CN109094611B - 一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法，所述仿真***包括动力学模型、轨旁设备模型和接口单元，所述方法包括：所述动力学模型获取多个列车运行参数并发送给所述接口单元；所述接口单元根据所述多个列车运行参数更新天线位置，并从所述轨旁模型设备获取所述更新天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表，以及搜索所述待搜索应答器列表。

Description

一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置及方法
技术领域
本发明涉及列车自动控制领域，尤其涉及一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置及方法。
背景技术
轨道交通信号***在实际运行之前需要进行测试，以保证实际运行过程中的稳定性和安全性。
在测试阶段，通过仿真***对应答器报文发送进行测试。列车仿真平台通常包括动力学模型、轨旁设备模型和接口单元。在现有技术中，动力学模型以预设的时间周期发送列车运行参数，轨旁设备模型以预设的时间周期发送应答器信息。采用普通的定时器控制预设的时间周期在CBTC测试(一般120km/h及以下)中尚能满足要求，但是在高铁测试中(最高速度达到400km/h)时，仿真***的网络传输、搜索周期、操作***任务调度等原因会导致应答器位置出窗，无法满足要求。
此外，轨旁模型设备以预设的时间周期遍历所有应答器的辐射范围，计算量随着列车和应答器数目的增长而迅速增大。需要限制列车数目或者仿真线路规模，对硬件性能要求较高，有较大的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置和方法，以提高应答器报文发送的精度和实时性。
为解决上述技术问题，本发明的一方面提供一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法，所述仿真***包括动力学模型、轨旁设备模型和接口单元，所述方法包括：所述动力学模型获取多个列车运行参数并发送给所述接口单元；所述接口单元根据所述多个列车运行参数更新天线位置，并从所述轨旁模型设备获取所述更新天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表，以及搜索所述待搜索应答器列表。
在本发明的一实施例中，所述动力学模型以预设的第一时间周期将获取的多个列车运行参数发送给所述接口单元。
在本发明的一实施例中，所述应答器信息包括应答器ID、应答器位置和应答器报文。
在本发明的一实施例中，从所述轨旁设备模型获取所述天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表包括：所述接口单元根据所述更新天线位置的预设距离生成包括应答器ID的预加载应答器列表，并向所述轨旁设备模型获取与所述应答器ID对应的应答器报文，以生成待搜索应答器列表。
在本发明的一实施例中，响应于接收到所述多个列车运行参数，所述接口单元从所述轨旁设备模型获取应答器信息。
在本发明的一实施例中，搜索所述待搜索应答器列表包括：遍历所述待搜索应答器列表，判断所述更新天线位置是否进入应答器的辐射范围。
在本发明的一实施例中，以自适应的时间间隔从所述轨旁模型设备获取所述更新天线位置的预设距离内的应答器信息。
在本发明的一实施例中，所述自适应的时间间隔由高精度延时函数生成。
本发明的另一方面提供一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置，所述装置包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行所述指令以实现如上所述的方法。
本发明的又一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如上所述的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供了一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置和方法，接口单元根据天线位置生成预加载应答器列表，并向轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，生成待搜索应答器列表，仅搜索待搜索应答器列表，能够极大地缩小搜索范围、减小计算量；预加载应答器列表是在接口单元中生成的，接口单元仅需提前从轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，避免了网络传输、模块间传输和函数调用，以及信息传输中操作***任务调度带来的延时；接口单元以自适应的时间间隔从轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，，显著提高了应答器报文的发送精度。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明一实施例的列车仿真***的组成示意图。
图2是本发明一实施例的一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法的流程图。
图3是本发明一实施例的生成待搜索应答器列表的方法的流程图。
图4是本发明一实施例的在待搜索应答器列表进行搜索的方法的流程图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。
应当理解，当一个元件被称为“在另一个元件上”、“连接到另一个元件”、“耦合于另一个元件”或“接触另一个元件”时，它可以直接在该另一个元件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个元件，或者可以存在***元件。相比之下，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个元件时，不存在***元件。同样的，当第一个元件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个元件，在该第一元件和该第二元件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它元件，甚至在导电元件之间没有直接接触。
考虑参照附图的下列详细说明，本发明的这些和其它特征和特点、结构的有关元件的操作方法和功能，以及部件的结合和制造的经济性将变得更加显而易见，并且所有这些都作为本发明的一部分。然而，应当清楚地理解的是，附图仅仅用于说明和描述目的，而并非意在限制本发明的范围。应当理解，所有附图不是按比例绘制的。
图1是本发明一实施例的列车仿真***100的组成示意图。参考图1所示，该列车仿真***100包括轨旁设备模型110、列车模型120、动力学模型130、接口单元140A，140B、列控车载设备150A，150B、和应答器传输模块151A，151B。其中，动力学模型130是列车模型120的组成部分，应答器传输模块151A是列控车载设备150A的组成部分，应答器传输模块151B是列控车载设备150B的组成部分。图1中示出了两个接口单元140A，140B，分别对应于实际运行中车头和车尾的接口单元。可以理解，接口单元也可以只有一个，相应的列控车载设备也可以只有一个。
轨旁模型设备110存储了线路上全体应答器位置、全体应答器报文以及全体道岔开向状态。该轨旁模型设备110能够从地面设备获取到最新的应答器报文和道岔开向状态。
列车模型120是真实列车车辆的模拟设备，是列车车辆在仿真***中的逻辑单元。列车模型可以是一个逻辑实体，集中管理内部各个单元模块，提供统一的对外通信接口；也可以是一个抽象概念，内部各个模块分别独立运行。在该列车模型120中还包括动力学模型130，该动力学模型130作为该列车模型120中的一个模块。
动力学模型130的工作原理是：
首先，每隔预设的第一时间周期(例如100ms)，根据档位模型输出的牵引制动档位和驾驶台方向档位状态，计算出本周期的加速度；
然后，根据存储的上一周期的速度，计算出本周期列车的速度v和步进位移Δs。将步进位移Δs、速度v和加速度a作为列车运行参数，分别发送给接口单元140A和接口单元140B。
在一实施例中，动力学模型可以维护累计位移s或者累行距离d，并对外发送，以防止丢包。
接口单元140A和接口单元140B通过与列车模型通信，获取来自动力学模型的步进位移Δs、速度v和加速度a等列车运行参数，从而更新紧凑型天线装置(Compact AntennaUnit，CAU)的天线位置。接口单元140A和接口单元140B还从轨旁模型设备110获取在天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表，并搜索该待搜索应答器列表。在本发明的一实施例中，接口单元140A和接口单元140B可以是列车自动防护设备(AutoTrain Protection，ATP)的接口单元。
应答器信息包括应答器ID、应答器位置和应答器报文。应答器ID用于删除或更新应答器信息。应答器位置用于判断应答器激活时机，也就是CAU天线位置是否进入应答器的辐射范围。应答器报文用于应答器激活时发送至应答器传输模块(Balise TransferModule，BTM)。
列控车载设备150A通过应答器传输模块151A连接至接口单元140A，列控车载设备150B通过应答器传输模块151B连接至接口单元140B。应答器传输模块151A和应答器传输模块151B分别从接口单元140A和接口单元140B接收相应的应答器报文。在本发明的一实施例中，列控车载设备150A和列控车载设备150B可以是列车自动防护设备(Auto TrainProtection，ATP)。
图2是本发明一实施例一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法流程图。本发明一实施例的一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法可以在如图1所示的列车仿真***上实现。参考图2所示，该提高仿真***应答器报文发送精度的方法包括以下步骤：
步骤210：动力学模型130获取多个列车运行参数并发送给接口单元140A、140B。
在此步骤中，动力学模型130采集档位模型输出的牵引制动档位和驾驶台方向档位状态，根据档位模型输出的牵引制动档位和驾驶台方向档位状态计算得到多个列车运行参数。该多个列车运行参数包括列车的步进位移Δs、速度v和加速度a等。
步骤220：接口单元140A、140B根据多个列车运行参数更新CAU天线位置。
在此步骤中，接口单元140A、140B根据列车的速度v和加速度a计算步进位移Δs，更新累计位移s，并记录更新时间t0。
接口单元140A、140B计算步进位移Δs的公式为：
Δs1＝v*Δt+0.5a*Δt2，
其中：v为动力学模型最近一次更新的速度，a为动力学模型最近一次更新的加速度，Δt为当前时间距动力学模型最近一次更新的时间。
当前CAU天线的位移为：
s’＝s+Δs1，
其中：s为动力学模型最近一次更新时的累计位移。当动力学模型再次更新时，应以动力学模型的数据为准：s＝s+Δs。
步骤230：接口单元140A、140B从轨旁模型设备110获取天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表。
在此步骤中，接口单元140A、140B根据更新天线位置的预设距离生成包括应答器ID的预加载应答器列表，并向轨旁设备模型110获取与应答器ID对应的应答器报文，以生成待搜索应答器列表。在本发明的一实施例中，预设距离可以是500米。
步骤240：接口单元140A、140B搜索该待搜索应答器列表。
本发明提供一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置和方法，接口单元根据天线位置生成预加载应答器列表，并向轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，生成待搜索应答器列表，仅搜索待搜索应答器列表，能够极大地缩小搜索范围、减小计算量；预加载应答器列表是在接口单元中生成的，接口单元仅需提前从轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，避免了网络传输、模块间传输和函数调用，以及信息传输中操作***任务调度带来的延时。
生成待搜索应答器列表
图3是对应于图2中的步骤230，对提高仿真***应答器报文发送精度的方法中生成待搜索应答器列表的方法进行说明。如图3所示，该生成待搜索应答器列表的方法包括以下步骤：
步骤310：初始化获取静态线路数据。
接口单元140A、140B在初始化时读取轨道连接关系、轨道长度、道岔位置和应答器位置等静态线路数据。
步骤320：根据天线位置生成预加载应答器列表。
在此步骤中，接口单元140A、140B根据天线位置生成预加载应答器列表。接口单元140A、140B采用应答器预加载方法，仅将CAU天线位置前方一预设距离D1(例如：500米)内的应答器ID加入至预加载应答器列表。
在另一实施例中，该预加载方法本身是不定期的，可以以动力学模型发来的列车运行参数为事件触发，也可以以动力学模型发来的多次列车运行参数(例如3次)为事件触发。
在另一实施例中，前方一预设距离可以是前方多段轨道区段(例如3段)。
步骤330：向轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表的应答器信息，生成待搜索应答器列表。
接口单元140A、140B根据包括应答器ID的预加载应答器列表向轨旁设备模型110订阅与应答器ID对应的应答器信息，从而生成待搜索应答器列表。其所订阅的信息除了应答器信息，还包括道岔开向状态。轨旁模型设备110向接口单元140A、140B发送这些信息，并在变化时实时更新。如果待搜索应答器列表与上一次搜索相比有增加的元素，则向轨旁模型设备110订阅应答器报文或道岔开向状态，接口单元140A，140B同时更新待搜索应答器列表。如果待搜索应答器列表与上一次搜索相比有减少的元素，也就是说，该应答器报文和道岔开向状态不在D1范围内，接口单元140A，140B向轨旁模型设备100取消订阅，相应的轨旁模型设备110不再发送更新状态。
对待搜索应答器列表进行搜索
图4是对应于图2中的步骤240，对待搜索应答器列表进行搜索的方法进行说明。接口单元140A，140B针对待搜索应答器列表内的应答器，采用应答器搜索方法，将搜索到的应答器的报文发送至应答器传输模块151A，151B。如图4所示，该搜索方法包括以下步骤：
步骤410：根据列车运行参数更新天线位置。
此步骤的更新方法与图2中的步骤220相同。
步骤420：遍历待搜索应答器列表。
根据搜索到的应答器位置判断CAU天线位置是否进入该应答器的辐射范围。
步骤430：获取目标应答器信息。
当搜索到目标应答器之后，接口单元140A，140B发送相应的应答器报文到该接口单元140A，140B对应的应答器传输模块151A，151B，并从待搜索应答器列表中删除该应答器。
本发明提供了一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法，仅搜索待搜索应答器列表，能够极大地缩小搜索范围、减小计算量。
自适应时间间隔
接口单元140A，140B向轨旁模型设备110订阅应答器信息生成待搜索应答器列表时，两次执行之间的时间间隔不是固定的，而是由一自适应方法计算得出。不固定的时间间隔为自适应时间间隔T2。自适应时间间隔T2可以由中间时间间隔T1计算得到。
在本发明的一实施例中，接口单元140A，140B可以根据最接近的应答器距离D2，以及当前列车速度和最大加速度(例如：1.5m/s2)，计算得到中间时间间隔T1。根据中间时间间隔T1的范围可以生成相应的自适应时间间隔T2。中间时间间隔T1和自适应时间间隔T2的对应关系如下表所示：
T1≥1000ms T2＝0.9*T1
150ms≤T1＜1000ms T2＝T1-100ms
10ms≤T1<150ms T2＝10ms
T1<10ms T2＝1ms
可以理解的是，采用自适应方法是为了减小CPU占用率。当多个接口单元120部署在一台物理主机上时，能够有效减小由多线程任务调度引起的延时。
在一实施例中，该自适应搜索时间间隔T2采用了高精度延时函数，例如：Windows操作***下的timeGetTime函数。在另一实施例中，也可以当第一时间周期T1小于一阈值时才采用高精度延时函数。
特别的，T2能够设置为0ms，独占一个CPU进行发送时机计算，最大程度提高应答器发送精度。
在一实施例中，本发明列车仿真平台的应答器测试方法在实施中一共分为三个独立线程。线程一为消息驱动，用于接收列车模型110的列车运行参数、轨旁模型设备100的应答器报文消息和道岔开向消息，并用于执行预加载方法。线程二用于执行应答器搜索方法和自适应的计算搜索时间间隔方法，搜索到的目标应答器加入待发送应答器列表。线程三为阻塞式发送线程，如果待发送应答器列表不为空则执行应答器发送。
本发明提供了一种用于列车仿真平台的应答器测试装置和方法，接口单元根据天线位置生成预加载应答器列表，并向轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，生成待搜索应答器列表，仅搜索待搜索应答器列表，能够极大地缩小搜索范围、减小计算量；预加载应答器列表是在接口单元中生成的，接口单元仅需提前从轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，避免了网络传输、模块间传输和函数调用，以及信息传输中操作***任务调度带来的延时；接口单元以自适应的时间间隔从轨旁设备模型订阅与预加载应答器列表相对应的应答器信息，自适应的时间间隔小于接口单元接收动力学参数的时间周期，显著提高了应答器报文的发送精度。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体***的设计约束。本领域技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种提高仿真***应答器报文发送精度的方法，所述仿真***包括动力学模型、轨旁设备模型和接口单元，所述方法包括：
所述动力学模型获取多个列车运行参数并发送给所述接口单元；
所述接口单元根据所述多个列车运行参数更新天线位置，并以自适应的时间间隔从所述轨旁设备模型获取所述更新天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表，以及搜索所述待搜索应答器列表；其中，
从所述轨旁设备模型获取所述天线位置的预设距离内的应答器信息以生成待搜索应答器列表包括：所述接口单元根据所述更新天线位置的预设距离生成包括应答器ID的预加载应答器列表，并向所述轨旁设备模型订阅与所述应答器ID对应的应答器报文，以生成待搜索应答器列表；
搜索所述待搜索应答器列表包括：遍历所述待搜索应答器列表，判断所述更新天线位置是否进入应答器的辐射范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动力学模型以预设的第一时间周期将获取的多个列车运行参数发送给所述接口单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应答器信息包括应答器ID、应答器位置和应答器报文。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于接收到所述多个列车运行参数，所述接口单元从所述轨旁设备模型获取应答器信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自适应的时间间隔由高精度延时函数生成。
6.一种提高仿真***应答器报文发送精度的装置，所述装置包括：
存储器，用于存储可由处理器执行的指令；
处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如权利要求1至5任一项所述的方法。
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