源融合的定位算法进行列车位置的自主计算。除此之外，车载设备与安装于列车尾部的列车完整性检查装置共同实现列车完整性检查功能。列车完整性检查装置除了采集车辆的风压信息外，还使用自身的测速定位装置采集列车尾部的位置和速度信息，通过无线通信方式与车载设备建立连接并发送风压、速度和位置信息，车载设备根据风压、车尾速度和车尾位置进行列车完整性判断。因此，需要在ctcs-3级车载设备仿真平台的基础上，对新增加系统功能测试所需的外部输入进行仿真，实现对新型列控系统车载设备全功能的测试。

本发明针对新型列控系统实际车载设备，以软件与硬件结合的方式，模拟融合北斗卫星定位的新型列控系统车载设备运行所需要的北斗卫星定位数据、列车完整性检查数据、地面设备数据、列车数据以及相关接口，通过编写测试场景文件来配置不同场景下北斗卫星定位数据、列车完整性检查数据、地面设备信息和列车信息，从而实现对被测新型列控系统车载设备atp功能的测试。

1、仿真上位机单元。

本发明实施例中，所述仿真上位机单元主要包括：离线工具模块与场景控制模块。

1)离线工具模块。

所述离线工具模块，用于根据测试需求，编写测试场景文件；其中，测试场景文件用于存储试验编号、试验名称、试验版本、序号、列车位置、电子地图版本、电子地图数据、轨道电路数据、应答器数据、各模块信号指令以及注释指令等。

2)场景控制模块。

所述场景控制模块，用于自动加载测试场景文件，顺序读取并在软件界面逐条显示测试场景文件中的信息；根据仿真列车速度计算列车位置，并根据列车位置逐条执行测试场景文件中的指令，向所述信号模拟单元发送相应的测试信息，从而由信号模拟单元产生相应信号并输出至被测新型列控系统车载设备；在测试过程中通过软件界面的模拟驾驶台接收测试人员操作，并转换为驾驶台操作信息；通过与所述信号模拟单元的io接口模块的双向连接接收并存储被测新型列控系统车载设备的车辆接口信息；在所述场景控制模块的软件界面显示仿真测试信息，同时对车辆接口信息提供查询功能。

场景控制模块主要实现如下三类功能：

a)读取测试场景文件，发送测试相关信息，以及接收存储和查询车辆接口信息。

读取测试场景文件后，获得各项测试指令；根据运行时间以及车载设备发送的atp制动信息、驾驶台操作信息，计算列车速度和列车位置，并根据列车位置逐条执行测试场景文件中的指令，向所述信号模拟单元发送测试信息；通过与所述信号模拟单元的io接口模块的双向连接接收并存储被测新型列控系统车载设备的车辆接口信息，同时对车辆接口信息提供查询功能。

b)在测试过程中接收测试人员操作。

在测试过程中，所述场景控制模块通过软件界面的模拟驾驶台，接收测试人员操作，转换为对应的驾驶台操作信息。所述驾驶台操作信息包括：驾驶台开关、休眠开关、方向手柄、牵引手柄、制动手柄以及开关门按钮的信息，这些信息可用来更新仿真测试信息中的列车状态信息。

c)显示仿真测试信息。

所述仿真测试信息主要包括试验基本信息、车辆参数信息、车载设备状态信息、驾驶台操作信息、列车状态信息，其中：

所述试验基本信息包括：试验编号、试验名称、试验版本以及试验状态；

所述车辆参数信息包括：车型、轮径值、齿轮数以及车长；

所述列车状态信息包括：累计距离、当前轨道电路内剩余距离以及列车速度。

所述试验基本信息以及车辆参数信息是测试之前预先获取到的测试相关信息；驾驶台操作信息用于模拟实际操作环境，显示驾驶台操作状态，以及实现特定测试场景下的司机操作。

列车状态信息是根据所述场景控制模块根据车辆接口信息更新，但并非直接收到相关信息。具体地说，列车状态信息中的累计距离、当前轨道电路内剩余距离、列车速度三部分，都是根据驾驶台操作信息，以及io接口模块获得的紧急制动(eb)、最大常用制动(sb)、4级常用制动(b4)、1级常用制动(b1)与切除牵引(pcut)为基础，进行计算得出的。

场景控制模块显示的仿真测试信息，作为被测车载设备运行时在司机驾驶台界面、地面设备界面的现象，协助测试人员判断新型列控系统车载设备是否运行正常。除了场景控制模块显示的仿真测试信息，其他接收到的反馈信息由场景控制模块进行存储并提供查询，在测试过程中根据时间查询车载设备和仿真外部设备之间的数据交互过程，协助测试人员判断车载设备的处理逻辑是否满足新型列控系统设计要求。

2、信号模拟单元。

所述信号模拟单元主要包括：卫星信号发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块、速度脉冲信号发生模块、轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块、无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、io接口模块。

如图1所示：1)所述场景控制模块的控制信号输出端分别与卫星信号发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块、速度脉冲信号发生模块、轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块、无线闭塞中心消息发生模块以及临时限速服务器消息发生模块的控制信号输入端相连；所述场景控制模块与信号模拟单元内的io接口模块双向连接。2)所述卫星信号发生模块、速度脉冲信号发生模块、轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块的信号输出端与被测新型列控系统车载设备相连；所述无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块、io接口模块与被测新型列控系统车载设备双向相连。

所述信号模拟单元，根据所述场景控制模块发送的测试信息，模拟被测新型列控系统车载设备正常运行所需要的信息，包括：卫星信号发生模块模拟的北斗卫星定位信息，列车完整性检查装置信号发生模块模拟的列车完整性检查信息，轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块、无线闭塞中心消息发生模块与临时限速服务器消息发生模块模拟的地面设备信息，以及速度脉冲信号发生模块与io接口模块所模拟的列车信息；

并且，所述信号模拟单元，接收被测新型列控系统车载设备执行对应操作后反馈的车载设备信息；其中，无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、以及列车完整性检查装置信号发生模块，接收到的无线交互数据包进行存储并在各自模块的软件界面提供查询功能，io接口模块将接收到的车辆接口信息发送到所述场景控制模块进行存储，并更新列车状态信息。

1)卫星信号发生模块。

所述卫星信号发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息为列车位置信息，之后，生成模拟的北斗卫星定位信息，并向被测新型列控系统车载设备实时发送。

所述北斗卫星定位信息包括卫星导航数据，可包括差分数据。

2)列车完整性检查装置信号发生模块。

所述列车完整性检查装置信号发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息为列车完整性检查信息，之后，根据测试要求和车载设备信息与被测车载设备建立或断开无线连接；周期性的向被测新型列控系统车载设备发送模拟的列车完整性检查信息；还用于接收并存储被测新型列控系统车载设备发送的建立连接、断开连接和列车完整性查询信息；同时在列车完整性检查装置信号发生模块软件界面提供列车完整性检查装置交互数据包的查询；

所述模拟的列车完整性检查信息主要包括列车风管压力信息、列尾速度信息和列尾位置信息。

3)临时限速服务器消息发生模块。

所述临时限速服务器消息发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送测试信息包括：临时限速服务器消息与电子地图信息，之后，通过模块内的gprs信号发生装置向被测新型列控系统车载设备发送包含临时限速信息、电子地图信息的数据包；还用于接收并存储被测新型列控系统车载设备发送的包含电子地图版本信息、电子地图版本校核申请的数据包；同时在临时限速服务器消息发生模块软件界面提供临时限速服务器交互数据包的查询。

所述电子地图信息包括电子地图数据、电子地图版本数据和电子地图版本校核信息。

4)速度脉冲信号发生模块。

所述速度脉冲信号发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息包括：手柄位置、atp制动信息、牵引控制量、制动控制量以及恒速命令，之后，根据加速度表(对应牵引、制动等级)实时计算列车速度，并向被测新型列控系统车载设备实时发送速度信息。

5)轨道电路信号发生模块。

所述轨道电路信号发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息为轨道电路信息，之后，通过模块内的轨道电路信号发生装置向被测新型列控系统车载设备发送轨道电路信息。

6)应答器信号发生模块。

所述应答器信号发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息为应答器名称信息；之后，根据接收到的应答器名称信息查找相应的应答器文件，将应答器文件中的应答器信息发送给模块内的应答器信号发生装置，通过模块内的应答器信号发生装置天线向被测新型列控系统车载设备发送应答器信息。

7)无线闭塞中心消息发生模块。

所述无线闭塞中心消息发生模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息为无线闭塞中心消息，之后，通过模块内的gsm-r信号发生装置向被测新型列控系统车载设备发送包含行车许可等信息的无线闭塞中心消息数据包；还用于接收并存储被测新型列控系统车载设备发送的包含车载atp设备回复信息的数据包；同时在无线闭塞中心消息发生模块软件界面提供无线闭塞中心交互数据包的查询功能。

8)io接口模块。

所述io接口模块，接收的所述仿真上位机单元中场景控制模块发送的测试信息包括：方向手柄位置、牵引手柄位置、制动手柄位置、驾驶室激活、休眠以及制动反馈信号，之后，发送给被测新型列控系统车载设备；还用于接收被测新型列控系统车载设备发送的紧急制动(eb)、最大常用制动(sb)、4级常用制动(b4)、1级常用制动(b1)、切除牵引(pcut)、过分相激活以及过分相有效信号，并发送给所述仿真上位机单元中的场景控制模块。

需要说明的是，io接口模块与被测新型列控系统车载设备交互的信息必须涵盖文中所描述的各类别信息。

二、交互过程。

在图1所示的新型列控系统车载设备仿真测试平台中，所述离线工具模块根据新型列控系统测试需求，生成测试场景文件。之后，所述离线工具模块将场景测试文件发送给所述场景控制模块。

在图1所示的新型列控系统车载设备仿真测试平台中，所述场景控制模块自动加载测试场景文件，顺序读取并在界面逐条显示测试场景文件中的信息；根据仿真列车速度计算列车位置，根据列车位置逐条执行场景文件指令。所述场景控制模块根据测试场景文件指令，向所述信号模拟单元的所述卫星信号发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块、速度脉冲信号发生模块、轨道电路信号发生模块、应答器信号发生模块、无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、io接口模块发送信息。在测试过程中，所述场景控制模块接收并存储io接口模块发送的被测新型列控系统车载设备信息中的车辆接口信息，所述信号模拟单元的所述无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块和列车完整性检查装置信号发生模块接收并存储被测新型列控系统车载设备信息中的无线交互数据包，并计算列车实时位置。在测试过程中，所述场景控制模块在软件界面显示仿真测试信息；所述场景控制模块、无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块和列车完整性检查装置信号发生模块在各自模块软件界面提供对所存储数据的查询。

在图1所示的新型列控系统车载设备仿真测试平台中，所述无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、io接口模块接收所述场景控制模块的测试信息，并将对应的模拟地面设备信号和模拟列车信号发送给被测新型列控系统车载设备；所述io接口模块用于接收被测新型列控系统车载设备信息中的车辆接口信息，并发送给所述仿真上位机单元；所述无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块用于接收并存储被测新型列控系统车载设备信息中的无线交互数据包，同时在无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、列车完整性检查装置信号发生模块的软件模块分别提供数据包查询。

如图2所示，本发明涉及的新型列控系统车载设备仿真测试平台测试功能流程主要包括以下步骤：

步骤s1，所述离线工具模块根据被测新型列控系统车载设备型号和测试需求，生成测试场景文件并发送到所述场景控制模块；执行步骤s2。

步骤s2，所述场景控制模块加载测试场景文件，初始化列车运行距离和测试参数，建立新型列控系统车载设备与所述信号模拟单元中无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块和列车完整性检查装置的无线连接，顺序执行测试场景中的指令，开始测试；执行步骤s3-s16。

步骤s3，所述场景控制模块根据当前列车位置和测试场景文件的指令顺序查询信号指令类型，若为卫星信号指令，执行步骤s4；若为列车完整性检查信号指令，执行步骤s5；若为速度脉冲信号指令，执行步骤s6；若为轨道电路载波信号指令，执行步骤s7；若为应答器信号指令，执行步骤s8；若为无线闭塞中心消息指令，执行步骤s9；若为临时限速服务器消息指令，执行步骤s10；若为io接口信号指令，执行步骤s11；若无信号指令，执行步骤s12。

步骤s4，所述场景控制模块向所述卫星信号发生模块发送列车位置信息，所述卫星信号发生模块计算卫星导航数据和差分数据，并向新型列控系统车载设备发送，执行步骤s12；

步骤s5，所述场景控制模块向所述列车完整性检查装置信号发生模块发送列车完整性信息，所述列车完整性检查装置信号发生模块生成风压、列尾速度和列尾位置信息，通过模块内部的无线信号发生装置向新型列控系统车载设备发送上述信息，执行步骤s12；

步骤s6，所述场景控制模块向所述速度脉冲信号发生模块发送手柄位置、atp制动信息，所述速度脉冲信号发生模块根据加速度表(对应牵引、制动等级)实时计算列车速度，通过模块内部的速度脉冲信号发生装置实时向新型列控系统车载设备发送速度信号，执行步骤s12。

步骤s7，所述场景控制模块向所述轨道电路信号发生模块发送轨道电路低频和载频信息，所述轨道电路信号发生模块向轨道电路信号发生装置发送轨道电路载频、低频信号进而发送至新型列控系统车载设备，执行步骤s12。

步骤s8，所述场景控制模块向所述应答器信号发生模块发送应答器名称信息，所述应答器信号发生模块根据接收到的应答器名称查找相应的应答器文件，将应答器信息发送给应答器信号发生装置进而发送至新型列控系统车载设备，执行步骤s12。

步骤s9，所述场景控制模块向所述无线闭塞中心消息发生模块发送无线闭塞中心消息，所述无线闭塞中心消息发生模块将无线闭塞中心消息发送给gsm-r信号发生装置进而发送至新型列控系统车载设备，执行步骤s12。

步骤s10，所述场景控制模块向所述临时限速服务器消息发生模块发送临时限速服务器信息和电子地图信息，所述临时限速服务器消息发生模块将临时限速服务器消息发送给gprs信号发生装置进而发送至新型列控系统车载设备，执行步骤s12。

步骤s11，所述场景控制模块向所述io接口模块发送方向手柄位置、牵引手柄位置、制动手柄位置、驾驶室激活、休眠以及制动反馈等信号，之后所述io接口模块向被测新型列控系统车载设备发送方向手柄位置、牵引手柄位置、制动手柄位置、驾驶室激活、休眠以及制动反馈等信号，执行步骤s12。

步骤s12，所述场景模块查询是否完成本场景内所有消息的发送，若未完成所有消息的发送，执行步骤s3；若已完成所有消息的发送，执行步骤13。

步骤s13，被测新型列控系统车载设备接收所述卫星信号发生模块、所述列车完整性检查装置信号发生模块、所述速度脉冲信号发生模块、所述轨道电路信号发生模块、所述应答器信号发生模块、所述无线闭塞中心消息发生模块、所述临时限速服务器消息发生模块、所述io接口模块发送的信息，执行操作；所述无线闭塞中心消息发生模块、临时限速服务器消息发生模块、所述列车完整性检查装置信号发生模块、所述io接口模块接收被测车载设备发送的信号；执行步骤s14。

本步骤主要是体现被测新型列控系统车载设备会根据接收到的各项消息执行对应操作，已经会反馈相关信息给仿真测试平台。

步骤s14，所述无线闭塞中心消息发生模块、所述临时限速服务器消息发生模块和所述列车完整性检查装置信号发生模块存储接收到的被测新型列控系统车载设备信息中的无线交互数据包；所述io接口模块将接收到的被测新型列控系统车载设备信息中的车辆接口信息发送给所述场景控制模块；执行步骤s15。

步骤s15，所述场景控制模块接收所述io接口模块发送的被测新型列控系统车载设备信息中的车辆接口信息，计算列车速度、列车位置、累计距离、当前轨道电路内剩余距离等信息，并通过软件显示仿真测试信息；执行步骤s16。

步骤s16，所述场景控制模块根据列车位置判断场景文件信息指令，若测试未结束，执行步骤s3；若测试结束，退出。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。