移動(dòng)閉塞制式下地鐵ATS子系統(tǒng)的分析

王文寧+黃欣榮+高鵬+高深

【摘要】列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）的主要功能是監(jiān)督和控制城市軌道交通全線列車(chē)運(yùn)行，行車(chē)調(diào)度人員通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)全線列車(chē)進(jìn)行全面管理。本文主要以南京地鐵2號(hào)線為例，探討移動(dòng)閉塞制式下ATS子系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及設(shè)備、工作原理、系統(tǒng)功能等。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)閉塞 基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng) 列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控

一、移動(dòng)閉塞制式下ATS子系統(tǒng)

（一）ATS系統(tǒng)概述

ATS系統(tǒng)是基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)與列車(chē)自動(dòng)防護(hù)ATP和列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行ATO系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，完成對(duì)城市高密度軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理和全自動(dòng)行車(chē)調(diào)度指揮控制。同時(shí)，ATS 系統(tǒng)可通過(guò)與電力遙控（SCADA）、防火報(bào)警（FAS）、環(huán)境操作（BAS）、自動(dòng)售檢票（AFC）等系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些系統(tǒng)的監(jiān)控或信息交換。

（二）ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備組成

在ATC的各個(gè)子系統(tǒng)中，ATS 起著組織和指揮的領(lǐng)導(dǎo)作用。由此ATS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能夠保證具有足夠的安全性、穩(wěn)定性，同時(shí)具有實(shí)時(shí)性和可操作性，為了滿足這些要求，ATS系統(tǒng)采用分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由運(yùn)營(yíng)控制中心子系統(tǒng)、車(chē)站子系統(tǒng)、車(chē)輛段子系統(tǒng)構(gòu)成。為了保證ATS系統(tǒng)的高可用性，關(guān)鍵設(shè)備均采用雙機(jī)熱備或集群方式的冗余配置。

（1）控制中心系統(tǒng)由中心機(jī)房設(shè)備、調(diào)度大廳設(shè)備、計(jì)劃室設(shè)備及培訓(xùn)室設(shè)備組成，主要設(shè)備及功能如下：應(yīng)用服務(wù)器：為雙機(jī)熱備系統(tǒng)，是控制中心ATS的核心設(shè)備。應(yīng)用服務(wù)器接收來(lái)自地面的站場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息，以及來(lái)自車(chē)載設(shè)備的列車(chē)位置和狀態(tài)信息，對(duì)這些信息進(jìn)行運(yùn)算、緩存，然后將處理后的信息發(fā)送到相應(yīng)的客戶端。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：用來(lái)保存ATS中重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括各版本的基本運(yùn)行圖，每日的實(shí)時(shí)運(yùn)行圖等。為了保證數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用共享磁盤(pán)陣列的雙機(jī)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，指數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和交換設(shè)備，如通道、網(wǎng)關(guān)等，以保證數(shù)據(jù)在不同的設(shè)備間可靠傳遞。網(wǎng)絡(luò)一般為冗余的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。運(yùn)行圖管理調(diào)度工作站。用來(lái)為每班選擇對(duì)應(yīng)的基本運(yùn)行圖，下達(dá)運(yùn)行計(jì)劃，記錄運(yùn)行時(shí)間結(jié)果，一屆對(duì)運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行人工調(diào)整。站場(chǎng)監(jiān)控調(diào)度工作站。監(jiān)視沿線地面信號(hào)設(shè)備、站臺(tái)設(shè)備狀態(tài)、以及列車(chē)運(yùn)行位置和狀態(tài)，允許調(diào)度員進(jìn)行控制模式的切換、實(shí)施各種人工辦理，例如扣車(chē)、跳停、辦理封鎖等操作。維護(hù)工作站。對(duì)中心以及車(chē)站所有ATS設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)所有人工以及自動(dòng)辦理指令進(jìn)行記錄，對(duì)重要的事件進(jìn)行語(yǔ)言或文字告警，存儲(chǔ)站場(chǎng)運(yùn)行歷史記錄并提供回放功能。時(shí)間表編輯工作站。主要提供離線的基本圖編輯，供調(diào)度計(jì)劃人員根據(jù)各種不同的時(shí)間段，提前制作正常工作日、周末、節(jié)假日等基本圖。

（2）車(chē)站系統(tǒng)。車(chē)站系統(tǒng)由集中聯(lián)鎖站設(shè)備和非集中聯(lián)鎖站設(shè)備組成，集中聯(lián)鎖站設(shè)有一臺(tái)ATS分機(jī)，是ATS與ATP地面設(shè)備和 ATO 地面設(shè)備接口，用于連接聯(lián)鎖設(shè)備和其他外圍系統(tǒng)，采集車(chē)站設(shè)備的信息，傳遞控制命令，使車(chē)站聯(lián)鎖設(shè)備能接收ATS系統(tǒng)的控制，以實(shí)現(xiàn)車(chē)站進(jìn)路的自動(dòng)控制。為從聯(lián)鎖設(shè)備取得所需數(shù)據(jù)，配備了采用可編程控制器的遠(yuǎn)程控制器的遠(yuǎn)程終端單元。采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展十分容易。它還控制站臺(tái)上PIS的列車(chē)目的顯示器、列車(chē)到發(fā)時(shí)間顯示器和發(fā)車(chē)計(jì)時(shí)器。非集中聯(lián)鎖站不設(shè)ATS分機(jī)。非集中聯(lián)鎖站的PTI、PIS 和DTI均通過(guò)集中聯(lián)鎖站的ATS分機(jī)與ATS系統(tǒng)聯(lián)系。有岔非集中聯(lián)鎖站的道岔和信號(hào)機(jī)由集中聯(lián)鎖站的計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)集中聯(lián)鎖站的ATS分機(jī)接收ATS系統(tǒng)的控制命令。

二、ATS系統(tǒng)工作原理

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(jí)ATS，集中模式即為中央ATS。站級(jí)ATS作為中央ATS的后備模式可以為值班員顯示目前線路實(shí)時(shí)的狀態(tài)，這樣的設(shè)計(jì)保證了站級(jí)ATS相對(duì)應(yīng)中央ATS的絕對(duì)獨(dú)立，包括硬件和軟件的不同，除了在運(yùn)營(yíng)前加載的時(shí)刻表信息以外，站級(jí)ATS需要的所有信息都由聯(lián)鎖和ATP、ATO系統(tǒng)提供。

中央ATS與站級(jí)ATS的關(guān)系及相關(guān)的運(yùn)行工作如下：

（1）在常規(guī)運(yùn)行（中央ATS啟動(dòng)）的情況下，站級(jí)ATS處于備用狀態(tài)。站級(jí)ATS從聯(lián)鎖和ATP、ATO 那里接受所有的信息，并且顯示聯(lián)鎖和ATP、ATO信息以及運(yùn)行車(chē)次號(hào)及早晚點(diǎn)情況，處理所有的命令，但命令輸出是被封鎖的，站級(jí)ATS的操作不是必須的，但是在特殊的情況下，安全相關(guān)的命令要被執(zhí)行（如轉(zhuǎn)換鎖閉的道岔），這只能由站級(jí)ATS來(lái)進(jìn)行，執(zhí)行命令前，控制權(quán)必須下放給站級(jí)ATS。在緊急情況下，站級(jí)ATS可以不請(qǐng)求中央ATS而直接獲得控制權(quán)，這可以由相關(guān)的聯(lián)鎖命令觸發(fā)。

（2）如果中央ATS關(guān)閉，站級(jí)ATS將自動(dòng)開(kāi)啟后備模式，自動(dòng)發(fā)出命令（如自動(dòng)進(jìn)路排序，停站時(shí)間，車(chē)次號(hào)修改等），直接發(fā)送給聯(lián)鎖和ATP、ATO，站級(jí)ATS包括自動(dòng)進(jìn)路排序、列車(chē)監(jiān)測(cè)和跟蹤、時(shí)刻表管理和列車(chē)自動(dòng)調(diào)整，以幫助調(diào)度員在后備模式下保證車(chē)的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)。

三、ATS系統(tǒng)功能

（1）列車(chē)監(jiān)視和跟蹤功能。①ATS 系統(tǒng)對(duì)在線所有的運(yùn)行列車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視和跟蹤，并在相應(yīng)的軌道圖上顯示列車(chē)的位置和狀態(tài)。②系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別、讀取列車(chē)車(chē)次號(hào)；③列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃時(shí)刻表自動(dòng)產(chǎn)生車(chē)次號(hào)；④人工輸入、刪除、變更車(chē)次號(hào)；⑤列車(chē)運(yùn)行的識(shí)別和跟蹤；⑥在調(diào)度臺(tái)及大屏幕上顯示列車(chē)位置；⑦報(bào)告列車(chē)信息。

（2）列車(chē)控制功能。調(diào)度可以通過(guò)工作站人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)單列車(chē)、全線列車(chē)扣車(chē)，設(shè)置列車(chē)的運(yùn)行等級(jí)，運(yùn)行模式（如巡航、惰性）等。

（3）控制權(quán)切換功能。列車(chē)進(jìn)路控制權(quán)的級(jí)別為本地控制優(yōu)先于中央控制，人工控制優(yōu)先于自動(dòng)控制，當(dāng)緊急情況下本地可以不經(jīng)過(guò)中央的授權(quán)直接取得控制權(quán)，調(diào)度員可以隨時(shí)選擇人工干預(yù)，進(jìn)行人工排路。

（4）時(shí)刻表和VR控制功能。ATS 系統(tǒng)中VR系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)整，在列車(chē)運(yùn)行偏離實(shí)施運(yùn)行圖或時(shí)刻表時(shí)，可自動(dòng)或人工介入對(duì)列車(chē)運(yùn)行調(diào)整。列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整包括：停站時(shí)間控制；運(yùn)行時(shí)間控制。

（5）其他輔助功能，如列車(chē)追蹤間隔調(diào)整功能；列車(chē)運(yùn)行模擬仿真功能；事件記錄、報(bào)告和報(bào)表生成、打印功能；報(bào)警功能；回放功能。