城市轨道交通列车自动监控系统的研究

UrbanMassTransit城轨交通30城市轨道交通的列车自动运行控制系统（ATC），包括列车自动超速防护（ATP）、列车自动驾驶（ATO）及列车自动监控（ATS）3个子系统，简称“3A”系统。目前,北京全路通信信号研究设计院已经开展ATP，ATO，ATS车站系统的研究，其中基于数字轨道电路的FZL-ATP系统已在长春轻轨二期投入运营，为了拥有完整自主知识产权的城轨ATC系统，还研究开发了ATS系统。ATS通过与ATC系统中的ATP和ATO子系统的协调配合，完成对高密度城市轨道交通运输信号系统的自动化管理和全自动行车调度指挥控制。1系统结构在ATC的各个子系统中，ATS起着组织和指挥的重要作用。因此，ATS系统的体系结构设计应能保证具有足够的安全性、稳定性，同时具有实时性和可操作性。为了满足这些要求，ATS系统采用分布式的网络系统，由运营控制中心子系统、车站子系统、车辆段/停车场子系统和连接各业务子系统的网络子系统构成。为了保证ATS系统的高可用性，关键设备均采用双机热备或集群方式的冗余配置。ATS系统的组网方案采用广域网的连接方式，各业务子系统内部采用局域网，各业务子系统之间采用广域网连接。ATS系统结构如图1所示。控制中心子系统采用网络交换机组成两个热备的中心局域网，控制中心的所有设备都通过TCP/IP协议连接到中心局域网。设备集中站和非集中站子系统均采用两个网络设备组成的热备车站局域网。设备集中站和非集中站的所有ATS设备都通过TCP/IP协议连接到其车站局域网，然后,通过通信系统提供的独立的主备以太网络接口连接到中心局域网。车辆段/停车场也是采用两个网络设备组成的热备局域网。车辆段/停车场的主要设备通过TCP/IP协议连接到车辆段/停车场局域网，然后,通过通信系统提供的独立的主备以太网络接口连接到中心局域网；车辆段/停车场信号楼ATS终端、派班室ATS终端也是通过TCP/IP协议连接到车辆段/停车场局域网。2系统功能ATS是在ATP和ATO系统的支持下完成对全线列车的运行自动管理和监控的系统。它主要完成列车运行状态监视、列车运行自动识别及追踪、进路自动或人工控制、列车运行图及时刻表的编制与管理、列车运营调整、列车运行模拟、列车运行统计、事件及报警报表的生成和系统管理等功能。ATS系统主要功能如下。（1）列车运行状态监视（2）列车运行自动识别和自动追踪系统检查时刻表,并根据时刻表自动设置列车标识号。列车标识号随着列车移动而移动,系统通城市轨道交通列车自动监控系统的研究(北京全路通信信号研究设计院赵威)摘要：介绍城市轨道交通ATS系统的结构、功能和接口。通过对系统关键技术的研究和当前城市轨道交通整体局势的分析，提出了该系统具有良好的使用价值和推广价值，及广泛的应用前景。关键词：城市轨道交通ATCATSAbstract:Thepaperintroducesthestructure,functionandinterfaceofautomatictrainsupervision(ATS)systeminurbanrailtransit,makesresearchonthekeytechnologyofthesystem,analyzesthepresentconditionoftheurbanrailtransit,concludesthattheATSsystemhasgoodusevalue,promotionalvalueandbroadprospectofapplication.Keywords:Urbanrailtransit,ATC,andATS铁路通信信号工程技术(RSCE)2008年10月，第5卷第5期UrbanMassTransit城轨交通31过跟踪列车对轨道区间的占用情况和区间内道岔的实际位置，自动完成对控制区段内的列车身份确认,并对由现场传来的列车识别号进行校核。（3）列车进路控制系统需要根据实际运营需求，以及系统运行状态采取不同的进路选择方式。（4）列车运行图及时刻表的编制与管理系统可根据当日的运营需求自动排出每日的运行计划。系统提供多种基本运行图，通过调用这些基本运行图，并进行必要的参数设置后，监控人员可方便地获得当天的实施运行图。（5）列车的运营调整当列车运行偏离实施运行图时，系统可自动调整列车的停站时间、站间运行等级。当偏离误差较大时，可由调度员人工介入，对系统实施运行图进行调整。（6）根据计划实现列车运行模拟（7）仿真培训功能（8）远程诊断（9）历史数据的记录和回放3系统接口3.1内部接口ATS与ATC系统内部接口，包括与计算机联锁设备、ATO、表示屏及通信系统间的接口。ATS系统接收内部相关系统发送的站场表示信息，同时向内部相关系统发送控制信号设备命令、表示信息、跳停和列车调整等信息。3.2外部接口ATS与ATC外部系统接口，包括与时钟系统、无线通信系统、PSCADA系统、FAS系统及广播系统间的接口。ATS系统接收外部相关系统发送的校准时钟、各供电区段工作状态和火灾报警等信息，同时向外部相关系统发送列车信息和列车进路条件及列车预告等信息。3.3预留接口ATS预留与BAS、PTI、综合监控等系统的接口。4关键技术研究4.1运营调整列车的运行调整是按照当天的计划运行图调整列车的运行，列车的运行时间应与运行图中定义的列车运行时间相一致，以此时间作为列车正常运行的依据。自动列车调整基于运行图中的列车计划线的时间特性。按图调整只对运行图中存在列车识别号的计划列车有效。数据库服务器通信/应用服务器磁盘阵列调度员工作站调度长工作站维护/网管工作站车辆段终端ATS分机ATS分机ATS分机车站工作站PIS/广播ATO/PTIRS-422RS-422RS-422RS-422RS-422RS-422网络打印机BASFASPSCADA联锁上位机联锁下位机无线系统车站终端PIS/广播PSCADA发车计时器发车计时器PSCADA远程接口单元接口单元大屏表示墙接口服务器派班室终端运行图工作站大屏控制器打印机仿真工作站教师工作站仿真服务器ATO/PTIPIS/广播设备集中站非集中站仿真培训中心运营控制中心车辆段/停车场图1ATS系统结构图No.5赵威：城市轨道交通列车自动监控系统的研究UrbanMassTransit城轨交通32当列车停站时，系统自动判断列车的早晚点状态，通过计算给出合理的发车时间和到下一站的区间运行时间，通过每个站台的列车发车计时器传达给列车司机停站时间，并把区间运行时间发送给ATO，控制列车的区间运行时间。如果列车运行状况与计划偏离较小，ATS的自动调整功能通过调整列车的停站时间和列车的区间运行时分，或只调整两者之一，来纠正偏离。如果列车运行状况与计划偏离较大，超出调整范围时，ATS的运行调整功能为操作员提供人工干涉的手段，比如倒表、调整和修改计划列车的运行，以便尽快恢复列车的计划运营。运营调整流程如图2所示。报点信息车次跟踪更新运行线更新后的运行线信息更新后的运行线信息更新显示产生早晚点早晚点信息早晚点信息保存更新后的运行线信息自动调整列车运行发送列车控制信息列车控制信息保存数据更新后的运行线信息更新显示tda通信平台Osmlib数据库APM复视终端RICM进路控制APM终端处理报点信息图2运营调整流程图4.2系统降级处理城市轨道交通ATC系统，通常对ATS相关的系统降级处理有如下要求。（1）正线信号系统应具有灵活的控制模式及必要的降级使用（包括后备运营）模式，以提高系统的可用性。（2）当中央ATS设备故障或中央ATS至车站ATS的通信通道故障时，车站ATS设备自动监控在线列车的运行。（3）当车站ATS设备故障时，至少具备联锁自动进路方式控制在线列车运行功能。4.2.1后备级别的设置通过与联锁配合，ATS系统向用户提供4种后备模式，在不影响安全的前提下，最大程度满足城市轨道交通列车运行控制的自动化要求：控制中心ATS控制模式、车站ATS后备控制模式、联锁自动进路控制模式和车站本地控制台控制模式。正常情况下，控制中心ATS操纵全线。当控制中心发生故障，列车仍然能够在车站ATS提供的后备模式下继续运行。因为车站ATS提供了本地监视和追踪功能、本地自动进路排列功能、基于本地时刻表的有限自动调整功能等。在控制中心通信中断、控制中心ATS功能失效的情况下，车站ATS的本地服务（列车跟踪、自动进路、自动调整）会立即启用，接管本控制区的列车监控任务，实现本联锁区内列车运行的自动监控。如果出于某种原因，车站ATS系统也发生故障，例如分机的通信连接中断，联锁的自动进路调用功能会自动激活。该功能可以根据轨道区段占用情况排列预定义的进路。在这种模式下，列车的运行也能继续得以保证，必需的人工操作减至最少。最底层的后备模式是人工操作。在没有任何其他自动化功能支持的情况下，车站操作员可以在车站ATS工作站上进行人工操作。4.2.2后备模式的切换控制中心的ATS系统与车站ATS之间交换心跳信息。如果一个心跳信息丢失，认为控制中心ATS与车站ATS之间的连接中断。在连接中断后，ATS进入后备模式，并且只要连接没有恢复就一直接管控制权。如果与控制中心ATS系统的连接恢复，车站（下转第48页）铁路通信信号工程技术(RSCE)2008年10月InfrastructureConstruction基础设施建设48轨电缆处理不当，造成机车经过34－36DG时引起62－64DG区段偶尔闪红。再次，历史站能帮助查找和分析行车事故原因。如是机车冒进信号还是信号操作员误操作，从历史站上运行站场画面重现，可以将操作员的操作记录和机车运行的实际时间值真实地记录下来，供事故分析使用。历史站的功能还很多，在此就不一一详解了。4发展趋势计算机联锁系统正值高速发展阶段，随着列车运行速度的不断提高，安全性和可靠性成为计算机联锁系统是否满足要求的重要指标。目前，我国的计算机联锁系统主要采用通用的工业控制计算机组成的双机热备交换方式或者二乘二取二工作模式，而国外的计算机联锁系统大多采用硬件冗余比较表决方式实现系统的故障-安全，并采用双重或三重系统不间断故障重组技术提高系统的可靠性和安全性，和利时公司率先采用国外先进技术和经验，自主开发用软件完成三取二表决的三模松散耦合式故障安全计算机联锁系统，该系统已成功地应用于我国冶金、铁路、电力、煤炭等行业，成功装备了全国各地的280多个站场。随着和利时公司国产化计算机联锁系统硬件的不断成熟和完善，HOLLIAS-VSI三取二计算机联锁系统的安全工作状态更加稳定可靠，各种接插板实现热插拔更换，必将为计算机联锁系统的高效、安全运行提供可靠的保障；同时，信息化、智能化、网络化和综合自动化的特点和优势，也为CTC的发展奠定了坚实的基础。作者简介：吴威，工程师，北京，100096（收稿日期：2008-08-10）ATS即时退出后备模式。OCC通过车站ATS向联锁提交一个“全部刷新”请求，以获得当前实际站场状态数据。特定ATS系统的所有车站，ATS将传递该请求给各自相应的联锁。联锁系统响应该请求，发送当前过程数据给相关ATS系统，以便其更新过程镜像。不设置备用中心时，车站ATS进入和退出后备模式。当控制中心ATS系统（或备用控制中心ATS系统）工作正常时，车站ATS的后备模式功能，如列车自动跟踪、自动进路和自动调整处于输出切断状态，但内部的逻辑运算依然进行。后备模式切换流程如图3所示。车站ATS与控制中心ATS的通信恢复后，离开后备模式车站ATS在规定时间内未能收到来自控制中心ATS的心跳信息，即进入后备模式接收信息回执心跳信息心跳信息接收信息回执心跳信息控制中心ATS车站ATS正常工作模式车站ATS后备模式图3后备模式切换流程图5结束语随着国民经济发展的要求和轨道交通在北京奥运交通保障中起到巨大作用的影响，国内多个大城市已经建设或即将建设地铁和轻轨，并且在最近几年呈现出投资规模放大的趋势。城市轨道交通的信号系统是地铁或轻轨系统中不可缺少的控制系统，ATS系统是ATC系统中的重要子系统，具有广泛的应用前景。通过开发具有自主