（交通信息工程及控制专业论文）城市轨道交通ATS关键技术及仿真平台研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 刿车皇动监控( a t s ) 主要实现对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人 员对全线列车进行管理，它在提高运输效率和保障运行安全方面起到了极其 重要的作用。直以来，系统仿真技术和列车自动调整算法都是a t s 系统研 究的热点，建立系统仿真平台对a t s 系统的研究开发有着重要的意义：1 ) 基 于安全性和经济性的考虑，要想客观、真实地评估一套列车自动监控系统和 方便地对工作人员进行培训，就需要一个a t s 仿真平台。2 ) a t s 仿真平台直 观地展现了列车运行的全过程，利用这个平台可方便地对其中的一些关键技 术( 如列车自动调整算法) 进行研究。 论文首先介绍了列车自动监控系统( a t s ) 的概念和功能，并对其系统功能 进行了分析，在此基础上对其中的一些关键技术，如列车运行时刻表管理技 术、列车运行图生成技术、列车运行调整策略和列车车次号跟踪等技术进行 了详细地讨论与分析。运用统一建模语言( u 】迈l ) 建立了列车自动监控( a t s ) 仿真系统的用例图、类结构图和关键部分的序列图及状态图，设计了a t s 仿 真系统的总体结构和完整的数据结构及数据字典定义，然后给出了整个系统 的功能框圈和运行流程图。由于a t s 系统具有离敖系统的典型特征，应用离 教系统的仿真方法，对a t s 仿真系统中的列车状态管理模块、进路搜索模块、 列车运行调整模块、列车时刻表管理模块、通信模块和界面图形更新模块等 做了系统集成。然后，运用v c + + 6 0 编程环境和a c c e s s2 0 0 3 数据库对仿真 系统的部分功能做了仿真。 最后，论文指出了工作中的些不足，并对以后的研究方向做了简要的 讨论。 关键词：城市轨道交通；列车自动监控；a t s ；离散系统仿真 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a b s tr a c t t h em a i nf u n c t i o no f a t si st os u p e r v i s ea n dc o n t r o lt r a i nr u n n i n g ，a l s o a t s c a nh e l pt r a i nr e g u l a t i o nw o r k e r st om a n a g ea l lt h et r a i n so nl i n e ，s oa t ss y s t e m p l a y s a l li m p o r t a n tr o l ea t i m p r o v i n gt r a n s p o r te f f i c i e n c ya n de n s u r i n gt r a i n r u n n i n gs a f e t y a l la l o n g ，s y s t e ms i m u l a t i o nt e c h n o l o g i e sa n dt h ea l g o r i t h mo f a u t o m a t i ct r a i nr e g u l a t i o na r eb o t hr e s e a r c hh o t s p o t so f a t s ，i ti sv e r yi m p o r t a n t t ot h ed e v e l o p m e n to fa t ss y s t e mb ys e t t i n g u pa na t ss y s t e ms i m u l a t i o n p l a t f o r m 1 ) i fw ew a n tt oa s s e s sa na t s y s t e mt r u l ya n dt ot r a i nt h ew o r k e r s c o n v e n i e n t l y , a n da l s ow es h o u l dc o n s i d e rs e c u r i t yf o rt r a i nr u n n i n ga n d e c o n o m i z e r , w en e e da na t ss i m u l a t i o np l a t f o r m 2 ) w i t ht h ea t ss i m u l a t i o n p l a t f o r mw ec a t ls e et h ew h o l et r a i nr u n n i n gc o u r s e s ow ec a ns t u d ys o m ek e y t e c h n o l o g i e ss u c ha st h ea l g o r i t h mo f a u t o m a t i ct r a i nr e g u l a t i o nb yt h a t i nt h i s p a p e r , f i r s t l y i ti n t r o d u c e st h e c o n c e p t i o n sa n df u n c t i o n so f a u t o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ( a t s ) ，a l s oa n a l y s e si t ss y s t e mf u n c t i o n s ，b a s e do n t h a ta n a l y s e sa n dd i s c u s s e ss o m ec r u c i a lt e c h n o l o g i e so fi ti nd e t a i l ，s u c ha st i m e t a b l em a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , t h ea u t o * g e n e r a t i n go ft r a i nr u n n i n gm a p ，t h e a l g o r i t h mo fa u t o m a t i ct r a i nr e g u l a t i o na n dt h ea u t o - t r a c k i n go ft r a i ni dn u m b e r s t h e ni tb u i l d st h eu s ee a s ed i a g r a m ，t h ec l a s sd i a g r a mo ft h ee n t i r ea t ss i m u l a t i o n s y s t e ma n dt h es t a t ec h a r td i a g r a m ，t h es e q u e n c ed i a g r a mo ft h ek e yp a r to fa t s s i m u l a t i o ns y s t e mu s i n gu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e 娜m l ) ，a n dd e s i g n st h e w h o l em o d e la n dt h e i n t e g r a t e dd a t as t r u c t u r e ，d a t ad i c t i o n a r yo ft h ea t s s i m u l a t i o ns y s t e m ，a l s os h o w so u tt h ew h o l e s y s t e r nf u n c t i o nf r a m ef l o wc h a r ta n d t h es y s t e mr u n n i n gf l o wc h a r t b e c a u s ea t ss y s t e mh a st h et y p i c a lc h a r a c t e r so f t h ed i s c r e t es y s t e m ，t h ep a p e ru s e st h es i m u l a t i o nm e t h o d so ft h ed i s c r e t es y s t e m t oi n t e g r a t et h ef u n c t i o nm o d e l ss u c ha st r a i ns t a t u s m a n a g e m e n tm o d e l ， t r a i n - r o u t i n gs e a r c hm o d e l ，t r a i nr u n n i n gr e g u l a t i o nm o d e l ，t r a i nt i m et a b l e m a n a g e m e n tm o d e l ，c o m m u l a t i o nm o d e la n dg r a p hu p d a t i n gm o d e lo ft h ea t s s i m u l a t i o ns y s t e m 。t h e ni ts i m u l a t e sa p a r to ff u n c t i o n so ft h ea t ss i m u l a t i o n s y s t e mw i t hs o f t w a r ev c h 6 0a n dd a t a b a s ea c c e s s2 0 0 3 i nt h ee n d ，i ti sas u m m a r yo ft h ee n t i r ep a p e r , a n da tt h es a m et i m ei t d i s c u s s e st h ef u r t h e rs t u d yp r o b l e m sb r i e f l 梦 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 il 页 西南交通大学曲甯爻遗大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权珏南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密酉，使用本授权书。+ ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：司澎谚 日期：c $ - 。，彩 指导老师签名： 日期：。o ，a 6 t6 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学馒论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创薪点如下： 1 运用统一建模语言( u 】l ) 设计了a t s 仿真系统的结构，运用v c + + 6 0 编程环境和a c c e s s2 0 0 3 数据库对仿真系统的部分功能做了仿真。 2 运用离散系统仿真的方法实现了a t s 仿真系统各个模块的集成。 匿南交通大学硕士研究生学位论文第1 贞 1 。1 。选题背景 第1 章绪论 铁路自从1 8 2 5 年在英国诞生以来，至今已经走过了1 8 0 多年的历程，实 践证明它对世界经济的发展起了举足轻重的作用【l 】。随着世晃经济的高速发 展，城市化进程不断加快，城市人口急剧膨胀，城市内部和城际之间人员流 动加快，这给城市公共交通带来了极大的压力，现在许多大中城市都出现了 出行难的状况，由此可见仅凭大中城市的公交车体系已经不能满足人们的出 行需要。况且近年来油价不断攀升，甚至有许多城市出现了油荒，这就使得 越来越多的城市开始转向运力大而且清洁节能的城市轨道交通建设。近几年， 我国对管理体制、投资方向、如何降低工程造价、技术难题公关以及设备国 产化方面做了大量的研究并取褥了突破性进展，使褥城市轨道交通王程造价 不断降低，筹措建设资金的能力逐步增强，已经具备了大规模修建城市轨道 交通的条件。目前，我国1 0 0 万人口以上的城市已发展到4 0 多个，获得城市 轨道建设规划批复的城市已有1 5 个，总长1 4 6 0 多公里，我国的城市轨道交 通建设已经进入了一个快速发展的时期。 轨道交通通信信号系统是轨道交通的耳目，是保证行车安全和提高运输 效率的有力工具，素来被喻为轨道交通的神经系统。从铁路一开始如现，人 们就采用信号指挥列车的运行，从原始的烛光僖号一直发展到以故障一安全 为中心的轨道交通信号技术设备，但由于影响轨道交通运输安全的因素相当 复杂，所以信号系统的研究仍是一个长期性、艰巨性的任务【2 】。 随着通信技术( c o m m u n i c a t i o n ) 、控制技术( c o n t r 0 1 ) 和计算机技术 ( c o m p u t e r ) 的发展，3 c 综合技术已成为了轨道交透信号控制发展的基础，轨 道交通控制正向着智能化、信息化的方向发展f 3 】。以往铁路信号系统是沿用视 觉信号传递的方式，列车运行安全很大程度上操纵在司机手中，当轨道交通 运输发展到高速、高密和重载的情况时，增大了识别信号和驾驶列车的难度， 甚至会发生冒进信号的事故。这就出现了列车自动控倦i j ( a t c ，a u t o m a t i ct r a i n c o n t r 0 1 ) 系统，它是一种对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系 统。其特征为列车通过获取地面信息和命令，来控制列车运行，并调整与前 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 行列车之间的距离。a t c 系统对提高铁路运营效率和行车安全起到了重要作 用，是未来轨道交通控制技术的发展方向。 保证行车安全和提高行车效率永远都是轨道交通控制系统的发展耳标， a t c 系统也不例外，它包括三个子系统，列车自动防护( a t p , a u t o m a t i et r a i n p r o t e c t i o n ) 子系统、列车自动运行( a t o ，a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ) 子系统和列 车自动监控( a t s ，a u t o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ) 子系统。a t p 予系统是a t c 的核 心组成部分，主要对列车驾驶进行防护，对与安全有关的设备或系统实行监 控，实现列车间隔保护、超速防护等功能；a t o 子系统主要用于实现用地面 信息对列车驱动和制动的控制；a t s 予系统主要实现对列车运行的监督和控 制，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理，功能主要有控制列车进路、 管理列车时刻表、记录列车运行相关信息、显示并记录报警信息和统计汇编 垒塞【4 】 寸a 系统仿真就是利用系统模型对实际系统进行研究的过程，它可以在不破 坏真实系统环境的情况下，用构造模型来代替实际系统进行试验，从而客观、 真实地评价系统的性能【5 】。仿真作为一门综合性的学科已有5 0 多年的发展历 史，其间经历了物理模型仿真、模拟计算机仿真和数字计算机仿真。由予仿 真用模型来替代实体微实验，因此，它具有经济、安全、实验周期短等特点。 这些特点使得仿真技术作为种分析、设计系统及训练人员的有力工具，已 广泛应用于各种领域。当今信息化技术飞速发展，轨道交通控制系统中技术 更新也日新月异，基于安全性和经济性方面考虑，若要全诼估计、评价一项 新技术或一个系统的性能，就需对系统创建仿真模型，并用计算机来仿真实 现。 1 。2 国内外研究现状 国内对a t s 仿真系统的研究相对来说较少 6 , 7 1 ，大部分文献都是针对列车 运行仿真【油】的研究，虽然在仿真方法上二者有相通之处，但a t s 系统无论在 功能上还是系统构成上都与列车运行系统不同，所以列车运行仿真的研究成 果不能直接应用于a t s 仿真系统。对a t s 系统来说，国内学者主要研究了列 车运行图的计算机生成和列车自动运行调整算法【l 叫2 1 ，对予a t s 系统整体仿 真涉及较少。 a t s 系统是一种的离教系统f 1 3 】，对于这类系统的仿真国内学者提出了多 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 种仿真的方法【1 4 1 ，主要有事件调度法、活动描述法和进程交互法三种。这三 种方法各有优缺点，总体来说，事件调度法更加灵活，应用范围更广。在仿 真进程管理孛，仿真时钟极其重要，它主要分为面向时阈闻隔和面向事件两 种时钟推进方式，当相继两个事件出现较密集时，应采用面向时间间隔的时 钟推进方式，相反，则适合采用面向事件的时钟推进方式。 在a t s 仿真系统的实现上，主要是采用模块化设计方法【| 5 4 7 1 ，根据a t s 系统的功能，把它划分为不网的功能模块，进而分模块仿真实现。文献【7 】在 对城市轨道交通a t s 系统进行运营需求分析的基础上，划分了系统的功能模 块，为本文鲥s 仿真系统模块的划分提供了理论基础。在站场图设计和实现 上，采用了组件化设计的思路【l 引，由予不同列车运行线路的站场图在某秭程 度上有很大的相似性，采用这种方法，可以通过简单的拼图操作来完成站场 图的绘制，大大缩短了a t s 仿真系统的开发周期，本文在设计站场的时候借 鉴了这种方法。 分析以上文献可见国内的学者对鲥s 系统仿真做了大量的研究，但随着 信息技术的飞速发展，轨道交通技术也会不断地发展，况且在列车控制技术 方面，我国还和国外有定的差距，所以国内同行还要再接再厉，尽早实现 我国轨道交通的现代化。 在列车控制领域，国外的研究比我国起步要早，技术也要比我国成熟， 有很多我们可以借鉴的方面。国外技术研究的特点有两种；一是注重工程的 应用【1 叼h ，从文献来看，基本上每项新技术都是得到了应用；二是注重仿真 软件设计的人性化f 2 2 2 3 1 。但我们借鉴国夕 经验时，必须和我国的国情相结合， 毕竟我国的轨道交通体系和国外有很大的区别。 日本东芝公司m k a n a y a m a 等人设计了一种新的a t c ( a u t o m a t i ct r a i n c o n t r 0 1 ) 系统仿真器，这种仿真器不仅适合多种线路类型，还具有人王驾驶模 式和自动驾驶模式两种仿真功能。文章给出了这种仿真器的函数结构框图， 并对函数功能和实现方法做了详尽阐述，最后对实例进行了仿真研究。美国 弗吉尼亚大学m a r ce m o n f a l c o n e 等人指出任何列车控制模型都必须具有高 度的安全性，并给感了种基于a s c a p ( a x i o m a t i cs a f e t y - c r i t i c a la s s e s s m e n t p r o c e s s ) 方法的列车控制仿真模型。实践证明，这是一种行之有效的方法。d i c k m i d d e l k o o p 等人设计了一个名为s i m o n e 的仿真系统，利用它可生成、仿真和 分析复杂的列车运行网络。它的作用有；1 ) 评估时刻表的健全性。2 ) 检测列 车运行网络的稳定性，并分析列车晚点的原因。3 ) 改进列车时刻表。4 ) 发现 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 和找出影响列车正常运行的瓶颈。英国伦敦皇家学院k y r i a k o s i s i n a k o s 等人 给出了一种轨道交通仿真模型，这种模型包括一个实体编辑器和一个模型规 划编辑器。实体编辑器的作用是可让用户方便的定义、创建和编辑实体，这 些实体是组成系统的元素，诸如信号机、轨道、渡线、道岔等；模型规划编 辑器则是辅助生成轨道网络。这种方法使得仿真软件更加智能化，入机接口 更加人性化。 1 3 论文的主要内容 本文意在建立一个a t s 仿真平台，并对它的一些关键技术进行仿真，所 以侧重于仿真方法的讨论和仿真系统的实现。本文首先根据面向对象的建模 思想，运用统一建模语言( u m l ) 对a t s 系统进行了建模，而后对a t s 仿真系 统进行了总体设计，给出了系统的整体功能图和运行流程圈，设计了a = i s 仿 真系统的数据库。对艘s 仿真系统的仿真方法作了深入的讨论，并详细探讨 了仿真系统中些关键模块( 站场数据库管理模块、列车时刻表生成模块、列 车运行图模块等) 的设计过程；最后在对仿真系统的模块进行了深入分析的基 础上，应用v i s u a lc + + 6 0 编程环境和a c c e s s2 0 0 3 数据库对一些模块徽了初 步实现。 第一章主要介绍选题的背景、国内外研究现状和选题的意义。 第二章主要介绍列车自动监控( a t s ) 的定义、结构和功能，对a t s 中所涉 及到的一些关键技术( 如列车运行调整、列车时刻表管理技术等) 做了详细讨论 和分析。 第三章主要讨论了a t s 仿真系统建模及总体设计的问题。 本章从系统功能、结构和数据流的角度考虑，运用统一建模语言( u m l ) 建立了仿真系统的用例图和类结构图和关键部分的序列图及状态图，并给出 了整个仿真系统的功能结构图和运行流程图，根据站场的特点，设计了站场 数据的存储结构，然后，给蹦了仿真系统数据库的结构。 第四章主要讨论了a t s 仿真系统的仿真方法和仿真系统功能模块的程序 实现。 本章根据离散系统仿真学方法，对a t s 仿真系统的功能模块进行了集成， 并运用v c + + 6 0 编程环境和a c c e s s2 0 0 3 数据库对a t s 仿真系统做了部分仿 真。 ， 西南交通大学硕士磷究生学位论文第5 页 最后，指出了本文中存在的一些不足和今后王作的方向。 1 。4 。选题的意义 ，誉前，雷蠹外列车运营仿真技术酶研究主要是针对铁路交通的模拟糯仿 真，对城市轨道交通仿真的开发和研究相对较少u 棚。况且，当前我国轨道交 通建设进入了快速发展爵期，薪技术和新设备在轨道交通控制系统中不断涌 现，为了对新技术或新设备做出客观、正确的评估，就需要对现实的系统进 行仿真，不仅如此，船s 仿真系统还霹完成对工作入员的培训经务。本文对 a t s 系统进行仿真，初步实现了列车计划时刻表的生成和列车运李亍图的编制， 并且在列车运行阶段，采用了相应的调整策略对列车进行实时调整，这样即 可实现计算机自动绘制计划时刻表和运行图又可为列车谲整算法的研究提供 平台。 在系统仿真方法上，本文采用了面向对象的愚想和碘暖乞工具对a t s 仿 真系统进行建模，应用模块化的设计思路设计了仿真系统的功能模型；考虑 到a t s 系统又其有离散系统的典型特征，放应用离散系统仿囊学的方法对 a t s 仿真系统的功能模块做了集成，可为此类系统的仿真提供参考。 讴南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章列车自动监控系统( a t s ) 及其关键技术 2 1 列车自动监控( a t s ) 系统概述 城市轨道交通具有运行密度大和运行速度快的特点，以往依赖色灯信号 机的颜色来区分速度等级，靠司机嘹望信号人工控制车速的传统运行方式已 经不能适应当黼的需要，取而代之的是以鳓车速度自动控镧为中心的列车运 行控制( 篱称a t c ：a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) 系统。a t c 系统主要控制列车运行， 引导列车完成各项操作并确保运行安全，它包括兰个子系统：列车自动防护 ( a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ，简称a t p ) ；列车自动运行( a u t o m a t i ct r a i n o p e r a t i o n ，简称a t o ) ；列车蠹动监控( a u t o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ，简称a t s ) 。 列车自动监控( a t s ) 子系统主要实现对列车的监督和控制，辘助行车调度 人员对全线列车运行进行管理。它给行车调度人员显示出全线列车的运行状 态，监督和记录运行图的执行情况，在列车因故偏离运行图时，及时做出反 应f 提出调整建议或者修正运行 ) 1 2 4 1 。 。 。， 2 2 列车自动监控( a t s ) 系统的结构 a t s 系统是基于现代数据通信网络的分布式实时计算机控制系统，通过 与列车自动防护( a t p ) 和列车自动驾驶( a t o ) 子系统的协调配合，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。a t s 系 统可看作是整个城市轨道交通系统的运营核心，负责监视和控制线路中所有 列车的运行状态。 a t s 子系统主要由符车调度中心的中央a t s 系统、主设备站的本地a t s 系统和车库的列车a t s 系统构成1 2 5 1 ，图2 1 和图2 - 2 分别显示了控制中心a t s 系统结构和主设备站的本地a t s 系统结构。a t s 系统配置为多层体系结构， 控制中心( 0 c c ) 的中央a t s 处于缩构翰高层，车站懿本地解s 爨| j 处于结构的 底层，与处于本地的蔫置机、联锁机及a t p a t o 地面设各进行通信。当中央 a t s 故障时，本地a t s 能够接管中央a t s 的部分工作，并能实现联锁系统上 位机( m m i ) 的全部功能。位于控制中心的a t s 系统可完成对全线列车的控制 功能，实现剜车时刻表管理、列车运行调整以及列车故障记录积报警等功能， 还可对列车进行识别和跟踪，并在大屏幕上显示。本地的a t s 系统可接收控 制中心a t s 的信息编码，而后译码来控制列车的停站时间等，还可完成旅客 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 向导、列车目的地显示等功能。列车a t s 系统负责接收、存储、发送列车信 息，实现列车的跳停、运行等级和车门开关控制等作用。 由图2 - 1 可以看出控制中。l , ( o c c ) 由不同的操作员工作站( 调度工作站、 时刻表工作站及维护工作站) 、中央冗余a t s 服务器、培训设备及必须的通信 设备等组成。中央a t s 与车站a t s 的前置机进行通信，获取所有信号设各的 状态数据信息并把调度命令发送给车站信号设备。另外，中央a t s 执行主要 功能时，均要通过车站a t s 发送命令到信号系统。每个设备集中站包括1 套 冗余的车站a t s 服务器、车站控制工作站以及一些必须的通信设备。车站a t s 服务器通过冗余的高速串行通信链路连接到车站计算机联锁( v p i ) 和车站 a t p a t o 地面设备。车站所有的计算机通过2 个1 0 0 m 的以太网交换机连接， 并由串口切换器自动管理通道的切换。车站a t s 将执行车站调度员发出的本 地命令，同时把车站的信号设备状态传输到控制中心a t s 。 a t s 系统的运行模式可分为三种口町：中央自动控制模式( c a ) ，中央人工 控制模式( c m ) 和现地控制模式( l c ) 。每种模式都代表操作对给定车站和归属 控制地段中的列车运行所采取的控制等级，并且一个车站在同一时间只能处 于一种模式。通常情况下，a t s 系统自动负责运行列车的进路控制、列车跟 踪、运行图编制以及列车运行状态的调整，只有在系统或设备故障时才需要 监控人员的人工介入，因此可及大地降低工作人员的劳动强度，并提高系统 运行效率和自动化程度。 图2 - 1 控制中心a t s 结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 a r f 5 下( ) e ，】、1h f s _ 礅串i l j l 釜j 翟e ) 图2 2 主信号设备站a t s 设备结构图 2 3 列车自动监控( a t s ) 系统的基本功能 由列车自动监控( a t s ) 系统的名称可看出，它的作用有两部分，一是监视 功能，二是控制功能。监视功能是对全线的列车和设备进行监控，监控的重 点是列车运行状态、设备是否正常等；控制功能主要是列车控制，使列车按 时刻表运行，对列车偏离时刻表的情况做出调整，并记录列车运行数据，以 备日后查询。具体的功能分类如下【2 7 】： ( 1 ) 集中控制功能 通过调整列车的停站时间实现对列车运行的调整，在装备有a t o 子系统 的线路上，通过对列车运行速度等级的设置实现对列车运行的自动调整。甚 至在必要时，控制中心的调度人员可按需要设置列车跳停，即命令列车在某 个站或某几个站不停车，来尽快恢复被偏离的运行图。在进路的控制方面， 系统通过列车识别信息和列车所处的轨道区段，自动生成前方道岔区段的进 路控制指令，按照列车的接近条件自动控制道岔转换，开发信号机，运用安 全联锁来实现列车进路的自动排列。 ( 2 ) 集中显示功能 在控制中心内，通过大型的显示屏或值班员的显示终端，可以图形的方 式集中显示现场设备的状态、列车的位置及运行状态、列车的车次号或列车 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 的其他编号。这样，工作人员在控制室内，就可对全线的列车进行监控，可 对列车运行过程中的一些异常事件进行及时地处理。 ( 3 ) 列车运行时刻表管理功能 时刻表通常被安装在控制中心的计算机上，由时刻表编辑员根据客流量 和线路的状况来提供多套不同情况下使用的运行图，并存储在a ：r s 数据库中。 在a t s 中对时刻表的运行状态进行分析，利用车次号和列车位置可以对列车 的计划位置和实际位置进行比较，在发生偏离( 早点或晚点) 时，系统一方面通 过适当的显示通知调度员，另一方面列车自动调整子系统产生相应的纠正措 施，对时刻表进行及时的修正。 ( 4 ) 运行数据记录与统计功能 a t s 系统能够记录大量的与列车运行有关的数据，并可根据用户的需求 把这些记录的事件进行回放。 ( 5 ) 仿真功能 通过仿真手段可离线模拟列车的在线运行，除了与现场之间没有任何表 示信息和控制命令的信息交换外，能够实现在线控制中所有功能的模拟，由 此可对所编制的运行计划和控制算法进行测试，亦可向受训人员提供仿真的 列车控制环境。 2 4 列车自动监控( a t s ) 关键技术分析 a t s 系统主要功能是在线控制，可分为信号控制、列车车次号描述、列 车调整、时刻表控制和列车运行图5 个部分刚。此外，a t s 系统还可管理全线 车辆和交通状况信息，记录列车运行状态以及离线模拟列车运行等。 2 4 1 控制车站信号设备 1 ) 设置控制模式 控制模式是系统控制的首要阆题，可分为站控和遥控两种模式。在站控 模式下，a t s 系统处于运行监督状态，所有对车站信号设备的控制均不起作 用。在遥控状态时，a t s 系统才执行它所有的控制功能。 2 设置终端模式 所谓终端模式是指为列车在有终端折返的车站选择列车折返进路，豢设 定了终端模式和相应的自动信号后，车站信号设备将根据列车的目的地号， 自动为列车排列进路。终端模式可分三种，模式1 ：使用折返线l 进行列车折 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 返；模式2 ：使用折返线2 进行列车折返；模式3 ：使用空闲的折返线( 折返线 l 优先) 进行列车折返，该模式最常用i 3 ) 控制信号枫工作模式 a t s 系统并不直接控制信号机的开放和关闭，信号机是随进路的排定而 开放，随进路的占用而关闭的。系统只控制信号机的工作模式，也即设置或 取消通过信号或自动信号。通过信号，是指以该信号为始端的进路为连续通 过进路，列车通过该进路后，进路将再次自动排列。自动信号，是指以该信 号为始端的进路为自动进路，车站信号设备将根据列车的网的地号，自动为 列车排列迸路。 4 ) 进路控制 a t s 系统不直接控制道岔，丽是通过设置通过信号和囱动信号，由车站 设备自动排列进路。通常情况下，系统通过列车跟踪功能来获得列车识别信 号和列车所处的轨道区段，丽后自动生成列车前方道岔区段的进路控制命令。 2 4 2 列车车次号的跟踪 轨道交通的列车车次号，有的以上行、下行编号，有的以线路的走向， 南、北、东、西编号，也有以列车运行的目的地编号，加上列车出库顺序和 线路编号为列车的车次号，般有5 - 6 位数字组成，前两位为城市轨道交通 的线路编号，3 ，4 位为列车的出库顺序号，最后两位为列车运行的目的地编 号，可为列车自动排列进路提供依据【2 5 1 。例如：车次号为0 1 1 2 1 2 ，代表该列 车为l 号线的列车，它的出库顺序为1 2 ，该列车的目的地是编号为王2 的车站。 列车车次号可作为列车的标识和特定的轨道区段相联系，以便了解列车 在区间运行中的具体位置p 列车车次号是在列车进入转换轨时被赋予的，当 a t s 系统检测到有列车从车辆段进入转换轨时，列车运行监督及追踪( t r a i n m o n i t o r i n ga n dt r a c i n g ，t m t ) 模块马上检查时刻表系统( t i m et a b l es y s t e m ， t t s ) ，在时刻表中查找列车的目的地号、发车顺序等信息，如果当前能查找 到出车计划，t t s 就会发送报文给t m t ，把时刻表中的车次号赋予该列车。 如果时刻表中没有出车计划，t m t 将得不到w s 的响应，它就会自动产生一 个类似予“f x x x0 的错误车次号( x x x 表示当天系统生成的第x x x 个错 误车次) ，然后t m t 会发出报警，调度员可根据运行的需要选择是否修改车 次号。 a t s 系统会自动跟踪列车的运行，对予脱离正常运行线路进入车辆段或 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 维修厂的列车，则停止跟踪，并从时刻表中删除该车的车次号。列车车次号 作为列车的唯一识男l j 号，在系统中与列车绑定，并随列车的移动自动地移动。 2 4 3 列车时刻表管理技术 列车时刻表是地铁运输中十分重要的组成部分，是地铁运营管理的工作 计划及工作基础。列车在运行过程中，依据时刻表来控制速度，在列车偏离 时刻表运行的情况下，调度员还可以透过修正时刻表，来实现对列车的自动 调整运行。时刻表可分为在线时刻表和计划时刻表，在线时刻表是投入在线 控制的时刻表，计划时刻表是准备投入在线控制的时刻表。 萋零数据( b n s i ed a t a ) 冀l 鐾憾撼 薹要l 耋篓l 釜荐 器蚕 时分| 时分l 嵩；l 爵器 剃车运行 时分表f r i 翻车箨蛞 时分表( o ar ) 计竞髓与标准德眈较 量小值计划值訇氍大值 l _ 篓 完成 编译 修改单条运行线数据 笋声 l 存车l 倒 列车逡行圈 ( t ( 汀) 编译 翔车时刻表 ( b t t ) 输入蒸本 数据 输入 段燃 图2 3 列车时刻表编辑过程示意瞬 时刻表控制主要有以下5 种功能，1 建立在线7 计划时刻表：建立计划时 刻表，即选择某一基本时刻表，拷贝到计划时刻表中；建立在线时刻表