ATS仿真系統中計算機聯鎖功能的設計與實現

呂紹恒，郭秀清（同濟大學 控制科學與工程系，上海 201804）

ATS仿真系統中計算機聯鎖功能的設計與實現

呂紹恒，郭秀清
（同濟大學 控制科學與工程系，上海 201804）

計算機聯鎖系統負責處理進路內的道岔、信號機、軌道之間聯鎖關系，是實現列車自動監控系統仿真的關鍵。主要介紹了該系統的組成結構及各部分的功能，運用組件化的仿真技術設計人機交互界面，生成站場圖數據庫和聯鎖表數據庫，實現進路的排列功能。

ATS仿真系統；計算機聯鎖；進路控制

0 引言

城市軌道交通通信信號系統是保證行車安全和提高運輸效率的有利工具［1］。列車自動監控系統（Automatic Train Supervision，ATS）主要實現對列車運行的監督和控制，它在提高運輸效率和保障運行安全方面起著十分重要的作用［2-3］。因此，ATS系統能否進行正常操作，將直接關系到列車安全。

計算機聯鎖系統負責處理進路內的道岔、信號機、軌道電路之間的聯鎖關系，接受ATS或者操作員的控制指令，向 ATS系統輸出聯鎖信息［4］。聯鎖機實現了信號設備的邏輯處理功能，完成了進路排列、進路鎖閉、開放信號和道岔動作等命令，實現了進路自動解鎖、故障解鎖等解鎖功能。計算機聯鎖系統是保證行車安全，提高運輸效率的重要技術裝備［5］。本文以蘇州軌道交通一號線ATS仿真系統為例，分析計算機聯鎖系統的結構，研究其仿真功能的實現。

1 系統結構

計算機聯鎖系統可分為多種層次結構［6］，如圖1所示。

圖1 計算機聯鎖系統結構

人機對話層設備主要功能是：（1）接收工作人員發布的控制命令；（2）顯示設備工作狀態和車輛運行情況。

聯鎖層設備的主要功能是：（1）接收人機會話層操作信息和監控層信息、進行聯鎖運算；（2）產生輸出信息、交付監控層執行和人機會話層顯示。

監控層設備主要功能是：執行層輸出命令、開放信號、轉換道岔。

2 用戶界面顯示

系統軟件開發的編譯環境采用 Visual Studio 2008，編程語言采用標準C++。

在仿真系統中，用戶界面顯示是指站場圖的顯示、控制按鈕的命令實現和站場設備狀態的實時顯示，是實現人機交互的基礎。

站場圖初始化顯示采用GDI雙緩沖技術，用以避免站場界面的閃爍。站場圖涉及的元素包括信號機、軌道和道岔，控制按鈕包括故障解鎖、進路排列和取消進路。

每個站場控件具有相同的屬性，在設計控件類（即道岔類 CSwitch、區段類 CTrack、信號機類 CSignal等）時設計一個父類，讓控件類全部繼承自父類。

以信號機為例，信號機的屬性包括：

為了方便設置和讀取控件的屬性值，仿真系統中設置了set和get函數來調用。

站場控件以.ocx格式保存

3 聯鎖系統數據庫設計

計算機聯鎖系統為實現系統維護、行車管理自動化奠定了基礎。

聯鎖數據主要包括人機交互層傳輸過來的控制命令信息、站場實時狀態信息以及用于排列進路使用的聯鎖表。

3.1 站場圖數據

采用Accesss數據庫進行站場圖數據的存儲。在數據庫中主要存儲了關于信號機、道岔、區段的信息。以信號機為例，在數據庫中保存了信號機的 Index（站場圖上的編號）、ID（站場圖上的名稱）、Type（類型 0-進站、1-出站、2-調車、3-區間）、Direct（信號機的方向）、FirstQD（信號機朝向所對應的區段或者道岔）、JJQ（靠近信號機的區段或者道岔）。

3.2 聯鎖表數據

在計算機聯鎖系統中，由于參加運算的數據量很大，而進路的處理又是整個聯鎖系統中最重要的問題之一。一個進路時只涉及很少一部分的數據，設計靜態聯鎖表文件，對每一條進路數據列一個數據表，將該進路有關的特性和變量全部納入到該聯鎖表中［7］。蘇州軌道交通一號線包含的進路數量少而且簡單，采用靜態聯鎖表文件可以提高進路處理的運行速度，并且保證進路處理的高可靠性和安全性。聯鎖表應該包含的數據有：進路的類型、進路的編號、始端信號機、終端信號機、敵對信號、進路上的道岔、進路上的邏輯道岔及進路上的區段。

仿真界面如圖2所示。

圖2 仿真界面

以蘇州軌道交通一號線木瀆站S0110至S0106進路為例，其在聯鎖表數據庫中的信息如表1所示，其線路圖如圖3所示。

表1 聯鎖表

圖3蘇州軌道交通一號線木瀆站線路圖

采用靜態文件的優點是：（1）靜態文件占用較小的存儲空間，有利于檢測查詢。（2）進路的數據結構是由節點連接而成，在任何地方增加或者減少節點，只需要對部分進路數據進行修改，不影響存儲區的其他位置［8］。

在ATS仿真系統中，通過GetRoute來讀取進路。

4 時刻表編寫

仿真系統根據實際列車運行時刻表編寫仿真運行時刻表，如表2所示。

表2 時刻表

5 進路控制

在ATS系統中，根據聯鎖表、計劃運行圖及列車的所在位置自動判斷、生成并輸出進路控制命令傳送至聯鎖設備，實現對列車的進路的控制。

進路處理可劃分為4個模塊：

（1）檢查進路安排是否一致和形成道岔控制的子模塊。該模塊檢查排在進路上面的道岔是否處于正確的位置，如果不符合要求，則要執行相應的道岔控制命令，使道岔處于正確的位置。

（2）自動解鎖子模塊。該模塊主要實現進路在正常狀況下的解鎖功能以及調車進路的中途折返解鎖。

（3）信號保持子模塊。當進路的信號開放以后，應不斷地去詢問開放信號條件是否仍然滿足，若條件滿足則保持信號繼續開放，若條件不滿足，則取消信號機開放命令，關閉信號機。

（4）進路鎖閉和信號開放子模塊。用于檢查鎖閉條件是否仍然滿足，若滿足后就鎖閉進路，并且形成防護信號機開放命令。

進路處理過程，可以分為進路的建立和解除兩個部分，它們之間的臨界部分是信號保持。進路的建立是指從按壓進路始、終端按鈕開始到防護該條進路的信號機開放這一階段［9］。排列進路流程如圖4所示。

進路的解除是指從列車或調車車列駛入信號機內方到出清進路中全部道岔區段為止的這一階段。

排列進路的相關代碼如下：

圖4 排列進路流程

6 結論

本文以蘇州軌道交通一號線的ATS仿真系統為研究對象，分析計算機聯鎖系統的系統結構和主要功能。根據前期的分析，利用仿真技術搭建了可視化的人機界面，并對界面中的每一站場元素建立數據庫，結合聯鎖規則生成聯鎖表數據庫，最終實現列車的進路控制。計算機聯鎖對于ATS仿真系統各個功能的實現具有重要意義。本文所設計的計算機聯鎖系統對其他線路也具有通用價值和普遍意義。

［1］張照亮.鐵路信號計算機聯鎖系統的設計與實現［D］.武漢：武漢理工大學，2001.

［2］曹友杰.鐵路信號分布式計算機聯鎖系統-道岔控制模塊研究［D］.蘭州：蘭州交通大學，2014.

［3］袁翩翩，陳永生，張立.單線接發列車仿真系統故障模擬［J］.微型機與應用，2014，33（22）：17-19，23.

［4］田曉莉.基于CBTC的ATS列車進路控制技術研究［D］.成都：西南交通大學，2014.

［5］陸亞平.CTCS_3級計算機聯鎖上位機系統仿真研究［D］.43，47.成都：西南交通大學，2010.

［6］吳江，郭秀清.上海地鐵 ATS仿真系統進路自動排列的設計與實現［J］.微型機與應用，2012，31（17）：7-10.

［7］董俊祺.軌道交通ATS仿真運行框架的設計與實現［J］.地下工程與隧道，2008（2）：63-64，67，69.

［8］華似磊，董俊祺.城市軌道交通列車自動監控仿真系統組件設計與實現［J］.城市軌道交通研究，2007（2）：41-

Research and design of computer interlocking system in ATS simulation system

Lv Shaoheng，Guo Xiuqing
（Department of Control Science and Engineering，Tongji Unversity，Shanghai 201804，China）

Computer interlocking system，which handles interlocking relationship between turnout，signal and track circuit，is very important to ATS simulation system.This paper describes structure and function of computer interlocking system.By the method of component technology，this article designs the human machine interaction，builds the database and finally controls the route.

ATS simulation system；computer interlocking system；route control

TP319

A

1674-7720（2015）22-0025-03

呂紹恒，郭秀清.ATS仿真系統中計算機聯鎖功能的設計與實現［J］.微型機與應用，2015，34（22）：25-27，30.

2015-07-20）

呂紹恒（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向：軌道交通系統仿真。

郭秀清（1965-），女，副教授，主要研究方向：過程控制與計算機控制。