地鐵車輛段列車追蹤系統設計與應用

余 剛 孫 旺

城市地鐵車輛段是地鐵車輛停放、管理、解編、編組、檢修的重要基地，是整個地鐵系統的重要組成部分。隨著國內城市軌道交通的迅速發展，配套興建大規模的城市地鐵車輛段，可保證城市地鐵系統安全有效運行。在已開通的地鐵中，絕大多數都可在正線實現列車追蹤。相比之下，由于車輛段信號系統和正線信號系統功能有差異，目前，多數車輛段不具備段內列車自動追蹤功能，車輛段內列車追蹤主要依賴人工手動作業，工作效率較低，不利于車輛段調度管理。以下是影響車輛段調度管理工作的一些常見的不足之處:

1.采用人工方式追蹤列車進行調度，調度人員工作負擔較重，當出現段內多列車同時作業時，其工作效率和可靠性很難得到保障。

2.調度人員通過車輛段聯鎖系統來監控段內信號機、軌道、道岔的狀態，但不能與列車追蹤同步進行，無法實現實時的列車追蹤。

3.正線信號系統無法直接監督段內列車追蹤位置信息。當正線調度人員需要得到某列列車在車輛段內的追蹤位置時，只能通過人工方式聯系車輛段調度人員，查詢相關信息，工作效率較低。

隨著當前城市地鐵運力需求的日益增加，更多的地鐵列車投入運營，車輛段的調度管理壓力也隨之增加，傳統人工列車追蹤方式已經無法滿足需求。針對以上問題，設計研發了地鐵車輛段ATS(列車自動監督)系統。其主要目的是為了實現地鐵車輛段段內列車自動追蹤、段內信號設備狀態同步顯示、正線信號系統對段內列車追蹤遠程監督。

1 系統結構

1.1 硬件組成

車輛段ATS系統主要由2臺互為冗余的服務器、1臺調度室工作站和1臺信號值班室工作站及相關的網絡設備 (如交換機等)組成。服務器及相關網絡設備安裝在機柜中，布置在車輛段的信號設備房中。調度室工作站布置在車輛段調度中心，信號值班室工作站布置在信號樓值班室。

1.2 系統接口

1.物理接口。車輛段ATS系統的2臺服務器可以通過RS-232串行接口與車輛段聯鎖機進行冗余連接，與正線的ATS服務器通過以太網接口進行冗余連接;調度室工作站和信號值班室工作站均通過以太網接口連接。如圖1所示。

圖1 車輛段ATS系統結構圖

2.軟件接口。車輛段ATS系統與正線信號系統、車輛段聯鎖系統之間，通過雙方約定的軟件接口協議進行信息交換，其工作結構采取客戶端/服務器模式。

正線信號系統向車輛段ATS系統提供即將進入轉換軌的列車信息，包括轉換軌ID和列車車組號，車輛段ATS系統向正線信號系統提供信號機、道岔、軌道電路及段內列車追蹤車組號的狀態信息;車輛段聯鎖系統向車輛段ATS系統提供信號機、道岔、軌道電路的狀態信息，車輛段ATS系統向車輛段聯鎖系統提供主時鐘信號。如圖2所示。

圖2 軟件接口信息示意圖

2 系統可靠性措施

車輛段ATS服務器采取雙機熱備的方式提高其自身運行的可靠性。2臺服務器采用串行線做心跳連接，通過心跳數據來確認對方是否在線。服務器ATS程序啟動時首先甄別自己的主備狀態，并與另一臺服務器交換數據，以保證2臺服務器的同步。服務器主備機都能接收和處理來自正線信號系統、車輛段聯鎖系統以及段內工作站的信息，主機可以向外部系統以及段內工作站發送信息，備機不能。當主服務器宕機或切機時，會與備機交換數據并激活備機，以保證系統可以繼續正常運行。

服務器與終端工作站及外部系統之間的物理接口連接均采用冗余配置，提高了硬件通信的可靠性。另外，在2臺車輛段 ATS服務器上均裝有“看門狗”軟件，當ATS主程序出現錯誤或者主備機之間數據不一致時，可以實現程序自動重啟，從軟件方面有效地提高了系統的安全性和可靠性。

3 系統主要功能描述

3.1 車輛段車次追蹤過程及原理

1.列車進入車輛段。當有列車從正線返回車輛段，即將進入轉換軌時，正線ATS服務器向車輛段ATS服務器發送信息，通知車輛段ATS系統即將占用的轉換軌ID號和即將進入的列車車組號。當列車占用轉換軌時，車輛段ATS系統會在相應的轉換軌上生成一個車次窗和一個對應的車組號。如圖3所示。

2.列車在車輛段內運行。當列車在車輛段內繼續運行時，車輛段聯鎖系統將軌道電路、信號機、道岔狀態信息發送給車輛段ATS服務器。車輛段ATS系統主要根據軌道電路的依次占用，來完成車次窗的依次移動。軌道占用前移，車次窗前移。軌道占用后移，車次窗后移。車次窗所在軌道出清，車次窗退回鄰近占用軌道。特殊情況下，車次窗的移動還會參考進路方向。車輛段ATS通過以上方式實現列車在車輛段內的位置追蹤。如圖4所示。

3.列車駛出車輛段。當列車需要進入正線運營，駛出車輛段時，車輛段ATS系統以車次窗加車組號的形式將列車追蹤至轉換軌，當列車完全駛出轉換軌后，車輛段ATS系統將自動刪除相應的車次窗和車組號，本列列車的車輛段追蹤過程結束。如圖5所示。

圖3 列車進入車輛段轉換軌

圖4 列車在車輛段內追蹤

3.2 列車追蹤手動操作

本系統除了可以自動追蹤列車外，還支持人工手動操作，調度人員可以隨時在調度室工作站上對段內列車的車次窗和車次號進行刪除、修改操作，并可以在有列車占用但沒有車次窗的軌道區段上進行車次窗添加操作。

3.3 控制中心對段內列車追蹤遠程監督

車輛段ATS系統可以把當前段內所有信號機、道岔、軌道電路及列車追蹤車次號的狀態信息實時傳送給正線ATS系統，從而正線ATS系統可以從控制中心的大屏幕上很方便地監督位于車輛段內所有列車位置信息及相關信號設備的當前狀態。

圖5 列車駛出車輛段轉換軌

3.4 特殊情況的操作處理

1.編組和解編。編組時，在2輛車占用的區段相連之前，手動刪除這2輛車的車次窗，待軌道紅光帶連續后，再給這條連續的占用區段 (紅光帶)手動賦予一個統一的車次窗，然后2輛列車編組運行，系統可正常追蹤。解編時，在軌道紅光帶“斷裂”前，手動刪除車次窗，列車解編，紅光帶“斷裂”后，再手動分別給2輛車賦予車次窗，系統則可自動完成后續追蹤。

2.無軌道電路區段的列車追蹤。對于沒有軌道電路的區段，無法進行自動車組號追蹤。當列車完全進入該區段后，車次窗會停留在之前占用的最后一段軌道電路處。要想繼續追蹤該列車的運行，需要操作員人工刪除該車次窗，并在該區段的后側區段 (有軌道電路的區段)設置虛擬車次窗。這樣，當該區段占用的時候，則可以帶上該虛擬車次窗，繼續進行追蹤。另外，在沒有軌道電路的區段也可以人工設置虛擬車次窗，只是該區段永遠不會出現占用狀態，所以設置的虛擬車次窗只能用于靜態顯示 (以標識此處有車)，無法在相鄰區段占用的時候自動追蹤。如圖6所示。

圖6 無軌道電路區段添加虛假車次窗

4 結束語

本車輛段ATS系統已經研發實現，并在北京地鐵4號線馬家堡車輛段、北京地鐵大興線南兆路車輛段、深圳地鐵4號線龍華車輛段投入運營使用。目前，系統運行正常穩定，給用戶工作帶來很大的便利，得到了用戶的一致好評。

車輛段ATS系統極大地方便了車輛段調度人員的日常工作，降低了調度員的工作強度，并減少了傳統人工操作方式可能出現的失誤。同時，也方便了控制中心工作人員對車輛段內列車的監督管理，提高了工作效率。作為一種先進的實現車輛段內列車自動追蹤功能的新系統，值得在地鐵行業大量推廣。

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