耿文波

上海市工程設(shè)備監(jiān)理有限公司 上海 200120

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，軌道交通也得到了迅猛的發(fā)展，很多城市都在大力修建地鐵、輕軌。軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)保證，其中的聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠?qū)α熊嚨倪M(jìn)出站、岔道轉(zhuǎn)換等進(jìn)行控制，其控制源主要是車站工作站和自動監(jiān)控系統(tǒng)中心工作站。同一之間內(nèi)，這兩個(gè)工作站只能有一個(gè)來控制聯(lián)鎖系統(tǒng)。因此，對聯(lián)鎖控制權(quán)交接問題進(jìn)行研究就變得至關(guān)重要。

1 軌道交通信號系統(tǒng)概述

1.1 軌道交通列車自動控制系統(tǒng)概述

CBTC軌道交通列車自動控制系統(tǒng)是保證列車高效、安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)，其包括ATO列車自動駕駛系統(tǒng)、ATP列車自動防護(hù)系統(tǒng)、CBI計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)以及ATS列車自動監(jiān)控系統(tǒng)。軌旁與車載ATP之間以無線通信為主，輔以點(diǎn)式后備降級模式，即使出現(xiàn)通訊中斷的情況，也能夠保證列車運(yùn)行工作的順利進(jìn)行。。

1.2 ATP、ATS、CBI系統(tǒng)概述

ATP系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)是CBI進(jìn)路信息、列車運(yùn)行速度、列車位置，其能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算出前方障礙物和列車的距離-速度控制曲線，進(jìn)而對相鄰兩輛列車的距離進(jìn)行控制。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)移動閉塞，防止列車出現(xiàn)相撞的情況。CBTC模式能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵是無線通信設(shè)備以及ATP系統(tǒng)的正常運(yùn)行。ATS系統(tǒng)主要分為車站ATS設(shè)備以及中心ATS設(shè)備，并且有車站工作站和中心工作站，從而實(shí)現(xiàn)車站站控以及中心遠(yuǎn)程遙控的作用。CBI系統(tǒng)主要分為聯(lián)鎖機(jī)以及上位機(jī)兩個(gè)部分。聯(lián)鎖機(jī)可以收集緊急按鈕、站臺安全門、軌道電路、信號機(jī)以及道岔等設(shè)備的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)列車進(jìn)路的解鎖和封閉、排列列車進(jìn)路，并且進(jìn)行聯(lián)鎖計(jì)算。上位機(jī)可以將控制指令發(fā)送給聯(lián)鎖機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)信號機(jī)燈光顯示以及道岔轉(zhuǎn)換的功能。聯(lián)鎖上位機(jī)能夠起到控顯的作用，一般都是ATS車站工作站和ATS中心工作站來充當(dāng)。

2 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)交接問題及設(shè)計(jì)原則

2.1 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)交接概述

列車運(yùn)行的過程中，一般都是由調(diào)度中心的人員利用ATS中心工作站控制，命令傳輸給聯(lián)鎖機(jī)。當(dāng)通信中斷或者ATS中心設(shè)備故障的時(shí)候，為了保證軌道交通信號系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行，聯(lián)鎖控制權(quán)就會被車站工作站接管。車站工作站能夠?qū)⒖刂泼顐鬟_(dá)給聯(lián)鎖機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對聯(lián)鎖機(jī)的控制。同時(shí)，為了保證車站信號管理部門可以方便的維護(hù)軌旁設(shè)備。非運(yùn)營時(shí)段經(jīng)過中心系統(tǒng)的調(diào)度員同意之后，可以將聯(lián)鎖控制權(quán)交出，并且由車站工作站的信號維護(hù)人員以及車站值班人員接管，從而進(jìn)行軌旁設(shè)備的檢驗(yàn)和調(diào)試工作。這種運(yùn)行過程中，存在著兩個(gè)指令源。為了保證聯(lián)鎖機(jī)能夠正常的運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)一種控制權(quán)交接制度，保證在同一時(shí)刻至能夠有一個(gè)指令源[2]。

2.2 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)交接方案設(shè)計(jì)原則

軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)交接方案設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該遵循以下原則：當(dāng)LOCK（聯(lián)鎖機(jī)）、LCW（上位機(jī)）、ATS（列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）都處于正常狀態(tài)時(shí)，由ATS來進(jìn)行控制；當(dāng)LOCK、LCW、ATS都處于正常狀態(tài)時(shí)，LCW要想進(jìn)行控制，那么需要得到ATS的授權(quán)，并且生效需要經(jīng)過雙方的確認(rèn)；當(dāng)LOCK、LCW、ATS都處于正常狀態(tài)時(shí)，如果LCW具有控制權(quán)，那么ATS可以隨時(shí)將控制權(quán)收回；如果當(dāng)LOCK、LCW、處于正常狀態(tài)，ATS故障時(shí)，聯(lián)鎖控制權(quán)可以被LCW接管，這樣信號系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖機(jī)控制；為了保證信號系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行，一般情況下，LOCK接收的操作指令只能夠有一些指令源下發(fā)，不能出現(xiàn)LCW和ATS同時(shí)下發(fā)指令的情況。也就是說，LCW和ATS對LOCK的控制權(quán)是互斥狀態(tài)。

3 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)交接方案設(shè)計(jì)

3.1 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)交接方案的總體描述

LOCK、LCW以及ATS系統(tǒng)之間的連接方式為安全以太網(wǎng)交換機(jī)，LCW與LOCK之間、ATS與LOCK之間的雙向通信主要依靠的是TCP協(xié)議，并且LCW和ATS之間沒有建立連接。LOCK能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測分別于LCW、ATS的通信狀態(tài)，并且根據(jù)通信狀態(tài)將自己的控制權(quán)來授權(quán)給LCW或者ATS。LOCK還能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的變化報(bào)文，并且將當(dāng)前的控制模式實(shí)時(shí)同步給LCW和ATS。LCW和ATS能夠根據(jù)接收到的LOCK聯(lián)鎖控制模式，實(shí)現(xiàn)對LOCK的控制[3]。

當(dāng)軌道交通信號系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，如果聯(lián)鎖控制權(quán)是由ATS接管。當(dāng)LOCK與ATS通信中斷，但LOCK與LCW可以正常通訊時(shí)。為了保證運(yùn)營工作的正常進(jìn)行，“LOCK與ATS通信中斷”的狀態(tài)會被LOCK主動發(fā)送給LCW。LCW接收到此命令之后，就可以自動接管LOCK的控制權(quán)。

當(dāng)交通信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制權(quán)在LCW手中，如果LOCK與LCW出現(xiàn)通信中斷的情況，但是LOCK與ATS可以正常通信時(shí)。為了保證運(yùn)營工作的正常進(jìn)行，“LOCK與LCW中斷”的狀態(tài)會被LOCK主動發(fā)送給ATS。ATS接收到此命令之后，就可以自動接管LOCK的控制權(quán)。

3.2 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)方案的交接機(jī)制

假設(shè)LCW與LOCK、ATS與LOCK的通信都正常，并且控制模式是主控為ATS，監(jiān)視為LCW。這種情況下，當(dāng)LOCK與ATS出現(xiàn)通信中斷的情況，但是LOCK與LCW之間的通信正常。為了保證軌道交通信號系統(tǒng)的控制功能能夠正常使用，LOCK會根據(jù)LOCK與LCW通信正常、LOCK與ATS通信中斷的狀態(tài)，自動的將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給LCW，并且還需要使用變化數(shù)據(jù)報(bào)文將控制模式發(fā)送給LCW，從而使LCW實(shí)現(xiàn)控制權(quán)的接管。當(dāng)LOCK與ATS之間的通訊恢復(fù)正常之后，LOCK就會將LCW為主要控制權(quán)的狀態(tài)傳輸給ATS。ATS在接收到信號之后就會自動執(zhí)行監(jiān)視的命令，此時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)是，主控為LCW，而監(jiān)視為ATS。

同理，LCW與LOCK、ATS與LOCK的通信都正常，并且控制模式是主控為LCW，監(jiān)視為ATS。這種情況下，當(dāng)LOCK與LCW出現(xiàn)通信中斷的情況，但是LOCK與ATS之間的通信正常。為了保證軌道交通信號系統(tǒng)的控制功能能夠正常使用，LOCK會根據(jù)LOCK與ATS通信正常、LOCK與LCW通信中斷的狀態(tài)，自動的將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給ATS，并且還需要使用變化數(shù)據(jù)報(bào)文將控制模式發(fā)送給ATS，從而使ATS實(shí)現(xiàn)控制權(quán)的接管。當(dāng)LOCK與LCW之間的通訊恢復(fù)正常之后，LOCK就會將ATS為主要控制權(quán)的狀態(tài)傳輸給LCW。LCW在接收到信號之后就會自動執(zhí)行監(jiān)視的命令，此時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)是，主控為ATS，而監(jiān)視為LCW[4]。

3.3 軌道交通信號系統(tǒng)聯(lián)鎖控制權(quán)方案的特點(diǎn)

此方案中的數(shù)據(jù)模型，LCW只需要建立一個(gè)與LOCK通信狀態(tài)的模型；ATS只需要建立一個(gè)與LOCK通信狀態(tài)的模型；LOCK需要建立分別與LCW以及ATS通信狀態(tài)的模型。聯(lián)鎖控制權(quán)掌握在LOCK手中，其可以自主決定被誰接管。此方案中的數(shù)據(jù)通信只在LOCK與LCW、LOCK與ATS之間，并且報(bào)文類型也只有控制權(quán)確認(rèn)、控制權(quán)請求、數(shù)據(jù)同步以及數(shù)據(jù)請求四種。LCW與ATS之間沒有進(jìn)行通信，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都比較簡單。

4 結(jié)語

隨著軌道交通技術(shù)的不斷發(fā)展，軌道交通信號系統(tǒng)也越來越完善。軌道交通信號系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目捎眯?、可靠性以及?shí)時(shí)性的要求都比較高。因此對于聯(lián)鎖控制權(quán)交接方案需要進(jìn)行充分的實(shí)踐檢驗(yàn)，只有大量的實(shí)踐才能夠發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，進(jìn)而采取相應(yīng)的改進(jìn)措施,保證列車的安全運(yùn)行。