區間信號系統測試平臺數據庫

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摘要介紹了城市軌道交通區間信號系統測試評估平臺的研制背景,給出平臺的硬件分布式系統和軟件系統結構。簡要介紹了平臺軟件系統各個子系統的功能。闡述了平臺專用數據庫的設計過程,以及前臺VC6開發的應用程序與后臺數據庫服務器SQLServer接口的實現方法。

關鍵詞安全管理,區間信號,數據庫設計,計算機輔助測試

城市軌道(簡稱城軌)交通區間信號系統是安全性苛求系統。在區間安全性控制和防護設備的研制、生產、使用過程中,運用現代技術手段對設備的可靠性和安全性進行科學、高效、全面、按標準的檢測和評估,以取代目前國內主要依靠專家經驗進行的手工測試和實際線路試運行的非完善的方法,是十分迫切和必需的。在我國城市軌道交通領域,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。文中所建測試平臺對城際鐵路同樣適用。

1區間信號系統測試平臺的結構

城軌交通區間信號系統測試評估平臺(以下簡稱平臺)硬件采用分布式結構,如圖1所示。平臺由主控機、數據庫機和仿真機組成[1]。被測系統通過網絡與平臺互聯。網絡通信采用TCP/IP協議。

圖1平臺分布式硬件結構示意圖

平臺軟件系統結構框圖如圖2所示。其中:主控及測試案例自動生成子系統一方面向仿真子系統發送區間狀態的仿真設置命令,另一方面動態監控現場信號狀態等,實現測試案例的動態擴展和連續加載、測試結果的動態判定,并將測試結果存入數據

圖2區間信號測試系統的軟件結構庫。傳輸信道仿真及區間現場仿真子系統為被測系統提供了一個模擬的傳輸仿真及現場環境。數據采集與處理子系統在被測系統與仿真信道之間進行數據處理及轉換。測試用基礎數據生成子系統通過讀取區間拓撲數據文件,生成區間測試用基礎數據。專用數據庫子系統負責存儲各種測試用基礎數據和測試結果。本文重點闡述平臺專用數據庫子系統的研究與實現。

2平臺專用數據庫設計

平臺的數據庫不僅是一般意義上的數據庫應用,它還負責協調各個子系統之間的數據聯系。平臺數據的類型與結構在一定程度上反映了整個平臺的測試水平。基于對平臺數據以及平臺分布式結構的考慮,經過深入的比較,選擇SQLServer作為平臺的數據庫開發工具。數據庫設計一般分為四步:需求分析、概念設計、邏輯設計和物理設計。應用數據庫設計理論,平臺專用數據庫設計的具體步驟如圖3所示。

圖3數據庫的設計過程

2.1需求分析

平臺的數據按其對時效性的不同要求可以分為動態數據和靜態數據兩大類[2]。動態數據是指具有嚴格時效性的數據,并且隨著時間推移而動態刷新;靜態數據則指相對穩定,不隨時間變化的數據。

2.1.1動態數據及其傳輸

平臺動態數據是維持平臺正常運行的基礎,主要包括下列3類數據:

·列車運行仿真命令、故障及干擾仿真命令。由主控機發出,用于控制仿真子系統進行相應仿真活動。

·區間信號設備狀態及動作信息。指仿真機所模擬的實際區間信號設備的狀態(如軌道區段是否有車占用等),主控機采集這些信息用于動態判定及顯示測試過程的實際狀態。

·測試結果信息。平臺的測試結果記錄是一種比較特殊的動態數據,包括經信道傳輸前后的實時電信號(數據)。它們是評價被測系統的重要依據,必須完整、正確地記錄。

動態數據傳輸首先必須滿足實時性要求,當不能及時傳送時,根據數據特性的不同,或丟棄,或重發。例如被測系統發送的數據如不能及時傳送,或數據有誤,則該數據必須丟棄。主控機發給仿真子系統的故障及干擾仿真命令、列車運行仿真命令,在網絡傳輸出現差錯的情況下,為了確保命令被正確執行,必須重發。

2.1.2靜態數據及其復制

生成和校驗正確后的靜態數據,在平臺對被測系統進行測試的過程中不再變化,具有相對的穩定性。同樣需要對靜態數據進行存儲、查詢、校驗和修改等操作。平臺靜態數據可分為以下幾類:

·信號設備數據。記錄發送端、接收端、閉塞分區的排序序列號與設備名稱之間的映射關系,設備的一些屬性特征。例如:閉塞分區的編號、名稱、位置、長度,道岔的編號、名稱、位置、類型等。

·基本數據。包括區間基本特征、鋼軌線路的一次參數、鋼軌線路四端網參數、列車運行線路等重要數據。其中區間基本特征數據包括閉塞制式、軌道電路類型、道碴與枕軌類型、坡度、曲線及長度等。列車運行線路數據包括線路運行方向、經由閉塞分區編號、經由發送端、接收端編號。

·區間現場拓撲數據。包括閉塞分區、發送端、接收端的位置和相互關系。這種描述有兩方面用途,一方面用于現場仿真的動態顯示,另一方面是作為測試用基礎數據生成的原始依據。靜態數據的復制是通過開放式數據庫互連(ODBC)機制實現的。

2.2概念設計

在數據庫設計中,筆者使用實體-聯系(ER)模型作為概念設計的工具,得到概念設計的E-R圖。E-R圖由實體、聯系和屬性3個基本成分組成。測試用基礎數據所處理的基本實體是城市軌道交通區間的信號設備:接收端、發送端、閉塞分區;設備之間的關系也就是最直接的實體間聯系。通過E-R圖,可以十分清楚地描述測試用基礎數據的結構。圖4為列車運行線路數據的E-R圖。

圖4列車運行線路ER圖

2.3邏輯設計

關系數據庫的邏輯設計過程是把概念設計的結果(如E-R圖)轉換成關系模式的過程。為了消除關系模式的存儲異常問題,需要對其進行規范化。

在本子系統數據庫模式的規范化設計過程中,既要考慮減少數據冗余、消除存儲異常情況,也要考慮現場仿真、主控等子系統讀取數據及運算的花費。規范化測試用基礎數據的關系子模式包括:發送端表、接收端表、閉塞分區表、列車運行線路表、區間基本特征表、鋼軌線路一次參數表、鋼軌線路四端網參數表等。

2.4物理設計

物理設計要根據具體的數據庫管理系統(DBMS)和相應的操作系統、計算機硬件所能支持的存儲結構、存取方法以及資源來進行設計。SQLServer提供索引或表鍵機制來幫助SQLServer優化對查詢的響應。在測試平臺上,對結果數據的查詢,是將記錄計數號與測試項目的組合作為索引。這是因為大多數的查詢都要直接或間接地將該兩項作為SQL語句中WHERE子句后的首列。

3平臺專用數據庫接口的實現

平臺采用客戶端/服務器體系,后臺數據庫服務器采用SQLServer,前臺應用程序開發工具采用VisualC++。前臺應用程序對數據庫的訪問是通過ODBC機制實現的。

VisualC++對ODBC提供了兩種支持:一種是API函數[3];另一種是對API函數進行封裝的MFCODBC類,包括CDatabase(數據庫類),CRecordSet(記錄集類)和CRecordView(可視記錄集類)。兩種方式在平臺上分別應用于不同的場合。

·ODBCAPI使客戶應用程序能夠從底層設置和控制數據庫,完成一些高層數據庫技術無法完成的功能。例如檢測數據庫是否連接、數據源配置是否正確等。

·MFCODBC類封裝了多種數據庫訪問功能,使用簡單方便。平臺專用數據庫定義了11個CRecord2Set類的子類,每一個子類對應專用數據庫中的一個表,例如,B-JSSet類對應接收端表,B-BSFQSet類對應閉塞分區表。

4結語

建立在SQLServer上的平臺專用數據庫要兼顧通用數據庫的設計要求和區間測試平臺的特殊性。只有綜合考慮這兩方面的因素,才能使專用數據庫既高效又安全。當然,隨著平臺水平的不斷提高,專用數據庫的功能必將隨之擴展,日趨完善。

參考文獻

1吳芳美.鐵路安全軟件測試評估.北京:中國鐵道出版社,2001.23

2荊劍.基于計算機聯鎖安全軟件測試評估平臺的CLIENT/SERVER數據庫[學位論文].上海:上海鐵道大學電信系,1999:23

3丁寶康.數據庫實用教程.北京:清華大學出版社

,2001.2744王鴻,吳芳美.區間信號仿真系統中干擾仿真的建模研究.城市軌道交通研究,2003(1):42