城市軌道交通ATS系統(tǒng)的時(shí)刻表同步機(jī)制研究

景順利

（南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，江蘇南京211106）

城市軌道交通ATS系統(tǒng)的時(shí)刻表同步機(jī)制研究

景順利

（南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，江蘇南京211106）

每日地鐵運(yùn)營(yíng)期間，中央 ATS系統(tǒng)和本地 ATS 系統(tǒng)分別按照各自的時(shí)刻表控制列車(chē)的運(yùn)營(yíng)。當(dāng)中央 ATS 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，本地 ATS 系統(tǒng)能夠完成對(duì)線路運(yùn)營(yíng)列車(chē)的控制，這就要求中央 ATS 系統(tǒng)和本地 ATS系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)刻表完全一致。文章提出了時(shí)刻表一致性的基本特點(diǎn)和要求，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)闡述了保證時(shí)刻表信息一致和加載一致的同步機(jī)制。

城市軌道交通；ATS 系統(tǒng)；時(shí)刻表；同步機(jī)制

1 概述

在現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)中，無(wú)論是蓬勃發(fā)展的高速鐵路還是城市軌道交通，列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）都扮演著越來(lái)越重要的角色。城市軌道交通 ATS 系統(tǒng)是一個(gè)分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，分為中央集中控制層和本地控制層，即中央 ATS 系統(tǒng)和本地 ATS 系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)冗余的配置方案，保證了高度的可用性。

時(shí)刻表作為城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)輸組織的基礎(chǔ)，承擔(dān)著列車(chē)運(yùn)行組織與運(yùn)行調(diào)整的重要職能。在日常運(yùn)營(yíng)期間，ATS 系統(tǒng)主要依據(jù)時(shí)刻表對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有運(yùn)營(yíng)列車(chē)實(shí)現(xiàn)調(diào)度和指揮，并負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。其中，中央 ATS 系統(tǒng)作為地鐵的調(diào)度核心系統(tǒng)，根據(jù)時(shí)刻表自動(dòng)對(duì)線路中的列車(chē)進(jìn)行調(diào)度；本地 ATS 系統(tǒng)作為地鐵調(diào)度系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)，能在中央 ATS 系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)時(shí)刻表自動(dòng)接管線路中列車(chē)的運(yùn)行調(diào)度。為了實(shí)現(xiàn)中央/本地 ATS 系統(tǒng)之間能夠無(wú)縫切換對(duì)列車(chē)的調(diào)度，必須確保二者運(yùn)行的時(shí)刻表文件完全一致，并確保加載過(guò)程同步。

2 時(shí)刻表一致性特點(diǎn)

2.1 時(shí)刻表身份的唯一性

時(shí)刻表唯一標(biāo)識(shí)信息是時(shí)刻表文件在中央/本地 ATS系統(tǒng)的身份信息，具有唯一性。在 ATS 系統(tǒng)中使用時(shí)刻表內(nèi)部號(hào)、版本號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)時(shí)刻表的唯一身份信息，格式為“（內(nèi)部號(hào)，版本號(hào)）”。其中，時(shí)刻表內(nèi)部號(hào)取值范圍為1～255，版本號(hào)取值范圍為1～65536。發(fā)布到系統(tǒng)中的時(shí)刻表內(nèi)部號(hào)唯一，版本號(hào)隨著時(shí)刻表文件的發(fā)布次數(shù)依次遞增。在系統(tǒng)中只有版本號(hào)和內(nèi)部號(hào)都相同才代表相同的時(shí)刻表文件，相同的時(shí)刻表文件不會(huì)同時(shí)發(fā)布到 ATS 系統(tǒng)中。

2.2 時(shí)刻表預(yù)置文件的一致性

時(shí)刻表預(yù)置文件為中央/本地 ATS 系統(tǒng)自動(dòng)加載的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)按照各自設(shè)置的自動(dòng)加載時(shí)間，根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)刻表進(jìn)行加載。時(shí)刻表預(yù)置文件的預(yù)置周期一般為1周，也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。

如圖1所示，中央調(diào)度人員在中央人機(jī)交互界面（HMI）上對(duì)時(shí)刻表預(yù)置文件進(jìn)行人工設(shè)置，可以對(duì)未來(lái)1周或者某一天將要運(yùn)營(yíng)的時(shí)刻表進(jìn)行設(shè)置或者更改。更新完成后，中央 ATS 系統(tǒng)將更新后的時(shí)刻表預(yù)置文件自動(dòng)同步到本地 ATS 系統(tǒng)，確保中央/本地 ATS 系統(tǒng)擁有相同的時(shí)刻表預(yù)置文件。

圖1 時(shí)刻表預(yù)置文件同步流程

2.3 時(shí)刻表發(fā)布的一致性

時(shí)刻表文件通過(guò) ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表發(fā)布功能由離線編圖系統(tǒng)導(dǎo)入到 ATS 系統(tǒng)。如圖2所示，在進(jìn)行時(shí)刻表文件發(fā)布時(shí)，離線編圖系統(tǒng)根據(jù)中央 ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表信息，自動(dòng)產(chǎn)生時(shí)刻表文件的唯一標(biāo)識(shí)性信息，即時(shí)刻表內(nèi)部號(hào)、版本號(hào)，然后向中央 ATS 系統(tǒng)發(fā)布。若發(fā)布成功，則向本地 ATS 系統(tǒng)發(fā)布；否則，不向本地 ATS 系統(tǒng)發(fā)布。

2.4 時(shí)刻表加載的一致性

時(shí)刻表加載分為自動(dòng)加載和人工加載，具體方式如下。

（1）自動(dòng)加載。中央/本地 ATS 系統(tǒng)按照系統(tǒng)設(shè)置的加載時(shí)間，獲取系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置的時(shí)刻表信息，自動(dòng)按照設(shè)置的時(shí)刻表進(jìn)行加載。此時(shí)需要保證中央/本地ATS 系統(tǒng)預(yù)置時(shí)刻表信息的一致。

（2）人工加載。按照調(diào)度人員在 HMI/LOW（本地人機(jī)交互界面）上指定的時(shí)刻表進(jìn)行加載，此時(shí)要求中央調(diào)度員和本地操作員選擇具有相同內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)的時(shí)刻表。

無(wú)論哪種加載方式，都是根據(jù)時(shí)刻表的唯一標(biāo)識(shí)信息確定系統(tǒng)內(nèi)需要加載的時(shí)刻表，即需要保證中央/本地ATS 加載相同內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)的時(shí)刻表文件。

3 時(shí)刻表文件同步機(jī)制

時(shí)刻表文件一致是時(shí)刻表同步的基礎(chǔ)，只有中央/本地 ATS 系統(tǒng)中都擁有相同的內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)的時(shí)刻表文件，才能保證時(shí)刻表加載的一致，從而實(shí)現(xiàn)中央/本地 ATS 系統(tǒng)切換時(shí)，按照統(tǒng)一的調(diào)度命令對(duì)列車(chē)進(jìn)行控制。

圖2 時(shí)刻表文件發(fā)布流程

3.1 自動(dòng)同步時(shí)刻表文件

當(dāng)本地 ATS 系統(tǒng)運(yùn)行故障，導(dǎo)致中央/本地 ATS 系統(tǒng)時(shí)刻表文件同步失敗時(shí)，在本地 ATS 系統(tǒng)與中央 ATS 系統(tǒng)之間需要重新建立連接，再次對(duì)中央/本地 ATS 系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)刻表同步，從而保證在任何情況下中央/本地 ATS 系統(tǒng)都擁有相同的時(shí)刻表文件以及時(shí)刻表預(yù)置文件。

自動(dòng)同步時(shí)刻表文件過(guò)程如下（圖3）：

（1）本地 ATS 系統(tǒng)與中央 ATS 系統(tǒng)建立連接；

（2）本地 ATS 系統(tǒng)向中央 ATS 系統(tǒng)發(fā)起同步請(qǐng)求，將本地 ATS 系統(tǒng)擁有的時(shí)刻表文件信息發(fā)送至中央ATS 系統(tǒng)，包含內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)；

（3）中央 ATS 系統(tǒng)根據(jù)接收的本地 ATS 系統(tǒng)時(shí)刻表信息以及中央 ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表信息進(jìn)行判斷，以決定對(duì)本地 ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表操作方式，包括時(shí)刻表添加、刪除等；

（4）本地 ATS 系統(tǒng)時(shí)刻表信息同步完成后，對(duì)中央 ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表預(yù)置文件進(jìn)行同步。

圖3 時(shí)刻表自動(dòng)同步流程

3.2 人工同步時(shí)刻表文件

當(dāng)中央/本地 ATS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，并在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)法修復(fù)的情況下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)中央 ATS 系統(tǒng)與本地 ATS系統(tǒng)之間的時(shí)刻表自動(dòng)同步。此時(shí)，可采用人工拷貝方式將中央 ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表文件以及預(yù)置時(shí)刻表拷貝到本地ATS 系統(tǒng)，確保本地/中央 ATS 系統(tǒng)擁有相同的時(shí)刻表文件。

4 時(shí)刻表加載同步機(jī)制

在滿(mǎn)足中央/本地 ATS 系統(tǒng)擁有相同的時(shí)刻表信息后，為了保證中央/本地 ATS 系統(tǒng)能夠運(yùn)行相同的時(shí)刻表文件，必須確保中央/本地 ATS 系統(tǒng)在各種情況下加載的時(shí)刻表文件始終相同。以下討論如何在加載過(guò)程中確保中央/本地 ATS 系統(tǒng)加載相同的時(shí)刻表文件。

4.1 中央ATS系統(tǒng)自動(dòng)加載同步

中央 ATS 系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，按照系統(tǒng)設(shè)置的自動(dòng)加載時(shí)間啟動(dòng)自動(dòng)加載過(guò)程，加載過(guò)程如下：

（1）在時(shí)刻表預(yù)置文件中獲取自動(dòng)加載時(shí)刻表的內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)；

（2）在中央 ATS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，下載指定內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)的時(shí)刻表文件；

（3）中央ATS系統(tǒng)將時(shí)刻表信息加載到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。

中央 ATS 系統(tǒng)加載時(shí)刻表成功后，將加載的時(shí)刻表內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)發(fā)送給本地 ATS 系統(tǒng)。若本地 ATS 系統(tǒng)與中央 ATS 系統(tǒng)加載的時(shí)刻表文件一致，則不進(jìn)行重復(fù)加載；若加載的時(shí)刻表文件不一致，則按照中央 ATS 系統(tǒng)發(fā)送的時(shí)刻表文件內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)進(jìn)行本地 ATS 系統(tǒng)的時(shí)刻表加載。

4.2 中央ATS系統(tǒng)啟動(dòng)加載同步

在中央 ATS 系統(tǒng)發(fā)生故障重新啟動(dòng)后，將請(qǐng)求本地ATS 系統(tǒng)加載時(shí)刻表，并通知調(diào)度人員進(jìn)行人工確認(rèn)是否需要加載。若調(diào)度員確認(rèn)不需要加載此時(shí)刻表文件，則中央 ATS 系統(tǒng)調(diào)度員通過(guò)人工加載時(shí)刻表，加載成功后通知本地 ATS 系統(tǒng)，按照中央 ATS 系統(tǒng)加載的時(shí)刻表文件更新本地 ATS 系統(tǒng)加載的時(shí)刻表文件，確保中央/本地 ATS 系統(tǒng)加載相同的時(shí)刻表文件。

4.3 ATS系統(tǒng)人工加載同步

中央/本地 ATS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，并在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)法修復(fù)的情況下，由本地 ATS 系統(tǒng)與中央 ATS 系統(tǒng)的調(diào)度人員人工確認(rèn)中央 ATS 系統(tǒng)加載的時(shí)刻表內(nèi)部號(hào)和版本號(hào)。本地 ATS 系統(tǒng)調(diào)度人員通過(guò)人工加載時(shí)刻表的方法，加載與中央 ATS 系統(tǒng)一致的時(shí)刻表。

4.4 本地 ATS 系統(tǒng)啟動(dòng)加載同步

在本地 ATS 系統(tǒng)發(fā)生故障重新啟動(dòng)后，向中央 ATS系統(tǒng)請(qǐng)求中央 ATS 系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行加載的時(shí)刻表文件，接收中央 ATS 系統(tǒng)發(fā)送的時(shí)刻表加載信息并進(jìn)行判斷。若一致，不進(jìn)行重復(fù)加載；若不一致，按照中央 ATS 發(fā)送的時(shí)刻表文件進(jìn)行本地時(shí)刻表加載。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了時(shí)刻表在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中的重要作用，設(shè)計(jì)了標(biāo)識(shí)時(shí)刻表身份的唯一信息，提出了保證時(shí)刻表文件一致和加載一致的同步機(jī)制，并討論了在中央/本地 ATS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)的情況下，采取人工拷貝的方式來(lái)確保中央/本地 ATS 系統(tǒng)擁有相同的時(shí)刻表文件，從而保障 ATS 系統(tǒng)在每日運(yùn)營(yíng)期間，中央 ATS 系統(tǒng)與本地 ATS 系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)刻表一致。

[1] 劉曉娟. 城市軌道交通CBTC 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].甘肅蘭州：蘭州交通大學(xué)，2009.

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責(zé)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