移動閉塞制式下地鐵ATS子系統(tǒng)的分析

王文寧+黃欣榮+高鵬+高深

【摘要】列車運(yùn)行自動監(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運(yùn)行，行車調(diào)度人員通過該系統(tǒng)對全線列車進(jìn)行全面管理。本文主要以南京地鐵2號線為例，探討移動閉塞制式下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】移動閉塞 基于通信的列車控制系統(tǒng) 列車自動監(jiān)控

一、移動閉塞制式下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)通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式實時計算機(jī)控制系統(tǒng)，通過與列車自動防護(hù)ATP和列車自動運(yùn)行ATO系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，完成對城市高密度軌道交通信號系統(tǒng)的自動化管理和全自動行車調(diào)度指揮控制。同時，ATS 系統(tǒng)可通過與電力遙控（SCADA）、防火報警（FAS）、環(huán)境操作（BAS）、自動售檢票（AFC）等系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)對這些系統(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)計應(yīng)能夠保證具有足夠的安全性、穩(wěn)定性，同時具有實時性和可操作性，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)營控制中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、車輛段子系統(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)器接收來自地面的站場設(shè)備狀態(tài)信息，以及來自車載設(shè)備的列車位置和狀態(tài)信息，對這些信息進(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)庫服務(wù)器：用來保存ATS中重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括各版本的基本運(yùn)行圖，每日的實時運(yùn)行圖等。為了保證數(shù)據(jù)的可靠存儲，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用共享磁盤陣列的雙機(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。用來為每班選擇對應(yīng)的基本運(yùn)行圖，下達(dá)運(yùn)行計劃，記錄運(yùn)行時間結(jié)果，一屆對運(yùn)行計劃進(jìn)行人工調(diào)整。站場監(jiān)控調(diào)度工作站。監(jiān)視沿線地面信號設(shè)備、站臺設(shè)備狀態(tài)、以及列車運(yùn)行位置和狀態(tài)，允許調(diào)度員進(jìn)行控制模式的切換、實施各種人工辦理，例如扣車、跳停、辦理封鎖等操作。維護(hù)工作站。對中心以及車站所有ATS設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對所有人工以及自動辦理指令進(jìn)行記錄，對重要的事件進(jìn)行語言或文字告警，存儲站場運(yùn)行歷史記錄并提供回放功能。時間表編輯工作站。主要提供離線的基本圖編輯，供調(diào)度計劃人員根據(jù)各種不同的時間段，提前制作正常工作日、周末、節(jié)假日等基本圖。

（2）車站系統(tǒng)。車站系統(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)，采集車站設(shè)備的信息，傳遞控制命令，使車站聯(lián)鎖設(shè)備能接收ATS系統(tǒng)的控制，以實現(xiàn)車站進(jìn)路的自動控制。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，擴(kuò)展十分容易。它還控制站臺上PIS的列車目的顯示器、列車到發(fā)時間顯示器和發(fā)車計時器。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)鎖站的道岔和信號機(jī)由集中聯(lián)鎖站的計算機(jī)控制，通過集中聯(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ATS，集中模式即為中央ATS。站級ATS作為中央ATS的后備模式可以為值班員顯示目前線路實時的狀態(tài)，這樣的設(shè)計保證了站級ATS相對應(yīng)中央ATS的絕對獨(dú)立，包括硬件和軟件的不同，除了在運(yùn)營前加載的時刻表信息以外，站級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）的情況下，站級ATS處于備用狀態(tài)。站級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)行車次號及早晚點情況，處理所有的命令，但命令輸出是被封鎖的，站級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ATS來進(jìn)行，執(zhí)行命令前，控制權(quán)必須下放給站級ATS。在緊急情況下，站級ATS可以不請求中央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ATS將自動開啟后備模式，自動發(fā)出命令（如自動進(jìn)路排序，停站時間，車次號修改等），直接發(fā)送給聯(lián)鎖和ATP、ATO，站級ATS包括自動進(jìn)路排序、列車監(jiān)測和跟蹤、時刻表管理和列車自動調(diào)整，以幫助調(diào)度員在后備模式下保證車的準(zhǔn)點運(yùn)營。

三、ATS系統(tǒng)功能

（1）列車監(jiān)視和跟蹤功能。①ATS 系統(tǒng)對在線所有的運(yùn)行列車進(jìn)行實時的監(jiān)視和跟蹤，并在相應(yīng)的軌道圖上顯示列車的位置和狀態(tài)。②系統(tǒng)自動識別、讀取列車車次號；③列車運(yùn)行計劃時刻表自動產(chǎn)生車次號；④人工輸入、刪除、變更車次號；⑤列車運(yùn)行的識別和跟蹤；⑥在調(diào)度臺及大屏幕上顯示列車位置；⑦報告列車信息。

（2）列車控制功能。調(diào)度可以通過工作站人機(jī)界面實現(xiàn)對單列車、全線列車扣車，設(shè)置列車的運(yùn)行等級，運(yùn)行模式（如巡航、惰性）等。

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

（4）時刻表和VR控制功能。ATS 系統(tǒng)中VR系統(tǒng)用以實現(xiàn)列車自動運(yùn)行調(diào)整，在列車運(yùn)行偏離實施運(yùn)行圖或時刻表時，可自動或人工介入對列車運(yùn)行調(diào)整。列車運(yùn)行自動調(diào)整包括：停站時間控制；運(yùn)行時間控制。

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