张海鹏 刘灵

（卡斯柯信号有限公司 上海市 200071）

1 引言

香港南港岛线地铁项目（也称SIL-E地铁项目）全长7.2公里，全线设Admiralty车站（简称“ADM”站），Ocean Park 车站（简称“OCP”站），Wong Chuk Hang车站（简称“WCH”站），Lei Tung车站 （简称“LET”站）以及South Horizons车站 （简称“SOH”站）车站共计五座车站，一座车辆段，一处OCC，一处BOCC，一条试车线，并分别配备培训中心和维修中心，全线配备15辆车，最高设计时速为80公里/时。该线路是为改善香港岛南部地区交通和经济状况，专门开通建设的一条中型地铁线路，是香港第一条全自动无人驾驶地铁，自动化等级达到最高的GOA4级。该项目于2016年12月28日正式开通运营，开通之时代表了香港地区最高信号技术水平，香港地铁也由此实现了18个区的线路全覆盖。其搭载的卡斯柯自主研发的FAOTS系统是目前卡斯柯该类产品中功能最为完备的，包含自动洗车、自动唤醒、自动休眠以及疏散区域控制等无人驾驶功能。

图1为香港南港岛线控制中心。

图1：香港南港岛线控制中心FAOTS

FAOTS系统是卡斯柯自主开发的一套自动列车监控系统（英文全称“Automatic Train Supervision System”，简称“ATS系统”），ATS系统与计算机联锁系统、轨旁ATC系统、车载ATC系统等其他信号子系统系统一起工作，实现信号系统的集中监控，控制列车按预先制定的运营计划自动运行。ATS系统主要包括如下功能：线路运行管理、计划管理、信号监控、列车追踪、模拟培训、系统管理与维护，以及与外部系统实现必要接口等。

卡斯柯FAOTS系统的开发基于传统模式的ATS系统，同时，针对香港南港岛线业主的特定需求，并结合南港岛线项目的实际情况做了适应性调整。卡斯柯FAOTS系统首次采用了组态化工具，界面风格与大陆地区所使用的传统ATS系统有较大区别。与传统ATS系统界面显示相比，FAOTS系统的图形元素更加丰富、形象，令人耳目一新。

图2为香港南港岛线FAOTS系统人界交互界面所显示的站场图。

图2：香港南港岛线ATS站场图

2 FAOTS系统架构

传统ATS系统主要分为调度中心子系统和车站子系统两大部分。其中，车站子系统按设备集中站和非设备集中站来划分，在设备集中站需配备ATS站机（即车站服务器）用于和其他系统的接口及信息处理，属于设备集中站的核心设备；在非设备集中站不设置ATS站机，相关功能由所被管辖的设备集中站ATS站机实现。

FAOTS系统则取消了传统模式下ATS系统的车站服务器，在中心增设了具备全线管理功能的LATS子系统，使得整体架构更加趋向于中心。按系统逻辑架构和物理架构，FAOTS系统分别组成如下。

2.1 FAOTS系统逻辑架构

按逻辑功能划分，FAOTS系统主要分为如下几部分：CATS子系统、OCC Terminal子系统、Station Terminal子系统、LATS子系统、Gateway子系统、FEP子系统。

FAOTS系统逻辑架构图请详见图3。

图3：FAOTS系统逻辑架构图

（1）CATS子系统：即Central ATS, 中心的ATS后台服务子系统，包括数据库服务器、应用服务器等中心核心后台服务模块。主要功能如下：

1.向OCC Terminal输出显示信息；

2.处理来自OCC Terminal的控制命令；

3.基于时刻表的正线列车自动调整；

4.基于等间隔的正线列车自动调整；

5.列车进路自动办理；

6.列车运行命令自动生成；

7.列车自动出入库管理；

8.列车自动休眠管理；

9.列车自动唤醒管理；

10.列车自动洗车管理；

11.故障联动处理；

12.告警及事件管理；

13.历史数据记录及回放管理；

14.列车出入库计划管理；

15.服务器主备冗余管理。

（2）OCC Terminal子系统：中心ATS的终端子系统，包括调度员工作站、时刻表管理工作站、回放工作站及统计报告等功能模块。主要功能如下：

1.向OCC终端用户提供界面信息显示；

2.处理OCC终端用户的控制命令输入；

3.提供时刻表显示及修改功能；

4.提供历史数据回放功能；

5.提供运营数据统计及输出功能。

（3）Station Terminal子系统：车站ATS终端功能模块。主要功能如下：

1.向车站终端用户提供界面信息显示；

2.处理车站终端用户的控制命令输入；

3.提供历史数据回放功能。

（4）LATS子系统：即Local ATS，南港岛线的LATS是降级模式下的CATS，依然是中心化的服务器，而非传统ATS系统中的车站ATS站机。LATS作为CATS的后备子系统，在常规操作模式下，LATS工作站可上线（登录）用于系统监控。在CATS子系统故障情况下，LATS子系统可提供基本的设备及列车监控功能。主要功能如下：

1.向Station Terminal子系统输出显示信息；

2.处理来自Station Terminal子系统的控制命令；

3.基于等间隔的正线列车自动调整；

4.列车进路自动办理；

5.列车运行命令自动生成；

6.列车自动洗车管理；

7.故障联动处理；

8.告警及事件管理；

9.历史数据记录及回放管理；

10.服务器主备冗余管理。

（5）Gateway子系统：网关功能模块，主要功能是负责与外部系统接口，实现ATS与外部系统之间的信息交换。主要接口包括：

1.MCS(综合监控系统)接口；

2.PIDS(乘客信息系统)接口；

3.RADIO(无线系统)接口；

4.MIMIC(大屏系统)接口。

（6）FEP子系统：Front-End Processor, 即通信前置机。主要功能是与信号系统的其他子系统进行通讯，包括CBI（联锁系统）、ZC（区域控制单元）、CC（车载控制单元）、LC（线路控制单元）、MSS（维护支持系统）、TWU（列车唤醒单元）等。FEP子系统内部又包含若干独立的应用程序，分别负责内部接口信息的接收、处理、格式化以及对外分发至CATS子系统和LATS子系统。

FEP子系统的整体架构如图4所示。

图4：FEP子系统的整体架构

2.2 FAOTS系统物理架构

基于香港南港岛线的项目实际运用情况，FAOTS系统按物理架构可以划分为如下几部分：

（1）Central ATS：负责南港岛线主干线和Wong Chuk Hang 车辆段(WCD)的运营控制。Central ATS物理架构上包含如下几部分核心设备：

1.Central ATS server（中心ATS应用服务器）；

2.Central ATS HMI（中心ATS工作站）；

3.Train Service Data Logger Server（ATS数据库服务器）。

（2）Local ATS：作为Central ATS的后备系统，在CATS系统故障时对南港岛线主干线和车辆段的运营进行控制。

Local ATS物理架构上包含如下几部分核心设备：

1.Local ATS server（本地ATS应用服务器）；

2.Local ATS HMI（车站ATS工作站）；

3.FEP（通信前置机）；

4.Gateway（网关）。

（3）Off-line ATS：执行离线管理活动，如生成服务质量统计报告、运营事件的事后分析(如存档事件分析、运营场景回放等) 、离线时间表验证等。

Off-line ATS物理架构上包含如下几部分设备：

1.ATS playback HMI(ATS回放工作站)；

2.ATS Report HMI(ATS统计报告工作站)；

3.Off-Line Graphical Timetable HMI(ATS时刻表编辑工作站)。

（4）Training Simulator：ATS培训模拟系统，包括一套培训模拟服务器，以及若干培训工作站。

4.Training Simulator Server（ATS培训模拟系统服务器）；

5.Training Simulator HMI（ATS培训模拟系统工作站）。

3 FAOTS系统特点

3.1 系统整体架构的趋中心化

与传统ATS系统架构相比，FAOTS系统最大的特点是取消了传统模式下ATS系统的车站服务器，同时，在中心配置了具备全线管理功能的LATS子系统，作为CATS子系统故障情况下的降级模式控制系统，使整体系统架构呈现趋中心化的特点。该系统架构与特定区域的雇主需求更加贴合，方便不同运营模式下的使用及维护管理。

3.2 采用组态技术实现ATS监控界面

FAOTS系统在工作站界面中，首次采用组态技术实现了信号系统的人机界面，从而能够为用户提供信息更加丰富、直观的操控界面，提升了用户的使用体验。此外，组态图形的设计首次面向触屏方式进行大图标显示，通过弹出覆盖图标，自动隐藏等功能实现信号界面的全新的显示和灵活的触屏控制功能。

3.3 采用快捷的“PROTOBUF”技术，实现高效的节点间通讯

由于FAOTS是全新构建的ATS系统，整个系统不同组件之间的消息采用“PROTOBUF”技术，实现消息的封装和解析代码自动生成，节省了大量的人力和集成调试时间。同时“PROTOBUF”支持多语言代码的生成，从而实现与公司测试中心为ATP子系统测试集成平台的平滑过渡，将该平台快速引入香港南港岛线的系统测试过程中。

3.4 外部接口网络隔离引入了DMZ区域，实现信号设备与外网设备的完全隔离

信号系统与外部的接口的访问安全是信号系统的一个重要关口，FAOTS系统通过引入防火墙，建立了特定的DMZ区域，实现外部众多接口经防火墙进入DMZ区域，实现与ATS通讯机的通讯，同样信号网内的设备与ATS通讯机的通讯也需要通过防火墙，通过严格的规则设定，确保信号系统与外部其他系统的隔离。

3.5 完备的无人驾驶控制功能

FAOTS系统的开发面向自动化等级最高的GoA4级的运行场景，因此具有完备的支持无人驾驶的调度管理功能。包括基于运营计划的列车自动唤醒、列车自动出库控制、列车载客运营管理、列车自动清客管理、列车自动回库控制以及列车自动休眠管理，以及基于列车维护计划的自动洗车管理等。

3.6 便捷的车辆状态监控

为了适应FAO系统的运营特点，FAOTS系统基于与车辆系统的接口，开发了完备的车辆状态监控功能。行车调度人员可以在控制中心通过车辆监控界面对所有在线运营车辆的状态进行实时监控，当发现车辆设备故障时，可以通过系统提供的远程控制命令对故障设备进行紧急处置。

3.7 强大的故障联动处理功能

为了提升线路在全自动运营模式下的安全性和可靠性，FAOTS系统基于与通讯系统及列控系统的接口，开发了强大的故障联动处理功能，包括：当系统检测到列车在区间停车时，通过通讯系统接口控制区间风机自动打开；当系统检测到车辆发生火灾或紧急求助按钮被按下，控制列车在前方站台自动扣车；当系统检测到前方站台或区间发生火灾时，控制列车立即停车。

3.8 灵活的告警过滤显示功能

在全自动运营模式下，系统的告警数量大大增加，尤其是车辆相关的告警种类繁多，给行车调度人员的工作带来了一定的干扰。FAOTS系统基于具体告警的产生原理，定义了告警的激活区域、影响区域等区域属性，支持调度人员根据其岗位分配所管辖的区域，动态的选择过滤对其管辖区域有影响的告警信息，以避免其他无关告警带来干扰。此外，FAOTS系统支持将调度人员选择的告警过滤条件以“过滤器”的形式存储到系统数据库，供调度人员加载使用。

4 结束语

ATS自动列车监控系统是现代化城市轨道交通建设中信号控制系统不可或缺的核心系统之一，是城市轨道交通实现自动化控制的必要组成部分。卡斯柯FAOTS系统的开发，是在国家“一带一路”的大背景下，为满足中国大陆地区以外的轨道交通项目业主对于ATS系统控制模式有别于中国大陆地区的轨道交通项目需求而进行的有针对性的研发。FAOTS系统利用最新的计算机技术、网络通信技术和信号技术，对地铁列车进行高效的自动控制，保证地铁列车运行的良好秩序和准点率，提升乘客的旅行体验，该系统支持无人驾驶功能，可实现对无人驾驶列车的远程自动监控，系统安全级别达到SIL2级。FAOTS系统取消了车站服务器，让整体架构更趋于中心化，更加贴合特定地区的用户需求，提升了当地用户体验。