ATP系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄器應(yīng)用

馬常江

ATP系統(tǒng)作為德黑蘭地鐵交通控制核心 ATC系統(tǒng)的子系統(tǒng),需要與室內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行連接,以獲取最大的限速信息,從而避免列車(chē)超速相撞等事故的發(fā)生。而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),ATP系統(tǒng)需要通過(guò)安裝在車(chē)內(nèi)的計(jì)算機(jī)與地面設(shè)備通信,從而得到 TCC(TrafficControlCenter)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息。列車(chē)通過(guò)自身傳感器記錄到運(yùn)行的真實(shí)數(shù)據(jù),與接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,進(jìn)而控制列車(chē)運(yùn)行。ATC系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算形成前后兩車(chē)之間的目標(biāo)-距離曲線,使后車(chē)在兩車(chē)之間的閉塞分區(qū)內(nèi)安全運(yùn)行。這就意味著軌道交通的運(yùn)輸能力取決于所選 ATC系統(tǒng),一般說(shuō)來(lái),該系統(tǒng)分為基于模擬的 ATC系統(tǒng)和基于數(shù)字的 ATC系統(tǒng) 2種。

1 基于模擬技術(shù)的 ATC系統(tǒng)

圖 1所示為基于模擬技術(shù)的 ATC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中的信號(hào)被調(diào)制成相關(guān)的限速信息,作為 ATP信號(hào)被發(fā)送到軌道電路上。另外,地面接收設(shè)備可使列車(chē)看到該軌道區(qū)段的限速信息,反映出軌道區(qū)段是否被占用。

圖 1 基于模擬技術(shù)的ATP系統(tǒng)圖

基于模擬技術(shù)的 ATP系統(tǒng)存在以下一些主要問(wèn)題。

1.軌道電路上最大允許速度為固定值,這導(dǎo)致了限速曲線呈階梯狀分布。

2.盡管使用了新的制動(dòng)系統(tǒng),也不會(huì)提高列車(chē)行駛的安全性。因?yàn)橄噜忛]塞分區(qū)之間的速度呈階梯狀分布,使用基于模擬傳輸?shù)?ATC系統(tǒng)對(duì)提高運(yùn)行效率并不十分明顯。

3.當(dāng)一條進(jìn)路上有不同的機(jī)車(chē)進(jìn)行制動(dòng)時(shí),每輛車(chē)的制動(dòng)距離取決于限速目標(biāo)-距離長(zhǎng)度,但是理想的列車(chē)制動(dòng)曲線應(yīng)該是速度緩慢下降。

4.最理想的制動(dòng)是逐漸降低車(chē)速,但是這需要大量的信息和復(fù)雜的計(jì)算,因此模擬 ATC系統(tǒng)是無(wú)法保證制動(dòng)效率和安全的,這就需要一種更先進(jìn)的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)的高效安全運(yùn)行。

2 基于數(shù)字技術(shù)的 ATC系統(tǒng)

基于數(shù)字技術(shù)的 ATC系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1.利用軌道電路傳輸數(shù)字信號(hào),不會(huì)對(duì)系統(tǒng)安全造成影響,而且會(huì)增加系統(tǒng)的靈活性。

2.與模擬 ATC系統(tǒng)相比,系統(tǒng)出錯(cuò)概率會(huì)降低三分之一。

3.設(shè)備空間占用率比原來(lái)減少一半。

簡(jiǎn)單的說(shuō),數(shù)字 ATC系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字通道向列車(chē)傳輸目標(biāo)距離或限速信息。通過(guò)軌道電路傳輸數(shù)字編碼,然后車(chē)載設(shè)備通過(guò)與列車(chē)實(shí)際速度進(jìn)行比較,超速時(shí)啟動(dòng)制動(dòng),車(chē)載設(shè)備保持最大允許速度直到列車(chē)停穩(wěn)。數(shù)字系統(tǒng)能夠提高最大允許速度,使列車(chē)追蹤時(shí)間減少,同時(shí)也可以將不同的制動(dòng)方式結(jié)合起來(lái)。

圖 2所示為數(shù)字 ATC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。數(shù)字 ATC系統(tǒng)傳輸以下主要信息:①地面信號(hào)信息 (例如信號(hào)機(jī)的顯示);②進(jìn)路信息 (例如閉塞區(qū)間長(zhǎng)度、線路速度下的坡度限制、下一限速值等);③列車(chē)信息 (例如列車(chē)長(zhǎng)度、車(chē)重、類(lèi)型和制動(dòng)系數(shù)等);④緊急狀態(tài)下的列車(chē)信息 (如列車(chē)速度)。

目前德黑蘭地鐵 ATP系統(tǒng)包含了許多子系統(tǒng),根據(jù) ATP系統(tǒng)的功能,可以分為以下 6個(gè)模塊。

1.控制單元,用于計(jì)算列車(chē)最大允許速度,其計(jì)算依據(jù)來(lái)源于其他功能模塊。

2.信號(hào)車(chē)載單元,用于向駕駛員顯示不同顏色的信號(hào)信息,并將該信號(hào)送到中央處理器。

3.速度-距離曲線計(jì)算單元。

圖 2 數(shù)字ATC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.進(jìn)路信息記錄單元,從地面或車(chē)載設(shè)備獲取進(jìn)路信息,并將該信息送到中央處理器。

5.表示屏單元,實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)界面接口,通過(guò)這里可以查看列車(chē)速度、限速信息、下一架信號(hào)機(jī)距離、前方信號(hào)、報(bào)警指示燈等。

6.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元,提供表示信息的存儲(chǔ) (如機(jī)車(chē)信號(hào)、列車(chē)速度、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離和其他信息)。

3 ATP系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)記錄器的目的和方法

德黑蘭地鐵的 ATP系統(tǒng)中沒(méi)有記錄數(shù)據(jù)和事件的功能,就是說(shuō)當(dāng)系統(tǒng)掉電關(guān)機(jī)時(shí),就會(huì)丟失存儲(chǔ)在 RAM中的所有數(shù)據(jù)信息,因此需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)或信息的存儲(chǔ)單元 (文件或數(shù)據(jù)庫(kù)),這樣就能夠清楚地看到所有的事件信息,以便查找發(fā)生問(wèn)題的所在 (如司機(jī)的操作失誤、列車(chē)故障、ATP系統(tǒng)錯(cuò)誤或控制中心發(fā)送了錯(cuò)誤指令等)。

3.1 數(shù)字無(wú)線車(chē)-地通信方法

司機(jī)的操作記錄和各車(chē)載設(shè)備的狀態(tài)可以通過(guò)數(shù)字式無(wú)線車(chē)-地通信,把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并傳送至設(shè)在德黑蘭地鐵不同車(chē)站 ATP系統(tǒng)中的本地控制計(jì)算機(jī)上 (CBI)。同時(shí)為列車(chē)和駕駛員信息分配存儲(chǔ)空間,將該信息存入 ATP主機(jī)中,然后通過(guò)車(chē)-地通信將其發(fā)往各站。這種方法還需要考慮以下主要問(wèn)題:①是否可能將數(shù)據(jù)或信息存入存儲(chǔ)器的某個(gè)地方;②是否能將這些信息通過(guò) TWC發(fā)送出去。如果能夠很容易的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),那么這種方法就是非常先進(jìn)的。當(dāng)車(chē)到站后,這些信息就可以傳送到車(chē)站的本地控制計(jì)算機(jī),繼而通過(guò)遠(yuǎn)程終端單元計(jì)算機(jī) (Remote Terminal Unit)傳至控制中心并儲(chǔ)存。此方法的前提是通信要確保可靠,缺點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)高昂。

3.2 由微處理芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)的應(yīng)用

另一種系統(tǒng)是基于微處理器的,通過(guò) PC和EEPROM之間的通信來(lái)完成,通道為 RS-232,結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

最小系統(tǒng)包含 2種運(yùn)行模式:①通過(guò) RS-232從 ATP主機(jī)接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ);②通過(guò) RS-232向另一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖 3 基于微處理器的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中使用 EEPROM作為存儲(chǔ)介質(zhì),用微控制器 8015與存儲(chǔ)器進(jìn)行通信,中間用一塊芯片,通過(guò) RS-232通道中的 TTL電平不斷變換完成通信。系統(tǒng)提供了接收和發(fā)送 2種模式供用戶選擇。

接收模式下,微處理器通過(guò) RS-232通道接收數(shù)據(jù);發(fā)送模式下,微處理器從緩存中讀取數(shù)據(jù)并通過(guò) RS-232通道發(fā)送出去,其傳輸速率取決于系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)間計(jì)數(shù)器。微處理器的串行端口由 4種不同的狀態(tài)組成。數(shù)據(jù)寄存器由 UART狀態(tài) 1或 8bit位構(gòu)成,取決于不同的傳輸速率。8051微處理器提供UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)接口。這 8位數(shù)據(jù)同步進(jìn)行傳輸,第一位以 0開(kāi)始,最后一位以 1結(jié)束。在串行端口上傳輸 10bit位數(shù)據(jù),第一位為 0,中間 8位是數(shù)據(jù),最后一位是 1。通過(guò)微處理器地址,設(shè)定存儲(chǔ)器容量。例如傳輸數(shù)據(jù)占用 16 MB容量,使用微處理器80C251,則只需使用 64KB存儲(chǔ)空間即可。此方法雖然造價(jià)具有優(yōu)勢(shì),但從控制中心隨時(shí)掌握并分析各種情況或數(shù)據(jù)方面來(lái)講,與第 1種方法還是有較大差距。

4 結(jié)論

從德黑蘭地鐵車(chē)輛駕駛員的操作現(xiàn)狀方面講,開(kāi)發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)記錄器都有很重要的意義。以上2種方法都能實(shí)現(xiàn)對(duì)司機(jī)操作和 ATP設(shè)備狀態(tài)的記錄、傳遞并儲(chǔ)存。一旦有故障或事故的發(fā)生,對(duì)故障或事故的原因能起到?jīng)Q定性的分析判斷作用,從而對(duì)司機(jī)的規(guī)范駕駛有一定的借鑒和教育意義。

[1] 德黑蘭地鐵《EBI-950聯(lián)鎖系統(tǒng)》、《ATP車(chē)載系統(tǒng)》操作手冊(cè).

[2] 德黑蘭地鐵《EBI-950聯(lián)鎖系統(tǒng)》、《ATP車(chē)載系統(tǒng)》使用和維護(hù)手冊(cè).

[3] 康峰,左貴民.ATP/TD系統(tǒng)的列車(chē)位置檢測(cè)原理與閉塞邏輯分析[J].鐵道通信信號(hào),2009(12):11-12.

(責(zé)任編輯:溫志紅)