基于數(shù)據(jù)安全校核技術(shù)的城市軌道交通信號系統(tǒng)站場數(shù)據(jù)生產(chǎn)方案*

王燕芩 張 程

(卡斯柯信號有限公司，200071，上海 ∥ 第一作者，工程師)

在城市軌道交通信號系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和測試過程中，站場數(shù)據(jù)都扮演了重要的角色。站場數(shù)據(jù)是列車運行及聯(lián)鎖動作的依據(jù)，其安全性要求極高。

目前，用于生產(chǎn)、編輯和檢查站場數(shù)據(jù)的工具多由其信號系統(tǒng)不同的廠家提供，因而具有如下嚴(yán)重的缺陷：①眾多廠家提供的工具僅針對特定的信號系統(tǒng)，不具備通用性；而同一城市的地鐵線路中，不同線路的信號系統(tǒng)廠商不同，導(dǎo)致信號系統(tǒng)在功能和設(shè)計上不同；在信號系統(tǒng)互聯(lián)互通過程中，不同廠家信號系統(tǒng)之間的功能差異較為突出；②各廠家提供的工具都只能算是半自動化，雖能在一定程度上減少人為操作導(dǎo)致錯誤的概率，但仍依賴于大量的人工檢查和測試，非常耗費人力和時間。尤其是ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)，不僅耗時費力，而且錯誤率居高不下。為了快速、準(zhǔn)確地將站場數(shù)據(jù)投入信號系統(tǒng)的工程應(yīng)用，本文基于站場數(shù)據(jù)安全校核技術(shù)，提出一種優(yōu)化的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)的解決方案，以實現(xiàn)站場數(shù)據(jù)的自動化生成和配置。

1 通用站場數(shù)據(jù)的生成

通用站場數(shù)據(jù)生成及校核過程示意圖見圖1。站場數(shù)據(jù)主要包括進路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)、交路數(shù)據(jù)、站臺數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)(包含道岔、信號機、信標(biāo)等設(shè)備的數(shù)據(jù)，以及站臺設(shè)備的數(shù)據(jù))等。其中，進路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)為聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，反映設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系，是聯(lián)鎖系統(tǒng)對信號設(shè)備進行控制的邏輯核心；交路表數(shù)據(jù)是ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，用于指揮和控制列車的運行。聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATS系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)在站場描述過程中具有通用性，故本文以聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATS的應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程為例，闡述站臺數(shù)據(jù)生成的過程。

圖1 通用站場數(shù)據(jù)生成及校核過程示意圖

1.1 聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)

目前，隨著城市軌道交通的列車提速，原來的聯(lián)鎖系統(tǒng)無法滿足需求，新的聯(lián)鎖系統(tǒng)需結(jié)合區(qū)域控制器，并通過其與區(qū)域控制器之間的信息交互來滿足列車提速的需求。在特殊工程應(yīng)用要求下，聯(lián)鎖系統(tǒng)還需與車載控制器交互，以完成列車運行。針對這些新需求，一種通用的聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備流程(見圖2)應(yīng)運而生。

圖2 聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程

圖2中的系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計部分包含了聯(lián)鎖表的設(shè)計及審核。目前的聯(lián)鎖表設(shè)計基本能夠?qū)崿F(xiàn)自動化編制，但是在信號系統(tǒng)互聯(lián)互通時，仍然要依靠人工編寫來實現(xiàn)特殊的應(yīng)用邏輯要求。

基于布爾代數(shù)描述的聯(lián)鎖邏輯，從聯(lián)鎖表到聯(lián)鎖邏輯基本由人工完成，且需要耗費大量的人力和時間去完成布爾邏輯的開發(fā)、校驗和測試工作。即使有的廠家已經(jīng)實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯設(shè)計的自動化，但仍需大量人工來校驗和檢查。

1.2 ATS系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)

通用的ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程如圖3所示。

圖3 ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程

在圖3中的系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計階段，仍然有大量的工作需要人工處理，例如，站臺數(shù)據(jù)的配置、車站列車運行數(shù)據(jù)描述等。

目前，CAD(計算機輔助設(shè)計)繪圖軟件基本統(tǒng)一采用圖-模一體化的繪圖方式，能在建立站場圖的同時完成站場二維模型的建立，并通過站場二維模型生成ATS所需的配置數(shù)據(jù)。配置數(shù)據(jù)按需求可采用關(guān)系型數(shù)據(jù)方式存儲，也可采用靜態(tài)文件方式存儲。

2 數(shù)據(jù)制造及校核的基本原則

2.1 一次制造多次使用

由于聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATS系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)在站場描述過程中具有通用性，故數(shù)據(jù)制造的首要原則是：對通用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)生產(chǎn)，堅持一次制造、多次使用。在ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程中，均需對整個車站的拓?fù)溥B接關(guān)系進行設(shè)計和描述，并依賴于聯(lián)鎖表實現(xiàn)信號設(shè)備間的聯(lián)鎖控制。而一次設(shè)計和制造的進路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)，應(yīng)可供多個系統(tǒng)使用，否則不僅會導(dǎo)致數(shù)據(jù)重復(fù)生成，還會因?qū)υ擃悢?shù)據(jù)的交叉引用而產(chǎn)生不必要的錯誤，造成安全隱患。

2.2 采用層級校核方法

目前，國內(nèi)大多數(shù)信號系統(tǒng)廠家的聯(lián)鎖系統(tǒng)及ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)生產(chǎn)模式與軟件工程中瀑布式的開發(fā)模型近似。這些數(shù)據(jù)生產(chǎn)模式有可能導(dǎo)致信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備周期過長，進而造成經(jīng)濟上和人力上的損失。

通過在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程各階段進行層級校核，有利于盡早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、排除安全隱患。例如，在信號系統(tǒng)基本設(shè)計階段，就應(yīng)該先針對圖紙進行人工校核，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，再通過CAD軟件內(nèi)置的自檢功能對各個配置文件進行校核，以排除安全隱患，做到防患于未然。

2.3 采用多元化校核

對聯(lián)鎖系統(tǒng)及ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的校核有多種方法。目前，信號系統(tǒng)廠家基本都會提供用于生產(chǎn)、編輯和檢查站場數(shù)據(jù)的CAD工具，但要采用人工校驗的方式來校核數(shù)據(jù)。校驗的方法基本一致：對于由CAD軟件生成的聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)，由人工按照聯(lián)鎖表中的進路來排列進路，人工檢查進路中涉及到的所有信號元素的聯(lián)鎖關(guān)系。除了人工校核方式外，還應(yīng)采用自動數(shù)據(jù)校驗方式，以避免因人為誤操作而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)校驗出錯。

3 數(shù)據(jù)驗證過程

ATS系統(tǒng)中用到的基本數(shù)據(jù)如圖4所示。圖4中，所有數(shù)據(jù)存儲于為ATS系統(tǒng)準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫中，且各數(shù)據(jù)之間存在一定的邏輯和依賴關(guān)系。在進行數(shù)據(jù)驗證時，可以依據(jù)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系進行數(shù)據(jù)正確性的驗證。本文以聯(lián)鎖表為例，說明數(shù)據(jù)驗證的具體流程和方法。

圖4 ATS系統(tǒng)的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)配置過程描述

從圖1中可以看出：聯(lián)鎖表的數(shù)據(jù)由CAD工具根據(jù)站場數(shù)據(jù)模型進行創(chuàng)建，聯(lián)鎖邏輯用布爾表達式進行描述。聯(lián)鎖表中，每1條記錄分別對應(yīng)1條布爾表達式，并通過校驗布爾表達式完成對聯(lián)鎖表的校驗。聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)的生產(chǎn)及校驗流程如圖5所示，具體驗證過程如下：

步驟1：由CAD工具根據(jù)設(shè)備間的有向圖模型來生產(chǎn)聯(lián)鎖表及布爾表達式庫。聯(lián)鎖表中的每1條記錄對應(yīng)2組表達式，其中1組為辦理進路的表達式，另1組為取消進路的表達式。每1組表達式都包含了1條前置表達式和1條后置表達式，其中前置表達式用于判斷1條聯(lián)鎖邏輯執(zhí)行的先決條件，后置表達式則用于判斷聯(lián)鎖邏輯的執(zhí)行結(jié)果?？梢姡紶柋磉_式庫除了用于校驗聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)之外，還用于ATS系統(tǒng)進路辦理的前置條件和后置條件。

步驟2：由數(shù)據(jù)校核工具從布爾表達式庫中取出待校驗的布爾表達式，根據(jù)前置表達式辦理進路或取消進路，并將詳細的執(zhí)行結(jié)果記錄到日志庫中(可以存儲于云端)。

步驟3：處理日志流，專用于分析和統(tǒng)計執(zhí)行結(jié)果。

步驟4：根據(jù)步驟3中的執(zhí)行結(jié)果，修復(fù)執(zhí)行校驗的布爾表達式中可能存在的數(shù)據(jù)錯誤和校驗程序上的錯誤。

步驟5：待聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)驗證無誤之后，由執(zhí)行聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)自動生成聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯。

步驟6：聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯全部使用布爾表達式，并采用編譯軟件對布爾表達式進行編譯，進而生成自定義的二進制文件，以供聯(lián)鎖執(zhí)行程序執(zhí)行。聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯和二進制文件之間的校驗通過反向編譯(可使用二進制文件解釋器)執(zhí)行。比較布爾表達式與聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯，確認(rèn)輸入與輸出是否有差異，并最終生成聯(lián)鎖數(shù)據(jù)校驗的差異驗證報告。

圖5 聯(lián)鎖系統(tǒng)的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)邏輯驗證過程描述

4 結(jié)語

本文針對ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)階段存在的耗時費力并且錯誤率居高的問題，提出了一種優(yōu)化的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)的解決方案。該解決方案從最原始的數(shù)據(jù)開始，通過建立數(shù)據(jù)有向圖模型，完成ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，并結(jié)合布爾表達式實現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)和ATS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的校驗，方便聯(lián)鎖應(yīng)用數(shù)據(jù)的正確生產(chǎn)，節(jié)省人工，縮短工期。經(jīng)實踐驗證，該解決方案極大地保證了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的自動化和可靠性。今后還可在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的過程中結(jié)合大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進一步降低錯誤發(fā)生的概率。