地鐵ATS系統可靠性的實現

雒亞娟

摘 要：ATS（Automatic Train Supervision）列車自動監控系統，列車自動控制系統的子系統，是監督列車運行，根據運行時刻表為列車運行自動建立進路，并對列車運行進行自動調整，實施列車運行管理等技術的總稱。采用分散與集中控制方式。通過采用網絡計算機和自動化功能，保證從聯鎖系統的自動監控到列車自動跟蹤直至自動進路排列及自動列車調整，確保地鐵可靠性運營。

關鍵詞：ATS；分散與集中控制；可靠性

1 概述

城市軌道交通列運行車自動控制系統ATC（Automatic Train Control）是保證城軌交通運行安全與可靠地重要系統。列車自動控制系統ATS是ATC系統的重要組成部分，為列車安全可靠、高效有序運行提供保障，保證ATS系統的可靠性顯得尤為關鍵與重要[1]。

2 可靠性的定義

可靠性：元件、產品、系統在一定時間內、在一定條件下無故障地執行指定功能的能力或可能性[2]。

3 硬件配置實現

西安地鐵一號線ATS系統由中心ATS與車站ATS構成，采用分散與集中控制方式。設備分布地鐵全線網，均采用標準計算機系統和耐用的工業部件，滿足24小時不間斷運作條件，大大提高了設備的可靠性性能。

3.1 配置結構

3.1.1 中心ATS

中心ATS作為地鐵ATS系統的控制核心，是基于標準的硬件和系統體系結構。ATS服務器采用高性能服務器和LINUX操作系統，各個部件之間通過冗余以太局域網連接。ATS局域網中采用TCP/IP通信協議，用100M以太網交換機實現系統路由功能。ATS系統中心服務器均采用雙機熱備冗余模式，避免了單點故障，保證一臺服務器故障時可以無縫切換到另一臺服務器工作，確保系統平穩運營[3]。

3.1.2 車站ATS

車站ATS分為聯鎖站、設備集中站和一般站，聯鎖站配置有冗余熱備的處理服務器，用于采集由聯鎖和ATC提供的信息。同時在每個聯鎖站配有外部接口單元，用于采集其他外部子系統（如發車指示器）的信息，信息的傳輸采用光纖連接，其傳輸距離長，衰耗小。

聯鎖站現地控制工作站采用雙屏顯示，當其中一個顯示器故障時可切換至單屏顯示，從而避免了一個顯示器故障時不影響聯鎖站對設備的監視與操作功能，此外，聯鎖站與設備集中站均配置培訓維護工作站，用于監視所控聯鎖區內的設備運行狀態，亦可作為運行中的現地控制工作站的備用工作站使用。

3.1.3 后備模式轉換

（1）正常運行時：在正常運行（中心ATS工作站工作）時，車站ATS工作站處于備用狀態。中心ATS系統匯集所有信息，如列車位置、進路狀態、列車狀態、列車標識、信號設備故障等?；谶@些信息和運行時刻表，中心ATS能夠自動排列進路，還能通過改變停站時間和站間運行時間來自動調整列車運行，對全線進行控制。車站ATS系統接收來自聯鎖和ATC的表示信息，產生所有命令（比如列車進路命令），但是其輸出是封鎖的。車站ATS工作站接收來自聯鎖和ATC表示和指示信息，包括正線列車運行的車次號以及早晚點信息，并在人機界面顯示，此時不需要在工作站上進行操作。（2）后備模式下的本地ATS：如果中央ATS故障，本地ATS自動激活。本地ATS功能將確?？梢韵裰醒階TS一樣的自動運行，在后備模式下協助調度員實現列車按計劃運行。ATS系統具有若干后備模式。當控制中心發生通信中斷等故障時，后備模式會自動啟用，中心ATS控制模式可以轉換到車站ATS控制模式，從而確保列車可以根據時刻表在ATS功能下繼續運行如果由于某種原因，車站ATS的服務器發生故障，例如車站服務器的通信連接中斷，聯鎖的自動進路功能會自動激活。聯鎖自動進路功能可以根據軌道區段的占用情況排列預定義的進路。最底層的后備模式是人工操作。在沒有任何其他自動化功能支持的情況下，聯鎖站信號設備室的車站操作員可以在車站ATS工作站上進行人工操作，即車站采用路票的方式，人工確認兩車站區間只能進入一列電客車，確保列車運營安全可靠。

3.2 硬件配置維護

ATS系統采用標準的硬件和系統體系結構，服務器單元和網絡部件均采用雙機熱備冗余配置，一臺服務器或者一個網絡故障時，可以自動無縫切換到備用的服務器及網絡，從而提高系統的可靠性與安全性，對運行不產生任何影響。

4 軟件實現

（1）操作員分配操作權限和操作區域。通過軟件配置，對于不同操作員進行操作權限的劃分，避免了操作員在操作過程中的超范圍操作，中心調度操作員具有對全線設備進行監控的權利，聯鎖集中站操作員僅允許操作聯鎖監控區域內的相關車站設備，一般車站操作員只能對本站的設備進行監視的功能，不能對其進行相關操作。操作員在其授權范圍內進行操作。訪問權限由操作員登錄后，獲取的有效控制區域來決定。（2）聲光報警。當現場設備出現故障或者操作不符合邏輯運算時，會立即顯示報警信息，這些指示可以用聲光的手段來表現。報警顯示會自動更新并要求用戶進行確認。故障元件將受到限制直到故障排除。操作員的每個動作（操作/命令）都會有結果響應（顯示）。這些響應可以是聽覺或/和視覺的表示，系統以此通知操作員操作正確與否。操作員將對工作站的控制行為負責。（3）在線進行系統維護和維修。ATS系統故障時，如果故障設備距離維修人員較遠，可以通過遠程登錄的方式，在線對系統進行相關維護與維修，節約了故障處理的路程消耗時間，降低了故障晚點的概率，快速可靠地確保全線網設備正常運行。（4）在功能失效時采用自啟動的備用部件。常用系統軟件及接口程序，含有自動看門狗程序及自啟動腳本，當前運行中的進程故障異常下線時，觸發看門狗程序及自啟動腳本，自動重新啟動備用部件。（5）全自動功能。列車自動跟蹤系統；自動進路排列系統；列車自動調整系統：a.中央和本地模式下根據偏離時間計算的時刻表調整；b.中央控制模式下的運行間隔調整。（6）模擬仿真。ATS系統配備培訓工作站，配置模擬PC從控制系統的角度進行列車運行的動態模擬仿真。它的舒適友好界面以及交互式操作給操作員帶來很多便利。模擬PC類似工作站人機界面在屏幕上顯示軌道布置圖，包括聯鎖軌旁元件、站臺、屏蔽門等。聯鎖元件根據實際狀態來顯示，與正常運行中的工作站顯示一致。通過模擬仿真軟件可以在模擬PC進行簡單常用的操作，如排列進路、操作道岔、設置扣車與調停等，還能進行人工進行添加列車模擬列車的動態運行，顯示道岔區段空閑/占用狀態。

5 系統屬性

（1）可延伸性、擴展性。中心ATS 將整個“控制系統”的任務劃分成功能模塊，并且能隨意地在硬件上分布。相當部分的功能可以同步執行，從而大大提高了處理速度。在線路延伸或者要求更高級別的自動化時，系統可以通過添加硬件和軟件來擴展，以便于后期地鐵線路的延展與全線系統升級。（2）以太網冗余。以太網采用三層結構組成，雙網熱備冗余，運用環狀冗余連接外部接口單元、聯鎖、ATC系統和中心ATS系統。如果一個以太網通道發生故障，可以用第二條通道繼續連接。每個LAN網段通過獨立的以太網交換機來連接，確保了一個交換機發生故障不會對系統產生任何影響。

6 結束語

西安地鐵一號線ATS系統通過硬件與軟件的雙重熱備冗余配置，以及無擾自動切換功能，在網絡上采用彈性分組環結構滿足城市軌道交通地鐵平安運營需求。

參考文獻

[1]賀鵬，王偉，張郁.基于復雜系統的城軌交通ATS可靠性研究[J].計算機工程與設計，2009，30（23）：34-35.

[2]金壁輝.系統可靠性工程[M].國防工業出版社，2004：26-27.

[3]蔡曉蕾，朱勝利.北京地鐵5號線乘客信息系統安全體系的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2008，17（1）：33-34.