ATS仿真軟件研究

吳炳昊

（北京全路通信信號研究設計院，北京 100073）

列車自動監控系統是列車自動控制（A TC）系統的一個子系統，主要完成列車調度與追蹤、運行圖的調整等功能，對提高行車效率起著重要作用。列車運行線路上的各種信號設備的狀態數據是A TS子系統完成其功能的必要條件，但是在實際開發過程中，很難將1個未完成系統放在1條運營線上進行系統開發與調試。這些信號設備的狀態數據信息可由ATS仿真軟件來提供[1]。

1 ATS仿真軟件實現的功能

通過確定A TS仿真軟件與A TS系統間的通信協議，在ATS仿真軟件中增加相應的功能模塊，本文實驗用的ATS仿真軟件已實現兩大功能：（1）聯鎖功能；（2）模擬列車運行功能。

將來通過增加協議與相應的功能模塊，還可在A TS仿真軟件中增加A TP功能模塊等，這部分內容在本文中不涉及。

2 ATS仿真軟件與ATS的接口

A TS仿真軟件通過通信接口向A TS系統發送信號設備狀態信息，接收ATS發送的命令信息。仿真軟件與ATS的接口可采用兩種方式。

（1）仿真軟件完成單站的仿真功能。A TS系統每臺站機（控顯機或采集分機）分別與1個仿真軟件通信，仿真軟件可通過1臺計算機進程間通信的方式與ATS系統通信。

（2）仿真軟件完成全線的仿真功能。A TS系統所有站機（控顯機或采集分機）均與1個仿真軟件通信，仿真軟件不能通過1臺計算機進程間通信的方式與ATS系統通信。

上述兩種接口方式的優缺點：第1種方式，接口實現較為簡單，與實際情況更為接近。但是在處理列車走行模擬的列車跨站走行問題時不好處理，需購置的仿真計算機較多；第2種方式，可以較容易地完成列車跨站走行的模擬，只需購置1臺仿真計算機，但是需要A TS系統增加與仿真軟件的接口。經過比較，本文中仿真軟件采用第2種接口方式。

3 ATS仿真軟件結構

A T S仿真軟件分為3個模塊：顯示及人機接口模塊、邏輯運算模塊和通信模塊。A TS仿真軟件的邏輯運算部分完成聯鎖功能，因此，其運算周期采用與聯鎖相同的運算周期。軟件結構如圖1所示。

其中：

（1）顯示及人機接口模塊完成站場的實現功能，為ATS仿真軟件操作員提供人機操作接口，可設置站場設備狀態和模擬列車狀態。

（2）通信模塊將從邏輯運算模塊得到站場設備的狀態并發送給A TS系統，接收來自A TS系統的指令并交給邏輯運算模塊處理。

（3）邏輯運算模塊完成基本聯鎖和列車模擬運行功能，并將各設備狀態發送給顯示和通信模塊。

3.1 顯示及人機接口模塊

A TS仿真軟件站場的顯示分為全景和單站模式，并可在兩種模式之間切換。

ATS仿真軟件提供的人機接口內容如下。（1）信號機的狀態設置（綠燈、黃燈、紅燈等）。（2）區段的狀態設置（占用、空閑、鎖閉和封鎖等）。

（3）道岔的狀態設置（定位、反位、單鎖等）。（4）進路的辦理和取消。

（5）列車的操作（增加列車、減少列車、列車加速、列車減速和改變列車方向）。

3.2 通信模塊

通信模塊采用TCP/IP方式與ATS系統連接，通信的內容包括以下幾方面。

（1）接收來自ATS系統的指令（進路操作、區間封鎖等）。

（2）向ATS系統發送設備繼電器全體信息（若干周期一次）。

（3）向ATS系統發送設備繼電器變化信息（每周期一次）。

3.3 邏輯運算模塊

邏輯運算模塊包含聯鎖子模塊和列車模擬運行子模塊。該模塊以“循環計算”的方式進行運算，每250 m s循環一次。每次循環完成的任務有聯鎖子模塊的運算和列車模擬運行子模塊的運算。邏輯運算模塊模擬區段、信號機和道岔等信號設備的繼電器，為聯鎖和列車模擬運行的運算提供基礎。

3.3.1 聯鎖子模塊

聯鎖邏輯子模塊主要完成基本聯鎖功能，A TS仿真軟件所完成的聯鎖功能如下。

（1）進路選排。

（2）進路取消與進路人工解鎖。

（3）進路區段的自動解鎖。

（4）區段“占用”、“鎖閉”、“出清”、“封鎖”等狀態的模擬。

（5）信號機各種信號及故障狀態的模擬。

（6）信號機防護區段檢查。

（2）是否及時采取了相應的補救措施。在瀆職侵權犯罪等刑事犯罪中，專門針對是否采取了一定的補救措施作為是否立案的重要標準。通過采取一定的補救措施，將危害后果降到一定的程度，在一定意義上可以減輕相關過錯造成的損失，而且可以作為認定相關人員主觀惡意的一個重要標準，值得容錯糾錯機制在這方面實踐中進行借鑒和采納。

（7）道岔表示信息的模擬。

聯鎖邏輯子模塊的基本思想如下。

對收到的所有指令（進路辦理及取消、區段、道岔、信號機的指令等）逐一進行合法性檢查；若檢查通過，進行相應邏輯處理并設置繼電器狀態；若檢查沒有通過，則進行錯誤處理。

對鎖閉的區段進行3點檢查；對所有信號機的防護區段進行檢查，如果區段占用，則將信號機設置為紅燈。

將繼電器全體信息（若干周期一次）或繼電器變化信息（每周期一次）交給顯示及通信模塊。

聯鎖子模塊處理流程如圖2所示。

3.3.2 列車模擬運行子模塊

列車模擬運行子模塊通過模擬各區段的占用和出清狀態來模擬多輛列車的走行，實現的功能如下。

（1）列車的增加/減少。

（2）列車的加速/減速。

（3）列車運行方向（上行、下行）的改變。

（4）列車停車/運行的設置。

（5）列車的自動走行。

基本思路是根據列車的走行方向（上行、下行）找到列車走行的下一區段，將下一區段設為占用狀態，將本區段設為出清狀態。具體實現內容：每周期遍歷ATS仿真軟件模擬的所有列車，根據每一列車的停車標志、速度、走行方向和站場情況找到列車走行的下一區段，設置下一區段為占用，本區段為空閑，直到完成對所有列車的運算。

對于每一列車自動走行的運算，其步驟如下。

（1）根據每個周期的運行時間和當前該列車的運行速度，計算出該列車在本運算周期的走行距離S1，并將計算出的走行距離加入到該列車在當前區段走行的總距離S2中。

（2）判斷該列車停車標識是否為true。若為true，結束運算；否則進行第3步。

（3）根據該列車速度，判斷S2是否大于或等于列車占用區段中最前方區段的長度。若小于，說明當前運算周期內列車不應移動到下一區段，結束運算；否則，進行第4步。

（4）根據列車的運行方向及站場情況，找到列車走行的下一區段。根據當前站場條件，若允許則設置下一區段為占用，本區段為空閑，將S2置零；否則，結束運算，S2不置零。

上述步驟中，最復雜的是第4步。不允許列車進入下一區段的站場條件如下。

1）下一區段有防護信號機，且防護信號機為紅燈或信號機為故障狀態。

2）下一區段有車占用。

3）下一區段處于封鎖狀態。

4 ATS仿真軟件功能的完善

為了完善ATS仿真軟件，可在該軟件現有功能的基礎上增加設置列車區間運行時間和設置列車站停時間的功能。

其中，實現設置列車區間運行時間功能的方法如下。

（1）建立一個列車牽引制動模型。

（2）根據區間長度和設置的區間運行時間，計算出列車在每個時刻（時間精度為邏輯運算模塊的一個運算周期的時間）的運行速度，并在相應時刻設置到該列車上。

實現設置列車站停時間功能的方法如下。

（1）列車進站后，設停車標識為true，并開始計時。

（2）判斷列車停車時間是否大于該列車預設的站停時間，若大于或等于則設停車標識為fa lse，否則繼續等待。

5 結束語

本文給出了A TS系統仿真軟件基本的設計方案。A TS仿真軟件在一定程度上代替真實線路上的信號設備，為A TS系統提供需要的信息，為A TS系統的調試節約了成本。本文介紹的ATS仿真軟件也可用于ATS系統的教學和培訓工作。

[1]趙根苗，陳永生．ATS仿真培訓系統的設計與實現[J]．城市軌道交通研究，2004，7（1）：55-57.