雒亚娟

摘 要：ATS（Automatic Train Supervision）列车自动监控系统，列车自动控制系统的子系统，是监督列车运行，根据运行时刻表为列车运行自动建立进路，并对列车运行进行自动调整，实施列车运行管理等技术的总称。采用分散与集中控制方式。通过采用网络计算机和自动化功能，保证从联锁系统的自动监控到列车自动跟踪直至自动进路排列及自动列车调整，确保地铁可靠性运营。

关键词：ATS；分散与集中控制；可靠性

1 概述

城市轨道交通列运行车自动控制系统ATC（Automatic Train Control）是保证城轨交通运行安全与可靠地重要系统。列车自动控制系统ATS是ATC系统的重要组成部分，为列车安全可靠、高效有序运行提供保障，保证ATS系统的可靠性显得尤为关键与重要[1]。

2 可靠性的定义

可靠性：元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性[2]。

3 硬件配置实现

西安地铁一号线ATS系统由中心ATS与车站ATS构成，采用分散与集中控制方式。设备分布地铁全线网，均采用标准计算机系统和耐用的工业部件，满足24小时不间断运作条件，大大提高了设备的可靠性性能。

3.1 配置结构

3.1.1 中心ATS

中心ATS作为地铁ATS系统的控制核心，是基于标准的硬件和系统体系结构。ATS服务器采用高性能服务器和LINUX操作系统，各个部件之间通过冗余以太局域网连接。ATS局域网中采用TCP/IP通信协议，用100M以太网交换机实现系统路由功能。ATS系统中心服务器均采用双机热备冗余模式，避免了单点故障，保证一台服务器故障时可以无缝切换到另一台服务器工作，确保系统平稳运营[3]。

3.1.2 车站ATS

车站ATS分为联锁站、设备集中站和一般站，联锁站配置有冗余热备的处理服务器，用于采集由联锁和ATC提供的信息。同时在每个联锁站配有外部接口单元，用于采集其他外部子系统（如发车指示器）的信息，信息的传输采用光纤连接，其传输距离长，衰耗小。

联锁站现地控制工作站采用双屏显示，当其中一个显示器故障时可切换至单屏显示，从而避免了一个显示器故障时不影响联锁站对设备的监视与操作功能，此外，联锁站与设备集中站均配置培训维护工作站，用于监视所控联锁区内的设备运行状态，亦可作为运行中的现地控制工作站的备用工作站使用。

3.1.3 后备模式转换

（1）正常运行时：在正常运行（中心ATS工作站工作）时，车站ATS工作站处于备用状态。中心ATS系統汇集所有信息，如列车位置、进路状态、列车状态、列车标识、信号设备故障等。基于这些信息和运行时刻表，中心ATS能够自动排列进路，还能通过改变停站时间和站间运行时间来自动调整列车运行，对全线进行控制。车站ATS系统接收来自联锁和ATC的表示信息，产生所有命令（比如列车进路命令），但是其输出是封锁的。车站ATS工作站接收来自联锁和ATC表示和指示信息，包括正线列车运行的车次号以及早晚点信息，并在人机界面显示，此时不需要在工作站上进行操作。（2）后备模式下的本地ATS：如果中央ATS故障，本地ATS自动激活。本地ATS功能将确保可以像中央ATS一样的自动运行，在后备模式下协助调度员实现列车按计划运行。ATS系统具有若干后备模式。当控制中心发生通信中断等故障时，后备模式会自动启用，中心ATS控制模式可以转换到车站ATS控制模式，从而确保列车可以根据时刻表在ATS功能下继续运行如果由于某种原因，车站ATS的服务器发生故障，例如车站服务器的通信连接中断，联锁的自动进路功能会自动激活。联锁自动进路功能可以根据轨道区段的占用情况排列预定义的进路。最底层的后备模式是人工操作。在没有任何其他自动化功能支持的情况下，联锁站信号设备室的车站操作员可以在车站ATS工作站上进行人工操作，即车站采用路票的方式，人工确认两车站区间只能进入一列电客车，确保列车运营安全可靠。

3.2 硬件配置维护

ATS系统采用标准的硬件和系统体系结构，服务器单元和网络部件均采用双机热备冗余配置，一台服务器或者一个网络故障时，可以自动无缝切换到备用的服务器及网络，从而提高系统的可靠性与安全性，对运行不产生任何影响。

4 软件实现

（1）操作员分配操作权限和操作区域。通过软件配置，对于不同操作员进行操作权限的划分，避免了操作员在操作过程中的超范围操作，中心调度操作员具有对全线设备进行监控的权利，联锁集中站操作员仅允许操作联锁监控区域内的相关车站设备，一般车站操作员只能对本站的设备进行监视的功能，不能对其进行相关操作。操作员在其授权范围内进行操作。访问权限由操作员登录后，获取的有效控制区域来决定。（2）声光报警。当现场设备出现故障或者操作不符合逻辑运算时，会立即显示报警信息，这些指示可以用声光的手段来表现。报警显示会自动更新并要求用户进行确认。故障元件将受到限制直到故障排除。操作员的每个动作（操作/命令）都会有结果响应（显示）。这些响应可以是听觉或/和视觉的表示，系统以此通知操作员操作正确与否。操作员将对工作站的控制行为负责。（3）在线进行系统维护和维修。ATS系统故障时，如果故障设备距离维修人员较远，可以通过远程登录的方式，在线对系统进行相关维护与维修，节约了故障处理的路程消耗时间，降低了故障晚点的概率，快速可靠地确保全线网设备正常运行。（4）在功能失效时采用自启动的备用部件。常用系统软件及接口程序，含有自动看门狗程序及自启动脚本，当前运行中的进程故障异常下线时，触发看门狗程序及自启动脚本，自动重新启动备用部件。（5）全自动功能。列车自动跟踪系统；自动进路排列系统；列车自动调整系统：a.中央和本地模式下根据偏离时间计算的时刻表调整；b.中央控制模式下的运行间隔调整。（6）模拟仿真。ATS系统配备培训工作站，配置模拟PC从控制系统的角度进行列车运行的动态模拟仿真。它的舒适友好界面以及交互式操作给操作员带来很多便利。模拟PC类似工作站人机界面在屏幕上显示轨道布置图，包括联锁轨旁元件、站台、屏蔽门等。联锁元件根据实际状态来显示，与正常运行中的工作站显示一致。通过模拟仿真软件可以在模拟PC进行简单常用的操作，如排列进路、操作道岔、设置扣车与调停等，还能进行人工进行添加列车模拟列车的动态运行，显示道岔区段空闲/占用状态。

5 系统属性

（1）可延伸性、扩展性。中心ATS 将整个“控制系统”的任务划分成功能模块，并且能随意地在硬件上分布。相当部分的功能可以同步执行，从而大大提高了处理速度。在线路延伸或者要求更高级别的自动化时，系统可以通过添加硬件和软件来扩展，以便于后期地铁线路的延展与全线系统升级。（2）以太网冗余。以太网采用三层结构组成，双网热备冗余，运用环状冗余连接外部接口单元、联锁、ATC系统和中心ATS系统。如果一个以太网通道发生故障，可以用第二条通道继续连接。每个LAN网段通过独立的以太网交换机来连接，确保了一个交换机发生故障不会对系统产生任何影响。

6 结束语

西安地铁一号线ATS系统通过硬件与软件的双重热备冗余配置，以及无扰自动切换功能，在网络上采用弹性分组环结构满足城市轨道交通地铁平安运营需求。

参考文献

[1]贺鹏，王伟，张郁.基于复杂系统的城轨交通ATS可靠性研究[J].计算机工程与设计，2009，30（23）：34-35.

[2]金壁辉.系统可靠性工程[M].国防工业出版社，2004：26-27.

[3]蔡晓蕾，朱胜利.北京地铁5号线乘客信息系统安全体系的设计与实现[J].铁路计算机应用，2008，17（1）：33-34.