廣州地鐵四五號(hào)線ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)淺析

周皓鈞

【摘要】 廣州地鐵四、五號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)是由德國(guó)西門(mén)子研發(fā)生產(chǎn)的基于CBTC的移動(dòng)閉塞列車自動(dòng)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(xiě)，為列車自動(dòng)監(jiān)督子系統(tǒng)。列車自動(dòng)監(jiān)督（ATS）是列車自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。文章主要針對(duì)廣州地鐵四五號(hào)線ATS系統(tǒng)在總線結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸方式及系統(tǒng)維護(hù)等方面進(jìn)行了分析。【關(guān)鍵詞】 廣州地鐵 ATS系統(tǒng) 數(shù)據(jù)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(duì)全線列車的運(yùn)行自動(dòng)管理和監(jiān)控的。它主要完成列車運(yùn)行監(jiān)視、列車運(yùn)行車次號(hào)自動(dòng)識(shí)別與追蹤、進(jìn)路自動(dòng)排列、列車運(yùn)行圖及時(shí)刻表的編制與管理、列車運(yùn)行時(shí)間調(diào)整、列車運(yùn)行模擬、列車運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)、事件及報(bào)警報(bào)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(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)于中央ATS的獨(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[1]。

二、四五號(hào)線ATS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、四號(hào)線車站ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2、五號(hào)線車站ATS系統(tǒng)與中央ATS系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

3、四五號(hào)線系統(tǒng)共同點(diǎn)分析

中央級(jí)網(wǎng)絡(luò)是由西門(mén)子提供的OC500軟件在SOLARIS系統(tǒng)的操作平臺(tái)上采取分布式系統(tǒng)的功能布置，并使用星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。車站級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用西門(mén)子提供的OC100軟件通過(guò)WINDOWS系統(tǒng)平臺(tái)由總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的連接是由車站FEP實(shí)現(xiàn)。

1） 中央級(jí)ATS總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在軟件組成上中央級(jí)工作站主要使用OC501系統(tǒng)，在功能上采取的是分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這是一種計(jì)算機(jī)硬件和功能的配置方式。各工作站通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成統(tǒng)一的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式計(jì)算結(jié)構(gòu)，即把原來(lái)系統(tǒng)內(nèi)中央處理器負(fù)責(zé)處理的任務(wù)分散給相應(yīng)的工作站的處理器，實(shí)現(xiàn)不同功能的各個(gè)處理器相互協(xié)調(diào)，共享系統(tǒng)的外設(shè)與軟件[2]。

在ATS系統(tǒng)中，中央級(jí)的ATS網(wǎng)絡(luò)是使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，中心系統(tǒng)使用兩臺(tái)交換機(jī)，把HMI服務(wù)器（人機(jī)接口）、COM服務(wù)器（通信服務(wù)器）、ADM服務(wù)器（管理服務(wù)器）、ADM備用服務(wù)器、在線/離線FALKO、中央FEP（前端處理器）組建成此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)絡(luò)。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接到一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)（中央系統(tǒng)采用兩臺(tái)交換機(jī)）上，由該中央節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳送信息。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都由一條單獨(dú)的通信線路與中心結(jié)點(diǎn)連結(jié)。

在星型網(wǎng)絡(luò)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)中央節(jié)點(diǎn)控制。這樣的結(jié)構(gòu)有集中控制和故障檢測(cè)、定位方便等優(yōu)點(diǎn)。因系統(tǒng)各設(shè)備經(jīng)過(guò)中央節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了逐一隔離，所以單個(gè)鏈接點(diǎn)的故障只影響一個(gè)設(shè)備，不會(huì)影響全網(wǎng)，從而極大的保證了設(shè)備的穩(wěn)定性。

但這樣的星型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有其致命的缺點(diǎn)：

（1） 過(guò)分依賴中央節(jié)點(diǎn)。因中央所有設(shè)備間的通信都必須通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)，一旦中央節(jié)點(diǎn)（交換機(jī)）故障，整個(gè)系統(tǒng)便趨于癱瘓。因此，在廣州地鐵四五號(hào)線采用中央節(jié)點(diǎn)雙機(jī)熱備的方式來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2） 電纜/網(wǎng)線長(zhǎng)度長(zhǎng)。需要耗費(fèi)大量的電纜/網(wǎng)線，其成本、安裝及維護(hù)工作量也驟增。

基于中央設(shè)備集中，要求網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，故選擇星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為合適。

2）車站級(jí)ATS總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

車站級(jí)的ATS網(wǎng)絡(luò)使用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。ATS總線是由安裝在各個(gè)聯(lián)鎖站和設(shè)備站的交換機(jī)和連接在交換機(jī)上的各個(gè)設(shè)備如LOW/CLOW（本地/中央操作工作站）、聯(lián)鎖、ATP、車站FEP、TTP（編圖計(jì)算機(jī)）、TRC（排路計(jì)算機(jī)）等組成的。

總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的硬件接口直接連接到公共總線上，結(jié)點(diǎn)之間按廣播方式通信，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，總線上的其它結(jié)點(diǎn)均可“收聽(tīng)”到[3]。 總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：

（1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，當(dāng)需要擴(kuò)展用戶時(shí)，只需要添加一個(gè)接線器（交換機(jī)）即可。

（2）電纜/光纖長(zhǎng)度短，布線容易，成本較低。

車站ATS設(shè)備具有設(shè)備分布多而廣、布線困難等特點(diǎn)，故選用總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但總線型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是組成網(wǎng)絡(luò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的兩臺(tái)交換機(jī)同時(shí)故障，該節(jié)點(diǎn)后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)收不到信息。在現(xiàn)場(chǎng)，所有節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)都是雙機(jī)熱備的，構(gòu)成硬件冗余。

4、四五號(hào)線ATS車站和中央總線傳輸方式不同點(diǎn)分析

區(qū)別1：傳輸方式的不同

四號(hào)線采用每個(gè)聯(lián)鎖區(qū)經(jīng)由MC（光電轉(zhuǎn)換）模塊將數(shù)據(jù)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(diǎn)：

1） 當(dāng)某個(gè)聯(lián)鎖區(qū)傳輸媒介故障時(shí)，不會(huì)影響其他聯(lián)鎖區(qū)的顯示及使用功能；

2） 使用光纜較長(zhǎng)，布線困難；

五號(hào)線的傳輸方式為：一個(gè)聯(lián)鎖區(qū)先將數(shù)據(jù)傳輸至另一聯(lián)鎖區(qū)，將兩個(gè)聯(lián)鎖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送至中央。這樣的信息傳輸方式有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

1） 使用光纜較短，布線相對(duì)容易；

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

區(qū)別2：傳輸硬件的不同

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

三、 系統(tǒng)維護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)

在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，對(duì)系統(tǒng)維護(hù)有如下關(guān)鍵點(diǎn)：

3.1數(shù)據(jù)備份

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的應(yīng)當(dāng)是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦丟失，那損失將會(huì)是巨大的。所以，備份網(wǎng)絡(luò)中主干設(shè)備的配置文件和數(shù)據(jù)都是必須的。我們車站級(jí)的工作站如LOW、FEP等都是采用鏡像備份。對(duì)于中央實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的COM機(jī)，則需要定期利用硬盤(pán)對(duì)其進(jìn)行備份[4]。

3.2 病毒防治

由于軟件安裝需要經(jīng)過(guò)不同的存儲(chǔ)設(shè)備，所以感染到病毒是再所難免的。一旦有一臺(tái)機(jī)器感染，那么就會(huì)起連鎖反應(yīng)，致使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓。所以，一定要防患于未然，為服務(wù)器設(shè)置好防火墻，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全漏洞掃描，安裝殺毒軟件，更新病毒庫(kù)，在使用軟件安裝時(shí)先對(duì)其進(jìn)行殺毒處理。

3.3 巡查仔細(xì)

因ATS設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆椒ǎ?，任何一個(gè)點(diǎn)的故障都可能引起系統(tǒng)某個(gè)故障，若不及時(shí)處理可能影響運(yùn)營(yíng)效率。

故需要巡檢人員在巡查設(shè)備時(shí)關(guān)注每個(gè)燈位的狀態(tài)，在ping IP時(shí)注意各網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)，是否存在丟包現(xiàn)象等。同時(shí)，還要注意各工作站CPU的占用率等參數(shù)。

四、總結(jié)

廣州地鐵四、五號(hào)線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遵循以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則，使用通用三層交換機(jī)VLAN技術(shù)，將數(shù)據(jù)加密到局域網(wǎng)之中，使得各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫搅吮Ｕ希疚脑诜治隽怂奈逄?hào)線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，又總結(jié)了關(guān)于系統(tǒng)維護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)，在今后的維護(hù)過(guò)程中，需要更深的理解各系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸方式，從而達(dá)到更好的維護(hù)效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[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(yīng)用—通信、信號(hào)及處理系統(tǒng)鐵路控制和保護(hù)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(shè)計(jì)[J]；市政技術(shù)；2010年S2期

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