吳炳昊

（北京全路通信信號研究設計院，北京 100073）

列車自動監(jiān)控系統(tǒng)是列車自動控制（A TC）系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要完成列車調度與追蹤、運行圖的調整等功能，對提高行車效率起著重要作用。列車運行線路上的各種信號設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)是A TS子系統(tǒng)完成其功能的必要條件，但是在實際開發(fā)過程中，很難將1個未完成系統(tǒng)放在1條運營線上進行系統(tǒng)開發(fā)與調試。這些信號設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息可由ATS仿真軟件來提供[1]。

1 ATS仿真軟件實現(xiàn)的功能

通過確定A TS仿真軟件與A TS系統(tǒng)間的通信協(xié)議，在ATS仿真軟件中增加相應的功能模塊，本文實驗用的ATS仿真軟件已實現(xiàn)兩大功能：（1）聯(lián)鎖功能；（2）模擬列車運行功能。

將來通過增加協(xié)議與相應的功能模塊，還可在A TS仿真軟件中增加A TP功能模塊等，這部分內容在本文中不涉及。

2 ATS仿真軟件與ATS的接口

A TS仿真軟件通過通信接口向A TS系統(tǒng)發(fā)送信號設備狀態(tài)信息，接收ATS發(fā)送的命令信息。仿真軟件與ATS的接口可采用兩種方式。

（1）仿真軟件完成單站的仿真功能。A TS系統(tǒng)每臺站機（控顯機或采集分機）分別與1個仿真軟件通信，仿真軟件可通過1臺計算機進程間通信的方式與ATS系統(tǒng)通信。

（2）仿真軟件完成全線的仿真功能。A TS系統(tǒng)所有站機（控顯機或采集分機）均與1個仿真軟件通信，仿真軟件不能通過1臺計算機進程間通信的方式與ATS系統(tǒng)通信。

上述兩種接口方式的優(yōu)缺點：第1種方式，接口實現(xiàn)較為簡單，與實際情況更為接近。但是在處理列車走行模擬的列車跨站走行問題時不好處理，需購置的仿真計算機較多；第2種方式，可以較容易地完成列車跨站走行的模擬，只需購置1臺仿真計算機，但是需要A TS系統(tǒng)增加與仿真軟件的接口。經過比較，本文中仿真軟件采用第2種接口方式。

3 ATS仿真軟件結構

A T S仿真軟件分為3個模塊：顯示及人機接口模塊、邏輯運算模塊和通信模塊。A TS仿真軟件的邏輯運算部分完成聯(lián)鎖功能，因此，其運算周期采用與聯(lián)鎖相同的運算周期。軟件結構如圖1所示。

其中：

（1）顯示及人機接口模塊完成站場的實現(xiàn)功能，為ATS仿真軟件操作員提供人機操作接口，可設置站場設備狀態(tài)和模擬列車狀態(tài)。

（2）通信模塊將從邏輯運算模塊得到站場設備的狀態(tài)并發(fā)送給A TS系統(tǒng)，接收來自A TS系統(tǒng)的指令并交給邏輯運算模塊處理。

（3）邏輯運算模塊完成基本聯(lián)鎖和列車模擬運行功能，并將各設備狀態(tài)發(fā)送給顯示和通信模塊。

3.1 顯示及人機接口模塊

A TS仿真軟件站場的顯示分為全景和單站模式，并可在兩種模式之間切換。

ATS仿真軟件提供的人機接口內容如下。（1）信號機的狀態(tài)設置（綠燈、黃燈、紅燈等）。（2）區(qū)段的狀態(tài)設置（占用、空閑、鎖閉和封鎖等）。

（3）道岔的狀態(tài)設置（定位、反位、單鎖等）。（4）進路的辦理和取消。

（5）列車的操作（增加列車、減少列車、列車加速、列車減速和改變列車方向）。

3.2 通信模塊

通信模塊采用TCP/IP方式與ATS系統(tǒng)連接，通信的內容包括以下幾方面。

（1）接收來自ATS系統(tǒng)的指令（進路操作、區(qū)間封鎖等）。

（2）向ATS系統(tǒng)發(fā)送設備繼電器全體信息（若干周期一次）。

（3）向ATS系統(tǒng)發(fā)送設備繼電器變化信息（每周期一次）。

3.3 邏輯運算模塊

邏輯運算模塊包含聯(lián)鎖子模塊和列車模擬運行子模塊。該模塊以“循環(huán)計算”的方式進行運算，每250 m s循環(huán)一次。每次循環(huán)完成的任務有聯(lián)鎖子模塊的運算和列車模擬運行子模塊的運算。邏輯運算模塊模擬區(qū)段、信號機和道岔等信號設備的繼電器，為聯(lián)鎖和列車模擬運行的運算提供基礎。

3.3.1 聯(lián)鎖子模塊

聯(lián)鎖邏輯子模塊主要完成基本聯(lián)鎖功能，A TS仿真軟件所完成的聯(lián)鎖功能如下。

（1）進路選排。

（2）進路取消與進路人工解鎖。

（3）進路區(qū)段的自動解鎖。

（4）區(qū)段“占用”、“鎖閉”、“出清”、“封鎖”等狀態(tài)的模擬。

（5）信號機各種信號及故障狀態(tài)的模擬。

（6）信號機防護區(qū)段檢查。

（2）是否及時采取了相應的補救措施。在瀆職侵權犯罪等刑事犯罪中，專門針對是否采取了一定的補救措施作為是否立案的重要標準。通過采取一定的補救措施，將危害后果降到一定的程度，在一定意義上可以減輕相關過錯造成的損失，而且可以作為認定相關人員主觀惡意的一個重要標準，值得容錯糾錯機制在這方面實踐中進行借鑒和采納。

（7）道岔表示信息的模擬。

聯(lián)鎖邏輯子模塊的基本思想如下。

對收到的所有指令（進路辦理及取消、區(qū)段、道岔、信號機的指令等）逐一進行合法性檢查；若檢查通過，進行相應邏輯處理并設置繼電器狀態(tài)；若檢查沒有通過，則進行錯誤處理。

對鎖閉的區(qū)段進行3點檢查；對所有信號機的防護區(qū)段進行檢查，如果區(qū)段占用，則將信號機設置為紅燈。

將繼電器全體信息（若干周期一次）或繼電器變化信息（每周期一次）交給顯示及通信模塊。

聯(lián)鎖子模塊處理流程如圖2所示。

3.3.2 列車模擬運行子模塊

列車模擬運行子模塊通過模擬各區(qū)段的占用和出清狀態(tài)來模擬多輛列車的走行，實現(xiàn)的功能如下。

（1）列車的增加/減少。

（2）列車的加速/減速。

（3）列車運行方向（上行、下行）的改變。

（4）列車停車/運行的設置。

（5）列車的自動走行。

基本思路是根據(jù)列車的走行方向（上行、下行）找到列車走行的下一區(qū)段，將下一區(qū)段設為占用狀態(tài)，將本區(qū)段設為出清狀態(tài)。具體實現(xiàn)內容：每周期遍歷ATS仿真軟件模擬的所有列車，根據(jù)每一列車的停車標志、速度、走行方向和站場情況找到列車走行的下一區(qū)段，設置下一區(qū)段為占用，本區(qū)段為空閑，直到完成對所有列車的運算。

對于每一列車自動走行的運算，其步驟如下。

（1）根據(jù)每個周期的運行時間和當前該列車的運行速度，計算出該列車在本運算周期的走行距離S1，并將計算出的走行距離加入到該列車在當前區(qū)段走行的總距離S2中。

（2）判斷該列車停車標識是否為true。若為true，結束運算；否則進行第3步。

（3）根據(jù)該列車速度，判斷S2是否大于或等于列車占用區(qū)段中最前方區(qū)段的長度。若小于，說明當前運算周期內列車不應移動到下一區(qū)段，結束運算；否則，進行第4步。

（4）根據(jù)列車的運行方向及站場情況，找到列車走行的下一區(qū)段。根據(jù)當前站場條件，若允許則設置下一區(qū)段為占用，本區(qū)段為空閑，將S2置零；否則，結束運算，S2不置零。

上述步驟中，最復雜的是第4步。不允許列車進入下一區(qū)段的站場條件如下。

1）下一區(qū)段有防護信號機，且防護信號機為紅燈或信號機為故障狀態(tài)。

2）下一區(qū)段有車占用。

3）下一區(qū)段處于封鎖狀態(tài)。

4 ATS仿真軟件功能的完善

為了完善ATS仿真軟件，可在該軟件現(xiàn)有功能的基礎上增加設置列車區(qū)間運行時間和設置列車站停時間的功能。

其中，實現(xiàn)設置列車區(qū)間運行時間功能的方法如下。

（1）建立一個列車牽引制動模型。

（2）根據(jù)區(qū)間長度和設置的區(qū)間運行時間，計算出列車在每個時刻（時間精度為邏輯運算模塊的一個運算周期的時間）的運行速度，并在相應時刻設置到該列車上。

實現(xiàn)設置列車站停時間功能的方法如下。

（1）列車進站后，設停車標識為true，并開始計時。

（2）判斷列車停車時間是否大于該列車預設的站停時間，若大于或等于則設停車標識為fa lse，否則繼續(xù)等待。

5 結束語

本文給出了A TS系統(tǒng)仿真軟件基本的設計方案。A TS仿真軟件在一定程度上代替真實線路上的信號設備，為A TS系統(tǒng)提供需要的信息，為A TS系統(tǒng)的調試節(jié)約了成本。本文介紹的ATS仿真軟件也可用于ATS系統(tǒng)的教學和培訓工作。

[1]趙根苗，陳永生．ATS仿真培訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．城市軌道交通研究，2004，7（1）：55-57.