ATS仿真系統(tǒng)中計算機(jī)聯(lián)鎖功能的設(shè)計與實現(xiàn)

呂紹恒，郭秀清（同濟(jì)大學(xué) 控制科學(xué)與工程系，上海 201804）

ATS仿真系統(tǒng)中計算機(jī)聯(lián)鎖功能的設(shè)計與實現(xiàn)

呂紹恒，郭秀清
（同濟(jì)大學(xué) 控制科學(xué)與工程系，上海 201804）

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理進(jìn)路內(nèi)的道岔、信號機(jī)、軌道之間聯(lián)鎖關(guān)系，是實現(xiàn)列車自動監(jiān)控系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵。主要介紹了該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及各部分的功能，運用組件化的仿真技術(shù)設(shè)計人機(jī)交互界面，生成站場圖數(shù)據(jù)庫和聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)進(jìn)路的排列功能。

ATS仿真系統(tǒng)；計算機(jī)聯(lián)鎖；進(jìn)路控制

0 引言

城市軌道交通通信信號系統(tǒng)是保證行車安全和提高運輸效率的有利工具［1］。列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）主要實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和控制，它在提高運輸效率和保障運行安全方面起著十分重要的作用［2-3］。因此，ATS系統(tǒng)能否進(jìn)行正常操作，將直接關(guān)系到列車安全。

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理進(jìn)路內(nèi)的道岔、信號機(jī)、軌道電路之間的聯(lián)鎖關(guān)系，接受ATS或者操作員的控制指令，向 ATS系統(tǒng)輸出聯(lián)鎖信息［4］。聯(lián)鎖機(jī)實現(xiàn)了信號設(shè)備的邏輯處理功能，完成了進(jìn)路排列、進(jìn)路鎖閉、開放信號和道岔動作等命令，實現(xiàn)了進(jìn)路自動解鎖、故障解鎖等解鎖功能。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是保證行車安全，提高運輸效率的重要技術(shù)裝備［5］。本文以蘇州軌道交通一號線ATS仿真系統(tǒng)為例，分析計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，研究其仿真功能的實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可分為多種層次結(jié)構(gòu)［6］，如圖1所示。

圖1 計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

人機(jī)對話層設(shè)備主要功能是：（1）接收工作人員發(fā)布的控制命令；（2）顯示設(shè)備工作狀態(tài)和車輛運行情況。

聯(lián)鎖層設(shè)備的主要功能是：（1）接收人機(jī)會話層操作信息和監(jiān)控層信息、進(jìn)行聯(lián)鎖運算；（2）產(chǎn)生輸出信息、交付監(jiān)控層執(zhí)行和人機(jī)會話層顯示。

監(jiān)控層設(shè)備主要功能是：執(zhí)行層輸出命令、開放信號、轉(zhuǎn)換道岔。

2 用戶界面顯示

系統(tǒng)軟件開發(fā)的編譯環(huán)境采用 Visual Studio 2008，編程語言采用標(biāo)準(zhǔn)C++。

在仿真系統(tǒng)中，用戶界面顯示是指站場圖的顯示、控制按鈕的命令實現(xiàn)和站場設(shè)備狀態(tài)的實時顯示，是實現(xiàn)人機(jī)交互的基礎(chǔ)。

站場圖初始化顯示采用GDI雙緩沖技術(shù)，用以避免站場界面的閃爍。站場圖涉及的元素包括信號機(jī)、軌道和道岔，控制按鈕包括故障解鎖、進(jìn)路排列和取消進(jìn)路。

每個站場控件具有相同的屬性，在設(shè)計控件類（即道岔類 CSwitch、區(qū)段類 CTrack、信號機(jī)類 CSignal等）時設(shè)計一個父類，讓控件類全部繼承自父類。

以信號機(jī)為例，信號機(jī)的屬性包括：

為了方便設(shè)置和讀取控件的屬性值，仿真系統(tǒng)中設(shè)置了set和get函數(shù)來調(diào)用。

站場控件以.ocx格式保存

3 聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)為實現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)、行車管理自動化奠定了基礎(chǔ)。

聯(lián)鎖數(shù)據(jù)主要包括人機(jī)交互層傳輸過來的控制命令信息、站場實時狀態(tài)信息以及用于排列進(jìn)路使用的聯(lián)鎖表。

3.1 站場圖數(shù)據(jù)

采用Accesss數(shù)據(jù)庫進(jìn)行站場圖數(shù)據(jù)的存儲。在數(shù)據(jù)庫中主要存儲了關(guān)于信號機(jī)、道岔、區(qū)段的信息。以信號機(jī)為例，在數(shù)據(jù)庫中保存了信號機(jī)的 Index（站場圖上的編號）、ID（站場圖上的名稱）、Type（類型 0-進(jìn)站、1-出站、2-調(diào)車、3-區(qū)間）、Direct（信號機(jī)的方向）、FirstQD（信號機(jī)朝向所對應(yīng)的區(qū)段或者道岔）、JJQ（靠近信號機(jī)的區(qū)段或者道岔）。

3.2 聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)

在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，由于參加運算的數(shù)據(jù)量很大，而進(jìn)路的處理又是整個聯(lián)鎖系統(tǒng)中最重要的問題之一。一個進(jìn)路時只涉及很少一部分的數(shù)據(jù)，設(shè)計靜態(tài)聯(lián)鎖表文件，對每一條進(jìn)路數(shù)據(jù)列一個數(shù)據(jù)表，將該進(jìn)路有關(guān)的特性和變量全部納入到該聯(lián)鎖表中［7］。蘇州軌道交通一號線包含的進(jìn)路數(shù)量少而且簡單，采用靜態(tài)聯(lián)鎖表文件可以提高進(jìn)路處理的運行速度，并且保證進(jìn)路處理的高可靠性和安全性。聯(lián)鎖表應(yīng)該包含的數(shù)據(jù)有：進(jìn)路的類型、進(jìn)路的編號、始端信號機(jī)、終端信號機(jī)、敵對信號、進(jìn)路上的道岔、進(jìn)路上的邏輯道岔及進(jìn)路上的區(qū)段。

仿真界面如圖2所示。

圖2 仿真界面

以蘇州軌道交通一號線木瀆站S0110至S0106進(jìn)路為例，其在聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)庫中的信息如表1所示，其線路圖如圖3所示。

表1 聯(lián)鎖表

圖3蘇州軌道交通一號線木瀆站線路圖

采用靜態(tài)文件的優(yōu)點是：（1）靜態(tài)文件占用較小的存儲空間，有利于檢測查詢。（2）進(jìn)路的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由節(jié)點連接而成，在任何地方增加或者減少節(jié)點，只需要對部分進(jìn)路數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，不影響存儲區(qū)的其他位置［8］。

在ATS仿真系統(tǒng)中，通過GetRoute來讀取進(jìn)路。

4 時刻表編寫

仿真系統(tǒng)根據(jù)實際列車運行時刻表編寫仿真運行時刻表，如表2所示。

表2 時刻表

5 進(jìn)路控制

在ATS系統(tǒng)中，根據(jù)聯(lián)鎖表、計劃運行圖及列車的所在位置自動判斷、生成并輸出進(jìn)路控制命令傳送至聯(lián)鎖設(shè)備，實現(xiàn)對列車的進(jìn)路的控制。

進(jìn)路處理可劃分為4個模塊：

（1）檢查進(jìn)路安排是否一致和形成道岔控制的子模塊。該模塊檢查排在進(jìn)路上面的道岔是否處于正確的位置，如果不符合要求，則要執(zhí)行相應(yīng)的道岔控制命令，使道岔處于正確的位置。

（2）自動解鎖子模塊。該模塊主要實現(xiàn)進(jìn)路在正常狀況下的解鎖功能以及調(diào)車進(jìn)路的中途折返解鎖。

（3）信號保持子模塊。當(dāng)進(jìn)路的信號開放以后，應(yīng)不斷地去詢問開放信號條件是否仍然滿足，若條件滿足則保持信號繼續(xù)開放，若條件不滿足，則取消信號機(jī)開放命令，關(guān)閉信號機(jī)。

（4）進(jìn)路鎖閉和信號開放子模塊。用于檢查鎖閉條件是否仍然滿足，若滿足后就鎖閉進(jìn)路，并且形成防護(hù)信號機(jī)開放命令。

進(jìn)路處理過程，可以分為進(jìn)路的建立和解除兩個部分，它們之間的臨界部分是信號保持。進(jìn)路的建立是指從按壓進(jìn)路始、終端按鈕開始到防護(hù)該條進(jìn)路的信號機(jī)開放這一階段［9］。排列進(jìn)路流程如圖4所示。

進(jìn)路的解除是指從列車或調(diào)車車列駛?cè)胄盘枡C(jī)內(nèi)方到出清進(jìn)路中全部道岔區(qū)段為止的這一階段。

排列進(jìn)路的相關(guān)代碼如下：

圖4 排列進(jìn)路流程

6 結(jié)論

本文以蘇州軌道交通一號線的ATS仿真系統(tǒng)為研究對象，分析計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要功能。根據(jù)前期的分析，利用仿真技術(shù)搭建了可視化的人機(jī)界面，并對界面中的每一站場元素建立數(shù)據(jù)庫，結(jié)合聯(lián)鎖規(guī)則生成聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)列車的進(jìn)路控制。計算機(jī)聯(lián)鎖對于ATS仿真系統(tǒng)各個功能的實現(xiàn)具有重要意義。本文所設(shè)計的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)對其他線路也具有通用價值和普遍意義。

［1］張照亮.鐵路信號計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2001.

［2］曹友杰.鐵路信號分布式計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)-道岔控制模塊研究［D］.蘭州：蘭州交通大學(xué)，2014.

［3］袁翩翩，陳永生，張立.單線接發(fā)列車仿真系統(tǒng)故障模擬［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2014，33（22）：17-19，23.

［4］田曉莉.基于CBTC的ATS列車進(jìn)路控制技術(shù)研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2014.

［5］陸亞平.CTCS_3級計算機(jī)聯(lián)鎖上位機(jī)系統(tǒng)仿真研究［D］.43，47.成都：西南交通大學(xué)，2010.

［6］吳江，郭秀清.上海地鐵 ATS仿真系統(tǒng)進(jìn)路自動排列的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2012，31（17）：7-10.

［7］董俊祺.軌道交通ATS仿真運行框架的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.地下工程與隧道，2008（2）：63-64，67，69.

［8］華似磊，董俊祺.城市軌道交通列車自動監(jiān)控仿真系統(tǒng)組件設(shè)計與實現(xiàn)［J］.城市軌道交通研究，2007（2）：41-

Research and design of computer interlocking system in ATS simulation system

Lv Shaoheng，Guo Xiuqing
（Department of Control Science and Engineering，Tongji Unversity，Shanghai 201804，China）

Computer interlocking system，which handles interlocking relationship between turnout，signal and track circuit，is very important to ATS simulation system.This paper describes structure and function of computer interlocking system.By the method of component technology，this article designs the human machine interaction，builds the database and finally controls the route.

ATS simulation system；computer interlocking system；route control

TP319

A

1674-7720（2015）22-0025-03

呂紹恒，郭秀清.ATS仿真系統(tǒng)中計算機(jī)聯(lián)鎖功能的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（22）：25-27，30.

2015-07-20）

呂紹恒（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向：軌道交通系統(tǒng)仿真。

郭秀清（1965-），女，副教授，主要研究方向：過程控制與計算機(jī)控制。