CN111931284B - 一种基于分布式架构的轨道交通仿真***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式架构的轨道交通仿真***及方法，基于分布式架构的轨道交通仿真***，其包括基于分布式***网络架构形成的总控台和多个列车仿真子***，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信；所述总控台通过对多个所述列车仿真子***的资源进行统一、规范管理与控制，建立***级仿真工程。本发明的基于分布式***网络架构，有效的解决了多个列车仿真子***协同仿真时间不同步，仿真数据不关联等问题，满足了轨道交通仿真***中各列车仿真子***高效、便捷的协同仿真要求。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通仿真技术领域，特别涉及一种基于分布式架构的轨道交通仿真***及方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的高速发展，城市化进程不断的推进，促使轨道交通行业迎来了前所未有的机遇，但因此而带来的挑战也日益突出。轨道交通***因其复杂度高、耦合性强、多学科交叉等特点，使得在整个轨道交通***仿真设计、分析的过程中，各子***协同性差，仿真数据量大，仿真时间尺度难以统一。因此，往往只能针对其中的某一个***(如列车供电***、列车牵引***)进行解耦，单独仿真分析。现有技术均是从某一个子***进行仿真分析。这种传统的仿真方式虽能满足单个子***的仿真分析，但对***整体性能的分析与评估具有一定的局限性。
随着机电***一体化的仿真需求越来越突出。如何从大***层面出发，有效的将***分解成各自独立的子***，同时又能将各子***有机结合起来联合仿真已成为轨道交通领域仿真技术发展的大趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是如何实现对轨道交通***整体进行仿真的基于分布式架构的轨道交通仿真***及方法。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了基于分布式架构的轨道交通仿真***，包括基于分布式***网络架构形成的总控台和多个列车仿真子***，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信；
所述总控台通过对多个所述列车仿真子***的资源进行管理与控制，建立***级仿真工程。
优选地，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信，包括以下方式中的至少一种：
基于以太网通信，所述总控台通过控制管理网络对多个所述列车仿真子***实施状态监视、文件传输和/或控制命令传输；
基于以太网及网络数据的实时传输协议，通过发布订阅机制，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过数据网络实时通信，实施参数修改、仿真数据传输和/或数据监视；
基于以太网及RS485网络，所述总控台配合配电单元，通过电源管理网络实施对多个所述列车仿真子***中的硬件设备的程控上电；
多个所述列车仿真子***的实物设备通过真实多功能车辆总线网络进行通信。
优选地，所述总控台包括移动终端、主控计算机、数据后处理计算机和服务器中的一个或多个；
所述列车仿真子***包括子***管理主机、实时仿真机、空调控制单元、牵引控制单元、电动制动控制单元中的一个或多个。
优选地，多个所述列车仿真子***包括供电仿真子***、列车牵引仿真子***、列车辅助电源仿真子***、列车运行仿真子***、信号仿真子***、列车网络仿真子***、热仿真子***中的一个或多个。
优选地，所述轨道交通仿真***还包括与所述总控台和多个所述列车仿真子***连接的仿真展示子***；
所述仿真展示子***通过以下方式中的至少一种与所述总控台和多个所述列车仿真子***进行连接：
基于以太网通信，所述总控台通过控制管理网络对所述仿真展示子***实施状态监视、文件传输和/或控制命令传输；
基于以太网及网络数据的实时传输协议，通过发布订阅机制，所述总控台和所述仿真展示子***之间以及多个所述列车仿真子***和所述仿真展示子***之间通过数据网络实时通信，实施参数修改、仿真数据传输和/或数据监视；
基于以太网及RS485网络，所述总控台配合配电单元，通过电源管理网络实施对所述仿真展示子***中的硬件设备的程控上电；
通过音视频网络，将所述总控台和多个所述列车仿真子***的显示输出接入到所述仿真展示子***。
优选地，所述仿真展示子***包括仿真展示子***计算机和/或投影***。
优选地，轨道交通***仿真***的***软件架构包括依次设置的人机接口层、网络传输层、接口层、适配层和实体层。
本发明实施例还公开了一种基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其应用于上述的基于分布式架构的轨道交通仿真***，包括：
配置子***以建立所述轨道交通仿真***包括的总控台和多个列车仿真子***之间的链接关系；
多个所述列车仿真子***向所述总控台发布仿真资源；
所述总控台审批所述仿真资源并将审核成功的仿真资源存储至数据库服务器中；
在工程中配置相应的所述列车仿真子***，并从数据库服务器中获取该列车仿真子***对应的所述仿真资源以建立仿真工程；
上电并启动硬件设备和软件，所述总控台通过电源管理网络对多个所述列车仿真子***的硬件设备实施上电，所述总控台通过控制管理网络对多个所述列车仿真子***的仿真软件实施启动；
所述总控台将相应的所述仿真资源发送至对应的所述列车仿真子***中来部署仿真资源；
所述总控台同步多个所述列车仿真子***，使多个所述列车仿真子***的启示时间一致；
所述总控台下发仿真启动指令至多个所述列车仿真子***，使多个所述列车仿真子***同步仿真；
所述总控台停止仿真实验。
优选地，基于分布式架构的轨道交通仿真方法还包括：
根据仿真过程中多个所述列车仿真子***通过数据网络传送到所述总控台的仿真数据进行处理和分析。
优选地，多个所述列车仿真子***同步仿真，包括以下方式中的至少一种：在线修改参数、数据监视、故障注入和上传数据到所述总控台。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
基于分布式架构的轨道交通仿真***，其包括基于分布式***网络架构形成的总控台和多个列车仿真子***，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信；所述总控台通过对多个所述列车仿真子***的资源进行统一、规范管理与控制，建立***级仿真工程。
基于分布式***网络架构，合理的配置高性能工作站、仿真器等硬件设备，搭建一个扩展性、通用性强的轨道交通仿真***。通过总控台对各列车仿真子***的仿真资源进行统一、规范管理和控制，建立***级仿真工程，设置仿真模式和仿真参数，控制所有列车仿真子***进行仿真，实现各列车仿真子***之间的通信。有效的解决了多个列车仿真子***协同仿真时间不同步，仿真数据不关联等问题，满足了轨道交通仿真***中各列车仿真子***高效、便捷的协同仿真要求。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是根据本发明实施例的基于分布式架构的轨道交通仿真***的***架构图；
图2是根据本发明实施例的基于分布式架构的轨道交通仿真***的软件架构图；
图3是根据本发明实施例的基于分布式架构的轨道交通仿真***的软件构成图；
图4是根据本发明实施例的基于分布式架构的轨道交通仿真方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明实施例要解决的技术问题之一是：如何实现对轨道交通***分解成各独立的子***并将各独立的子***有机结合起来联合仿真的基于分布式架构的轨道交通仿真***及方法。为解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于分布式架构的轨道交通仿真***，其包括基于分布式***网络架构形成的总控台和多个列车仿真子***，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信；所述总控台通过对多个所述列车仿真子***的资源进行统一、规范管理与控制，建立***级仿真工程。
针对传统轨道交通***仿真的局限性，本发明实施例基于分布式***网络架构，合理的配置高性能的工作站、仿真器等硬件设备，搭建一个扩展性、通用性强的轨道交通仿真***。通过总控台对各列车仿真子***的仿真资源进行统一、规范管理和控制，建立***级仿真工程，设置仿真模式和仿真参数，控制所有列车仿真子***进行仿真，实现各列车仿真子***之间的通信。有效的解决了多个列车仿真子***协同仿真时间不同步，仿真数据不关联等问题，满足了轨道交通仿真***中各列车仿真子***高效、便捷的协同仿真要求。
下面以具体的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明实施例的一种基于分布式架构的轨道交通仿真***，适用于城轨、机车等多种应用场景的仿真，特别适用于轨道交通路-网-车一体化仿真***。基于分布式架构的轨道交通仿真***包括基于分布式***网络架构形成的总控台和多个列车仿真子***，总控台和多个列车仿真子***之间以及多个列车仿真子***之间通过网络进行通信；总控台通过对多个列车仿真子***的资源进行管理与控制，建立***级仿真工程。首先将轨道交通***按照功能模块分成各个相对独立的列车仿真子***，通过总控台对各列车仿真子***的仿真资源进行统一、规范管理与控制，建立***级仿真工程，设置仿真模式和仿真参数，控制所有列车仿真子***的仿真运行，实现各列车仿真子***之间以及总控台与各列车仿真子***之间的通信，有效的解决多子***协同仿真时间不同步，仿真数据不关联等问题。
其中，多个列车仿真子***按照功能模块可以包括供电仿真子***、列车牵引仿真子***、列车辅助电源仿真子***、列车运行仿真子***、信号仿真子***、列车网络仿真子***、热仿真子***中的一个或多个。
通过总控台对各列车仿真子***的仿真资源进行统一、规范管理与控制，需要总控台和多个列车仿真子***之间以及多个列车仿真子***之间通过网络进行通信，可以利用控制管理网络、数据网络、电源管理网络和多功能车辆总线网络(MVB)进行通信，其具体可以是包括以下方式中的至少一种：
基于以太网通信，总控台通过控制管理网络对多个列车仿真子***实施状态监视、文件传输和/或控制命令传输；
基于以太网及网络数据的实时传输协议，通过发布订阅机制，总控台和多个列车仿真子***之间以及多个列车仿真子***之间通过数据网络实时通信，实施参数修改、仿真数据传输和/或数据监视；
基于以太网及RS485网络，总控台配合配电单元，通过电源管理网络实施对多个列车仿真子***中的硬件设备的程控上电，其中，硬件设备包括各列车仿真子***中的子***管理主机、高性能的实时仿真机和实物设备等，实物设备包括空调控制单元(ACU)、牵引控制单元(DCU)、电动制动控制单元(EBCU)等；
多个列车仿真子***的实物设备通过真实MVB网络(即，列车通信网络)进行通信。
基于分布式架构的轨道交通仿真***，还包括与总控台和多个列车仿真子***连接的仿真展示子***，用于将总控台和多个列车仿真子***的显示进行输出；
仿真展示子***通过以下方式中的至少一种与总控台和多个列车仿真子***进行连接：
基于以太网通信，总控台通过控制管理网络对仿真展示子***实施状态监视、文件传输和/或控制命令传输；
基于以太网及网络数据的实时传输协议，通过发布订阅机制，总控台和仿真展示子***之间以及多个列车仿真子***和仿真展示子***之间通过数据网络实时通信，实施参数修改、仿真数据传输和/或数据监视；
基于以太网及RS485网络，总控台配合配电单元，通过电源管理网络实施对仿真展示子***中的硬件设备的程控上电；
通过音视频网络，将总控台和多个列车仿真子***的显示输出接入到仿真展示子***。
通过控制管理网络、数据网络、电源管理网络、音视频网络、MVB网络实现总控台对仿真资源的统一管理与分配；实现仿真控制指令的发下、同步以及仿真数据的获取。
上述实施例中，总控台可以包括移动终端、主控计算机、数据后处理计算机和高性能的服务器中的一个或多个。高性能的服务器例如可以是使用很多处理器的服务器。列车仿真子***可以包括子***管理主机、高性能的实时仿真机、空调控制单元、牵引控制单元、电动制动控制单元中的一个或多个。仿真展示子***包括仿真展示子***计算机(PC)和/或投影***。
参考图2和图3，轨道交通***仿真***的***软件架构包括依次设置的人机接口层、网络传输层、接口层、适配层和实体层。
具体地，***软件架构分层为：
1)人机接口层：包括主控管理软件、子***管理软件和移动终端软件。
主控管理软件提供***仿真数据库管理、仿真工程管理及配置、仿真运行控制、在线修改参数、数据实时监视、监控界面、仿真后期处理、仿真事件处理、远程桌面、仿真权限管理、仿真模式配置、仿真参数设置等功能。子***管理软件提供子***仿真数据库管理、数据上传、仿真子***监控界面、在线修改参数、实时故障注入、仿真信号观测等功能。移动终端软件提供在线修改参数、故障注入和仿真展示(视景)控制等功能。
2)网络传输层：提供CIA(Common Interface Architecture)数据分发服务，各个CIA节点通过网络传输层实现数据发布/订阅。
3)接口层：提供CIA数据分发服务调用接口，各个列车仿真子***通过调用该接口接入网络传输层。
4)适配层：对非CIA节点通信实体提供桥接功能，实现各种列车仿真子***与CIA传输层的转换。适配层包括适配器软件，由高性能的实时适配器和MVB适配器构成。
适配层包括高性能的实时适配器和MVB适配器。高性能的实时适配器将高性能的实时仿真机接入CIA传输网络，提供高性能的实时仿真机对***数据层的访问功能。MVB适配器将ECU、MVB接口转成以太网的数据，转换到CIA传输网络。
5)实体层，可分为3类设备：高性能的实时仿真子***、ECU实物设备、其他仿真子***。
高性能的实时仿真子***，包括供电仿真子***、列车牵引仿真子***、列车辅助电源仿真子***、列车运行仿真子***、列车制动仿真子***，通过高性能的实时适配器接入传输网络。ECU实物设备，包括EBCU、ACU、DCU，通过MVB适配器接入传输网络。其他仿真子***，如信号仿真子***、列车网络仿真子***、热仿真***和仿真展示子***，该类仿真子***软件直接调用接口层CIA接口，接入传输网络。
分布式轨道交通仿真***软件主要由以下部分构成：
(a)主控管理软件：提供***仿真数据库管理、仿真工程管理及配置、仿真运行控制、在线修改参数、数据实时监视、监控界面、仿真后期处理、仿真事件处理、远程桌面、仿真权限管理、仿真模式配置、仿真参数设置等功能；
(b)子***管理软件：提供子***仿真数据库管理、数据上传、仿真子***监控界面、在线修改参数、实时故障注入、仿真信号观测等功能；
(c)移动终端软件：提供参数在线修改、故障注入和仿真展示(视景)控制等功能。
(d)适配器软件：由高性能的实时适配器和MVB适配器构成。
(e)数据通信中间件：提供发布/订阅服务，实现所有仿真子***之间的实时数据交换。
(f)城市轨道交通多车运营节能仿真***界面：包括仿真参数编辑、仿真结果显示、仿真数据存储。
分布式轨道交通仿真***能够有效实现各子***之间的协同仿真，通过总控台实现对列车仿真子***的软件及硬件设备的统一管理与控制，为轨道交通***各功能子***提供功能耦合、信息交互的平台。参考图4，本发明实施例还公开了一种基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其应用于上述的基于分布式架构的轨道交通仿真***，包括：
配置子***以建立轨道交通仿真***包括的总控台和多个列车仿真子***之间的链接关系，例如通过配置子***UDP接收端口、UDP发送IP、UDP发送端口等信息来配置子***；
多个列车仿真子***向总控台发布仿真资源，例如多个列车仿真子***根据其功能模块向总控台发布相应的仿真资源，仿真资源包括基础模型、仿真基元、分析算法、接口表、静态参数表等；
总控台审批仿真资源并将审核成功的仿真资源存储至数据库服务器中；
在工程中配置相应的列车仿真子***，并从数据库服务器中获取该列车仿真子***对应的仿真资源以建立仿真工程及实验，进行仿真配置，包括：初始值设定、配置子***、预设场景设定、记录数据配置；
上电并启动硬件设备和软件，总控台通过电源管理网络对多个列车仿真子***的硬件设备实施上电，总控台通过控制管理网络对多个列车仿真子***的仿真软件实施启动，其中上电和启动可以是一键式的；
总控台将相应的仿真资源发送至对应的列车仿真子***中来部署仿真资源，其中仿真资源部署也可以是一键式的；
仿真启动前，总控台同步多个列车仿真子***，使多个列车仿真子***的启示时间一致，其中同步多个列车仿真子***也可以是一键式的；
总控台下发仿真启动指令至多个列车仿真子***，使多个列车仿真子***同步仿真，启动实验，包括以下方式中的至少一种：在线修改参数、数据监视、故障注入和上传数据到总控台；
总控台停止仿真实验，例如，总控台通过下发仿真停止指令至多个列车仿真子***实现对仿真实验一键停止。
总控台停止仿真实验后还可以进行复位，并返回至同步子***步骤。
进一步地，基于分布式架构的轨道交通仿真方法，还包括：
根据仿真过程中多个列车仿真子***通过数据网络传送到总控台的仿真数据进行处理和分析。仿真过程中，各列车仿真子***通过实时网络数据传输协议将仿真数据分***得传送给总控台。仿真实验停止后，可在总控台实现对仿真数据的统一处理、分析。
本发明实施例的分布式轨道交通仿真方法，具有良好的***集成性与扩展性，各个列车仿真子***及仿真展示子***通过在总控台的仿真管理子***注册，接入分布式轨道交通仿真***，并通过配置各自的接口及参数的方式完成多***集成与融合，实现多***协同仿真。有效的解决了轨道交通******复杂度高、耦合度强、仿真时间尺度不统一等众多难题，为机电***一体化仿真提供了有力的支撑。
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，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，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的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其应用于基于分布式架构的轨道交通仿真***，其特征在于，包括：
配置子***以建立所述轨道交通仿真***包括的总控台和多个列车仿真子***之间的链接关系；
多个所述列车仿真子***向所述总控台发布仿真资源；
所述总控台审批所述仿真资源并将审核成功的仿真资源存储至数据库服务器中；
在工程中配置相应的所述列车仿真子***，并从数据库服务器中获取该列车仿真子***对应的所述仿真资源以建立仿真工程；
上电并启动硬件设备和软件，所述总控台通过电源管理网络对多个所述列车仿真子***的硬件设备实施上电，所述总控台通过控制管理网络对多个所述列车仿真子***的仿真软件实施启动；
所述总控台将相应的所述仿真资源发送至对应的所述列车仿真子***中来部署仿真资源；
所述总控台同步多个所述列车仿真子***，使多个所述列车仿真子***的启示时间一致；
所述总控台下发仿真启动指令至多个所述列车仿真子***，使多个所述列车仿真子***同步仿真；
所述总控台停止仿真实验；
所述的基于分布式架构的轨道交通仿真方法，还包括：
根据仿真过程中多个所述列车仿真子***通过控制管理网络、数据网络、电源管理网络、音视频网络、多功能车辆总线网络传送到所述总控台的仿真数据进行处理和分析；总控台通过控制管理网络、数据网络、电源管理网络、音视频网络、多功能车辆总线网络对多个所述列车仿真子***的资源进行管理与控制，实现仿真控制指令的发下、同步以及仿真数据的获取，建立***级仿真工程；
多个列车仿真子***包括：供电仿真子***、列车牵引仿真子***、列车辅助电源仿真子***、列车运行仿真子***、信号仿真子***、列车网络仿真子***、热仿真子***中的一个或多个；
所述基于分布式架构的轨道交通仿真***，包括基于分布式***网络架构形成的总控台和多个列车仿真子***，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信；
所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过网络进行通信，包括以下方式中的至少一种：
基于以太网通信，所述总控台通过控制管理网络对多个所述列车仿真子***实施状态监视、文件传输和/或控制命令传输；
基于以太网及网络数据的实时传输协议，通过发布订阅机制，所述总控台和多个所述列车仿真子***之间以及多个所述列车仿真子***之间通过数据网络实时通信，实施参数修改、仿真数据传输和/或数据监视；
基于以太网及RS485网络，所述总控台配合配电单元，通过电源管理网络实施对多个所述列车仿真子***中的硬件设备的程控上电；
多个所述列车仿真子***的实物设备通过真实多功能车辆总线网络进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其特征在于，多个所述列车仿真子***同步仿真，包括以下方式中的至少一种：在线修改参数、数据监视、故障注入和上传数据到所述总控台。
3.根据权利要求1所述的基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其特征在于，所述总控台包括移动终端、主控计算机、数据后处理计算机和服务器中的一个或多个；
所述列车仿真子***包括子***管理主机、实时仿真机、空调控制单元、牵引控制单元、电动制动控制单元中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其特征在于，所述基于分布式架构的轨道交通仿真***还包括与所述总控台和多个所述列车仿真子***连接的仿真展示子***；
所述仿真展示子***通过以下方式中的至少一种与所述总控台和多个所述列车仿真子***进行连接：
基于以太网通信，所述总控台通过控制管理网络对所述仿真展示子***实施状态监视、文件传输和/或控制命令传输；
基于以太网及网络数据的实时传输协议，通过发布订阅机制，所述总控台和所述仿真展示子***之间以及多个所述列车仿真子***和所述仿真展示子***之间通过数据网络实时通信，实施参数修改、仿真数据传输和/或数据监视；
基于以太网及RS485网络，所述总控台配合配电单元，通过电源管理网络实施对所述仿真展示子***中的硬件设备的程控上电；
通过音视频网络，将所述总控台和多个所述列车仿真子***的显示输出接入到所述仿真展示子***。
5.根据权利要求4所述的基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其特征在于，所述仿真展示子***包括仿真展示子***计算机和/或投影***。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于分布式架构的轨道交通仿真方法，其特征在于，所述基于分布式架构的轨道交通仿真***的***软件架构包括依次设置的人机接口层、网络传输层、接口层、适配层和实体层。
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| CN201910394521.2A CN111931284B (zh) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | 一种基于分布式架构的轨道交通仿真***及方法 |
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