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摘要介紹了城市軌道交通區(qū)間信號(hào)系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估平臺(tái)的研制背景,給出平臺(tái)的硬件分布式系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)要介紹了平臺(tái)軟件系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的功能。闡述了平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程,以及前臺(tái)VC6開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器SQLServer接口的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞安全管理,區(qū)間信號(hào),數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試

城市軌道(簡(jiǎn)稱城軌)交通區(qū)間信號(hào)系統(tǒng)是安全性苛求系統(tǒng)。在區(qū)間安全性控制和防護(hù)設(shè)備的研制、生產(chǎn)、使用過(guò)程中,運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)設(shè)備的可靠性和安全性進(jìn)行科學(xué)、高效、全面、按標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)和評(píng)估,以取代目前國(guó)內(nèi)主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的手工測(cè)試和實(shí)際線路試運(yùn)行的非完善的方法,是十分迫切和必需的。在我國(guó)城市軌道交通領(lǐng)域,這方面的研究尚處于起步階段。本文的研究正是基于這一背景。文中所建測(cè)試平臺(tái)對(duì)城際鐵路同樣適用。

1區(qū)間信號(hào)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

城軌交通區(qū)間信號(hào)系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱平臺(tái))硬件采用分布式結(jié)構(gòu),如圖1所示。平臺(tái)由主控機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)和仿真機(jī)組成[1]。被測(cè)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與平臺(tái)互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP協(xié)議。

圖1平臺(tái)分布式硬件結(jié)構(gòu)示意圖

平臺(tái)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。其中:主控及測(cè)試案例自動(dòng)生成子系統(tǒng)一方面向仿真子系統(tǒng)發(fā)送區(qū)間狀態(tài)的仿真設(shè)置命令,另一方面動(dòng)態(tài)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)狀態(tài)等,實(shí)現(xiàn)測(cè)試案例的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和連續(xù)加載、測(cè)試結(jié)果的動(dòng)態(tài)判定,并將測(cè)試結(jié)果存入數(shù)據(jù)

圖2區(qū)間信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)庫(kù)。傳輸信道仿真及區(qū)間現(xiàn)場(chǎng)仿真子系統(tǒng)為被測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)模擬的傳輸仿真及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)在被測(cè)系統(tǒng)與仿真信道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換。測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成子系統(tǒng)通過(guò)讀取區(qū)間拓?fù)鋽?shù)據(jù)文件,生成區(qū)間測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。專用數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)各種測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果。本文重點(diǎn)闡述平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)。

2平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)不僅是一般意義上的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用,它還負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系。平臺(tái)數(shù)據(jù)的類型與結(jié)構(gòu)在一定程度上反映了整個(gè)平臺(tái)的測(cè)試水平?；趯?duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)以及平臺(tái)分布式結(jié)構(gòu)的考慮,經(jīng)過(guò)深入的比較,選擇SQLServer作為平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)一般分為四步:需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論,平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的具體步驟如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1需求分析

平臺(tái)的數(shù)據(jù)按其對(duì)時(shí)效性的不同要求可以分為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)兩大類[2]。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指具有嚴(yán)格時(shí)效性的數(shù)據(jù),并且隨著時(shí)間推移而動(dòng)態(tài)刷新;靜態(tài)數(shù)據(jù)則指相對(duì)穩(wěn)定,不隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。

2.1.1動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及其傳輸

平臺(tái)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是維持平臺(tái)正常運(yùn)行的基礎(chǔ),主要包括下列3類數(shù)據(jù):

·列車運(yùn)行仿真命令、故障及干擾仿真命令。由主控機(jī)發(fā)出,用于控制仿真子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)仿真活動(dòng)。

·區(qū)間信號(hào)設(shè)備狀態(tài)及動(dòng)作信息。指仿真機(jī)所模擬的實(shí)際區(qū)間信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)(如軌道區(qū)段是否有車占用等),主控機(jī)采集這些信息用于動(dòng)態(tài)判定及顯示測(cè)試過(guò)程的實(shí)際狀態(tài)。

·測(cè)試結(jié)果信息。平臺(tái)的測(cè)試結(jié)果記錄是一種比較特殊的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),包括經(jīng)信道傳輸前后的實(shí)時(shí)電信號(hào)(數(shù)據(jù))。它們是評(píng)價(jià)被測(cè)系統(tǒng)的重要依據(jù),必須完整、正確地記錄。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸首先必須滿足實(shí)時(shí)性要求,當(dāng)不能及時(shí)傳送時(shí),根據(jù)數(shù)據(jù)特性的不同,或丟棄,或重發(fā)。例如被測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)如不能及時(shí)傳送,或數(shù)據(jù)有誤,則該數(shù)據(jù)必須丟棄。主控機(jī)發(fā)給仿真子系統(tǒng)的故障及干擾仿真命令、列車運(yùn)行仿真命令,在網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)的情況下,為了確保命令被正確執(zhí)行,必須重發(fā)。

2.1.2靜態(tài)數(shù)據(jù)及其復(fù)制

生成和校驗(yàn)正確后的靜態(tài)數(shù)據(jù),在平臺(tái)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中不再變化,具有相對(duì)的穩(wěn)定性。同樣需要對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、校驗(yàn)和修改等操作。平臺(tái)靜態(tài)數(shù)據(jù)可分為以下幾類:

·信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)。記錄發(fā)送端、接收端、閉塞分區(qū)的排序序列號(hào)與設(shè)備名稱之間的映射關(guān)系,設(shè)備的一些屬性特征。例如:閉塞分區(qū)的編號(hào)、名稱、位置、長(zhǎng)度,道岔的編號(hào)、名稱、位置、類型等。

·基本數(shù)據(jù)。包括區(qū)間基本特征、鋼軌線路的一次參數(shù)、鋼軌線路四端網(wǎng)參數(shù)、列車運(yùn)行線路等重要數(shù)據(jù)。其中區(qū)間基本特征數(shù)據(jù)包括閉塞制式、軌道電路類型、道碴與枕軌類型、坡度、曲線及長(zhǎng)度等。列車運(yùn)行線路數(shù)據(jù)包括線路運(yùn)行方向、經(jīng)由閉塞分區(qū)編號(hào)、經(jīng)由發(fā)送端、接收端編號(hào)。

·區(qū)間現(xiàn)場(chǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)。包括閉塞分區(qū)、發(fā)送端、接收端的位置和相互關(guān)系。這種描述有兩方面用途,一方面用于現(xiàn)場(chǎng)仿真的動(dòng)態(tài)顯示,另一方面是作為測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成的原始依據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)的復(fù)制是通過(guò)開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連(ODBC)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。

2.2概念設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中,筆者使用實(shí)體-聯(lián)系(ER)模型作為概念設(shè)計(jì)的工具,得到概念設(shè)計(jì)的E-R圖。E-R圖由實(shí)體、聯(lián)系和屬性3個(gè)基本成分組成。測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)所處理的基本實(shí)體是城市軌道交通區(qū)間的信號(hào)設(shè)備:接收端、發(fā)送端、閉塞分區(qū);設(shè)備之間的關(guān)系也就是最直接的實(shí)體間聯(lián)系。通過(guò)E-R圖,可以十分清楚地描述測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。圖4為列車運(yùn)行線路數(shù)據(jù)的E-R圖。

圖4列車運(yùn)行線路ER圖

2.3邏輯設(shè)計(jì)

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程是把概念設(shè)計(jì)的結(jié)果(如E-R圖)轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式的過(guò)程。為了消除關(guān)系模式的存儲(chǔ)異常問(wèn)題,需要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化。

在本子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模式的規(guī)范化設(shè)計(jì)過(guò)程中,既要考慮減少數(shù)據(jù)冗余、消除存儲(chǔ)異常情況,也要考慮現(xiàn)場(chǎng)仿真、主控等子系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)及運(yùn)算的花費(fèi)。規(guī)范化測(cè)試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)系子模式包括:發(fā)送端表、接收端表、閉塞分區(qū)表、列車運(yùn)行線路表、區(qū)間基本特征表、鋼軌線路一次參數(shù)表、鋼軌線路四端網(wǎng)參數(shù)表等。

2.4物理設(shè)計(jì)

物理設(shè)計(jì)要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)和相應(yīng)的操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件所能支持的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法以及資源來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。SQLServer提供索引或表鍵機(jī)制來(lái)幫助SQLServer優(yōu)化對(duì)查詢的響應(yīng)。在測(cè)試平臺(tái)上,對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)的查詢,是將記錄計(jì)數(shù)號(hào)與測(cè)試項(xiàng)目的組合作為索引。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的查詢都要直接或間接地將該兩項(xiàng)作為SQL語(yǔ)句中WHERE子句后的首列。

3平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)接口的實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)采用客戶端/服務(wù)器體系,后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用SQLServer,前臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具采用VisualC++。前臺(tái)應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)是通過(guò)ODBC機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。

VisualC++對(duì)ODBC提供了兩種支持:一種是API函數(shù)[3];另一種是對(duì)API函數(shù)進(jìn)行封裝的MFCODBC類,包括CDatabase(數(shù)據(jù)庫(kù)類),CRecordSet(記錄集類)和CRecordView(可視記錄集類)。兩種方式在平臺(tái)上分別應(yīng)用于不同的場(chǎng)合。

·ODBCAPI使客戶應(yīng)用程序能夠從底層設(shè)置和控制數(shù)據(jù)庫(kù),完成一些高層數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)無(wú)法完成的功能。例如檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)是否連接、數(shù)據(jù)源配置是否正確等。

·MFCODBC類封裝了多種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能,使用簡(jiǎn)單方便。平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)定義了11個(gè)CRecord2Set類的子類,每一個(gè)子類對(duì)應(yīng)專用數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)表,例如,B-JSSet類對(duì)應(yīng)接收端表,B-BSFQSet類對(duì)應(yīng)閉塞分區(qū)表。

4結(jié)語(yǔ)

建立在SQLServer上的平臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫(kù)要兼顧通用數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求和區(qū)間測(cè)試平臺(tái)的特殊性。只有綜合考慮這兩方面的因素,才能使專用數(shù)據(jù)庫(kù)既高效又安全。當(dāng)然,隨著平臺(tái)水平的不斷提高,專用數(shù)據(jù)庫(kù)的功能必將隨之?dāng)U展,日趨完善。

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