城市列车牵引计算系统
使用说明书
北京交通大学
轨道交通控制与安全国家重点实验室
2008年5月
目 录
CONTENT
1 绪论..........................................................3
2 系统安装......................................................6
2.1 运行环境................................................ 6
2.2 软件内容................................................ 6
2.3 软件安装................................................ 6
3 系统总体框架..................................................7
3.1 基础数据模块............................................ 7
3.2 计算参数定义模块........................................ 7
3.3计算模块.................................................7
3.4 系统输出模块............................................ 7
3.5 系统工具模块............................................ 8
3.6 帮助模块................................................ 8
4 系统使用指南..................................................9
4.1数据文件.................................................9
4.1.1线路数据库......................................... 9
4.1.2其它数据.......................................... 19
4.1.3系统退出.......................................... 21
4.2 系统计算条件定义....................................... 21
4.2.1 列车控制方式选择..................................22
4.2.2 计算区段选择......................................23
4.2.3 操纵策略选择......................................24
4.2.4 曲线和隧道的限速及折减公式设置....................24
4.2.5 列车选择..........................................24
4.2.6运行终止.......................................... 26
4.3系统运行................................................26
4.3.1 初始化............................................26
4.3.2显示结果.......................................... 28
4.4 系统输出............................................... 29
4.4.1屏幕显示.......................................... 29
4.4.2 输出方式选择......................................32
4.4.3曲线与参数设置.................................... 33
4.4.4数据存取.......................................... 34
4.5系统工具................................................35
4.5.1系统时钟设置...................................... 35
4.5.2滚动设置.......................................... 36
4.5.3限速显示.......................................... 36
4.5.4曲线参考点选择.................................... 36
4.5.5制动距离验算...................................... 37
4.5.6用户管理.......................................... 37
4.6帮助....................................................37
4.6.1使用帮助文档...................................... 37
4.6.2关于本系统........................................ 37
5系统常见错误索引............................................. 38
5.1线路部分................................................38
5.2移动设备部分............................................38
5.3运行部分................................................39
5.4输出部分................................................40
6 系统操作步骤.................................................42
6.1 基础数据的输入......................................... 42
6.1.1 线路数据输入......................................42
6.1.2 其它数据输入......................................43
6.2 系统定义............................................... 43
6.3 系统运行............................................... 44
6.4 结果输出............................................... 44
1 绪论
有效的组织列车运行是管理铁路运输系统、更好地满足运输需求的基本要求。由于列车运行过程涉及到许多因素，如何准确、快速地计算出列车在各种不同条件下的运行效果并予以评价是列车运行计算的任务。本系统正是在这种背景下，充分利用现代计算机软硬件技术，以真实、快速、准确地计算列车运行过程为目标，为铁路工程咨询、工程设计、运营管理人员提供强有力的科技设计手段和辅助分析与决策工具。
传统的列车牵引计算是基于手工的。手工计算精度差、效率低，工程师们一直在探讨更有效的方法。80年代初，计算机技术得到了极大普及，人们开始研制软件来解决这一问题。早期的软件重点在于模拟手工计算过程，目的是将工程师手工的经验通过计算机再现出来，提高计算效率，减免手工计算的工作量。90年代初，通过同国外软件的交流，人们进一步考虑精度和通用性等方面的问题。例如，不再对铁路线路换算坡道进行化简、不再将列车作为质点来考虑，软件能够同时计算多列车的运行过程，系统的输入、输出界面更为友好，等等。
本项目是在境内外广大专家的协力配合下开发的。1997年，香港理工大学对“铁路列车运行模拟与评价系统”进行立项资助，香港理工大学电机系和原北方交通大学运输系的科研人员参加了研究工作；经过一年多的研究，取得了初步成果。1998年，原北方交通大学在铁道部科技司的立项支持下，对“铁路列车运行模拟与评价系统”进行了研究；与此同时，项目也得到了香港理工大学科研处的进一步资助，滚动性地对 “铁路列车运行模拟与评价系统软件的测试与强化”进行了立项研究。这些支持是本项目研究成功的重要保证。几年来，京港两地的专家多次交流，通力合作，为将项目成果推向实用化过程做出了巨大贡献。此外，项目组还要感谢铁道部全路通信信号公司、铁道部第一、第三、第四勘测设计院、九广铁路公司、北京城建设计院、香港地铁公司、北京铁路局的工程师们，他们在项目研究过程中多次参与了项目的阶段审查工作，和提供研究资料；在需求分析、因素考虑、算法
等方面提出了许多宝贵的意见，为项目开发提供了难得的实践经验。项目开发的另一关键因素是香港理工大学电机系和北京交通大学交通运输学院相关领导和专家远见卓识的支持，没有这些支持，项目的成功也是不可能的。
从研究与开发开始，本系统就将目标放在生产实践上。在研究与开发过程中，课题组请教了大量从事理论与实践工作的中外专家。课题组力求做到系统功能全面、使用操作简单，运用灵活。主要特点可小结如下：
(1) 平台先进 本系统在Windows 2000环境下采用Visual C++语言开
发，用户可选择采用AutoCAD 显示和打印输出结果，系统可连接各
种打印机及绘图仪。系统可在Windows NT、Windows 2000、Windows
XP 下运行。
(2) 计算精确 系统主算法采用等步长法，用户可以根据需要定义计算
步长，最小可达到0.1秒甚至更小。此外，系统在传统的坡道化简、视列车为质点等方面已做出重要改善。
(3) 通用性强 本系统设计时考虑了不同用户的可能需求，许多可能变
化的参数都设置了用户自定义界面。对不需要指定特殊值的用户来
说，可直接采用默认值计算，不影响系统的简明性。
(4) 界面友好 作为一个通用系统，为满足不同用户的需要，课题组多
次修改系统输入输出界面的设计。在给出默认值的基础上，用户可
以有很多机会根据需要更改系统计算参数。
(5) 可靠性好 为防止系统因输入参数设置错误而崩溃，系统的输入过
程中设置了较好的数据校验和保护功能，在运行和输出设置过程中，也考虑了可能导致的问题。
(6) 可扩充性 由于基础数据库、功能计算和系统输出之间具有良好的
独立性，用户自己可以在使用过程中不断扩充、完善系统基础数据，以增强系统的适用性。
图1.1 系统开发信息介绍
2 系统安装
2.1 运行环境
本系统是在Windows 环境下，采用Visual C++编程，系统可以与AutoCAD 等软件工具连接并输出相关结果。建议运行在Windows2000及XP 操作系统及其以上版本，系统运行的最低要求为：硬盘空间最低为100M 、64M 内存、主频166及以上，显示内存8M 及以上。
2.2 软件内容
本系统包装盒包括下述内容：
(1) 光盘一张；
(2) 软件狗一块；
(3) 用户手册一本。
2.3 软件安装
本系统的安装应按照如下步骤：
(1) 关闭计算机，接上软件狗；
(2) 启动计算机，进入Window 2000及以上操作系统；
(3) 插入光盘，执行Install 程序；
(4) 按系统提示进行，直至完成安装。
软件在运行与使用过程中出现问题，请与课题组联系。
3 系统总体框架
本系统采用面向对象的程序设计方法。系统包括以下几个主要模块。
3.1 基础数据模块
基础数据模块是存储系统原始数据、保存运行结果的数据文件。由于本系统要兼顾不同类型的铁路，基础数据的完备性是一个重要标志。
基础数据模块可以由用户在使用中不断维护和扩充。
3.2 计算参数定义模块
计算参数定义是让用户自己来描述所要计算的对象及环境条件，包括线路条件、列车条件、计算原则等。为适应不同用户，系统对一些可能非必需的参数设置了默认参数，用户发现不正确时可以修改。
计算参数有两类：一是必须要定义的参数，计算前必须赋值，为简化用户计算过程，这类参数基本上均有默认值。二是可选参数，计算过程中可以赋值，也可以不赋值。
3.3计算模块
模拟计算是系统的核心模块。这里要考虑提供各种可能的算法和列车运行模式，故算法设计比较麻烦。
本系统的算法设计已考虑了自动、手动调整等模式。
3.4 系统输出模块
系统输出是通过专门的设计提供用户不同输出手段。输出方式主要有屏幕输出、打印机/绘图仪输出两大类。根据用户的要求，用户还可以选择将计算结果以 AutoCAD文件形式存盘。系统还专门设计了几类通过AutoCAD
输出的模板，可供设计人员选用。
3.5 系统工具模块
系统工具中主要包括四方面的功能：一是设置模拟时钟，它可以控制模拟速度，尤其在手动调节时，计算速度过快，将使操纵者难以取得满意效果。二是关于滚动的设置，系统可以根据选定的列车位置显示画面。三是关于限速的显示，可根据用户需要来调节，并可显示不同种类的限速。四是关于曲线参考点的选择，可以选择按照车头位置或列车中部位置显示速度时分曲线。五是制动距离验算，可以输入制动的初速度、末速度及列车减速度来计算列车的制动距离。六是为用户提供的关于用户的管理，在适当加密条件下可以使系统的局部功能对外开放，保证了系统应用过程中用户的权益和开发商的权益。
3.6 帮助模块
帮助模块用来为用户提供热键帮助和指导，也提供系统的版本、开发组构成以及问题咨询地址等信息。
下图描述了系统的主要结构。
图3.1 系统模拟结构图
4 系统使用指南
本系统包括五大模块，即：
● 基础数据；
●系统运行；
●系统输出；
●系统工具；
●帮助。
现将各部分的功能及使用方法分述如下。
4.1数据文件
数据文件主要是指基础数据库的维护。作为一个通用型模拟器，本系统具有一个较完整的、可扩充的基础数据库体系，它包括各种基础数据文件，可以让用户事先建立各类列车运行模拟所需的数据。用户在模拟时可以随意调用这些数据并构造恰当的模拟基础。
基础数据库包括两大部分。一是线路数据库；二是其它数据库，包括列车、动车组定义等。
4.1.1线路数据库
线路数据库是用来输入与线路相关的数据信息；包括线路平、纵断面，信号设备，车站信息等。其基本界面如下图所示。
图4.1 线路数据输入与编辑界面
线路数据界面的输入步骤如下：
(1) 选择主菜单“基础数据”，再选中“线路数据”，进入线路数据输入
对话框；
(2) 用户可以在这个界面下输入新的线路数据，也可再点击“基础数据”
中的“打开文件”，调出一个已有的线路文件，进行再编辑；
(3) 在输入线路数据文件时，应首先输入坡道数据。坡道数据包括起点、
长度、坡度、里程增减、里程名称以及线路号等信息。每输完一段坡道数据，按回车键后屏幕即刻显示该段坡道值标志，并推算下一坡道起点。采用连续输坡道的方式时，可以仅输长度及坡度即可。输入坡道值时，用“+”(可以省略) 表示上坡，用“-”表示下坡。
(4) 输完坡道数据后，系统可以对线路里程进行标定。在这一基础上，可
以进一步录入曲线、隧道、信号机、桥梁等数据。但这些数据属于可
选数据，当不输入时，系统默认为“无”。
(5) 所有数据输入对话框为可隐含式。
(6) 当用户要修改某一个数据项时，用鼠标选中该项设备在图形中的位
置，系统即会弹出可供修改的对话框。用户修改完闭后，系统可以自动类推其后的数据变动项。
(7) 输入所有与线路有关的数据后，用户可以在数据文件处选择进入“输
入数据”菜单，进一步输入区段属性、车站信息等数据。
(8) 输完所有(必须) 数据项后，再点击“基础数据”，选择“保存文件”，
即可由用户自定义文件名称后存盘。文件扩展名为“.lne ”。
在输入具体数据时，系统将所有对话框均设置为灵活的自动隐含形式，用户点击需要输入的数据栏后，屏幕将自动出现相应的对话框。
现将数据输入状态下各分项菜单的主要功能分述如下。
4.1.1.1 新建文件
“新建文件”用来建立一个新的数据文件，点击它可以出现一个新的线路输入界面。用户可以在此基础上输入各种线路数据信息，然后存盘，以便在下一次模拟计算时调用。
4.1.1.2 打开文件
“打开文件”菜单为用户提供调出/打开一个已有的线路文件的功能。点击打开后，系统将显示存放数据库的默认目录，用户选择并双击要打开的文件即可调出该文件。系统以与模板相同的形式显示所选的数据文件。
4.1.1.3 保存文件
输入数据工作完成后，点击“保存文件”，系统提供用户定义文件名称的菜单，用户在输入或选择一个文件名后即可存盘。文件名称应为字符型。定义的名称与已存在文件同名时，系统将给出覆盖提示。覆盖基础数据文件，
系统将对授权进行检查，以免因误存、改写而造成数据丢失。
4.1.1.4另存文件
当用户对系统某项数据进行少量试验性修改时，用户可选择“另存文件”为一个新文件的形式来存放数据。另存时不需要验证授权。
4.1.1.5线路数据
线路数据是模拟计算过程必须要定义的计算条件之一。它是确定列车受力、计算列车运动轨迹的依据。线路数据的输入通过专门的界面来完成，它包括以下几类信息：
(1) 坡道数据(必须) 坡道数据是确定列车运行阻力的基础数据之一，也是必须要输入的数据。坡道数据要求首先输入，坡道数据包括有坡道起点、长度、坡度的大小(‰) 及里程增减等。
在坡道数据中，首先输入坡道的长度和坡度，同时根据实际情况设置了“递增”、“递减”两种功能，可供用户指定。当用户对此无定义时，系统则默认为“递增”。对话框中的“里程名称”，可指定该段线路的名称，“线路号”用于线路出现长短链时标识前后的变化。
坡道数据必须首先输入，且为必须输入的数据项。
坡道数据的录入界面如图所示。
图4.2 线路数据录入界面(1)
(2)曲线数据(可选) 曲线数据应在输入坡道数据后输入。输入曲线时，应输入曲线起点里程、长度、半径。当存在缓和曲线时，根据缓和曲线计算方法，曲线起点应从第一个缓和曲线的折半处计算，终点则应为第二段缓和曲线的中点。是否输入缓和曲线，可由用户选择。具体录入界面如下所示。
图4.3 曲线数据录入界面(2)
(3)隧道数据(可选) 隧道是计算隧道空气阻力的依据。输入项包括中点位置(起点位置) 、长度、里程名称、线路号。
隧道数据输入界面如下图所示。
图4.4 隧道数据输入界面
(4)信号机位置(可选) 信号机数据是多列车运行时的基础数据。信号机数据包括信号机位置、里程名称、线路号。对多列车来说，信号机数据是必须的，否则，系统将在初始化时给出出错提示。
信号机输入界面如下图所示。
图4.5 信号机数据输入界面
(5)桥梁数据(可选) 桥梁数据反映了线路条件，虽与阻力计算无关，但与信号机布局有关。此项数据为可选数据，但用户可据此查询。桥梁数据项包括中点、长度、里程名称、线路号。
桥梁数据的输入界面如下图所示。
图4.6 桥梁数据输入
为方便用户输入线路数据，系统还提供了以表格方式输入以上五类数据
的功能，用户可以点击工具栏上的“表格输入”按钮（见图4.7），打开表格输入对话框(见图4.8) 。
表格输入
图4.7 表格方式输入线路数据按钮
图4.8 表格方式输入线路数据对话框
说明：“里程名称”指一段线路的名称，可以不输入。“线路号”用
特别要注意的是：在输入曲线、隧道、于线路出现长短链时标识前后的变化。
桥梁、信号机及线路工程线速、车站数据时，所输入的里程名称和线路号应与坡道处定义的完全一致。
(6)其它数据项 包括区段属性、车站信息、里程变换等，现分述如下。
A 区段属性数据(必须) 包括区段名称，线路工程限速。列车运行时参照的最终限速应取决于动车组的构造速度以及线路工程限速的最小值。
各段工程限速的输入包括起始里程和工程限速值，其终点里程为下一个限速段的起始里程。因此，这里要求工程限速的数据是连续的。
区段数据录入界面如下图所示。
图4.9 区段属性数据录入界面
B 车站数据(必须) 车站数据主要包括：
·车站名称 指线路上列车沿途可能经停的位置名称，用于模拟过程中
列车运行过程定义。
·中心里程 指车站中心线在线路中的里程。它是确定列车停站位置、计算列车停站误差的依据。
·里程名称 指该段线路所对应的名称。
·线路号 指该段线路所对应的线路号，里程名称与线路号应与线路部分定义的完全一致。
在运行计算中，当缺少必需的数据时，系统应能给出提示。下图给出了上述数据的输入界面。
图4.10 车站信息输入界面
C 里程变换数据 里程变换数据输入设置主要为了处理线路出现长短链的情况，其数据输入包括：线路起点数据及里程变换数据，在起点数据中数据起点的相应信息，包括起点里程，里程名称，线路号，里程增减，标高。在里程变换数据中输入长短链的变化点，包括原里程，变换里程等数据，具体如下图所示：
图4.11 里程变换数据输入
D 数据转换 数据转换的功能是利用现有的线路数据生成反向的数据。在进行反向数据生成时，系统将自动按已输入的方向对称地反推里程。出现误差，用户可以修改。
E 存为Excel 文件 用户可以根据需要将线路数据存为Excel 文件。
4.1.2其它数据
其它数据文件包括列车及动车组的数据。
4.1.2.1列车定义
列车定义就是确定各列车的编组及牵引机车，它是本模拟器最重要的设计关键之一。系统为用户提供了任意编组不同类型列车的功能，用户可根据需要设想并构造不同类型列车，并在指定线路上尝试运行效果。在定义列车过程中，用户可在现有的动车组库中挑选动车组，也可自定义相关的动车组。
下图是列车定义的主菜单。
图4.12 列车定义菜单
对地铁列车，采用的多是动力分散式编组，这里定义的列车是一个整体。
4.1.2.2动车组数据
动车组数据项包括：
·动车组名称 动车组名称是以后用来定义列车的重要前提，它一经定义，将自动出现在列车定义处的可选动车组栏中。在列车运行计算中，动车组参数的取值亦将根据名称来进行。
·动车组类型 主要指是铁路机车还是地铁动车。
·电机数量 指该动车组上装备的电机总数。
·阻力方程 与动车组传动构造、轮轨关系相关的模型。基本阻力方程一般可通过实验得出。
·特性曲线及电流曲线 包括牵引特性曲线、电阻制动特性曲线、有功电流特性曲线、供电电流特性曲线等。
图4.13 动车组数据录入界面(1)
动车组数据库是系统重要的基础数据库之一，其中动车组类型的多少是
评价系统的好坏的一个方面。
目前在动车组库中已经输入了多种类型的动车组。当有新的动车组类型出现时，用户可以自行添加到系统。
动车组数据录入界面如图4.13、4.14所示。
图4.14 动车组数据录入界面(2)
4.1.3系统退出
用户不再需要使用系统时，可选择退出。
4.2 系统计算条件定义
在进行计算以前，需要对列车运行的条件和模拟的各种参数进行设定。设定的具体内容包括以下主要方面。
4.2.1 列车控制方式选择
用户可以采用以下两种方式控制列车运行过程。
4.2.1.1自动方式
选择“自动方式”时，列车将在计算机控制下按选定原则自动运行，无须用户中途干预。
这里列车自动运行的原则是：列车运行过程按给定的目标速度、以最大牵引力牵引运行。不难看出：它将得到最快的运行速度和最小的运行时间。
4.2.1.2手动方式
手动方式是为用户提供的一种更直接地操纵列车运行的方式，旨在体现用户的目标，改善自动计算条件下某些不够满意的运营指标。
手动运行的策略是巡航策略。它是指列车达到某一速度后即保持以该速度运行，直到列车因受到速度限制或停车而需要减速。巡航运行模式用于地铁系统的工程设计，以检验列车在区间的运行时间和其它指标的消耗。
根据不同用户的要求，我们设计了以下两种手动控制策略。
一种是通过键盘上移动光标的“左键”和“右键”来控制列车运行过程。用户按动右键，列车即从静止开始从低手柄位向高手柄位增进，这里，为防止列车手柄位变化过快，计算机对手柄位的渐进时间仍自动按设定约束条件来进行判断，当用户按动过快时，系统将延迟响应。
另一种情况是用户通过鼠标来控制列车运行。在显示屏幕上，已设置了相关按钮，如牵引、惰行、制动，用户点击相应的按钮后，列车即以相应的工况运行。
图4.15 计算参数设定(1)
4.2.2 计算区段选择
要为列车的运行选择合适的线路。一般地，在定义前要输入相关线路的数据，即从线路数据输入界面的“基础数据”的“新建文件”处输入并存盘。这里仅需单击打开所选文件，然后选中相应的线路文件名称即可。如上图所示。
4.2.3 操纵策略选择
操纵策略是描述机车驾驶员具体操纵特点的一些参数，本系统考虑了工况转换时间这个参数。
工况转换时间定义了驾驶员在改变工况时，每一工况所必须持续的时间。例如，当机车要将工况从制动改变为牵引时，中间经过惰行，若设定工况持续时间为1.5秒(默认值) ，则在计算时经过1.5*2=3秒后机车的工况才能转为牵引，这样使模拟过程更切合实际情况。
4.2.4 曲线和隧道的限速及折减公式设置
用户可以按照指定的参数进行设置，也可以利用默认值。
4.2.5 列车选择
确定了要列车运行的线路后，需要选择合适的列车。
列车定义是本系统设计中最主要的难点之一，它需要在保证系统通用的前提下来考虑各种可能的参数设置和模拟条件。为做到这一点，前面定义的动车组基础库，是列车定义的前提。
在数据文件中，不仅将动车组作为基础数据存放，列车也在其中。如果没有合适的列车，用户应当先到基础数据库中定义自己要计算的列车，并予以赋名。定义完所需列车后，用户可以进入到列车选择菜单。
在选择列车时不能对列车参数进行修改。
列车选择及定义的界面如下图所示。
图4.16 计算参数设定(2)
对每一列车，还有以下一系列参数需要选定。
(1) 车站停站股道 它是列车在车站经过或停车沿途各车站所规定的股
道。列车停站时分 指列车在沿途各站的停站时间。必须指出的是：当该值定义为零时，表示列车将不停车通过该车站。
对每一列车来说，其默认的初始起点位置是线路第一个车站中心线加半个列车长度。由于本模拟器以列车头部为计算参照点，列车的长度又不完全一样，故每一列车的起点一般是不完全相同的。
4.2.6运行终止
运行终止有三种方式：
一是所有列车到达指定的终点站或地点，用户在该次计算中选定的线路与区间不再有活动的列车。
二是用户设定的结束时间已到，系统将不再往下计算，并保存当前列车各状态数据。
三是用户在系统计算过程中随时干预的终止指令。
系统在终止运行后，所有运行数据均居留在内存中。用户如要保存计算结果，可以在结果输出菜单中选择数据存取中的结果存储键，系统将提示用户以适当的文件名存盘计算数据。
4.3系统运行
4.3.1 初始化
参数定义完毕后，程序要求在计算开始前先进行初始化，初始化的主要目的包括以下三个方面。
4.3.1.1检查系统配置
初始化过程中，系统将对用户定义的计算条件和系统已有资源进行检验，确认一般条件下计算开始的必要条件是否具备。如果出现冲突或系统资源不足以进行所需计算，系统将在初始化完成时给出问题的相关提示。
初始化检查的主要条件有：
·单列车运行条件 包括线路坡道、车站数据、列车定义、牵引力特
性、制动力特性等；主要检查参数值是否给出，各参数之值是否在
给定范围内，等等。
当系统缺乏某些必备参数时，将给出提示，指导用户添加相应参数，以
保证计算过程的进行。
4.3.1.2确定线路最终限速
静态限速 即在线路选择与列车定义后即可确定的限速，它是不随列车位置变化和信号机影响的限速。决定静态限速的主要因素包括：
·线路限速(工程限速)；
·动车组构造速度；
·车站限速，包括道岔限速，通过车站限速，等；
·用户事先输入的其它限速。
最终静态限速值取上述静态限速中的最低值。
4.3.1.3提高计算效率
列车运行过程计算是一个复杂的过程，因为有大量约束条件需要满足，其中有些是具有较强的动态特性的约束，难以在计算过程中充分、迅速兼顾的；这使得难以建立一般的、解释性的优化模型。为提高计算效率，避免传统计算算法中经常发生的“退回重算”，本系统的初始化过程中利用已有信息，充分考虑各种设置方案，在初始化时将各处限速尽量计算清楚，从而可大大加快计算的速度。
初始化完成后，系统将显示列车位置，车站位置，并将显示由线路限速、特殊限速的系统限速。初始化后的系统界面如下图所示，它是列车运行的基础。
图4.17系统初始化后的界面
当列车在行进过程中满足初始化过程计算出的各种静态限速和动态限速时，列车的前进手柄位将可以被证明是可行的、无须退回重算。
4.3.2显示结果
用户可以选择“运行计算”。计算结果直接显示在屏幕上，比较直观。 下图给出了系统计算时显示VT-S 曲线的一个例子。
图4.18 计算显示的系统界面
4.4 系统输出
为更好地满足工程设计的需要，本系统对输出格式进行了精心设计。本部分包括以下几方面内容和功能。
4.4.1屏幕显示
在系统进行计算的同时，系统可以通过屏幕同步显示运行计算的结果。系统可同步显示的数据包括以下各项。
·V-S曲线 即列车运行的速度-距离曲线。下图是V-S 曲线一例。
图4.19 V-S曲线
·T-S曲线 即列车运行的时间-距离曲线。
图4.20 T-S曲线图
·VT-S曲线 即同时显示列车运行时间-距离、速度-距离曲线。
下图是VT-S 图。
图4.21 VT-S图
·H-S曲线 即显示列车运行的工况曲线。下图是工况曲线图。
图4.22 工况曲线图
·C-S曲线 即显示列车运行的电流曲线。
下图是C-S 曲线的一个例子。
图4.23 C-S曲线
在系统输出过程中时，应将定义的基本参数也一并显示在屏幕上，用户可以随时查找相应的数据。这些数据也记录到数据文件中。
4.4.2 输出方式选择
除屏幕显示外，系统提供了打印机、绘图仪等输出方式。可以协助用户打印页面大小不同的数据或图形。
下图给出了输出方式选择的设计界面。
图4.24 输出方式选择
4.4.3曲线与参数设置
为取得较好的屏幕显示或打印效果，系统为用户提供了灵活的显示设置。用户可以根据显示器或打印纸的大小来定义图形的显示比例，这些比例是任意可调的，但限于整数。
同时，用户想选择哪些曲线来显示，可以通过界面来选择。下图是绘图、显示参数调整界面及界面选择一例。
图4.25 显示参数设置
4.4.4数据存取
用户可以选择将计算结果保存。本系统为用户提供了两种保存方式： AutoCAD 方式、文本文件方式。
AutoCAD 方式是本系统为通过AutoCAD 输出而提供的一个接口。以该方式存储的文件可以直接用AutoCAD 打开并显示。
文本方式为用户打印结果来进行校验等目的提供了便捷的途径。
下图显示了存取设计界面。
图4.26 存取设计界面
4.5系统工具
系统工具是为用户修改、删除某些部分或取消某项操作而设置的。这些工具包括以下各项。
4.5.1系统时钟设置
系统时钟是用来调节系统计算速度的工具。在手动计算条件下，由于计算机速度过快，列车行进迅速，用户有时可能难以将预定操纵策略加载到列车运行过程，此时，可以加大系统时钟之值，使计算速度放慢，从而保证对列车运行过程的良好控制。系统时钟的默认值设为50毫秒。
4.5.2滚动设置
为使用户能方便地从屏幕监测列车运行过程，系统可以对选定的列车实行滚动跟踪。选择工具栏中的设置滚动即可完成这一设置。
当用户不欲设置滚动时，可再选择一次，即可消除滚动。
4.5.3限速显示
限速是列车运行的重要约束条件。如前所述，有两种主要的静态限速可以显示在计算屏幕，即工程限速和初始化后的限速。它们有利于用户更直观地监测列车运行，判断操纵策略的适当与否。
当用户需要比较清晰从屏幕辨认列车运行数据时，可以选择不显示任何限速数据。
关于限速显示的控制可通过屏幕上的快捷键来进行。
4.5.4曲线参考点选择
分为按车头位置显示和按列车中部位置显示两种方式。分别表示输出曲线的起始点参考位置。如下图作以比较。
图4.27按车头位置显示
图4.28 按列车中部位置显示
4.5.5制动距离验算
可以输入制动的初速度、末速度及列车减速度来计算列车的制动距离。
4.5.6用户管理
作为一个重要的专业软件，系统的基础库中存放着大量数据资料。这里，系统为用户提供了一定的保护措施，即设置了权限管理。高级用户可以将软件的部分内容公开给其他人员，而不影响系统的安全。
4.6帮助
帮助是为系统用户提供使用的指导。
4.6.1使用帮助文档
主要为系统在程序运行过程中提供指导。
4.6.2关于本系统
提供关于系统开发组的信息，版本指南等。
5系统常见错误索引
作为新开发的软件系统，在使用过程中可能会遇到一些问题，以下将可能出现的问题列出以供检查。
5.1线路部分
(1)线路录入时，界面颜色变化并死机或退出
原因：用户操作系统为98环境时，线路里程过长超过98系统的最大默认显示设置的极限。
解决办法：将系统转移到Windows NT下运行；或者将线路分段保存，分段计算。
(2)线路数据录入后不能运行列车(在其他线路文件下可以运行)
原因可能有以下几方面：
·线路未定义限速；
·车站位置定义不合适或未定义；
·列车起动处线路坡度过大，列车无法起动；
·起点车站中心里程小于半个列车长度，导致列车起动阻力无法计算。 解决办法：
·增补限速定义及车站位置定义；
·改变列车起动处坡度值；
·在起点站增加一平道。
5.2移动设备部分
(1)列车无法起动
原因：
·机车牵引力过小或无牵引曲线；
·起动阻力过大；
·组成列车的机车车辆或动车组名称在基础数据库中已被修改而列车未重新定义；
·机车车辆曲线及数据定义不充分。
办法：根据原因补齐或改变相关数据项。
(2)列车运行中途停止或死机
原因：
·线路过长，超过计算机容许限度；
·动车组或列车参数不全或不合理；
·动车组无只动曲线，造成列车进站无法停车而死机；
·病毒。
解决办法：
•检查线路长度，或在NT 下运行；
•检查参数，重置参数组合；
•检查动车组参数；
•用杀毒软件杀毒。
5.3运行部分
(1)列车运行途中退出
原因：
•步长、工况转换与容许超过限速的最大值不匹配；
•线路过长，系统驻留数据超过内存资源容量。
解决办法：
•改变三个参数，一般的原则是：步长越大，容许超过限速的最大
值应越大，工况转换时间应为步长的整数倍。
•关闭一些程序，加大步长，或将线路分段。
(2)计算速度太慢
原因：
•步长太小；
•模拟时钟值设置较大；
•机器主频太低。
解决办法：
•将步长适当增加；
•减少模拟时钟值；
•换一台较快的计算机来计算。
(3)停车误差太大
原因：
•步长太大
解决办法：
•将步长缩小。
(4)用户定义列车在某中间站停车，但列车无法停车
原因：
•用户在定义时未点“保存车站站内信息”按钮
解决办法：
•重新定义，在车站数据定义时，点“保存”按钮。
(5)自动计算时，列车牵引手柄位不提升，运行速度上不去
原因：
•参数定义处，关于工况/手柄位操纵参数的选择不合理。
解决办法：
•将手柄位持续时间改小。
(6)运行速度变慢
原因：
•线路较长，计算过程中驻留内存的数据过多。
解决办法：
•分段计算，分段保存；
•关闭其他应用程序。
5.4输出部分
(1)无法读入一个数据文件
原因：计算后原结果仍驻留内存，使当前内存未清空。
解决办法：退出后重新登录进入。
(2)读入数据无法显示
原因：
•调出的数据文件所基于的线路与当前线路不匹配；
•未点击速度-距离曲线；
解决办法：
•清空内存或先计算一个线路相同的案例，使线路匹配；
•先选中一条曲线，再点击速度-距离曲线快捷键。
(3)打印效果不理想
原因：存盘前设置不理想。
办法：存盘前调整好有关参数的比例值，可能需要多次试验。
6 系统操作步骤
以下对系统的使用过程作以描述。
6.1 基础数据的输入
基础数据包括线路数据库和其它数据库。线路数据库包括坡道、曲线、桥隧、信号机以及车站数据等。其它数据库包括动车组及列车数据等。
6.1.1 线路数据输入
步骤如下：
1) 选择菜单“基础数据”下的“线路数据”，或按工具条上的
入线路数据输入界面。
2) 输入区段属性数据
a) 输入区段名称
b) 按里程输入线路的工程限速，该限速数据必需输入，以作为列车运行的限速，而且数据值要连续。
3) 输入坡道数据(必需)
如下图，单击坡道矩形区域，则弹出线路数据输入对话框。
，进
图6.1 坡道显示区域
在对话框中输入坡道长度和坡度值并选择里程的增减，按回车键则输入数据；选中要删除的坡道，按Delete 键删除该坡道；选中要修改的坡道，输入新的坡度和长度值，按回车键则修改该坡道数据；选中某一坡道，输入坡道的坡度和长度值，点击工具条上的
，则在当前坡道前面插入新的坡道。
4) 输入曲线、桥梁、隧道、信号机等的数据(非必需) 。其输入的方式与坡道
类似。
5) 输入车站数据
进入车站数据输入主界面。按“添加”则加入一新行，输入车站名称，中心点位置，里程名称等数据。输入后按“保存”，则加入一新的车站。可以按“删除”对已生成的车站进行编辑。
6) 输入里程变换数据
6.1.2 其它数据输入
主要包括动车组及列车数据的输入。步骤如下：
1) 动车组数据的输入。
进入动车组数据录入界面。按“添加”后，输入动车组的各项数据，输入完毕按“完成”保存。另外，可以进行修改及删除操作。
添加一组新动车组后，按“特性曲线及电流曲线”可以输入该动车组的各特性曲线。
2) 列车数据的输入。
在动车组数据输入完毕之后，才能定义列车。进入列车数据录入界面，按“添加”后，输入列车的各项数据。在其动车组的对话框中选择“动车组类型”。输入完毕后，则可以按“完成”加入一列新的列车。
6.2 系统定义
步骤如下：
1) 进入计算参数设定对话框(1)，可以按需要选择控制方式。然后选择计算
区段，选定一段已经输入的线路文件，其他的输入可以取默认值。 2) 按“下一步”进入计算参数设定对话框(2)，在“现有列车”中列出了已
定义的列车，然后双击要选择的列车或单击列车后按，则选定的列车出现在“模拟列车”列表中。单击“模拟列车”中的列车，则在车站信
息中出现默认的停车股道和停车时分信息，可以按需要修改。当数据输完之后，按“完成”结束参数的设定。
6.3 系统运行
步骤如下：
6) 选择菜单“系统运行”下的“系统初始化”，或按工具条上的
统进行初始化。
7)
选择菜单“系统运行”下的“运行计算”，或按工具条上的
统。
8) 选择菜单“系统运行”下的“运行终止”，或按工具条上的
终止系统计算。
9) 选择菜单“系统工具”下的“滚动设置”，或按工具条上的
出的滚动。 ，设置输，暂停或，运行系，对系
6.4 结果输出
1) 选择菜单“系统输出”下的“屏幕显示”，或按工具条上
的
，可以输出VS 、TS 曲线等。
2) 选择菜单“系统输出”下的“存为AutoCAD 脚本”和“存储××文本文
件”，可以将结果数据保存为AutoCAD 或文本的格式。
城市列车牵引计算系统
使用说明书
北京交通大学
轨道交通控制与安全国家重点实验室
2008年5月
目 录
CONTENT
1 绪论..........................................................3
2 系统安装......................................................6
2.1 运行环境................................................ 6
2.2 软件内容................................................ 6
2.3 软件安装................................................ 6
3 系统总体框架..................................................7
3.1 基础数据模块............................................ 7
3.2 计算参数定义模块........................................ 7
3.3计算模块.................................................7
3.4 系统输出模块............................................ 7
3.5 系统工具模块............................................ 8
3.6 帮助模块................................................ 8
4 系统使用指南..................................................9
4.1数据文件.................................................9
4.1.1线路数据库......................................... 9
4.1.2其它数据.......................................... 19
4.1.3系统退出.......................................... 21
4.2 系统计算条件定义....................................... 21
4.2.1 列车控制方式选择..................................22
4.2.2 计算区段选择......................................23
4.2.3 操纵策略选择......................................24
4.2.4 曲线和隧道的限速及折减公式设置....................24
4.2.5 列车选择..........................................24
4.2.6运行终止.......................................... 26
4.3系统运行................................................26
4.3.1 初始化............................................26
4.3.2显示结果.......................................... 28
4.4 系统输出............................................... 29
4.4.1屏幕显示.......................................... 29
4.4.2 输出方式选择......................................32
4.4.3曲线与参数设置.................................... 33
4.4.4数据存取.......................................... 34
4.5系统工具................................................35
4.5.1系统时钟设置...................................... 35
4.5.2滚动设置.......................................... 36
4.5.3限速显示.......................................... 36
4.5.4曲线参考点选择.................................... 36
4.5.5制动距离验算...................................... 37
4.5.6用户管理.......................................... 37
4.6帮助....................................................37
4.6.1使用帮助文档...................................... 37
4.6.2关于本系统........................................ 37
5系统常见错误索引............................................. 38
5.1线路部分................................................38
5.2移动设备部分............................................38
5.3运行部分................................................39
5.4输出部分................................................40
6 系统操作步骤.................................................42
6.1 基础数据的输入......................................... 42
6.1.1 线路数据输入......................................42
6.1.2 其它数据输入......................................43
6.2 系统定义............................................... 43
6.3 系统运行............................................... 44
6.4 结果输出............................................... 44
1 绪论
有效的组织列车运行是管理铁路运输系统、更好地满足运输需求的基本要求。由于列车运行过程涉及到许多因素，如何准确、快速地计算出列车在各种不同条件下的运行效果并予以评价是列车运行计算的任务。本系统正是在这种背景下，充分利用现代计算机软硬件技术，以真实、快速、准确地计算列车运行过程为目标，为铁路工程咨询、工程设计、运营管理人员提供强有力的科技设计手段和辅助分析与决策工具。
传统的列车牵引计算是基于手工的。手工计算精度差、效率低，工程师们一直在探讨更有效的方法。80年代初，计算机技术得到了极大普及，人们开始研制软件来解决这一问题。早期的软件重点在于模拟手工计算过程，目的是将工程师手工的经验通过计算机再现出来，提高计算效率，减免手工计算的工作量。90年代初，通过同国外软件的交流，人们进一步考虑精度和通用性等方面的问题。例如，不再对铁路线路换算坡道进行化简、不再将列车作为质点来考虑，软件能够同时计算多列车的运行过程，系统的输入、输出界面更为友好，等等。
本项目是在境内外广大专家的协力配合下开发的。1997年，香港理工大学对“铁路列车运行模拟与评价系统”进行立项资助，香港理工大学电机系和原北方交通大学运输系的科研人员参加了研究工作；经过一年多的研究，取得了初步成果。1998年，原北方交通大学在铁道部科技司的立项支持下，对“铁路列车运行模拟与评价系统”进行了研究；与此同时，项目也得到了香港理工大学科研处的进一步资助，滚动性地对 “铁路列车运行模拟与评价系统软件的测试与强化”进行了立项研究。这些支持是本项目研究成功的重要保证。几年来，京港两地的专家多次交流，通力合作，为将项目成果推向实用化过程做出了巨大贡献。此外，项目组还要感谢铁道部全路通信信号公司、铁道部第一、第三、第四勘测设计院、九广铁路公司、北京城建设计院、香港地铁公司、北京铁路局的工程师们，他们在项目研究过程中多次参与了项目的阶段审查工作，和提供研究资料；在需求分析、因素考虑、算法
等方面提出了许多宝贵的意见，为项目开发提供了难得的实践经验。项目开发的另一关键因素是香港理工大学电机系和北京交通大学交通运输学院相关领导和专家远见卓识的支持，没有这些支持，项目的成功也是不可能的。
从研究与开发开始，本系统就将目标放在生产实践上。在研究与开发过程中，课题组请教了大量从事理论与实践工作的中外专家。课题组力求做到系统功能全面、使用操作简单，运用灵活。主要特点可小结如下：
(1) 平台先进 本系统在Windows 2000环境下采用Visual C++语言开
发，用户可选择采用AutoCAD 显示和打印输出结果，系统可连接各
种打印机及绘图仪。系统可在Windows NT、Windows 2000、Windows
XP 下运行。
(2) 计算精确 系统主算法采用等步长法，用户可以根据需要定义计算
步长，最小可达到0.1秒甚至更小。此外，系统在传统的坡道化简、视列车为质点等方面已做出重要改善。
(3) 通用性强 本系统设计时考虑了不同用户的可能需求，许多可能变
化的参数都设置了用户自定义界面。对不需要指定特殊值的用户来
说，可直接采用默认值计算，不影响系统的简明性。
(4) 界面友好 作为一个通用系统，为满足不同用户的需要，课题组多
次修改系统输入输出界面的设计。在给出默认值的基础上，用户可
以有很多机会根据需要更改系统计算参数。
(5) 可靠性好 为防止系统因输入参数设置错误而崩溃，系统的输入过
程中设置了较好的数据校验和保护功能，在运行和输出设置过程中，也考虑了可能导致的问题。
(6) 可扩充性 由于基础数据库、功能计算和系统输出之间具有良好的
独立性，用户自己可以在使用过程中不断扩充、完善系统基础数据，以增强系统的适用性。
图1.1 系统开发信息介绍
2 系统安装
2.1 运行环境
本系统是在Windows 环境下，采用Visual C++编程，系统可以与AutoCAD 等软件工具连接并输出相关结果。建议运行在Windows2000及XP 操作系统及其以上版本，系统运行的最低要求为：硬盘空间最低为100M 、64M 内存、主频166及以上，显示内存8M 及以上。
2.2 软件内容
本系统包装盒包括下述内容：
(1) 光盘一张；
(2) 软件狗一块；
(3) 用户手册一本。
2.3 软件安装
本系统的安装应按照如下步骤：
(1) 关闭计算机，接上软件狗；
(2) 启动计算机，进入Window 2000及以上操作系统；
(3) 插入光盘，执行Install 程序；
(4) 按系统提示进行，直至完成安装。
软件在运行与使用过程中出现问题，请与课题组联系。
3 系统总体框架
本系统采用面向对象的程序设计方法。系统包括以下几个主要模块。
3.1 基础数据模块
基础数据模块是存储系统原始数据、保存运行结果的数据文件。由于本系统要兼顾不同类型的铁路，基础数据的完备性是一个重要标志。
基础数据模块可以由用户在使用中不断维护和扩充。
3.2 计算参数定义模块
计算参数定义是让用户自己来描述所要计算的对象及环境条件，包括线路条件、列车条件、计算原则等。为适应不同用户，系统对一些可能非必需的参数设置了默认参数，用户发现不正确时可以修改。
计算参数有两类：一是必须要定义的参数，计算前必须赋值，为简化用户计算过程，这类参数基本上均有默认值。二是可选参数，计算过程中可以赋值，也可以不赋值。
3.3计算模块
模拟计算是系统的核心模块。这里要考虑提供各种可能的算法和列车运行模式，故算法设计比较麻烦。
本系统的算法设计已考虑了自动、手动调整等模式。
3.4 系统输出模块
系统输出是通过专门的设计提供用户不同输出手段。输出方式主要有屏幕输出、打印机/绘图仪输出两大类。根据用户的要求，用户还可以选择将计算结果以 AutoCAD文件形式存盘。系统还专门设计了几类通过AutoCAD
输出的模板，可供设计人员选用。
3.5 系统工具模块
系统工具中主要包括四方面的功能：一是设置模拟时钟，它可以控制模拟速度，尤其在手动调节时，计算速度过快，将使操纵者难以取得满意效果。二是关于滚动的设置，系统可以根据选定的列车位置显示画面。三是关于限速的显示，可根据用户需要来调节，并可显示不同种类的限速。四是关于曲线参考点的选择，可以选择按照车头位置或列车中部位置显示速度时分曲线。五是制动距离验算，可以输入制动的初速度、末速度及列车减速度来计算列车的制动距离。六是为用户提供的关于用户的管理，在适当加密条件下可以使系统的局部功能对外开放，保证了系统应用过程中用户的权益和开发商的权益。
3.6 帮助模块
帮助模块用来为用户提供热键帮助和指导，也提供系统的版本、开发组构成以及问题咨询地址等信息。
下图描述了系统的主要结构。
图3.1 系统模拟结构图
4 系统使用指南
本系统包括五大模块，即：
● 基础数据；
●系统运行；
●系统输出；
●系统工具；
●帮助。
现将各部分的功能及使用方法分述如下。
4.1数据文件
数据文件主要是指基础数据库的维护。作为一个通用型模拟器，本系统具有一个较完整的、可扩充的基础数据库体系，它包括各种基础数据文件，可以让用户事先建立各类列车运行模拟所需的数据。用户在模拟时可以随意调用这些数据并构造恰当的模拟基础。
基础数据库包括两大部分。一是线路数据库；二是其它数据库，包括列车、动车组定义等。
4.1.1线路数据库
线路数据库是用来输入与线路相关的数据信息；包括线路平、纵断面，信号设备，车站信息等。其基本界面如下图所示。
图4.1 线路数据输入与编辑界面
线路数据界面的输入步骤如下：
(1) 选择主菜单“基础数据”，再选中“线路数据”，进入线路数据输入
对话框；
(2) 用户可以在这个界面下输入新的线路数据，也可再点击“基础数据”
中的“打开文件”，调出一个已有的线路文件，进行再编辑；
(3) 在输入线路数据文件时，应首先输入坡道数据。坡道数据包括起点、
长度、坡度、里程增减、里程名称以及线路号等信息。每输完一段坡道数据，按回车键后屏幕即刻显示该段坡道值标志，并推算下一坡道起点。采用连续输坡道的方式时，可以仅输长度及坡度即可。输入坡道值时，用“+”(可以省略) 表示上坡，用“-”表示下坡。
(4) 输完坡道数据后，系统可以对线路里程进行标定。在这一基础上，可
以进一步录入曲线、隧道、信号机、桥梁等数据。但这些数据属于可
选数据，当不输入时，系统默认为“无”。
(5) 所有数据输入对话框为可隐含式。
(6) 当用户要修改某一个数据项时，用鼠标选中该项设备在图形中的位
置，系统即会弹出可供修改的对话框。用户修改完闭后，系统可以自动类推其后的数据变动项。
(7) 输入所有与线路有关的数据后，用户可以在数据文件处选择进入“输
入数据”菜单，进一步输入区段属性、车站信息等数据。
(8) 输完所有(必须) 数据项后，再点击“基础数据”，选择“保存文件”，
即可由用户自定义文件名称后存盘。文件扩展名为“.lne ”。
在输入具体数据时，系统将所有对话框均设置为灵活的自动隐含形式，用户点击需要输入的数据栏后，屏幕将自动出现相应的对话框。
现将数据输入状态下各分项菜单的主要功能分述如下。
4.1.1.1 新建文件
“新建文件”用来建立一个新的数据文件，点击它可以出现一个新的线路输入界面。用户可以在此基础上输入各种线路数据信息，然后存盘，以便在下一次模拟计算时调用。
4.1.1.2 打开文件
“打开文件”菜单为用户提供调出/打开一个已有的线路文件的功能。点击打开后，系统将显示存放数据库的默认目录，用户选择并双击要打开的文件即可调出该文件。系统以与模板相同的形式显示所选的数据文件。
4.1.1.3 保存文件
输入数据工作完成后，点击“保存文件”，系统提供用户定义文件名称的菜单，用户在输入或选择一个文件名后即可存盘。文件名称应为字符型。定义的名称与已存在文件同名时，系统将给出覆盖提示。覆盖基础数据文件，
系统将对授权进行检查，以免因误存、改写而造成数据丢失。
4.1.1.4另存文件
当用户对系统某项数据进行少量试验性修改时，用户可选择“另存文件”为一个新文件的形式来存放数据。另存时不需要验证授权。
4.1.1.5线路数据
线路数据是模拟计算过程必须要定义的计算条件之一。它是确定列车受力、计算列车运动轨迹的依据。线路数据的输入通过专门的界面来完成，它包括以下几类信息：
(1) 坡道数据(必须) 坡道数据是确定列车运行阻力的基础数据之一，也是必须要输入的数据。坡道数据要求首先输入，坡道数据包括有坡道起点、长度、坡度的大小(‰) 及里程增减等。
在坡道数据中，首先输入坡道的长度和坡度，同时根据实际情况设置了“递增”、“递减”两种功能，可供用户指定。当用户对此无定义时，系统则默认为“递增”。对话框中的“里程名称”，可指定该段线路的名称，“线路号”用于线路出现长短链时标识前后的变化。
坡道数据必须首先输入，且为必须输入的数据项。
坡道数据的录入界面如图所示。
图4.2 线路数据录入界面(1)
(2)曲线数据(可选) 曲线数据应在输入坡道数据后输入。输入曲线时，应输入曲线起点里程、长度、半径。当存在缓和曲线时，根据缓和曲线计算方法，曲线起点应从第一个缓和曲线的折半处计算，终点则应为第二段缓和曲线的中点。是否输入缓和曲线，可由用户选择。具体录入界面如下所示。
图4.3 曲线数据录入界面(2)
(3)隧道数据(可选) 隧道是计算隧道空气阻力的依据。输入项包括中点位置(起点位置) 、长度、里程名称、线路号。
隧道数据输入界面如下图所示。
图4.4 隧道数据输入界面
(4)信号机位置(可选) 信号机数据是多列车运行时的基础数据。信号机数据包括信号机位置、里程名称、线路号。对多列车来说，信号机数据是必须的，否则，系统将在初始化时给出出错提示。
信号机输入界面如下图所示。
图4.5 信号机数据输入界面
(5)桥梁数据(可选) 桥梁数据反映了线路条件，虽与阻力计算无关，但与信号机布局有关。此项数据为可选数据，但用户可据此查询。桥梁数据项包括中点、长度、里程名称、线路号。
桥梁数据的输入界面如下图所示。
图4.6 桥梁数据输入
为方便用户输入线路数据，系统还提供了以表格方式输入以上五类数据
的功能，用户可以点击工具栏上的“表格输入”按钮（见图4.7），打开表格输入对话框(见图4.8) 。
表格输入
图4.7 表格方式输入线路数据按钮
图4.8 表格方式输入线路数据对话框
说明：“里程名称”指一段线路的名称，可以不输入。“线路号”用
特别要注意的是：在输入曲线、隧道、于线路出现长短链时标识前后的变化。
桥梁、信号机及线路工程线速、车站数据时，所输入的里程名称和线路号应与坡道处定义的完全一致。
(6)其它数据项 包括区段属性、车站信息、里程变换等，现分述如下。
A 区段属性数据(必须) 包括区段名称，线路工程限速。列车运行时参照的最终限速应取决于动车组的构造速度以及线路工程限速的最小值。
各段工程限速的输入包括起始里程和工程限速值，其终点里程为下一个限速段的起始里程。因此，这里要求工程限速的数据是连续的。
区段数据录入界面如下图所示。
图4.9 区段属性数据录入界面
B 车站数据(必须) 车站数据主要包括：
·车站名称 指线路上列车沿途可能经停的位置名称，用于模拟过程中
列车运行过程定义。
·中心里程 指车站中心线在线路中的里程。它是确定列车停站位置、计算列车停站误差的依据。
·里程名称 指该段线路所对应的名称。
·线路号 指该段线路所对应的线路号，里程名称与线路号应与线路部分定义的完全一致。
在运行计算中，当缺少必需的数据时，系统应能给出提示。下图给出了上述数据的输入界面。
图4.10 车站信息输入界面
C 里程变换数据 里程变换数据输入设置主要为了处理线路出现长短链的情况，其数据输入包括：线路起点数据及里程变换数据，在起点数据中数据起点的相应信息，包括起点里程，里程名称，线路号，里程增减，标高。在里程变换数据中输入长短链的变化点，包括原里程，变换里程等数据，具体如下图所示：
图4.11 里程变换数据输入
D 数据转换 数据转换的功能是利用现有的线路数据生成反向的数据。在进行反向数据生成时，系统将自动按已输入的方向对称地反推里程。出现误差，用户可以修改。
E 存为Excel 文件 用户可以根据需要将线路数据存为Excel 文件。
4.1.2其它数据
其它数据文件包括列车及动车组的数据。
4.1.2.1列车定义
列车定义就是确定各列车的编组及牵引机车，它是本模拟器最重要的设计关键之一。系统为用户提供了任意编组不同类型列车的功能，用户可根据需要设想并构造不同类型列车，并在指定线路上尝试运行效果。在定义列车过程中，用户可在现有的动车组库中挑选动车组，也可自定义相关的动车组。
下图是列车定义的主菜单。
图4.12 列车定义菜单
对地铁列车，采用的多是动力分散式编组，这里定义的列车是一个整体。
4.1.2.2动车组数据
动车组数据项包括：
·动车组名称 动车组名称是以后用来定义列车的重要前提，它一经定义，将自动出现在列车定义处的可选动车组栏中。在列车运行计算中，动车组参数的取值亦将根据名称来进行。
·动车组类型 主要指是铁路机车还是地铁动车。
·电机数量 指该动车组上装备的电机总数。
·阻力方程 与动车组传动构造、轮轨关系相关的模型。基本阻力方程一般可通过实验得出。
·特性曲线及电流曲线 包括牵引特性曲线、电阻制动特性曲线、有功电流特性曲线、供电电流特性曲线等。
图4.13 动车组数据录入界面(1)
动车组数据库是系统重要的基础数据库之一，其中动车组类型的多少是
评价系统的好坏的一个方面。
目前在动车组库中已经输入了多种类型的动车组。当有新的动车组类型出现时，用户可以自行添加到系统。
动车组数据录入界面如图4.13、4.14所示。
图4.14 动车组数据录入界面(2)
4.1.3系统退出
用户不再需要使用系统时，可选择退出。
4.2 系统计算条件定义
在进行计算以前，需要对列车运行的条件和模拟的各种参数进行设定。设定的具体内容包括以下主要方面。
4.2.1 列车控制方式选择
用户可以采用以下两种方式控制列车运行过程。
4.2.1.1自动方式
选择“自动方式”时，列车将在计算机控制下按选定原则自动运行，无须用户中途干预。
这里列车自动运行的原则是：列车运行过程按给定的目标速度、以最大牵引力牵引运行。不难看出：它将得到最快的运行速度和最小的运行时间。
4.2.1.2手动方式
手动方式是为用户提供的一种更直接地操纵列车运行的方式，旨在体现用户的目标，改善自动计算条件下某些不够满意的运营指标。
手动运行的策略是巡航策略。它是指列车达到某一速度后即保持以该速度运行，直到列车因受到速度限制或停车而需要减速。巡航运行模式用于地铁系统的工程设计，以检验列车在区间的运行时间和其它指标的消耗。
根据不同用户的要求，我们设计了以下两种手动控制策略。
一种是通过键盘上移动光标的“左键”和“右键”来控制列车运行过程。用户按动右键，列车即从静止开始从低手柄位向高手柄位增进，这里，为防止列车手柄位变化过快，计算机对手柄位的渐进时间仍自动按设定约束条件来进行判断，当用户按动过快时，系统将延迟响应。
另一种情况是用户通过鼠标来控制列车运行。在显示屏幕上，已设置了相关按钮，如牵引、惰行、制动，用户点击相应的按钮后，列车即以相应的工况运行。
图4.15 计算参数设定(1)
4.2.2 计算区段选择
要为列车的运行选择合适的线路。一般地，在定义前要输入相关线路的数据，即从线路数据输入界面的“基础数据”的“新建文件”处输入并存盘。这里仅需单击打开所选文件，然后选中相应的线路文件名称即可。如上图所示。
4.2.3 操纵策略选择
操纵策略是描述机车驾驶员具体操纵特点的一些参数，本系统考虑了工况转换时间这个参数。
工况转换时间定义了驾驶员在改变工况时，每一工况所必须持续的时间。例如，当机车要将工况从制动改变为牵引时，中间经过惰行，若设定工况持续时间为1.5秒(默认值) ，则在计算时经过1.5*2=3秒后机车的工况才能转为牵引，这样使模拟过程更切合实际情况。
4.2.4 曲线和隧道的限速及折减公式设置
用户可以按照指定的参数进行设置，也可以利用默认值。
4.2.5 列车选择
确定了要列车运行的线路后，需要选择合适的列车。
列车定义是本系统设计中最主要的难点之一，它需要在保证系统通用的前提下来考虑各种可能的参数设置和模拟条件。为做到这一点，前面定义的动车组基础库，是列车定义的前提。
在数据文件中，不仅将动车组作为基础数据存放，列车也在其中。如果没有合适的列车，用户应当先到基础数据库中定义自己要计算的列车，并予以赋名。定义完所需列车后，用户可以进入到列车选择菜单。
在选择列车时不能对列车参数进行修改。
列车选择及定义的界面如下图所示。
图4.16 计算参数设定(2)
对每一列车，还有以下一系列参数需要选定。
(1) 车站停站股道 它是列车在车站经过或停车沿途各车站所规定的股
道。列车停站时分 指列车在沿途各站的停站时间。必须指出的是：当该值定义为零时，表示列车将不停车通过该车站。
对每一列车来说，其默认的初始起点位置是线路第一个车站中心线加半个列车长度。由于本模拟器以列车头部为计算参照点，列车的长度又不完全一样，故每一列车的起点一般是不完全相同的。
4.2.6运行终止
运行终止有三种方式：
一是所有列车到达指定的终点站或地点，用户在该次计算中选定的线路与区间不再有活动的列车。
二是用户设定的结束时间已到，系统将不再往下计算，并保存当前列车各状态数据。
三是用户在系统计算过程中随时干预的终止指令。
系统在终止运行后，所有运行数据均居留在内存中。用户如要保存计算结果，可以在结果输出菜单中选择数据存取中的结果存储键，系统将提示用户以适当的文件名存盘计算数据。
4.3系统运行
4.3.1 初始化
参数定义完毕后，程序要求在计算开始前先进行初始化，初始化的主要目的包括以下三个方面。
4.3.1.1检查系统配置
初始化过程中，系统将对用户定义的计算条件和系统已有资源进行检验，确认一般条件下计算开始的必要条件是否具备。如果出现冲突或系统资源不足以进行所需计算，系统将在初始化完成时给出问题的相关提示。
初始化检查的主要条件有：
·单列车运行条件 包括线路坡道、车站数据、列车定义、牵引力特
性、制动力特性等；主要检查参数值是否给出，各参数之值是否在
给定范围内，等等。
当系统缺乏某些必备参数时，将给出提示，指导用户添加相应参数，以
保证计算过程的进行。
4.3.1.2确定线路最终限速
静态限速 即在线路选择与列车定义后即可确定的限速，它是不随列车位置变化和信号机影响的限速。决定静态限速的主要因素包括：
·线路限速(工程限速)；
·动车组构造速度；
·车站限速，包括道岔限速，通过车站限速，等；
·用户事先输入的其它限速。
最终静态限速值取上述静态限速中的最低值。
4.3.1.3提高计算效率
列车运行过程计算是一个复杂的过程，因为有大量约束条件需要满足，其中有些是具有较强的动态特性的约束，难以在计算过程中充分、迅速兼顾的；这使得难以建立一般的、解释性的优化模型。为提高计算效率，避免传统计算算法中经常发生的“退回重算”，本系统的初始化过程中利用已有信息，充分考虑各种设置方案，在初始化时将各处限速尽量计算清楚，从而可大大加快计算的速度。
初始化完成后，系统将显示列车位置，车站位置，并将显示由线路限速、特殊限速的系统限速。初始化后的系统界面如下图所示，它是列车运行的基础。
图4.17系统初始化后的界面
当列车在行进过程中满足初始化过程计算出的各种静态限速和动态限速时，列车的前进手柄位将可以被证明是可行的、无须退回重算。
4.3.2显示结果
用户可以选择“运行计算”。计算结果直接显示在屏幕上，比较直观。 下图给出了系统计算时显示VT-S 曲线的一个例子。
图4.18 计算显示的系统界面
4.4 系统输出
为更好地满足工程设计的需要，本系统对输出格式进行了精心设计。本部分包括以下几方面内容和功能。
4.4.1屏幕显示
在系统进行计算的同时，系统可以通过屏幕同步显示运行计算的结果。系统可同步显示的数据包括以下各项。
·V-S曲线 即列车运行的速度-距离曲线。下图是V-S 曲线一例。
图4.19 V-S曲线
·T-S曲线 即列车运行的时间-距离曲线。
图4.20 T-S曲线图
·VT-S曲线 即同时显示列车运行时间-距离、速度-距离曲线。
下图是VT-S 图。
图4.21 VT-S图
·H-S曲线 即显示列车运行的工况曲线。下图是工况曲线图。
图4.22 工况曲线图
·C-S曲线 即显示列车运行的电流曲线。
下图是C-S 曲线的一个例子。
图4.23 C-S曲线
在系统输出过程中时，应将定义的基本参数也一并显示在屏幕上，用户可以随时查找相应的数据。这些数据也记录到数据文件中。
4.4.2 输出方式选择
除屏幕显示外，系统提供了打印机、绘图仪等输出方式。可以协助用户打印页面大小不同的数据或图形。
下图给出了输出方式选择的设计界面。
图4.24 输出方式选择
4.4.3曲线与参数设置
为取得较好的屏幕显示或打印效果，系统为用户提供了灵活的显示设置。用户可以根据显示器或打印纸的大小来定义图形的显示比例，这些比例是任意可调的，但限于整数。
同时，用户想选择哪些曲线来显示，可以通过界面来选择。下图是绘图、显示参数调整界面及界面选择一例。
图4.25 显示参数设置
4.4.4数据存取
用户可以选择将计算结果保存。本系统为用户提供了两种保存方式： AutoCAD 方式、文本文件方式。
AutoCAD 方式是本系统为通过AutoCAD 输出而提供的一个接口。以该方式存储的文件可以直接用AutoCAD 打开并显示。
文本方式为用户打印结果来进行校验等目的提供了便捷的途径。
下图显示了存取设计界面。
图4.26 存取设计界面
4.5系统工具
系统工具是为用户修改、删除某些部分或取消某项操作而设置的。这些工具包括以下各项。
4.5.1系统时钟设置
系统时钟是用来调节系统计算速度的工具。在手动计算条件下，由于计算机速度过快，列车行进迅速，用户有时可能难以将预定操纵策略加载到列车运行过程，此时，可以加大系统时钟之值，使计算速度放慢，从而保证对列车运行过程的良好控制。系统时钟的默认值设为50毫秒。
4.5.2滚动设置
为使用户能方便地从屏幕监测列车运行过程，系统可以对选定的列车实行滚动跟踪。选择工具栏中的设置滚动即可完成这一设置。
当用户不欲设置滚动时，可再选择一次，即可消除滚动。
4.5.3限速显示
限速是列车运行的重要约束条件。如前所述，有两种主要的静态限速可以显示在计算屏幕，即工程限速和初始化后的限速。它们有利于用户更直观地监测列车运行，判断操纵策略的适当与否。
当用户需要比较清晰从屏幕辨认列车运行数据时，可以选择不显示任何限速数据。
关于限速显示的控制可通过屏幕上的快捷键来进行。
4.5.4曲线参考点选择
分为按车头位置显示和按列车中部位置显示两种方式。分别表示输出曲线的起始点参考位置。如下图作以比较。
图4.27按车头位置显示
图4.28 按列车中部位置显示
4.5.5制动距离验算
可以输入制动的初速度、末速度及列车减速度来计算列车的制动距离。
4.5.6用户管理
作为一个重要的专业软件，系统的基础库中存放着大量数据资料。这里，系统为用户提供了一定的保护措施，即设置了权限管理。高级用户可以将软件的部分内容公开给其他人员，而不影响系统的安全。
4.6帮助
帮助是为系统用户提供使用的指导。
4.6.1使用帮助文档
主要为系统在程序运行过程中提供指导。
4.6.2关于本系统
提供关于系统开发组的信息，版本指南等。
5系统常见错误索引
作为新开发的软件系统，在使用过程中可能会遇到一些问题，以下将可能出现的问题列出以供检查。
5.1线路部分
(1)线路录入时，界面颜色变化并死机或退出
原因：用户操作系统为98环境时，线路里程过长超过98系统的最大默认显示设置的极限。
解决办法：将系统转移到Windows NT下运行；或者将线路分段保存，分段计算。
(2)线路数据录入后不能运行列车(在其他线路文件下可以运行)
原因可能有以下几方面：
·线路未定义限速；
·车站位置定义不合适或未定义；
·列车起动处线路坡度过大，列车无法起动；
·起点车站中心里程小于半个列车长度，导致列车起动阻力无法计算。 解决办法：
·增补限速定义及车站位置定义；
·改变列车起动处坡度值；
·在起点站增加一平道。
5.2移动设备部分
(1)列车无法起动
原因：
·机车牵引力过小或无牵引曲线；
·起动阻力过大；
·组成列车的机车车辆或动车组名称在基础数据库中已被修改而列车未重新定义；
·机车车辆曲线及数据定义不充分。
办法：根据原因补齐或改变相关数据项。
(2)列车运行中途停止或死机
原因：
·线路过长，超过计算机容许限度；
·动车组或列车参数不全或不合理；
·动车组无只动曲线，造成列车进站无法停车而死机；
·病毒。
解决办法：
•检查线路长度，或在NT 下运行；
•检查参数，重置参数组合；
•检查动车组参数；
•用杀毒软件杀毒。
5.3运行部分
(1)列车运行途中退出
原因：
•步长、工况转换与容许超过限速的最大值不匹配；
•线路过长，系统驻留数据超过内存资源容量。
解决办法：
•改变三个参数，一般的原则是：步长越大，容许超过限速的最大
值应越大，工况转换时间应为步长的整数倍。
•关闭一些程序，加大步长，或将线路分段。
(2)计算速度太慢
原因：
•步长太小；
•模拟时钟值设置较大；
•机器主频太低。
解决办法：
•将步长适当增加；
•减少模拟时钟值；
•换一台较快的计算机来计算。
(3)停车误差太大
原因：
•步长太大
解决办法：
•将步长缩小。
(4)用户定义列车在某中间站停车，但列车无法停车
原因：
•用户在定义时未点“保存车站站内信息”按钮
解决办法：
•重新定义，在车站数据定义时，点“保存”按钮。
(5)自动计算时，列车牵引手柄位不提升，运行速度上不去
原因：
•参数定义处，关于工况/手柄位操纵参数的选择不合理。
解决办法：
•将手柄位持续时间改小。
(6)运行速度变慢
原因：
•线路较长，计算过程中驻留内存的数据过多。
解决办法：
•分段计算，分段保存；
•关闭其他应用程序。
5.4输出部分
(1)无法读入一个数据文件
原因：计算后原结果仍驻留内存，使当前内存未清空。
解决办法：退出后重新登录进入。
(2)读入数据无法显示
原因：
•调出的数据文件所基于的线路与当前线路不匹配；
•未点击速度-距离曲线；
解决办法：
•清空内存或先计算一个线路相同的案例，使线路匹配；
•先选中一条曲线，再点击速度-距离曲线快捷键。
(3)打印效果不理想
原因：存盘前设置不理想。
办法：存盘前调整好有关参数的比例值，可能需要多次试验。
6 系统操作步骤
以下对系统的使用过程作以描述。
6.1 基础数据的输入
基础数据包括线路数据库和其它数据库。线路数据库包括坡道、曲线、桥隧、信号机以及车站数据等。其它数据库包括动车组及列车数据等。
6.1.1 线路数据输入
步骤如下：
1) 选择菜单“基础数据”下的“线路数据”，或按工具条上的
入线路数据输入界面。
2) 输入区段属性数据
a) 输入区段名称
b) 按里程输入线路的工程限速，该限速数据必需输入，以作为列车运行的限速，而且数据值要连续。
3) 输入坡道数据(必需)
如下图，单击坡道矩形区域，则弹出线路数据输入对话框。
，进
图6.1 坡道显示区域
在对话框中输入坡道长度和坡度值并选择里程的增减，按回车键则输入数据；选中要删除的坡道，按Delete 键删除该坡道；选中要修改的坡道，输入新的坡度和长度值，按回车键则修改该坡道数据；选中某一坡道，输入坡道的坡度和长度值，点击工具条上的
，则在当前坡道前面插入新的坡道。
4) 输入曲线、桥梁、隧道、信号机等的数据(非必需) 。其输入的方式与坡道
类似。
5) 输入车站数据
进入车站数据输入主界面。按“添加”则加入一新行，输入车站名称，中心点位置，里程名称等数据。输入后按“保存”，则加入一新的车站。可以按“删除”对已生成的车站进行编辑。
6) 输入里程变换数据
6.1.2 其它数据输入
主要包括动车组及列车数据的输入。步骤如下：
1) 动车组数据的输入。
进入动车组数据录入界面。按“添加”后，输入动车组的各项数据，输入完毕按“完成”保存。另外，可以进行修改及删除操作。
添加一组新动车组后，按“特性曲线及电流曲线”可以输入该动车组的各特性曲线。
2) 列车数据的输入。
在动车组数据输入完毕之后，才能定义列车。进入列车数据录入界面，按“添加”后，输入列车的各项数据。在其动车组的对话框中选择“动车组类型”。输入完毕后，则可以按“完成”加入一列新的列车。
6.2 系统定义
步骤如下：
1) 进入计算参数设定对话框(1)，可以按需要选择控制方式。然后选择计算
区段，选定一段已经输入的线路文件，其他的输入可以取默认值。 2) 按“下一步”进入计算参数设定对话框(2)，在“现有列车”中列出了已
定义的列车，然后双击要选择的列车或单击列车后按，则选定的列车出现在“模拟列车”列表中。单击“模拟列车”中的列车，则在车站信
息中出现默认的停车股道和停车时分信息，可以按需要修改。当数据输完之后，按“完成”结束参数的设定。
6.3 系统运行
步骤如下：
6) 选择菜单“系统运行”下的“系统初始化”，或按工具条上的
统进行初始化。
7)
选择菜单“系统运行”下的“运行计算”，或按工具条上的
统。
8) 选择菜单“系统运行”下的“运行终止”，或按工具条上的
终止系统计算。
9) 选择菜单“系统工具”下的“滚动设置”，或按工具条上的
出的滚动。 ，设置输，暂停或，运行系，对系
6.4 结果输出
1) 选择菜单“系统输出”下的“屏幕显示”，或按工具条上
的
，可以输出VS 、TS 曲线等。
2) 选择菜单“系统输出”下的“存为AutoCAD 脚本”和“存储××文本文
件”，可以将结果数据保存为AutoCAD 或文本的格式。