ATS系统概述论文

轨道交通学院轨道工程概论论文ATS系统概述人员：姓名学号主要工作组长：杨凯旋1111511130资料整合组员：倪智敏1111511117书面资料查询黄心怡1111511110互联网资料查询董业辉1111511105答辩文稿准备张韋昊1111511134资料筛选2012.1.13目录一、关于ATS系统的认识与主要功能二、CBTC制式下的ATS子系统研究1 CBTC信号制式的主要特点2 基于CBTC的ATS子系统结构3 基于CBTC的ATS子系统主要功能特点三、上海地铁1号线ATS子系统简介（例）四、地铁信号系统常见的联锁故障及安全隐患研究五、结束语信号技术ATS系统概述摘 要: 基于通信的列车控制系统( CBTC) 给城市轨道交通信号制式带来了巨大的变化, 而这种变化也对城轨信号系统的各个子系统均产生了影响; 通过与传统轨道电路制式的信号系统进行比较, 探讨了CBTC制式下ATS子系统的主要结构、功能以及特点。关键词: 基于通信的列车控制系统; 列车自动监控; 城市轨道交通信号系统在城市轨道交通信号系统的设备选型中, 基于通信的列车控制系统( CBTC ) 逐渐成为建设方的主流选择。CBTC制式的信号系统, 利用现代通信技术, 保持车地的连续通信, 通过对列车位置的连续跟踪定位来对列车间隔以及运行轨迹进行控制。相对于传统的以轨道电路为基础的信号系统,CBTC 对整个信号制式带来了巨大的变化, 对信号系统的各个功能部分均产生重大影响。作为ATC系统中负责综合监控与调度指挥的ATS 子系统,在这种新型制式下有怎样的系统结构、系统功能,有哪些不同的特点, 是一个值得探讨的问题。一、 列车自动监控子系统（ATS） ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能： （1）通过ATS车站设备，能够采集轨旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。 （2）根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。 （3）列车识别跟踪、传递和显示功能。系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车地通信向ATS发送识别号等信息。 （4）列车计划与实迹运行图的比较和计算机辅助调度功能。能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。 （5）ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。 （6）在计算机辅助下完成对列车基本运行图的编制及管理，并具有较强的人工介入能力。通过设在车辆段的终端，向车辆段管理及行车人员提供必要的信息，以便编制车辆运用计划和行车计划。 （7）列车运行显示屏及调度台显示器，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。 （8）能在中央专用设备上提供模拟和演示功能，用于培训及参观。能自动进行运行报表统计，并根据要求进行显示打印。 （9）能在车站控制模式下与计算机联锁设备结合，将部分或所有信号机置于自动模式状态。 （10）向通信无线、广播、旅客向导系统提供必要的信息。二、CBTC制式下的ATS子系统研究1 CBTC信号制式的主要特点CBTC 的基础就是车地连续通信。图1展示了基于无线扩频通信的ATC 系统示意图。图中, 在轨旁一定距离依次布置无线访问接入点( AP) , 在车上为每列车配置车载无线电台。在列车移动过程中, 车地一直保持通信连接并通过地面设置的应答器, 以及车载测速传感器, 来形成对列车自身的精确定位。地面区域控制器, 通过全面分析各列车位置以及地面线路状况, 确定每列车运行的安全区间, 从而实现了对列车运行的安全防护。图1 无线通信CBTC 系统结构示意图区别于传统的以轨道电路为基础的ATC 系统,CBTC制式下的ATC 系统在许多方面有了巨大变化:1. 提供连续的车地通信。2. 对列车进行精确定位。3. 不再依赖于固定闭塞方式行车, 可以通过对前车位置的动态跟踪, 将列车运行的安全区间动态调整, 实现移动闭塞方式行车。4. 由于车地的连续通信, 可以将列车运行状态实时传递到控制中心, 也可以将控制中心的运行指令实时传递到车载设备。5. 大多具备人工监督下的列车自动运行或无人列车自动运行功能。2 基于CBTC的ATS子系统结构在CBTC 制式下, 不同厂家ATP /ATO 设备的构成有很大区别, 有的厂家为整条线路配备1 2套地面区域控制器, 有的厂家则为每个设备集中站(有岔站) 配备1套地面区域控制器。有的区域控制器设置在调度中心, 有的区域控制器设置在车站, 这就造成了ATS与ATP /ATO 系统进行接口时, 有多种形式。本文基于每个设备集中站配置1套区域控制器的ATP /ATO 系统模式, 描述CBTC制式下的ATS系统结构。21调度中心系统调度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。1. 应用服务器。为双机热备系统, 是调度中心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; 另一方面, 应用服务器根据接收到的列车报点信息进行偏移计算和计划调整, 并将调整指令发送到车载ATO执行。2. 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。3. 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, 以及对运行计划进行人工调整。4. 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。5. 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音或文字告警,存储站场运行历史记录并提供回放功能。6. 时刻表编辑工作站。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。7. 接口通信服务器。为ATS与信号外系统的通信接口, 包括与综合监控系统、通信系统、广告系统等接口, 向外提供列车位置、广告信息, 接收外系统时钟、供电臂状态信息等。8. 仿真培训服务器及工作站。通过对站场信号设备以及列车运行的仿真, 对现场C I以及ATP /ATO 系统进行仿真替代, 在此基础上提供对ATS系统的测试, 对新编制计划的仿真运行以及对调度人员的培训。22 车站系统车站系统按照设备集中站, 非设备集中站, 车辆段具备不同的系统结构特点。1. 设备集中站。主要由ATS分机以及车站现地控制工作站组成。ATS分机是设备集中站的核心设备, 负责与车站联锁系统、车站ATP系统、发车指示器( DT I) 进行接口, 还负责将联锁采集的表示信息, 以及车站ATP设备传递过来的列车位置、状态等信息传递到调度中心ATS系统。同时,车站ATS分机还要将调度中心传递过来的进路指令及列车运行指令, 通过联锁和ATP 系统传递到地面和车载设备。另外, ATS分机需要具备本地计划存储功能, 当中心ATS与车站ATS中断时, ATS分机能够按照预定的计划继续生成指令控制地面和车载设备。车站现地控制工作站主要提供基本的站场信号设备状态监视及站控模式下的人工操作功能, 区别于传统的联锁上位机, 允许提供邻站透明、车次号的显示、列车运行状态及临时限速等ATP 相关功能。2. 非设备集中站。非设备集中站也由ATS分机以及车站现地控制工作站组成。但ATS 分机只是一个经过功能裁剪的轻量级的分机。非设备集中站的ATS分机不需与联锁和ATP设备接口, 只需要完成发车指示器( DT I) 信息内容的计算驱动,另外负责车站现地控制工作站与中心以及其他系统数据的转发。非设备集中站的现地控制工作站也较设备集中站的现地控制工作站简单, 主要是提供站场以及列车车次号监视功能, 另外提供基本的扣车、跳停办理等功能。由于非设备集中站设备功能简单, 根据不同的应用要求, 可以考虑省略掉分机系统, 将现地控制工作站与设备集中站分机相连, 而DT I则由现地控制工作站驱动。3.车辆段。车辆段设备包括ATS分机、车站现地控制终端及派班终端。车辆段不纳入正线统一的按照计划作业自动进路办理流程，这里ATS分机只与连锁接口，提供车辆段人工操作指令处理，并将车辆段战场表示信息传递到中心ATS。车站现地控制工作站能够提供车辆段以及与相邻车站的透明显示，允许进行相应的人工作业办理。派班终端通过与中心ATS交互，获取列车运行计划，生成司机出乘计划，并将了、机车运行计划上传到中心ATS系统。3 基于CBTC的ATS子系统主要功能特点 在CBTC制式下，ATS子系统的有些功能继承了基于轨道电路制式的功能，有些则有了较大的变化。下面主要从信息显示、站场控制、列车跟踪与控制、运行计划管理、系统仿真以及后备系统6个方面来探讨ATS系统主要功能与特点。3.1 信息显示 信息显示是ATS系统最基本的功能。CBTC下，ATS显示的信息内容主要可以分为两部分。一部分是地面设备状态，这部分信息主要从联锁子系统获取，包括道岔的定反位、信号灯光颜色、遗迹道岔和区段的占用锁闭状态。另外，地面状态还包括：站台设备的相关信息、紧急停车按钮状态、站台扣车按钮状态、屏蔽门状态、调度员对站台的相关操作以及行车的状态记录等。另一部分就是列车相关的信息，包括列车的车次号、所在的位置、列车当前的驾驶模式、运行速度、下站是否停车等相关信息。 由于不再基于轨道电路进行行车，在移动闭塞模式下，对列车的表示方式也将有很大的不同。传统上对于列车的表示主要是以轨道电路的占用为基础，一个连续区段的红光带占用，表示一列车；现在，ATS系统需要根据ATP收到的列车位置信息在逻辑区段轨道数据库中进行定位，根据偏移以及方向，对列车进行描述。具体的表示方式，可以以人工划分的小区段，通过连续占用的小区段来表示一列车，也可以通过完全以坐标偏移为基础进行精确的列车描述。图2示意了一种基于精确位置计算的列车表示方式。 图2 一种CBTC 列车的表示方式3.2 站场控制 CBTC制式下的站场控制模式同基于轨道电路的ATS一样, 分为调度中心控制(遥控) 和车站现地控制(站控)。在遥控下, 可以采用按照计划自动办理进路的方式, 也可以采用人工直接办理的方式; 在站控下, 则只以人工方式进行控制办理。主要的控制功能包括: 排列、取消进路, 信号重开, 引导总锁, 总人工解锁, 道岔单操, 道岔单锁, 对信号机、轨道区段、道岔的封锁, 以及站/遥控切换, 自动进路设定和取消, 自动折返的设定和取消, 扣车、跳停和临时限速的操作。在CBTC模式下, 根据厂商设备的不同, 可能会增加防护区间的设定与取消, ATP设备初始复位等相关操作。33列车跟踪与控制相对于传统基于轨道电路的ATS, CBTC 制式下的列车跟踪与控制功能是变化比较大的一块。在基于轨道电路的ATS 中, ATS 主要是根据联锁传递上来的轨道电路占用与出清状态, 以及相应的列车计划信息, 来形成对列车车次的识别、跟踪、校核和报点。 在CBTC 制式下, ATP子系统直接向ATS子系统报告精确的列车在线位置信息。这样, 一方面,ATS对列车的跟踪功能变得相对简单, 主要是将各个区域控制器报告的列车信息进行汇总; 另一方面, 由于存在车地连续通信, 对列车的控制要求更加灵活, 这就需要ATS必须对每列车进行更加紧密的跟踪, 根据列车当前所在的位置以及运行状态, 及时将运行计划信息以及相关的调度指令发送到车载设备。图3描述了列车跟踪与控制模块的运转逻辑。34 运行图管理运行图管理包括基本图的编制, 日班计划的生成与下达, 人工与自动计划调整, 实迹运行图的生成、保存以及历史查询等功能。在日常作业中, 处理各种运行事件, 对运行计划进行调整, 是调度工作的主要部分。在特定条件下实现列车运行计划自动调整, 以减轻调度员劳动强度, 是ATS 智能化的一大体现。图3 列车跟踪与控制模块框图在CBTC 制式下, 由于作为被控对象的列车与地面可以保持实时联系, 其报告的相关信息, 如位置、停稳以及速度等更加详细和精确, 这就对ATS的自动调整功能提出了更高的要求。35 系统仿真系统仿真是通过对ATC 底层系统的模拟, 接收ATS的指令并向ATS系统反馈相应的状态, 来达到系统测试、调试、人员培训等目的。由于仿真系统就是对ATC 底层设备的模拟, 那么底层设备制式的变化, 也就决定了仿真系统的变化。在轨道电路制式下, 仿真系统以轨道电路为基础, 实现对站场设备信号状态的输出、进路办理,以及以轨道电路占用出清的方式, 对列车运行进行模拟。在CBTC 制式下, 车站内依然可以按照传统方式进行站场信号设备状态的输出。但在区间, 则需要对虚拟区段进行考虑。对列车模拟时, 也不能再依赖于轨道电路, 而必须建立以轨道数据库为基础的列车移动, 而且还要求能够实时接收ATS的指令并进行相关处理, 这都是与传统轨道电路制式下的ATS仿真系统不同的地方。36后备系统虽然单独的CBTC 系统能够完全满足所有的运输作业要求, 但出于城市轨道交通大容量紧张运输对设备高可靠性的考虑, 在建CBTC 系统均配有后备系统。所谓后备系统是指在现有CBTC 基于通信的列车位置检测系统之外, 另外配备的一套以传统方式（如轨道电路或者计轴设备) 进行列车位置检测的系统。在这套系统的支持下, 能满足在CBTC 系统部分或者全部故障, 或者未装载通信设备的列车进入线路时, 保证整个ATC 仍然能够正常运转。 由于后备系统的加入, 使得基础的信号制式更加复杂, 它不单纯是传统的由轨道电路或者计轴设备提供的固定闭塞方式, 或者单纯是基于通信的移动闭塞方式, 而往往是2 种方式的混合。因此,ATS需要面临如下的功能处理:1. 将CBTC 模式下的设备状态及后备模式下的设备状态均能够显示出来。2. 区分当前的系统模式, 并在不同的模式下向调度员提供不同的操作功能, 以及对地面和车载设备提供不同的指令。3. 在支持混运的系统制式下, 需要考虑在车次跟踪与控制部分能够识别出处于不同制式的列车, 并且能够考虑到列车在基于通信方式运行和基于后备系统运行切换过程中, ATS 对其的切换跟踪。三、上海地铁1号线ATS子系统简介（例） 上海地铁一号线的ATS子系统主要负责以下功能：跟踪列车、调度列车、维护列车运行时刻表、显示系统状况、显示并记录报警信息，统计汇编、仿真与诊断。该系统由位于控制中心的一个基于计算机的ATS子系统（以下简称CATS）、现场ATS设备和车载ATS设备组成。1.CATS系统的构成 CATS系统的硬件组成如图7-18所示。四、地铁信号系统常见的联锁故障及安全隐患研究 地铁信号系统联锁故障可分为由人员原因所引起的和由设备原因所引发的。就信号系统出现的联锁故障分类表现，如图2所示，可以得出引发地铁信号故障的原因中设备原因占主导地位。在地铁列车日常运行中，一定重视安全隐患的排除，减少联锁故障的发生，包管列车正常运行。 2.1设备原因使得信号系统联锁故障时的情形 由于在不一样原因引起的信号系统联锁故障有不一样的表现现象，也会使得不一样的后果，所以必要对这些设备故障分开研究。 信号故障着重体现在信号不开放，信号灯灭，信号灯表现错误等；进路故障出现时使得进路不解锁、进路不触发或是进路不排、错排；调集故障出现时表现为调集失控、无信号大概调度电话故障；道岔故障现象为道岔不转换或不密贴；表现故障着重体现在调集表现故障。 2.2常见地铁信号系统联锁故障的安全隐患研究 地铁信号系统安全隐患监测现有ATC、SCADA、FAS、BAS等系统集成，可从车、环、设备三个方面进行全面监测，地铁信号系统联锁故障只是地铁信号系统故障的一种，相比常见地铁信号系统联锁故障的安全隐患研究，必要经过不一样故障研究具体研究其大概引发的原因，分别加以防患。 信号故障引发原因或者是指示器接触不良、继电器接触不良或闭塞、接点虚焊等；进路故障发生主要原因是继电器出现故障、联锁设备故障、或是软件程序出现难题、或是ATS故障引起；表现故障原因主要有通信链路的故障、交流主机箱故障或是软件难题引起表现盘故障。 针对不一样的故障，关注地铁信号系统联锁故障发生的安全隐患，日常检修时要注意此方面的监测FD专家系统根据检测数据及设备运行知识（知识是人类生产和生活经验的总结）库资料进行研究，推理机及时作出故障诊断及故障原因研究，故障诊断专家系统提出故障处理策略。 三、联锁故障发生时安全行车的保障 由于这些年以来地铁作为缓解城市交通拥挤的可行交通工具，其运行密度越来越大列车间的间隔也就越来越小，在这种情况下，咱们不得不重视联锁区段内发生信号系统故障后行车安全的确保。图3为联锁故障发生后列车安全运行研究。 3.1局限行车速度，提升驾驶人员的专业