城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)SIG子系統(tǒng)淺析

陸晨++耿守闊

摘 要：首先簡(jiǎn)要介紹軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及系統(tǒng)架構(gòu)，其次重點(diǎn)闡述信號(hào)子系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)方案，并根據(jù)實(shí)際需求完成系統(tǒng)仿真。

關(guān)鍵詞：軌道交通綜合監(jiān)控；信號(hào)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)；實(shí)現(xiàn)方案

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）05-00-03

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)不斷加強(qiáng)，各大城市隨之出現(xiàn)的交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重，為解決這一問題，快速發(fā)展具有客運(yùn)量大、快捷、安全、準(zhǔn)時(shí)、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)的軌道交通不失為一個(gè)正確的選擇。

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是原各個(gè)單獨(dú)機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用集成，具有多子站、多子系統(tǒng)和地理分布分散的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其主要功能包括對(duì)設(shè)備的集中監(jiān)控和子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，一般綜合監(jiān)控系統(tǒng)由電力（PSCADA）、信號(hào)（SIG）、環(huán)控（BAS）、乘客信息（PIS）、乘客廣播（PA）、視頻監(jiān)控（CCTV）、火災(zāi)報(bào)警（FAS）、售檢票（AFC）、門禁（ACS）和屏蔽門（PSD）等子系統(tǒng)組成。

本文重點(diǎn)闡述SIG子系統(tǒng)的功能要求、數(shù)據(jù)庫(kù)建立及演示仿真過程。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)SIG系統(tǒng)功能要求

1.1 控制顯示功能

控制和顯示功能全面地向行車調(diào)度員顯示SIG功能操作的當(dāng)前和歷史信息以及他們所控制的線路。它允許行車調(diào)度員在授權(quán)的情況下，人工向系統(tǒng)輸入命令。

控制和顯示功能包括操作授權(quán)、概況顯示、聯(lián)鎖和列車控制命令處理以及信息顯示功能。

操作授權(quán)也稱為權(quán)限管理，決定哪些命令行車調(diào)度員可以使用和哪些信息行車調(diào)度員可以訪問，行車調(diào)度員操作授權(quán)由系統(tǒng)管理員決定，并且通過登錄過程完成。

概況顯示就是線路的現(xiàn)狀可通過視覺顯示單元以圖形方式實(shí)時(shí)地向行車調(diào)度員顯示，這些信息包括列車的位置和進(jìn)路狀況、保護(hù)區(qū)段、軌道區(qū)段、道岔和信號(hào)機(jī)的狀態(tài)，信息的類型與顯示的詳細(xì)程度可以由行車調(diào)度員的顯示控制命令而控制。例如，用于展示列車位置的詳細(xì)視圖的區(qū)域顯示，比那些用于概觀全線的顯示方式所顯示的軌道區(qū)段數(shù)量多，因而它能夠顯示更準(zhǔn)確的列車位置信息。

聯(lián)鎖和列車控制命令處理是根據(jù)操作授權(quán)，來自行車調(diào)度員的聯(lián)鎖和列車自動(dòng)控制系統(tǒng)功能命令被接收，并輸出到聯(lián)鎖控制功能。如果從聯(lián)鎖控制功能得到一個(gè)確認(rèn)請(qǐng)求，它就被輸出給行車調(diào)度員，如果從行車調(diào)度員得到一個(gè)確認(rèn)，它就被輸出到聯(lián)鎖控制功能。

信息顯示是根據(jù)授權(quán)從行車調(diào)度員得到的顯示控制命令，將錯(cuò)誤信息、日常時(shí)刻表和時(shí)刻表偏差以適當(dāng)格式顯示給行車調(diào)度員，另外，來自記錄功能的操作信息和錯(cuò)誤信息也能夠被打印出來存檔。

1.2 記錄功能

記錄功能是按順序和類別存檔從其它子系統(tǒng)功能得到的信息，例如操作信息和錯(cuò)誤信息。

記錄是在收到操作和錯(cuò)誤信息時(shí)按事件（干擾、要求或公告）和起因（聯(lián)鎖功能、SIG功能、操作系統(tǒng)或聯(lián)鎖命令）將其分類。每個(gè)信息的文本和類別按時(shí)間順序儲(chǔ)存在操作記錄上。那些類別為干擾的信息同時(shí)也被記錄在當(dāng)前故障列表上，直到收到此故障已被排除的信息，并將信息文本依照類別標(biāo)準(zhǔn)輸出到人機(jī)界面。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

上級(jí)ATS系統(tǒng)通過MODBUS和TCP/IP方式將計(jì)劃和實(shí)際時(shí)間表傳遞給前置機(jī)，經(jīng)過解析將狀態(tài)表、快速輪詢表、慢速輪詢表、定時(shí)輪詢表中的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)SIG子系統(tǒng)通過訪問這些數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)上述功能，從而實(shí)現(xiàn)控制顯示與記錄功能。具體框架如圖1所示。

2.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)表

建立數(shù)據(jù)表，邏輯框圖如圖2所示。

需要在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中添加參數(shù)表與實(shí)時(shí)表，具體形式見表1。具體表的字段如圖3所示。

表1 參數(shù)表與實(shí)時(shí)表

參數(shù)表 實(shí)時(shí)表

車次窗定義表 車次窗表

站臺(tái)定義表 站臺(tái)實(shí)時(shí)表

道岔定義表 道岔實(shí)時(shí)表

區(qū)段定義表，區(qū)段關(guān)聯(lián)表 區(qū)段關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)表

圖1 SIG系統(tǒng)框圖

在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建立數(shù)據(jù)表，通過QzATS和Qzdata將SIG子系統(tǒng)與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)整合接入，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的監(jiān)控。

2.2 SIG系統(tǒng)處理過程

通過程序，控制數(shù)據(jù)表操作，處理過程如下：

（1）SIG系統(tǒng)通過SCADATS接收并解析列車信息，確定車次窗信息、車次窗號(hào)、車次窗位置，并將列車服務(wù)號(hào)寫入車次窗實(shí)時(shí)表中的相應(yīng)字段，根據(jù)車次窗中有無列車，確定車次窗占用標(biāo)志。

（2）把列車服務(wù)號(hào)寫入到列車運(yùn)行實(shí)時(shí)表，若實(shí)時(shí)表中沒有該列車服務(wù)號(hào)記錄，則增加記錄，如已存在，則不做處理。

（3）接收列車運(yùn)行信息，確定列車服務(wù)號(hào)，根據(jù)列車服務(wù)號(hào)把運(yùn)行信息寫入到列車運(yùn)行實(shí)時(shí)表中。

（4）接收道岔信息，更新到道岔實(shí)時(shí)表，將信息傳遞給系統(tǒng)，顯示至電腦屏幕。

（5）如果有區(qū)間限速，則根據(jù)區(qū)間和車次窗之間的關(guān)系設(shè)置車次窗的限速標(biāo)志和限速速度，如果取消，則取消限制速度（操作實(shí)時(shí)表）。

（6）接收站臺(tái)實(shí)時(shí)信息，更新站臺(tái)的到站時(shí)間和離站時(shí)間，每個(gè)站臺(tái)實(shí)時(shí)信息中包含到站時(shí)間、離站時(shí)間和列車服務(wù)號(hào)，根據(jù)信息中站臺(tái)的序號(hào)，判斷列車到達(dá)的站臺(tái)名稱和列車服務(wù)號(hào)，把到站信息發(fā)送到PIS系統(tǒng)和PA系統(tǒng)（站號(hào)、站臺(tái)、到/離站、列車服務(wù)號(hào)），每個(gè)站臺(tái)依次進(jìn)行如上處理。

ATS系統(tǒng)將列車時(shí)刻表（實(shí)際/計(jì)劃）傳送到綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)將時(shí)刻表解析整理后放入實(shí)時(shí)庫(kù)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)定時(shí)將列車時(shí)刻表備份到參數(shù)庫(kù)中，實(shí)時(shí)庫(kù)中存當(dāng)天的計(jì)劃表和實(shí)際運(yùn)行表，每天運(yùn)營(yíng)結(jié)束，將時(shí)刻表保存到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供專用的對(duì)話框顯示/查詢列車時(shí)刻表信息。

3 仿真系統(tǒng)演示

3.1 界面介紹

全線站場(chǎng)線路圖的鋪設(shè)需要大量的車站及車站設(shè)備元件，本系統(tǒng)是基于遙信變量的仿真模擬系統(tǒng)，可通過數(shù)據(jù)庫(kù)修改某表內(nèi)的值，演示監(jiān)控狀態(tài)變化，后續(xù)正式運(yùn)營(yíng)后，遙信采集數(shù)據(jù)更新至數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，在操作界面顯示出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。

演示界面包括兩個(gè)部分，上半部分為顯示窗口，如圖4所示，下半部分為操作窗口，如圖5所示。系統(tǒng)初始啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)管理員權(quán)限顯示按鈕可用（激活），不可用的按鈕顯示灰色，鼠標(biāo)無法點(diǎn)擊。

圖4 顯示窗口

圖5 操作窗口

圖中的鐵軌、道岔、信號(hào)燈等軌道設(shè)備，均為遙測(cè)遙信量，通過腳本編輯的方式，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)排列進(jìn)路，交通燈自動(dòng)顯示狀態(tài)，道岔自動(dòng)實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，并配合PIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)門的功能。

在操作窗口中顯示的是操作動(dòng)作按鈕，這些按鈕可用來操作單個(gè)元素。操作窗口的內(nèi)容取決于所選的操作類型。

操作窗口中有下列對(duì)話框：

（1）聯(lián)鎖對(duì)話框；

（2）安全操作對(duì)話框；

（3）ATS對(duì)話框；

（4）時(shí)刻表對(duì)話框；

（5）管理對(duì)話框（以管理員身份登錄，點(diǎn)擊管理將顯示用戶管理操作對(duì)話框）。

3.2 演示過程

列車從上行區(qū)間開進(jìn)軌道，此時(shí)軌道顏色為黃色，表示進(jìn)路允許進(jìn)入，列車進(jìn)入車次窗，被占軌道以及后方軌道變?yōu)榧t色，表示區(qū)段占用，當(dāng)列車進(jìn)入車站后，屏蔽門自動(dòng)打開，出現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0時(shí)，信號(hào)燈變成綠色，前方進(jìn)路為黃色允許進(jìn)入，以此類推進(jìn)入下一站，到達(dá)終點(diǎn)返回時(shí)，道岔自動(dòng)排進(jìn)路到下行區(qū)間，繼續(xù)行駛。操作板塊可對(duì)信號(hào)燈、道岔等軌旁設(shè)備進(jìn)行人工置數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制功能。

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)多元系統(tǒng)，SIG系統(tǒng)和PIS、PA等共同完成對(duì)軌道交通各方面的監(jiān)控。

4 結(jié) 語

眾多大中型城市都開通了軌道交通，它已成為人們生活不可或缺的一部分，軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)為其安全準(zhǔn)時(shí)高效的運(yùn)行提供了保障，SIG系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車行車自動(dòng)化的有效監(jiān)視與控制，本文的方法是工程可實(shí)現(xiàn)的，作為演示系統(tǒng)，還有很多不完善的地方，仍有很大的改進(jìn)與提升空間。

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