城市軌道交通ATS系統的時刻表同步機制研究

景順利

（南京恩瑞特實業有限公司，江蘇南京211106）

城市軌道交通ATS系統的時刻表同步機制研究

景順利

（南京恩瑞特實業有限公司，江蘇南京211106）

每日地鐵運營期間，中央 ATS系統和本地 ATS 系統分別按照各自的時刻表控制列車的運營。當中央 ATS 系統出現故障時，本地 ATS 系統能夠完成對線路運營列車的控制，這就要求中央 ATS 系統和本地 ATS系統運行的時刻表完全一致。文章提出了時刻表一致性的基本特點和要求，并在此基礎上系統闡述了保證時刻表信息一致和加載一致的同步機制。

城市軌道交通；ATS 系統；時刻表；同步機制

1 概述

在現代軌道交通系統中，無論是蓬勃發展的高速鐵路還是城市軌道交通，列車自動監控系統（ATS）都扮演著越來越重要的角色。城市軌道交通 ATS 系統是一個分布式的計算機監控系統，分為中央集中控制層和本地控制層，即中央 ATS 系統和本地 ATS 系統，系統通過冗余的配置方案，保證了高度的可用性。

時刻表作為城市軌道交通系統運輸組織的基礎，承擔著列車運行組織與運行調整的重要職能。在日常運營期間，ATS 系統主要依據時刻表對系統內的所有運營列車實現調度和指揮，并負責監控整個系統的運行狀態。其中，中央 ATS 系統作為地鐵的調度核心系統，根據時刻表自動對線路中的列車進行調度；本地 ATS 系統作為地鐵調度系統中的輔助系統，能在中央 ATS 系統發生故障時，根據時刻表自動接管線路中列車的運行調度。為了實現中央/本地 ATS 系統之間能夠無縫切換對列車的調度，必須確保二者運行的時刻表文件完全一致，并確保加載過程同步。

2 時刻表一致性特點

2.1 時刻表身份的唯一性

時刻表唯一標識信息是時刻表文件在中央/本地 ATS系統的身份信息，具有唯一性。在 ATS 系統中使用時刻表內部號、版本號來標識時刻表的唯一身份信息，格式為“（內部號，版本號）”。其中，時刻表內部號取值范圍為1～255，版本號取值范圍為1～65536。發布到系統中的時刻表內部號唯一，版本號隨著時刻表文件的發布次數依次遞增。在系統中只有版本號和內部號都相同才代表相同的時刻表文件，相同的時刻表文件不會同時發布到 ATS 系統中。

2.2 時刻表預置文件的一致性

時刻表預置文件為中央/本地 ATS 系統自動加載的標準，系統按照各自設置的自動加載時間，根據預設時刻表進行加載。時刻表預置文件的預置周期一般為1周，也可以根據實際需要進行設定。

如圖1所示，中央調度人員在中央人機交互界面（HMI）上對時刻表預置文件進行人工設置，可以對未來1周或者某一天將要運營的時刻表進行設置或者更改。更新完成后，中央 ATS 系統將更新后的時刻表預置文件自動同步到本地 ATS 系統，確保中央/本地 ATS 系統擁有相同的時刻表預置文件。

圖1 時刻表預置文件同步流程

2.3 時刻表發布的一致性

時刻表文件通過 ATS 系統的時刻表發布功能由離線編圖系統導入到 ATS 系統。如圖2所示，在進行時刻表文件發布時，離線編圖系統根據中央 ATS 系統的時刻表信息，自動產生時刻表文件的唯一標識性信息，即時刻表內部號、版本號，然后向中央 ATS 系統發布。若發布成功，則向本地 ATS 系統發布；否則，不向本地 ATS 系統發布。

2.4 時刻表加載的一致性

時刻表加載分為自動加載和人工加載，具體方式如下。

（1）自動加載。中央/本地 ATS 系統按照系統設置的加載時間，獲取系統中預先設置的時刻表信息，自動按照設置的時刻表進行加載。此時需要保證中央/本地ATS 系統預置時刻表信息的一致。

（2）人工加載。按照調度人員在 HMI/LOW（本地人機交互界面）上指定的時刻表進行加載，此時要求中央調度員和本地操作員選擇具有相同內部號和版本號的時刻表。

無論哪種加載方式，都是根據時刻表的唯一標識信息確定系統內需要加載的時刻表，即需要保證中央/本地ATS 加載相同內部號和版本號的時刻表文件。

3 時刻表文件同步機制

時刻表文件一致是時刻表同步的基礎，只有中央/本地 ATS 系統中都擁有相同的內部號和版本號的時刻表文件，才能保證時刻表加載的一致，從而實現中央/本地 ATS 系統切換時，按照統一的調度命令對列車進行控制。

圖2 時刻表文件發布流程

3.1 自動同步時刻表文件

當本地 ATS 系統運行故障，導致中央/本地 ATS 系統時刻表文件同步失敗時，在本地 ATS 系統與中央 ATS 系統之間需要重新建立連接，再次對中央/本地 ATS 系統進行時刻表同步，從而保證在任何情況下中央/本地 ATS 系統都擁有相同的時刻表文件以及時刻表預置文件。

自動同步時刻表文件過程如下（圖3）：

（1）本地 ATS 系統與中央 ATS 系統建立連接；

（2）本地 ATS 系統向中央 ATS 系統發起同步請求，將本地 ATS 系統擁有的時刻表文件信息發送至中央ATS 系統，包含內部號和版本號；

（3）中央 ATS 系統根據接收的本地 ATS 系統時刻表信息以及中央 ATS 系統的時刻表信息進行判斷，以決定對本地 ATS 系統的時刻表操作方式，包括時刻表添加、刪除等；

（4）本地 ATS 系統時刻表信息同步完成后，對中央 ATS 系統的時刻表預置文件進行同步。

圖3 時刻表自動同步流程

3.2 人工同步時刻表文件

當中央/本地 ATS 系統網絡斷開，并在一定時間內無法修復的情況下，無法實現中央 ATS 系統與本地 ATS系統之間的時刻表自動同步。此時，可采用人工拷貝方式將中央 ATS 系統的時刻表文件以及預置時刻表拷貝到本地ATS 系統，確保本地/中央 ATS 系統擁有相同的時刻表文件。

4 時刻表加載同步機制

在滿足中央/本地 ATS 系統擁有相同的時刻表信息后，為了保證中央/本地 ATS 系統能夠運行相同的時刻表文件，必須確保中央/本地 ATS 系統在各種情況下加載的時刻表文件始終相同。以下討論如何在加載過程中確保中央/本地 ATS 系統加載相同的時刻表文件。

4.1 中央ATS系統自動加載同步

中央 ATS 系統在運行過程中，按照系統設置的自動加載時間啟動自動加載過程，加載過程如下：

（1）在時刻表預置文件中獲取自動加載時刻表的內部號和版本號；

（2）在中央 ATS 系統數據庫服務器中，下載指定內部號和版本號的時刻表文件；

（3）中央ATS系統將時刻表信息加載到內存數據庫。

中央 ATS 系統加載時刻表成功后，將加載的時刻表內部號和版本號發送給本地 ATS 系統。若本地 ATS 系統與中央 ATS 系統加載的時刻表文件一致，則不進行重復加載；若加載的時刻表文件不一致，則按照中央 ATS 系統發送的時刻表文件內部號和版本號進行本地 ATS 系統的時刻表加載。

4.2 中央ATS系統啟動加載同步

在中央 ATS 系統發生故障重新啟動后，將請求本地ATS 系統加載時刻表，并通知調度人員進行人工確認是否需要加載。若調度員確認不需要加載此時刻表文件，則中央 ATS 系統調度員通過人工加載時刻表，加載成功后通知本地 ATS 系統，按照中央 ATS 系統加載的時刻表文件更新本地 ATS 系統加載的時刻表文件，確保中央/本地 ATS 系統加載相同的時刻表文件。

4.3 ATS系統人工加載同步

中央/本地 ATS 系統網絡斷開，并在一定時間內無法修復的情況下，由本地 ATS 系統與中央 ATS 系統的調度人員人工確認中央 ATS 系統加載的時刻表內部號和版本號。本地 ATS 系統調度人員通過人工加載時刻表的方法，加載與中央 ATS 系統一致的時刻表。

4.4 本地 ATS 系統啟動加載同步

在本地 ATS 系統發生故障重新啟動后，向中央 ATS系統請求中央 ATS 系統當前運行加載的時刻表文件，接收中央 ATS 系統發送的時刻表加載信息并進行判斷。若一致，不進行重復加載；若不一致，按照中央 ATS 發送的時刻表文件進行本地時刻表加載。

5 結束語

本文分析了時刻表在城市軌道交通運營中的重要作用，設計了標識時刻表身份的唯一信息，提出了保證時刻表文件一致和加載一致的同步機制，并討論了在中央/本地 ATS 系統網絡斷開的情況下，采取人工拷貝的方式來確保中央/本地 ATS 系統擁有相同的時刻表文件，從而保障 ATS 系統在每日運營期間，中央 ATS 系統與本地 ATS 系統運行的時刻表一致。

[1] 劉曉娟. 城市軌道交通CBTC 系統關鍵技術研究[D].甘肅蘭州：蘭州交通大學，2009.

[2] 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）：22-27.

[3] 王飛杰. 城軌CBTC智能調度指揮系統關鍵技術的研究[D]. 北京：北京郵電大學，2011.

[4] 王美俊. 基于地鐵列車自動駕駛系統分析與設計[J].科技展望，2016（6）.

[5] 劉伯鴻，李國寧. 城市軌道交通信號[M]. 四川成都：西南交通大學出版社，2011.

責任編輯 李媛芳

Study on Synchronization Mechanism of ATS System in Transit

Jing Shunli

During the daily operation of metro, the central ATS system and local ATS system separately control the operation of the train according to their own timetable. When the central ATS system has failure, the local ATS system will complete the control of the train operation on the track, which requires the central ATS system and local ATS system running time table is exactly the same. This paper puts forward the basic characteristics and requirements of the consistency of time table, and on the basis of this system, it discusses the synchronization mechanism of ensuring the consistency of the time table information and the load.

urban rail transit, ATS system, schedule, synchronization mechanism

U231+.6

2016-04-28

景順利（1982—），男，工程師