地鐵車輛段列車追蹤系統(tǒng)設計與應用

余 剛 孫 旺

城市地鐵車輛段是地鐵車輛停放、管理、解編、編組、檢修的重要基地，是整個地鐵系統(tǒng)的重要組成部分。隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅速發(fā)展，配套興建大規(guī)模的城市地鐵車輛段，可保證城市地鐵系統(tǒng)安全有效運行。在已開通的地鐵中，絕大多數(shù)都可在正線實現(xiàn)列車追蹤。相比之下，由于車輛段信號系統(tǒng)和正線信號系統(tǒng)功能有差異，目前，多數(shù)車輛段不具備段內(nèi)列車自動追蹤功能，車輛段內(nèi)列車追蹤主要依賴人工手動作業(yè)，工作效率較低，不利于車輛段調(diào)度管理。以下是影響車輛段調(diào)度管理工作的一些常見的不足之處:

1.采用人工方式追蹤列車進行調(diào)度，調(diào)度人員工作負擔較重，當出現(xiàn)段內(nèi)多列車同時作業(yè)時，其工作效率和可靠性很難得到保障。

2.調(diào)度人員通過車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)來監(jiān)控段內(nèi)信號機、軌道、道岔的狀態(tài)，但不能與列車追蹤同步進行，無法實現(xiàn)實時的列車追蹤。

3.正線信號系統(tǒng)無法直接監(jiān)督段內(nèi)列車追蹤位置信息。當正線調(diào)度人員需要得到某列列車在車輛段內(nèi)的追蹤位置時，只能通過人工方式聯(lián)系車輛段調(diào)度人員，查詢相關信息，工作效率較低。

隨著當前城市地鐵運力需求的日益增加，更多的地鐵列車投入運營，車輛段的調(diào)度管理壓力也隨之增加，傳統(tǒng)人工列車追蹤方式已經(jīng)無法滿足需求。針對以上問題，設計研發(fā)了地鐵車輛段ATS(列車自動監(jiān)督)系統(tǒng)。其主要目的是為了實現(xiàn)地鐵車輛段段內(nèi)列車自動追蹤、段內(nèi)信號設備狀態(tài)同步顯示、正線信號系統(tǒng)對段內(nèi)列車追蹤遠程監(jiān)督。

1 系統(tǒng)結構

1.1 硬件組成

車輛段ATS系統(tǒng)主要由2臺互為冗余的服務器、1臺調(diào)度室工作站和1臺信號值班室工作站及相關的網(wǎng)絡設備 (如交換機等)組成。服務器及相關網(wǎng)絡設備安裝在機柜中，布置在車輛段的信號設備房中。調(diào)度室工作站布置在車輛段調(diào)度中心，信號值班室工作站布置在信號樓值班室。

1.2 系統(tǒng)接口

1.物理接口。車輛段ATS系統(tǒng)的2臺服務器可以通過RS-232串行接口與車輛段聯(lián)鎖機進行冗余連接，與正線的ATS服務器通過以太網(wǎng)接口進行冗余連接;調(diào)度室工作站和信號值班室工作站均通過以太網(wǎng)接口連接。如圖1所示。

圖1 車輛段ATS系統(tǒng)結構圖

2.軟件接口。車輛段ATS系統(tǒng)與正線信號系統(tǒng)、車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)之間，通過雙方約定的軟件接口協(xié)議進行信息交換，其工作結構采取客戶端/服務器模式。

正線信號系統(tǒng)向車輛段ATS系統(tǒng)提供即將進入轉換軌的列車信息，包括轉換軌ID和列車車組號，車輛段ATS系統(tǒng)向正線信號系統(tǒng)提供信號機、道岔、軌道電路及段內(nèi)列車追蹤車組號的狀態(tài)信息;車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)向車輛段ATS系統(tǒng)提供信號機、道岔、軌道電路的狀態(tài)信息，車輛段ATS系統(tǒng)向車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)提供主時鐘信號。如圖2所示。

圖2 軟件接口信息示意圖

2 系統(tǒng)可靠性措施

車輛段ATS服務器采取雙機熱備的方式提高其自身運行的可靠性。2臺服務器采用串行線做心跳連接，通過心跳數(shù)據(jù)來確認對方是否在線。服務器ATS程序啟動時首先甄別自己的主備狀態(tài)，并與另一臺服務器交換數(shù)據(jù)，以保證2臺服務器的同步。服務器主備機都能接收和處理來自正線信號系統(tǒng)、車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)以及段內(nèi)工作站的信息，主機可以向外部系統(tǒng)以及段內(nèi)工作站發(fā)送信息，備機不能。當主服務器宕機或切機時，會與備機交換數(shù)據(jù)并激活備機，以保證系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運行。

服務器與終端工作站及外部系統(tǒng)之間的物理接口連接均采用冗余配置，提高了硬件通信的可靠性。另外，在2臺車輛段 ATS服務器上均裝有“看門狗”軟件，當ATS主程序出現(xiàn)錯誤或者主備機之間數(shù)據(jù)不一致時，可以實現(xiàn)程序自動重啟，從軟件方面有效地提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3 系統(tǒng)主要功能描述

3.1 車輛段車次追蹤過程及原理

1.列車進入車輛段。當有列車從正線返回車輛段，即將進入轉換軌時，正線ATS服務器向車輛段ATS服務器發(fā)送信息，通知車輛段ATS系統(tǒng)即將占用的轉換軌ID號和即將進入的列車車組號。當列車占用轉換軌時，車輛段ATS系統(tǒng)會在相應的轉換軌上生成一個車次窗和一個對應的車組號。如圖3所示。

2.列車在車輛段內(nèi)運行。當列車在車輛段內(nèi)繼續(xù)運行時，車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)將軌道電路、信號機、道岔狀態(tài)信息發(fā)送給車輛段ATS服務器。車輛段ATS系統(tǒng)主要根據(jù)軌道電路的依次占用，來完成車次窗的依次移動。軌道占用前移，車次窗前移。軌道占用后移，車次窗后移。車次窗所在軌道出清，車次窗退回鄰近占用軌道。特殊情況下，車次窗的移動還會參考進路方向。車輛段ATS通過以上方式實現(xiàn)列車在車輛段內(nèi)的位置追蹤。如圖4所示。

3.列車駛出車輛段。當列車需要進入正線運營，駛出車輛段時，車輛段ATS系統(tǒng)以車次窗加車組號的形式將列車追蹤至轉換軌，當列車完全駛出轉換軌后，車輛段ATS系統(tǒng)將自動刪除相應的車次窗和車組號，本列列車的車輛段追蹤過程結束。如圖5所示。

圖3 列車進入車輛段轉換軌

圖4 列車在車輛段內(nèi)追蹤

3.2 列車追蹤手動操作

本系統(tǒng)除了可以自動追蹤列車外，還支持人工手動操作，調(diào)度人員可以隨時在調(diào)度室工作站上對段內(nèi)列車的車次窗和車次號進行刪除、修改操作，并可以在有列車占用但沒有車次窗的軌道區(qū)段上進行車次窗添加操作。

3.3 控制中心對段內(nèi)列車追蹤遠程監(jiān)督

車輛段ATS系統(tǒng)可以把當前段內(nèi)所有信號機、道岔、軌道電路及列車追蹤車次號的狀態(tài)信息實時傳送給正線ATS系統(tǒng)，從而正線ATS系統(tǒng)可以從控制中心的大屏幕上很方便地監(jiān)督位于車輛段內(nèi)所有列車位置信息及相關信號設備的當前狀態(tài)。

圖5 列車駛出車輛段轉換軌

3.4 特殊情況的操作處理

1.編組和解編。編組時，在2輛車占用的區(qū)段相連之前，手動刪除這2輛車的車次窗，待軌道紅光帶連續(xù)后，再給這條連續(xù)的占用區(qū)段 (紅光帶)手動賦予一個統(tǒng)一的車次窗，然后2輛列車編組運行，系統(tǒng)可正常追蹤。解編時，在軌道紅光帶“斷裂”前，手動刪除車次窗，列車解編，紅光帶“斷裂”后，再手動分別給2輛車賦予車次窗，系統(tǒng)則可自動完成后續(xù)追蹤。

2.無軌道電路區(qū)段的列車追蹤。對于沒有軌道電路的區(qū)段，無法進行自動車組號追蹤。當列車完全進入該區(qū)段后，車次窗會停留在之前占用的最后一段軌道電路處。要想繼續(xù)追蹤該列車的運行，需要操作員人工刪除該車次窗，并在該區(qū)段的后側區(qū)段 (有軌道電路的區(qū)段)設置虛擬車次窗。這樣，當該區(qū)段占用的時候，則可以帶上該虛擬車次窗，繼續(xù)進行追蹤。另外，在沒有軌道電路的區(qū)段也可以人工設置虛擬車次窗，只是該區(qū)段永遠不會出現(xiàn)占用狀態(tài)，所以設置的虛擬車次窗只能用于靜態(tài)顯示 (以標識此處有車)，無法在相鄰區(qū)段占用的時候自動追蹤。如圖6所示。

圖6 無軌道電路區(qū)段添加虛假車次窗

4 結束語

本車輛段ATS系統(tǒng)已經(jīng)研發(fā)實現(xiàn)，并在北京地鐵4號線馬家堡車輛段、北京地鐵大興線南兆路車輛段、深圳地鐵4號線龍華車輛段投入運營使用。目前，系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定，給用戶工作帶來很大的便利，得到了用戶的一致好評。

車輛段ATS系統(tǒng)極大地方便了車輛段調(diào)度人員的日常工作，降低了調(diào)度員的工作強度，并減少了傳統(tǒng)人工操作方式可能出現(xiàn)的失誤。同時，也方便了控制中心工作人員對車輛段內(nèi)列車的監(jiān)督管理，提高了工作效率。作為一種先進的實現(xiàn)車輛段內(nèi)列車自動追蹤功能的新系統(tǒng)，值得在地鐵行業(yè)大量推廣。

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