基于数据安全校核技术的城市轨道交通信号系统站场数据生产方案*

王燕芩 张 程

(卡斯柯信号有限公司，200071，上海 ∥ 第一作者，工程师)

在城市轨道交通信号系统的设计、安装和测试过程中，站场数据都扮演了重要的角色。站场数据是列车运行及联锁动作的依据，其安全性要求极高。

目前，用于生产、编辑和检查站场数据的工具多由其信号系统不同的厂家提供，因而具有如下严重的缺陷：①众多厂家提供的工具仅针对特定的信号系统，不具备通用性；而同一城市的地铁线路中，不同线路的信号系统厂商不同，导致信号系统在功能和设计上不同；在信号系统互联互通过程中，不同厂家信号系统之间的功能差异较为突出；②各厂家提供的工具都只能算是半自动化，虽能在一定程度上减少人为操作导致错误的概率，但仍依赖于大量的人工检查和测试，非常耗费人力和时间。尤其是ATS(列车自动监控)系统和联锁系统的数据准备和生产，不仅耗时费力，而且错误率居高不下。为了快速、准确地将站场数据投入信号系统的工程应用，本文基于站场数据安全校核技术，提出一种优化的数据准备和生产的解决方案，以实现站场数据的自动化生成和配置。

1 通用站场数据的生成

通用站场数据生成及校核过程示意图见图1。站场数据主要包括进路联锁表数据、交路数据、站台数据、设备数据(包含道岔、信号机、信标等设备的数据，以及站台设备的数据)等。其中，进路联锁表数据为联锁系统应用数据的基础，反映设备之间的联锁关系，是联锁系统对信号设备进行控制的逻辑核心；交路表数据是ATS系统应用数据的基础，用于指挥和控制列车的运行。联锁系统和ATS系统的应用数据在站场描述过程中具有通用性，故本文以联锁系统和ATS的应用数据准备过程为例，阐述站台数据生成的过程。

图1 通用站场数据生成及校核过程示意图

1.1 联锁系统的应用数据

目前，随着城市轨道交通的列车提速，原来的联锁系统无法满足需求，新的联锁系统需结合区域控制器，并通过其与区域控制器之间的信息交互来满足列车提速的需求。在特殊工程应用要求下，联锁系统还需与车载控制器交互，以完成列车运行。针对这些新需求，一种通用的联锁系统应用数据的准备流程(见图2)应运而生。

图2 联锁系统应用数据准备流程

图2中的系统和应用设计部分包含了联锁表的设计及审核。目前的联锁表设计基本能够实现自动化编制，但是在信号系统互联互通时，仍然要依靠人工编写来实现特殊的应用逻辑要求。

基于布尔代数描述的联锁逻辑，从联锁表到联锁逻辑基本由人工完成，且需要耗费大量的人力和时间去完成布尔逻辑的开发、校验和测试工作。即使有的厂家已经实现联锁逻辑设计的自动化，但仍需大量人工来校验和检查。

1.2 ATS系统的应用数据

通用的ATS系统应用数据准备流程如图3所示。

图3 ATS系统应用数据准备流程

在图3中的系统和应用设计阶段，仍然有大量的工作需要人工处理，例如，站台数据的配置、车站列车运行数据描述等。

目前，CAD(计算机辅助设计)绘图软件基本统一采用图-模一体化的绘图方式，能在建立站场图的同时完成站场二维模型的建立，并通过站场二维模型生成ATS所需的配置数据。配置数据按需求可采用关系型数据方式存储，也可采用静态文件方式存储。

2 数据制造及校核的基本原则

2.1 一次制造多次使用

由于联锁系统和ATS系统的应用数据在站场描述过程中具有通用性，故数据制造的首要原则是：对通用数据进行统一的数据生产，坚持一次制造、多次使用。在ATS系统和联锁系统的数据准备过程中，均需对整个车站的拓扑连接关系进行设计和描述，并依赖于联锁表实现信号设备间的联锁控制。而一次设计和制造的进路联锁表数据，应可供多个系统使用，否则不仅会导致数据重复生成，还会因对该类数据的交叉引用而产生不必要的错误，造成安全隐患。

2.2 采用层级校核方法

目前，国内大多数信号系统厂家的联锁系统及ATS系统应用数据生产模式与软件工程中瀑布式的开发模型近似。这些数据生产模式有可能导致信号系统数据准备周期过长，进而造成经济上和人力上的损失。

通过在数据生产过程各阶段进行层级校核，有利于尽早发现问题、解决问题、排除安全隐患。例如，在信号系统基本设计阶段，就应该先针对图纸进行人工校核，及时发现问题、解决问题，再通过CAD软件内置的自检功能对各个配置文件进行校核，以排除安全隐患，做到防患于未然。

2.3 采用多元化校核

对联锁系统及ATS系统应用数据的校核有多种方法。目前，信号系统厂家基本都会提供用于生产、编辑和检查站场数据的CAD工具，但要采用人工校验的方式来校核数据。校验的方法基本一致：对于由CAD软件生成的联锁表数据，由人工按照联锁表中的进路来排列进路，人工检查进路中涉及到的所有信号元素的联锁关系。除了人工校核方式外，还应采用自动数据校验方式，以避免因人为误操作而导致的数据校验出错。

3 数据验证过程

ATS系统中用到的基本数据如图4所示。图4中，所有数据存储于为ATS系统准备的数据库中，且各数据之间存在一定的逻辑和依赖关系。在进行数据验证时，可以依据数据之间的逻辑关系进行数据正确性的验证。本文以联锁表为例，说明数据验证的具体流程和方法。

图4 ATS系统的工程应用数据配置过程描述

从图1中可以看出：联锁表的数据由CAD工具根据站场数据模型进行创建，联锁逻辑用布尔表达式进行描述。联锁表中，每1条记录分别对应1条布尔表达式，并通过校验布尔表达式完成对联锁表的校验。联锁表数据的生产及校验流程如图5所示，具体验证过程如下：

步骤1：由CAD工具根据设备间的有向图模型来生产联锁表及布尔表达式库。联锁表中的每1条记录对应2组表达式，其中1组为办理进路的表达式，另1组为取消进路的表达式。每1组表达式都包含了1条前置表达式和1条后置表达式，其中前置表达式用于判断1条联锁逻辑执行的先决条件，后置表达式则用于判断联锁逻辑的执行结果。可见，布尔表达式库除了用于校验联锁表数据之外，还用于ATS系统进路办理的前置条件和后置条件。

步骤2：由数据校核工具从布尔表达式库中取出待校验的布尔表达式，根据前置表达式办理进路或取消进路，并将详细的执行结果记录到日志库中(可以存储于云端)。

步骤3：处理日志流，专用于分析和统计执行结果。

步骤4：根据步骤3中的执行结果，修复执行校验的布尔表达式中可能存在的数据错误和校验程序上的错误。

步骤5：待联锁表数据验证无误之后，由执行联锁表数据自动生成联锁应用逻辑。

步骤6：联锁应用逻辑全部使用布尔表达式，并采用编译软件对布尔表达式进行编译，进而生成自定义的二进制文件，以供联锁执行程序执行。联锁应用逻辑和二进制文件之间的校验通过反向编译(可使用二进制文件解释器)执行。比较布尔表达式与联锁应用逻辑，确认输入与输出是否有差异，并最终生成联锁数据校验的差异验证报告。

图5 联锁系统的工程应用数据逻辑验证过程描述

4 结语

本文针对ATS系统和联锁系统在数据准备和生产阶段存在的耗时费力并且错误率居高的问题，提出了一种优化的数据准备和生产的解决方案。该解决方案从最原始的数据开始，通过建立数据有向图模型，完成ATS系统和联锁系统的数据的生产，并结合布尔表达式实现联锁系统数据和ATS系统数据的校验，方便联锁应用数据的正确生产，节省人工，缩短工期。经实践验证，该解决方案极大地保证了数据生产的自动化和可靠性。今后还可在数据生产的过程中结合大数据处理技术，进一步降低错误发生的概率。