ATS仿真平臺中列車追蹤設計與實現

張太花，白廣爭，謝 剛

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 610031）

列車自動監控系統ATS(Automatic Train Suppervision)是一個集現代數據通信、計算機、網絡和信號技術為一體的分布式的實時監督控制系統，通過數據通信網絡與列車自動控制系統中的其它子系統進行數據交互及協調配合，共同完成對地鐵運營列車、信號設備的管理和控制。ATS提供控制中心信息顯示、信號控制、列車跟蹤與控制、控制區域管理、運行圖編輯，以及報警、回放、輔助維護等功能[1]。ATS將列車車次號作為列車的標識符，在系統中車次號與列車綁定、一一對應，實現列車的識別追蹤，并且通過在人機界面準確對應現場位置，為調度員完成列車控制、列車調整提供可視化依據信息。

1 ATS仿真平臺簡介

ATS仿真平臺采用與實際現場類似配置，按照層次分為控制中心指揮監控層和車站控制層，主要設備包括控制中心層面的ATS主機服務器、調度員工作站、調度長工作站、時刻表管理工作站，以及車站層面的車站工作站。ATS仿真平臺具有列車運行監督、集中控制、列車自動調整等功能，同時為系統提供回放、模擬培訓等輔助手段。ATS仿真平臺仿真實現了ATS各項功能，可以作為ATS功能學習、培訓教學輔助軟件。

在ATS仿真平臺中，如圖1所示。

圖1 ATS仿真平臺數據流圖

（1）聯鎖模擬：模擬計算線路中信號機、軌道、道岔狀態，給出進路排列執行結果，以及調度員操作進行信號操作的反饋結果；（2）故障模擬：模擬現場信號設備故障情況，如信號機燈絲斷絲、熔絲，道岔的擠岔，軌道區段故障、異常等多種情況，從而協助測試ATS各項功能是否在異常情況下正確執行；（3）車載模擬：模擬列車在正線區間線路運行情況，列車在調度員調度指揮下，根據信號機開放狀態、軌道區段空閑情況、道岔位置或者移動授權行車，同時模擬運行，傳遞列車位置給“聯鎖模擬”，“聯鎖模擬”及時給出列車對軌道區段的占用情況判斷。

2 列車追蹤原理

ATS列車追蹤的任務是完成對列車描述信息車次號的實時動態跟蹤、傳遞和顯示[2]，在計算機內部模擬列車從一個區段運行到另一區段的過程，該過程被稱為“步進”[3]。來自聯鎖信號設備信息，以及列車位置信息作為步進觸發的依據。

ATS的列車識別追蹤功能，需要跟蹤列車運行，確定每列列車在系統中的位置。列車從車輛段開始經過轉換軌進入正線，在轉換軌投入運行時，系統自動匹配時刻表，并將列車按照計劃賦予相應的車次號。車次號的目的為折返站的編號，折返列車到達目的地后，系統將自動更改為按照計劃的下一個目的地號；當無法自動獲取列車車次號時，必須由調度員人工輸入。調度員可以通過ATS具有操作權限的工作站輸入車次號。

列車追蹤模塊，需要通過通信接口從聯鎖或者車載控制器中獲取列車的位置，結合列車調整命令給出列車位置追蹤。在CBTC系統后備模式下，列車的位置根據聯鎖信息信號機、軌道區段狀態作為列車識別追蹤的判斷依據。在CBTC系統模式下，通過無線通信直接獲取列車位置。在人機交互界面上車次號隨著列車的運行在站場圖追蹤移動，實時顯示在列車占用的對應軌道對應站場圖的車次窗內。

3 列車追蹤設計

實現列車追蹤，需要依托工作站人機界面顯示中對信號設備信息的描述。主要包括：反映設備基本屬性的靜態數據信息、隨著列車運行、調度員操作變化的動態數據信息。其中，設備不僅包括現場對應的物理設備，如車站、信號機、道岔、軌道、站臺等，還包括站場圖顯示所需抽象的設備，例如：車次窗、報警信息等。根據車次號能夠隨著列車實際運行追蹤顯示在站場圖中，需要為每個軌道區段設置相應的車次窗與之一一對應，同時列車信息中需要存儲相應的車次窗信息。列車運行過程，車次號隨著列車在軌道上移動的軌跡，在站場圖中對應傳遞移動，根據線路數據，設定列車車次號依次傳遞路徑上設備關聯關系，即與車次窗一一對應信號設備之間的關聯關系。

3.1 線路數據基礎

站場中車次窗靜態數據主要包括：類型、編號、聯鎖區編號、所屬車站、關聯圖形編號、關聯設備編號。其中，類型：用于區別其它類型的標識。編號：指在集中站聯鎖區中的惟一的編號，通過編號可以直接定位該車次窗。關聯圖形編號：指站場圖中顯示車次號的矩形框編號。關聯設備編號：主要是指與車次窗對應的軌道或道岔，通過此關聯關系使得車次窗與軌道或道岔相連。由于道岔存在定位、反位，使得車次號顯示存在多種可能，為保持正線列車運行車次號顯示的連貫性，將道岔區段車次窗僅設定在定位時顯示位置。當道岔反位，列車運行車次號顯示在車次窗的位置，存在一定的偏差；車次窗顯示中與車次號顯示相關動態數據主要包括關聯列車索引號和關聯列車車次號，其中，列車車次號主要包括3位運行號、兩位目的地號。

為實現列車識別與追蹤中，ATS主機服務器中列車信息與之相關的信息主要包括：列車運行方向、車次號信息、車次窗信息。其中，車次窗信息包括車次窗所屬聯鎖區、車次窗索引號、車次窗狀態（指該車次窗當前是否有車次號占用）。

線路中信號機、道岔、軌道屬性包括編號、所屬聯鎖區、所屬車站、狀態指示信息（信號機開放狀態、道岔位置和鎖閉狀態、軌道占用空閑狀態），以及表示設備之間關聯的鏈接關系。通過設備鏈接關聯可以查找當前列車占用的軌道區段對應的下一個軌道區段。由于軌道區段是否包括道岔分為無岔區段與有岔區段，跟蹤這兩種情況，如下分別介紹設備查找方式。在站場圖數據中，信號機的設備鏈接關系與無岔軌道區段類同，不做贅述。

（1）無岔區段，指明設備前后關聯設備。如圖2所示。

圖2 無岔區段鏈接關系

（2）有岔區段，即道岔區段，如圖3所示，指明道岔3個方向的關聯，根據道岔的鎖閉位置，查找對應路徑上關聯的設備。

圖3 道岔區段鏈接關系

3.2 列車車次號追蹤

列車在進入正線投入運行時，首次實現車次號與車次窗的綁定，在綁定過程中需要判斷車次窗是否已經被占用。根據接收到的轉換軌出車情況，確認列車即將進入正線運行，檢查是否從時刻表系統中獲取到相應車次號信息，如果未能根據時刻表自動獲取車次號信息，需要調度員人工在轉換軌對應車次窗內添加車次號，實現列車車次號與車次窗的綁定。在ATS仿真平臺中，可以模擬在轉換軌和站臺進行加車、刪車，需要調度員在人機界面操作選定車次窗添加或刪除車次號實現。

列車在系統正線運行時，在CBTC系統模式下，直接通過列車位置信息；在非CBTC系統模式，通過對聯鎖數據綜合判斷，計算機內部模擬列車運行，ATS工作站站場圖顯示的車次號根據列車位置移動，對應軌道區段對應車次窗內顯示車次號信息。車次號始終顯示在列車車頭所對應區段。

列車追蹤中車次號的傳遞，是根據ATS系統當前追蹤列車位置即當前車次號顯示車次窗、列車運行方向，獲取下一刻列車所處軌道區段，車次號顯示的位置。

圖4 ATS站場圖示意

根據圖4 ATS站場圖示意，重點介紹非CBTC模式下，根據列車是否需要越過信號機，運行場景分為如下2種。

(1) 當前車次號顯示在車次窗WinA中，列車沿著下行方向運行。如圖5所示，當信號機X0301關閉且軌道區段T0405占用，在車次窗WinB未關聯車次號的情況下，WinA內車次號移動到WinB。因為單獨信號機X0301的關閉，不能代表列車的移動，有可能是進路取消導致。

圖5 列車追蹤場景一

（2）當前車次號顯示在軌道區段T0405對應車次窗WinB，列車沿著下行方向運行。如圖6所示，當檢測到軌道T0407占用，判定車次窗WinC未被車次號占用的情況下，可以將車次號移動到車次窗WinC。若WinC被其他車次號占用，表示該位置存在列車占用。

圖6 列車追蹤場景二

4 列車追蹤仿真實例

以鄭州地鐵1號線線路數據仿真為例，列車追蹤顯示效果如圖7所示。

圖7 列車追蹤實例

5 結束語

ATS實現對高密度、大流量的城市軌道交通運輸進行自動化管理和調度，是一個綜合的行車指揮調度控制系統。本文重點介紹了ATS仿真平臺中列車追蹤的原理以及實現過程，通過軟件編程模擬實現各種場景，結果顯示，能夠較好的實現調度員對列車位置的追蹤掌握，為列車控制、列車調整提供有利依據。

[1]城市軌道交通信號系統ATS技術規范[S].北京：中國交通運輸學會城市軌道交通專業委員會，2004.

[2]陳 杰.卡斯柯信號有限公司研發全套列車自動監控_ATS_系統[J].現在城市軌道交通，2005（3）.

[3]孟凡江，黎曉東. CBTC的列車監控與追蹤功能[J].鐵道通信信號，2007（3）.

[4]李堂成.西門子準移動閉塞信號系統車次號跟蹤淺析[J].現代城市軌道交通，2007（3）.

[5]董 俊.龐巴迪EBI Screen 2000列車自動監控系統[J].鐵道通信信號，2012，48（7）.