移动闭塞制式下地铁ATS子系统的分析

王文宁+黄欣荣+高鹏+高深

【摘要】列车运行自动监控系统（ATS）的主要功能是监督和控制城市轨道交通全线列车运行，行车调度人员通过该系统对全线列车进行全面管理。本文主要以南京地铁2号线为例，探讨移动闭塞制式下ATS子系统的主要结构及设备、工作原理、系统功能等。

【关键词】移动闭塞 基于通信的列车控制系统 列车自动监控

一、移动闭塞制式下ATS子系统

（一）ATS系统概述

ATS系统是基于现代数据通信和计算机网络的分布式实时计算机控制系统，通过与列车自动防护ATP和列车自动运行ATO系统的协调配合，完成对城市高密度轨道交通信号系统的自动化管理和全自动行车调度指挥控制。同时，ATS 系统可通过与电力遥控（SCADA）、防火报警（FAS）、环境操作（BAS）、自动售检票（AFC）等系统的接口，实现对这些系统的监控或信息交换。

（二）ATS系统结构与设备组成

在ATC的各个子系统中，ATS 起着组织和指挥的领导作用。由此ATS系统的体系结构设计应能够保证具有足够的安全性、稳定性，同时具有实时性和可操作性，为了满足这些要求，ATS系统采用分布式的网络系统，由运营控制中心子系统、车站子系统、车辆段子系统构成。为了保证ATS系统的高可用性，关键设备均采用双机热备或集群方式的冗余配置。

（1）控制中心系统由中心机房设备、调度大厅设备、计划室设备及培训室设备组成，主要设备及功能如下：应用服务器：为双机热备系统，是控制中心ATS的核心设备。应用服务器接收来自地面的站场设备状态信息，以及来自车载设备的列车位置和状态信息，对这些信息进行运算、缓存，然后将处理后的信息发送到相应的客户端。数据库服务器：用来保存ATS中重要的运行数据，包括各版本的基本运行图，每日的实时运行图等。为了保证数据的可靠存储，数据库系统采用共享磁盘阵列的双机系统。网络通信设备，指数据传输系统的数据传输和交换设备，如通道、网关等，以保证数据在不同的设备间可靠传递。网络一般为冗余的双网结构，提高系统的可靠性和可用性。运行图管理调度工作站。用来为每班选择对应的基本运行图，下达运行计划，记录运行时间结果，一届对运行计划进行人工调整。站场监控调度工作站。监视沿线地面信号设备、站台设备状态、以及列车运行位置和状态，允许调度员进行控制模式的切换、实施各种人工办理，例如扣车、跳停、办理封锁等操作。维护工作站。对中心以及车站所有ATS设备工作状态进行监视，对所有人工以及自动办理指令进行记录，对重要的事件进行语言或文字告警，存储站场运行历史记录并提供回放功能。时间表编辑工作站。主要提供离线的基本图编辑，供调度计划人员根据各种不同的时间段，提前制作正常工作日、周末、节假日等基本图。

（2）车站系统。车站系统由集中联锁站设备和非集中联锁站设备组成，集中联锁站设有一台ATS分机，是ATS与ATP地面设备和 ATO 地面设备接口，用于连接联锁设备和其他外围系统，采集车站设备的信息，传递控制命令，使车站联锁设备能接收ATS系统的控制，以实现车站进路的自动控制。为从联锁设备取得所需数据，配备了采用可编程控制器的远程控制器的远程终端单元。采用模块化设计，扩展十分容易。它还控制站台上PIS的列车目的显示器、列车到发时间显示器和发车计时器。非集中联锁站不设ATS分机。非集中联锁站的PTI、PIS 和DTI均通过集中联锁站的ATS分机与ATS系统联系。有岔非集中联锁站的道岔和信号机由集中聯锁站的计算机控制，通过集中联锁站的ATS分机接收ATS系统的控制命令。

二、ATS系统工作原理

ATS系统可以在分布和集中两种模式下工作，分布模式即为站级ATS，集中模式即为中央ATS。站级ATS作为中央ATS的后备模式可以为值班员显示目前线路实时的状态，这样的设计保证了站级ATS相对应中央ATS的绝对独立，包括硬件和软件的不同，除了在运营前加载的时刻表信息以外，站级ATS需要的所有信息都由联锁和ATP、ATO系统提供。

中央ATS与站级ATS的关系及相关的运行工作如下：

（1）在常规运行（中央ATS启动）的情况下，站级ATS处于备用状态。站级ATS从联锁和ATP、ATO 那里接受所有的信息，并且显示联锁和ATP、ATO信息以及运行车次号及早晚点情况，处理所有的命令，但命令输出是被封锁的，站级ATS的操作不是必须的，但是在特殊的情况下，安全相关的命令要被执行（如转换锁闭的道岔），这只能由站级ATS来进行，执行命令前，控制权必须下放给站级ATS。在紧急情况下，站级ATS可以不请求中央ATS而直接获得控制权，这可以由相关的联锁命令触发。

（2）如果中央ATS关闭，站级ATS将自动开启后备模式，自动发出命令（如自动进路排序，停站时间，车次号修改等），直接发送给联锁和ATP、ATO，站级ATS包括自动进路排序、列车监测和跟踪、时刻表管理和列车自动调整，以帮助调度员在后备模式下保证车的准点运营。

三、ATS系统功能

（1）列车监视和跟踪功能。①ATS 系统对在线所有的运行列车进行实时的监视和跟踪，并在相应的轨道图上显示列车的位置和状态。②系统自动识别、读取列车车次号；③列车运行计划时刻表自动产生车次号；④人工输入、删除、变更车次号；⑤列车运行的识别和跟踪；⑥在调度台及大屏幕上显示列车位置；⑦报告列车信息。

（2）列车控制功能。调度可以通过工作站人机界面实现对单列车、全线列车扣车，设置列车的运行等级，运行模式（如巡航、惰性）等。

（3）控制权切换功能。列车进路控制权的级别为本地控制优先于中央控制，人工控制优先于自动控制，当紧急情况下本地可以不经过中央的授权直接取得控制权，调度员可以随时选择人工干预，进行人工排路。

（4）时刻表和VR控制功能。ATS 系统中VR系统用以实现列车自动运行调整，在列车运行偏离实施运行图或时刻表时，可自动或人工介入对列车运行调整。列车运行自动调整包括：停站时间控制；运行时间控制。

（5）其他辅助功能，如列车追踪间隔调整功能；列车运行模拟仿真功能；事件记录、报告和报表生成、打印功能；报警功能；回放功能。