廣州地鐵四五號線ATS系統(tǒng)結構淺析

周皓鈞

【摘要】 廣州地鐵四、五號線信號系統(tǒng)是由德國西門子研發(fā)生產的基于CBTC的移動閉塞列車自動控制系統(tǒng)（ATC），分為四大子系統(tǒng)：ATS、聯(lián)鎖、ATP、ATO。ATS是英文Automatic Train Supervision的縮寫，為列車自動監(jiān)督子系統(tǒng)。列車自動監(jiān)督（ATS）是列車自動控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。文章主要針對廣州地鐵四五號線ATS系統(tǒng)在總線結構、數(shù)據傳輸方式及系統(tǒng)維護等方面進行了分析。【關鍵詞】 廣州地鐵 ATS系統(tǒng) 數(shù)據傳輸

一、ATS概述

ATS系統(tǒng)是在ATP和ATO及聯(lián)鎖系統(tǒng)的支持下完成對全線列車的運行自動管理和監(jiān)控的。它主要完成列車運行監(jiān)視、列車運行車次號自動識別與追蹤、進路自動排列、列車運行圖及時刻表的編制與管理、列車運行時間調整、列車運行模擬、列車運行情況統(tǒng)計、事件及報警報表的生成和系統(tǒng)管理等功能。

ATS系統(tǒng)可以在分布和集中兩種模式下工作，分布模式即為站級ATS，集中模式即為中央ATS。站級ATS作為中央ATS的后備模式可以為值班員顯示目前線路實時的狀態(tài)，這樣的設計保證了站級ATS相對于中央ATS的獨立，包括硬件和軟件的不同。除了在運營前加載的時刻表信息以外，站級ATS需要的所有信息都由聯(lián)鎖和ATP/ATO系統(tǒng)提供[1]。

二、四五號線ATS系統(tǒng)結構

1、四號線車站ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)連接結構如下圖所示：

2、五號線車站ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)連接結構如下圖2所示。

3、四五號線系統(tǒng)共同點分析

中央級網絡是由西門子提供的OC500軟件在SOLARIS系統(tǒng)的操作平臺上采取分布式系統(tǒng)的功能布置，并使用星型結構網絡來實現(xiàn)的。車站級網絡使用西門子提供的OC100軟件通過WINDOWS系統(tǒng)平臺由總線型結構網絡實現(xiàn)的。兩個網絡之間的連接是由車站FEP實現(xiàn)。

1） 中央級ATS總線拓撲結構

在軟件組成上中央級工作站主要使用OC501系統(tǒng)，在功能上采取的是分布式計算機系統(tǒng)，這是一種計算機硬件和功能的配置方式。各工作站通過互聯(lián)網絡構成統(tǒng)一的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式計算結構，即把原來系統(tǒng)內中央處理器負責處理的任務分散給相應的工作站的處理器，實現(xiàn)不同功能的各個處理器相互協(xié)調，共享系統(tǒng)的外設與軟件[2]。

在ATS系統(tǒng)中，中央級的ATS網絡是使用星型拓撲結構，中心系統(tǒng)使用兩臺交換機，把HMI服務器（人機接口）、COM服務器（通信服務器）、ADM服務器（管理服務器）、ADM備用服務器、在線/離線FALKO、中央FEP（前端處理器）組建成此種拓撲結構的局域網絡。

星型拓撲結構中，網絡中的各節(jié)點通過點到點的方式連接到一個中心節(jié)點（中央系統(tǒng)采用兩臺交換機）上，由該中央節(jié)點向目的節(jié)點傳送信息。每個結點都由一條單獨的通信線路與中心結點連結。

在星型網絡中任何兩個節(jié)點要進行通信都必須經過中央節(jié)點控制。這樣的結構有集中控制和故障檢測、定位方便等優(yōu)點。因系統(tǒng)各設備經過中央節(jié)點進行了逐一隔離，所以單個鏈接點的故障只影響一個設備，不會影響全網，從而極大的保證了設備的穩(wěn)定性。

但這樣的星型系統(tǒng)結構有其致命的缺點：

（1） 過分依賴中央節(jié)點。因中央所有設備間的通信都必須通過中央節(jié)點，一旦中央節(jié)點（交換機）故障，整個系統(tǒng)便趨于癱瘓。因此，在廣州地鐵四五號線采用中央節(jié)點雙機熱備的方式來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2） 電纜/網線長度長。需要耗費大量的電纜/網線，其成本、安裝及維護工作量也驟增。

基于中央設備集中，要求網絡穩(wěn)定可靠，故選擇星型網絡結構較為合適。

2）車站級ATS總線拓撲結構

車站級的ATS網絡使用總線型拓撲結構。ATS總線是由安裝在各個聯(lián)鎖站和設備站的交換機和連接在交換機上的各個設備如LOW/CLOW（本地/中央操作工作站）、聯(lián)鎖、ATP、車站FEP、TTP（編圖計算機）、TRC（排路計算機）等組成的。

總線拓撲結構是將網絡中的所有設備通過相應的硬件接口直接連接到公共總線上，結點之間按廣播方式通信，一個結點發(fā)出的信息，總線上的其它結點均可“收聽”到[3]。 總線結構的優(yōu)點：

（1） 結構簡單，易于擴充，當需要擴展用戶時，只需要添加一個接線器（交換機）即可。

（2）電纜/光纖長度短，布線容易，成本較低。

車站ATS設備具有設備分布多而廣、布線困難等特點，故選用總線型網絡結構。但總線型網絡網絡結構的缺點是組成網絡某個節(jié)點的兩臺交換機同時故障，該節(jié)點后續(xù)的網絡就會收不到信息。在現(xiàn)場，所有節(jié)點的交換機都是雙機熱備的，構成硬件冗余。

4、四五號線ATS車站和中央總線傳輸方式不同點分析

區(qū)別1：傳輸方式的不同

四號線采用每個聯(lián)鎖區(qū)經由MC（光電轉換）模塊將數(shù)據直接傳回中央的方式。這樣的信息傳輸方式有以下優(yōu)缺點：

1） 當某個聯(lián)鎖區(qū)傳輸媒介故障時，不會影響其他聯(lián)鎖區(qū)的顯示及使用功能；

2） 使用光纜較長，布線困難；

五號線的傳輸方式為：一個聯(lián)鎖區(qū)先將數(shù)據傳輸至另一聯(lián)鎖區(qū)，將兩個聯(lián)鎖區(qū)的數(shù)據發(fā)送至中央。這樣的信息傳輸方式有以下優(yōu)缺點：

1） 使用光纜較短，布線相對容易；

2） 一旦匯總聯(lián)鎖區(qū)交換機故障，將影響兩個聯(lián)鎖區(qū)的功能。

區(qū)別2：傳輸硬件的不同

四號線采用的傳輸硬件為MC模塊（光電轉換模塊），五號線采用的傳輸硬件為帶光口的交換機。

三、 系統(tǒng)維護關鍵點

在系統(tǒng)正常運行的情況下，對系統(tǒng)維護有如下關鍵點：

3.1數(shù)據備份

計算機系統(tǒng)中最重要的應當是數(shù)據，數(shù)據一旦丟失，那損失將會是巨大的。所以，備份網絡中主干設備的配置文件和數(shù)據都是必須的。我們車站級的工作站如LOW、FEP等都是采用鏡像備份。對于中央實時處理數(shù)據的COM機，則需要定期利用硬盤對其進行備份[4]。

3.2 病毒防治

由于軟件安裝需要經過不同的存儲設備，所以感染到病毒是再所難免的。一旦有一臺機器感染，那么就會起連鎖反應，致使整個網絡陷入癱瘓。所以，一定要防患于未然，為服務器設置好防火墻，對系統(tǒng)進行安全漏洞掃描，安裝殺毒軟件，更新病毒庫，在使用軟件安裝時先對其進行殺毒處理。

3.3 巡查仔細

因ATS設備采用網絡傳輸?shù)姆椒ǎ裕魏我粋€點的故障都可能引起系統(tǒng)某個故障，若不及時處理可能影響運營效率。

故需要巡檢人員在巡查設備時關注每個燈位的狀態(tài)，在ping IP時注意各網絡的連接狀態(tài)，是否存在丟包現(xiàn)象等。同時，還要注意各工作站CPU的占用率等參數(shù)。

四、總結

廣州地鐵四、五號線系統(tǒng)網絡遵循以太網標準網絡規(guī)則，使用通用三層交換機VLAN技術，將數(shù)據加密到局域網之中，使得各個系統(tǒng)之間的數(shù)據傳輸?shù)玫搅吮Ｕ希疚脑诜治隽怂奈逄柧€系統(tǒng)結構后，又總結了關于系統(tǒng)維護的關鍵點，在今后的維護過程中，需要更深的理解各系統(tǒng)的硬件、軟件結構及數(shù)據傳輸方式，從而達到更好的維護效果。

參 考 文 獻

[1] IEEE Std.1474.1_1999 基于通信的列車控制（CBTC） 系統(tǒng)的性能和功能要求[S]

[2] EN 50128 鐵路應用—通信、信號及處理系統(tǒng)鐵路控制和保護系統(tǒng)用軟件[S]

[3] 周公建；滿化錄；北京市軌道交通亦莊線ATS子系統(tǒng)設計[J]；市政技術；2010年S2期

[4] 郜春海；自主創(chuàng)新CBTC系統(tǒng)的核心技術研究[J]；都市快軌交通；2011年04期