廣州地鐵一號線信號系統COM工作站CPU占用率研究

許 琪

隨著地鐵網絡的密集，越來越多的地方能夠經由地鐵到達，軌道交通成為公眾出行的重要選擇。信號系統作為軌道交通中的重要組成部分，直接決定著城軌交通系統的準點、安全等指標。自1997年廣州地鐵1號線ATS運用以來，通信服務器(COM工作站)一直存在自動重啟的現象。近年來為提高廣州地鐵1號線運營服務水平，高峰期上線列車增加為25列，全天約570列次。隨著行車密度的提高，設備使用年限增長，COM工作站不穩定性明顯增加，故障率呈上升趨勢，給廣州地鐵的運營服務帶來較大影響。為此，對COM工作站的工作情況進行統計，研究優化措施，以提升1號線信號系統的穩定性。

1 問題分析

通過長期的運營情況統計，廣州地鐵1號線COM工作站的故障主要表現為以下幾個方面:

1.MMI工作站的操作緩慢，甚至出現程序出錯導致工作站受干擾。

2.錯誤車次、跳車次故障數量陡增，增加了運營安全隱患。

3.COM工作站處理能力不足，受干擾自動重啟現象增多，影響運營監控，增加安全隱患。

對COM工作站故障情況進行統計，其中主用故障為1，備用故障為66，說明COM工作站故障以備用為主，占故障總數的99%。切換系統的COM1、COM2采用主備用狀態運行，故障率仍然以備用為主，沒有任何改善，說明COM工作站各類故障的出現不在于硬件工作不穩定，而主要是系統軟件數據處理及信息交換上存在缺陷。

為研究COM工作站的CPU占用率與行車密度的關系，對以COM工作站為核心的ATS系統進行軟件測試，以達到系統優化的目的。測試內容包括4個方面:COM工作站CPU占用率的統計分析;COM工作站程序測試分析;ATS系統設備的優化措施;搭建離線編圖系統。

2 COM工作站CPU占用率的統計及分析

對COM工作站的研究是基于廣州地鐵1號線計劃時刻運營數據進行的，分別針對工作日和節假日，客流高、中、低峰的行車間隔和上線列車數量，主用COM工作站、備用COM工作站CPC占用情況進行取樣統計，取樣數據見圖1—圖4。從統計結果可以看出，主用、備用COM工作站進行相同的數據運算和處理，由主用COM工作站進行數據通信和命令發送，主用COM工作站CPU占用率比備用高出10% ～35%。

工作日，主用COM工作站在早晚高峰期25列車上線運營時，CPU占用率峰值頻繁出現，峰值可達100%，平均值均在86%。節假日，主用COM工作站在高峰期24列車上線運營時，CPU占用率的最大值可達到95%，平均值在82%左右。

在當前 ATS配置下，每增加一列車上線，COM工作站的CPU占用率增加約3%左右;而當線上列車為25列時，主用COM工作站的CPU占用率的峰值可達100%，達到滿負荷狀態，這說明COM工作站的CPU占用率與線上列車數量有直接關系。

3 COM工作站程序測試

對COM工作站的開機自動裝載程序進行測試。COM工作站共有45個自動運行的程序，逐一測試關閉程序后對COM工作站運行狀態的影響，確認是否有不重要程序運行，以優化CPU占有率。

測試發現，關閉CSPV(功能未知 (數據計數監控))及PSIM(功能未知 (主電腦層模擬進程的所有任務管理))程序后，COM工作站仍保持正常工作狀態，報文信息顯示該程序終止 (系統未出現自動重啟或停止工作的情況)，2臺主備用COM工作站未發現異常，模擬跑車運營測試一切正常，中央顯示正常。對比關閉2個程序前后的CPU占用率，發現CPU占用率有一定優化。故為降低CPU占用率，可以考慮關閉CSPV程序及PSIM程序。

而其他43個程序關閉時，COM工作站均會停止工作或自動重啟。由此可以確認，此43個程序為COM工作站維持正常工作狀態不可缺失的程序。

關閉程序操作:在VICOS窗口輸入指令ps-ax，要求不以終端機來區分;如，lodi程序即為系統運行的程序，其對應進程號 (PID)為1536;關閉程序的指令為Kill 1536。

4 COM工作站的優化措施

COM工作站負責信號系統所有設備監控及數據處理，在線使用的設備越多，在線運營的列車越多，COM工作站需監控/處理的數據量越大，CPU占用率也就越高。減少COM工作站的數據處理量，可有效改善COM工作站運行狀態。經過研究分析有以下6項可行措施。

4.1 車次號數據優化

為控制隧道通風設備，信號系統設計中建立了信號與環控系統的數據傳輸鏈路。BAS報文即為信號系統與環控系統的接口報文，COM工作站的列車監視與追蹤程序 (TMT)，對在線所有列車進行監督并每30 s發送一次檢測報文，即“活著報文”。報文信息包括車次號、所在區段、車底號和停在區間的時間。在MMI上對列車車次號進行刪除，能起到車次號數據優化的作用，使COM工作站的CPU占用率約有1%～2%的降幅。

4.2 離線編圖

廣州地鐵1號線ATS中央的行車模式為列車按照已經編譯好的時刻表運行。目前，編圖操作由SUN工作站組成的時刻表編輯器 (TTE)來運行，TTE已聯入ATS中央網絡直接以在線形式掛在ATS總線上進行工作，與網絡中的其他中央設備保持實時的數據交換。這意味著編圖工作需要在線時刻表編輯器 (TTE)來完成，編圖工作的編譯、存檔及調整沖突均需與COM工作站、ADM工作站進行數據交換，直接增加COM工作站的數據處理負荷。

由于編圖工作中的“編譯”過程需要與COM工作站、ADM工作站進行數據交換，故編圖過程完成進行“編譯”時，主用工作站的CPU瞬時占用率將升高約15%，此過程對于ATS中央網絡的沖擊較大，會直接干擾COM工作站的工作，對運營組織存在隱患。

為了減輕在線編圖對COM工作站造成的數據運算負荷，搭建了由管理服務器 (ADM)、通信服務器 (COM)及時刻表編輯器 (TTE)3個SUN工作站組成的離線編圖網絡，可有效降低在線編圖對ATS關鍵設備造成的沖擊。

4.3 自動列車調整功能優化

自動列車調整功能是在列車自動駕駛 (ATO)模式下，比較列車實際運行時分與時刻表的計劃運行時分，計算偏差時間，并通過調整列車的區間運營時間及停站時間來修正偏差。由于比較及修正偏差時間的數據運算處理及結果輸出均由COM工作站實現，因此可考慮在運營高峰期時關閉自動列車調整功能，這樣可在一定程度上減少COM工作站的數據處理量，達到優化COM工作站狀態的效果。

自動列車調整功能關閉操作步驟:①行調在MMI上的信號基本窗中，按鼠標左鍵點擊“調度”按鈕，啟動ATR窗口;②在ATR窗口中按鼠標左鍵點擊“所有列車”按鈕;③按鼠標左鍵點擊“自動列車調整關閉”按鈕;④按鼠標左鍵點擊“執行”按鈕。

4.4 車輛段RTU(遠程終端單元)的優化

西朗車輛段RTU原用于讀取6502聯鎖系統的車庫軌道占用狀態，并把信息發送到中央通過MMI顯示出來。車輛段計算機聯鎖改造后，6502設備已經拆除，車廠RTU已失去原有功能。因此關閉車廠RTU可在一定程度上減少COM工作站的數據處理量。

4.5 運行圖優化

正常情況下，行調在3臺MMI工作站上均打開運行圖窗口，當運行圖窗口打開時，實時向COM工作站請求運行圖數據，包括計劃運行數據及實際運行數據的運算，并實時更新。打開的運行圖窗口越多，COM工作站需輸出的數據量越大，因此減少運行圖窗口打開數量，可在一定程度上減少COM工作站的數據處理量。

4.6 車輛段MMI(人機界面)優化

西朗車輛段配置了2臺MMI工作站，其中MD1用于運營前進行車輛管理的信息輸入，MD2用于列車出入車輛段時監控西朗站正線線路情況。COM工作站對2臺MMI工作站進行狀態監控及MMI上的實時圖像信息傳遞、處理。可以考慮在運營期間不需使用2臺MMI時斷開網絡連接，可在一定程度上減少COM工作站的數據處理量。

5 結束語

廣州地鐵1號線信號系統COM工作站的CPU占用率受運營列車數量和運行程序的影響較大，為提高COM工作站的穩定性，應在滿足運營需求的前提下盡量減少運營列車數量，關閉不必要的程序，優化各系統的數據及功能，以降低CPU占用率。目前，對COM工作站的CPU占用率的數據分析和優化措施，已在廣州地鐵1號線進行了運用，并取得了滿意的效果，希望能為其他線路的信號系統優化提供借鑒。

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