ATS仿真软件研究

吴炳昊

（北京全路通信信号研究设计院，北京 100073）

列车自动监控系统是列车自动控制（A TC）系统的一个子系统，主要完成列车调度与追踪、运行图的调整等功能，对提高行车效率起着重要作用。列车运行线路上的各种信号设备的状态数据是A TS子系统完成其功能的必要条件，但是在实际开发过程中，很难将1个未完成系统放在1条运营线上进行系统开发与调试。这些信号设备的状态数据信息可由ATS仿真软件来提供[1]。

1 ATS仿真软件实现的功能

通过确定A TS仿真软件与A TS系统间的通信协议，在ATS仿真软件中增加相应的功能模块，本文实验用的ATS仿真软件已实现两大功能：（1）联锁功能；（2）模拟列车运行功能。

将来通过增加协议与相应的功能模块，还可在A TS仿真软件中增加A TP功能模块等，这部分内容在本文中不涉及。

2 ATS仿真软件与ATS的接口

A TS仿真软件通过通信接口向A TS系统发送信号设备状态信息，接收ATS发送的命令信息。仿真软件与ATS的接口可采用两种方式。

（1）仿真软件完成单站的仿真功能。A TS系统每台站机（控显机或采集分机）分别与1个仿真软件通信，仿真软件可通过1台计算机进程间通信的方式与ATS系统通信。

（2）仿真软件完成全线的仿真功能。A TS系统所有站机（控显机或采集分机）均与1个仿真软件通信，仿真软件不能通过1台计算机进程间通信的方式与ATS系统通信。

上述两种接口方式的优缺点：第1种方式，接口实现较为简单，与实际情况更为接近。但是在处理列车走行模拟的列车跨站走行问题时不好处理，需购置的仿真计算机较多；第2种方式，可以较容易地完成列车跨站走行的模拟，只需购置1台仿真计算机，但是需要A TS系统增加与仿真软件的接口。经过比较，本文中仿真软件采用第2种接口方式。

3 ATS仿真软件结构

A T S仿真软件分为3个模块：显示及人机接口模块、逻辑运算模块和通信模块。A TS仿真软件的逻辑运算部分完成联锁功能，因此，其运算周期采用与联锁相同的运算周期。软件结构如图1所示。

其中：

（1）显示及人机接口模块完成站场的实现功能，为ATS仿真软件操作员提供人机操作接口，可设置站场设备状态和模拟列车状态。

（2）通信模块将从逻辑运算模块得到站场设备的状态并发送给A TS系统，接收来自A TS系统的指令并交给逻辑运算模块处理。

（3）逻辑运算模块完成基本联锁和列车模拟运行功能，并将各设备状态发送给显示和通信模块。

3.1 显示及人机接口模块

A TS仿真软件站场的显示分为全景和单站模式，并可在两种模式之间切换。

ATS仿真软件提供的人机接口内容如下。（1）信号机的状态设置（绿灯、黄灯、红灯等）。（2）区段的状态设置（占用、空闲、锁闭和封锁等）。

（3）道岔的状态设置（定位、反位、单锁等）。（4）进路的办理和取消。

（5）列车的操作（增加列车、减少列车、列车加速、列车减速和改变列车方向）。

3.2 通信模块

通信模块采用TCP/IP方式与ATS系统连接，通信的内容包括以下几方面。

（1）接收来自ATS系统的指令（进路操作、区间封锁等）。

（2）向ATS系统发送设备继电器全体信息（若干周期一次）。

（3）向ATS系统发送设备继电器变化信息（每周期一次）。

3.3 逻辑运算模块

逻辑运算模块包含联锁子模块和列车模拟运行子模块。该模块以“循环计算”的方式进行运算，每250 m s循环一次。每次循环完成的任务有联锁子模块的运算和列车模拟运行子模块的运算。逻辑运算模块模拟区段、信号机和道岔等信号设备的继电器，为联锁和列车模拟运行的运算提供基础。

3.3.1 联锁子模块

联锁逻辑子模块主要完成基本联锁功能，A TS仿真软件所完成的联锁功能如下。

（1）进路选排。

（2）进路取消与进路人工解锁。

（3）进路区段的自动解锁。

（4）区段“占用”、“锁闭”、“出清”、“封锁”等状态的模拟。

（5）信号机各种信号及故障状态的模拟。

（6）信号机防护区段检查。

（2）是否及时采取了相应的补救措施。在渎职侵权犯罪等刑事犯罪中，专门针对是否采取了一定的补救措施作为是否立案的重要标准。通过采取一定的补救措施，将危害后果降到一定的程度，在一定意义上可以减轻相关过错造成的损失，而且可以作为认定相关人员主观恶意的一个重要标准，值得容错纠错机制在这方面实践中进行借鉴和采纳。

（7）道岔表示信息的模拟。

联锁逻辑子模块的基本思想如下。

对收到的所有指令（进路办理及取消、区段、道岔、信号机的指令等）逐一进行合法性检查；若检查通过，进行相应逻辑处理并设置继电器状态；若检查没有通过，则进行错误处理。

对锁闭的区段进行3点检查；对所有信号机的防护区段进行检查，如果区段占用，则将信号机设置为红灯。

将继电器全体信息（若干周期一次）或继电器变化信息（每周期一次）交给显示及通信模块。

联锁子模块处理流程如图2所示。

3.3.2 列车模拟运行子模块

列车模拟运行子模块通过模拟各区段的占用和出清状态来模拟多辆列车的走行，实现的功能如下。

（1）列车的增加/减少。

（2）列车的加速/减速。

（3）列车运行方向（上行、下行）的改变。

（4）列车停车/运行的设置。

（5）列车的自动走行。

基本思路是根据列车的走行方向（上行、下行）找到列车走行的下一区段，将下一区段设为占用状态，将本区段设为出清状态。具体实现内容：每周期遍历ATS仿真软件模拟的所有列车，根据每一列车的停车标志、速度、走行方向和站场情况找到列车走行的下一区段，设置下一区段为占用，本区段为空闲，直到完成对所有列车的运算。

对于每一列车自动走行的运算，其步骤如下。

（1）根据每个周期的运行时间和当前该列车的运行速度，计算出该列车在本运算周期的走行距离S1，并将计算出的走行距离加入到该列车在当前区段走行的总距离S2中。

（2）判断该列车停车标识是否为true。若为true，结束运算；否则进行第3步。

（3）根据该列车速度，判断S2是否大于或等于列车占用区段中最前方区段的长度。若小于，说明当前运算周期内列车不应移动到下一区段，结束运算；否则，进行第4步。

（4）根据列车的运行方向及站场情况，找到列车走行的下一区段。根据当前站场条件，若允许则设置下一区段为占用，本区段为空闲，将S2置零；否则，结束运算，S2不置零。

上述步骤中，最复杂的是第4步。不允许列车进入下一区段的站场条件如下。

1）下一区段有防护信号机，且防护信号机为红灯或信号机为故障状态。

2）下一区段有车占用。

3）下一区段处于封锁状态。

4 ATS仿真软件功能的完善

为了完善ATS仿真软件，可在该软件现有功能的基础上增加设置列车区间运行时间和设置列车站停时间的功能。

其中，实现设置列车区间运行时间功能的方法如下。

（1）建立一个列车牵引制动模型。

（2）根据区间长度和设置的区间运行时间，计算出列车在每个时刻（时间精度为逻辑运算模块的一个运算周期的时间）的运行速度，并在相应时刻设置到该列车上。

实现设置列车站停时间功能的方法如下。

（1）列车进站后，设停车标识为true，并开始计时。

（2）判断列车停车时间是否大于该列车预设的站停时间，若大于或等于则设停车标识为fa lse，否则继续等待。

5 结束语

本文给出了A TS系统仿真软件基本的设计方案。A TS仿真软件在一定程度上代替真实线路上的信号设备，为A TS系统提供需要的信息，为A TS系统的调试节约了成本。本文介绍的ATS仿真软件也可用于ATS系统的教学和培训工作。

[1]赵根苗，陈永生．ATS仿真培训系统的设计与实现[J]．城市轨道交通研究，2004，7（1）：55-57.