基于DCC及C—S模型的城轨运营仿真系统设计

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[摘 要] 文章首先对火车模型控制协议（Digital Command Control ，DCC）和客户端/服务器（Client-Server，C-S）模型两项关键技术原理进行详细阐述，然后对基于以上关键技术的城轨运营仿真系统设计原理进行详细介绍，最终完成具有很好兼容性、扩展性和稳定性的城轨运营仿真系统。

[关键词] 城市轨道交通；运营仿真；DCC协议；C-S模型

[作者简介] 吴玲英，上海轨道交通培训中心工程师，上海，201102；叶华平，上海轨道交通培训中心，上海，201102；李立明，上海工程技术大学城市轨道交通学院助理实验师，硕士，研究方向：轨道交通检测技术、信号处理，上海， 201620；郑树彬，上海工程技术大学城市轨道交通学院，上海，201620

[中图分类号] U23[文献标识码] A[文章编号] 1007-7723（2012）07-0038-0004

计算机系统仿真技术在铁路运营领域得到了日益广泛的应用，并且随着计算机连锁网络化运营的发展，目前国内很多单一的运营仿真系统不能完整地体现城市轨道交通运营理念以及相关系统的定义和原理[1]。

基于DCC的火车模型控制协议为任何接触轨道的信号提供了统一的标准，搭建的客户端/服务器（C-S）模型可以同时接收到来自多个控制中心的机车模型运行和轨旁设备状态的DCC数据。根据接收到的数据，控制中心发送DCC控制指令操纵机车模型的运行和轨旁设备的状态，实现了计算机连锁网络化运营，已实现128辆列车的控制。目前城轨运营仿真系统在国内首次模拟实现了基于通信的列车运行控制、列车运行自动防护、列车自动控制、列车自动监控等基本功能。

一、DCC协议原理及控制标准

DCC是由国家铁道模型协会（National Model Railroad Association ，NMRA）制定的火车模型控制协议，为任何接触轨道的信号提供了统一的标准，并且为火车模型控制提供了以前无法达到的真实程度。

（一）DCC协议原理

DCC的基本规则是制定一个最低标准， 使任何厂家生产的译码器都能对于任何厂家生产的控制系统进行译码并执行操作。其基本要求是[2]：任何接触运行轨道的信号必须遵循统一标准。而在系统中其他地方的信号：如机车译码器的输出端，或用户输入到控制器时的信号则由各厂家决定；DCC的主要目标是控制机车的牵引功能，但其译码器也可以用于辅助设备上，例如：平面交叉门、信号灯和岔路口。

（二）数字命令控制（DCC）标准

数字命令控制（DCC）是一个异步串行标准，通常包括这样一些协议，在信号本身中包含有操作连接在系统中的所有接受者（机车或辅助设备）所需要的电源。因此，DCC仅适用于两轨电子系统，但其工作原理与火车的规格和规模无关。对于HO规模的火车，典型的轨道电压是14V，电流强度为10A以上。DCC控制器持续地传送电源给轨道。

开关协议包含的异步串型数据如一串用顺序极性转换之间的时间间隔来表示的"0"和"1"。在系统中每一列车的机车上包含一个译码器， 译码器设置为可识别位于每一指令（例如改变某一指定机车的速度）之前的一个串行数据地址。数据包的详细格式可见图1。它显示了如何在不同的位置传送"0"和"1"。而图2显示了一个完整的信息包。进一步的信息在以NMRA标准为基础制作的表1和表2中。

二、客户端/服务器模型

客户端/服务器模型是常用的一种架构模型，将应用程序分成前端客户端组件和后台服务器组件。客户端组件运行在工作站上，负责从用户处接收数据，为服务器处理数据，并形成到服务器的连接。后台服务器会等待客户端的连接，当服务器接收到客户端的连接请求后，服务器会处理并返回给客户端响应信息。客户端接收到响应消息，通过用户接口呈现给用户。

本城轨运营仿真系统设有多个OCC和车控室，以满足多条线路的控制需求。如图3所示，通过服务器可以进行多个控制中心和车控室，及车库的数据交换。

如图4所示，为城轨运营仿真系统客户端/服务器模型功能设计，服务器系统对应多个客户端的数据处理，完成ATS仿真数据、连锁仿真数据、数据库访问数据和列车运行仿真数据的处理，各客户端分别完成界面仿真、操作仿真和运行管理等功能[3]。

三 、城轨运营仿真系统设计

城轨运营仿真系统硬件设备包括机车模型、轨道电路及轨旁设备（信号机、道岔）、信号放大器、命令控制站、功能输出模块及DxdcNet转换模块[4]。列车控制遵循火车模型控制协议（Digital Command Control ，DCC），车控中心、控制中心（OCC）与服务器间的数据交换采用客户端/服务器（C-S）模型。实现了基于无线通信的列车自动运行控制功能、计算机连锁功能和列车自动监控等功能。

如图5所示，为城轨运营仿真系统的设计原理：由服务器发出控制指令，命令控制站（2000）接收后编码发出相应的DCC控制指令，经信号放大器（2001）放大后输出到轨道。安装于列车内部的解码模块接收相应的指令执行，实现列车控制；服务器通过DxdcNet转换模块2003进行沙盘的列车控制、信号机和道岔的控制、区间占用检测及红外无线定位；OCC和车控通过服务器进行信息检测，实现列车控制、信号机和道岔的控制。

四、结 语

基于DCC协议和C-S模型的城轨运营仿真设计系统可以很好地满足兼容性和扩展性的要求，可用于运营各类工种及城市轨道交通相关从业人员和学生的认知，具有系统性强、专业面广的特点。

[参考文献]

[1]邓正均.运输综合演练（沙盘）系统轨道电路初探[J].铁路通信信号，2003，39（11）.

[2]伊大成.用数字指令控制（DCC）火车模型[J].电子制作，2003，（11）.

[3]李紫时.地铁OCC行车调度仿真培训系统设计[D].西南交通大学，2010.

[4]许晓伟，柴晓冬，郑树彬.基于CBTC的城市轨道交通模拟运行系统设计[J].上海工程技术大学学报，2012，26（2）.

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