地铁车辆段列车追踪系统设计与应用

余 刚 孙 旺

城市地铁车辆段是地铁车辆停放、管理、解编、编组、检修的重要基地，是整个地铁系统的重要组成部分。随着国内城市轨道交通的迅速发展，配套兴建大规模的城市地铁车辆段，可保证城市地铁系统安全有效运行。在已开通的地铁中，绝大多数都可在正线实现列车追踪。相比之下，由于车辆段信号系统和正线信号系统功能有差异，目前，多数车辆段不具备段内列车自动追踪功能，车辆段内列车追踪主要依赖人工手动作业，工作效率较低，不利于车辆段调度管理。以下是影响车辆段调度管理工作的一些常见的不足之处:

1.采用人工方式追踪列车进行调度，调度人员工作负担较重，当出现段内多列车同时作业时，其工作效率和可靠性很难得到保障。

2.调度人员通过车辆段联锁系统来监控段内信号机、轨道、道岔的状态，但不能与列车追踪同步进行，无法实现实时的列车追踪。

3.正线信号系统无法直接监督段内列车追踪位置信息。当正线调度人员需要得到某列列车在车辆段内的追踪位置时，只能通过人工方式联系车辆段调度人员，查询相关信息，工作效率较低。

随着当前城市地铁运力需求的日益增加，更多的地铁列车投入运营，车辆段的调度管理压力也随之增加，传统人工列车追踪方式已经无法满足需求。针对以上问题，设计研发了地铁车辆段ATS(列车自动监督)系统。其主要目的是为了实现地铁车辆段段内列车自动追踪、段内信号设备状态同步显示、正线信号系统对段内列车追踪远程监督。

1 系统结构

1.1 硬件组成

车辆段ATS系统主要由2台互为冗余的服务器、1台调度室工作站和1台信号值班室工作站及相关的网络设备 (如交换机等)组成。服务器及相关网络设备安装在机柜中，布置在车辆段的信号设备房中。调度室工作站布置在车辆段调度中心，信号值班室工作站布置在信号楼值班室。

1.2 系统接口

1.物理接口。车辆段ATS系统的2台服务器可以通过RS-232串行接口与车辆段联锁机进行冗余连接，与正线的ATS服务器通过以太网接口进行冗余连接;调度室工作站和信号值班室工作站均通过以太网接口连接。如图1所示。

图1 车辆段ATS系统结构图

2.软件接口。车辆段ATS系统与正线信号系统、车辆段联锁系统之间，通过双方约定的软件接口协议进行信息交换，其工作结构采取客户端/服务器模式。

正线信号系统向车辆段ATS系统提供即将进入转换轨的列车信息，包括转换轨ID和列车车组号，车辆段ATS系统向正线信号系统提供信号机、道岔、轨道电路及段内列车追踪车组号的状态信息;车辆段联锁系统向车辆段ATS系统提供信号机、道岔、轨道电路的状态信息，车辆段ATS系统向车辆段联锁系统提供主时钟信号。如图2所示。

图2 软件接口信息示意图

2 系统可靠性措施

车辆段ATS服务器采取双机热备的方式提高其自身运行的可靠性。2台服务器采用串行线做心跳连接，通过心跳数据来确认对方是否在线。服务器ATS程序启动时首先甄别自己的主备状态，并与另一台服务器交换数据，以保证2台服务器的同步。服务器主备机都能接收和处理来自正线信号系统、车辆段联锁系统以及段内工作站的信息，主机可以向外部系统以及段内工作站发送信息，备机不能。当主服务器宕机或切机时，会与备机交换数据并激活备机，以保证系统可以继续正常运行。

服务器与终端工作站及外部系统之间的物理接口连接均采用冗余配置，提高了硬件通信的可靠性。另外，在2台车辆段 ATS服务器上均装有“看门狗”软件，当ATS主程序出现错误或者主备机之间数据不一致时，可以实现程序自动重启，从软件方面有效地提高了系统的安全性和可靠性。

3 系统主要功能描述

3.1 车辆段车次追踪过程及原理

1.列车进入车辆段。当有列车从正线返回车辆段，即将进入转换轨时，正线ATS服务器向车辆段ATS服务器发送信息，通知车辆段ATS系统即将占用的转换轨ID号和即将进入的列车车组号。当列车占用转换轨时，车辆段ATS系统会在相应的转换轨上生成一个车次窗和一个对应的车组号。如图3所示。

2.列车在车辆段内运行。当列车在车辆段内继续运行时，车辆段联锁系统将轨道电路、信号机、道岔状态信息发送给车辆段ATS服务器。车辆段ATS系统主要根据轨道电路的依次占用，来完成车次窗的依次移动。轨道占用前移，车次窗前移。轨道占用后移，车次窗后移。车次窗所在轨道出清，车次窗退回邻近占用轨道。特殊情况下，车次窗的移动还会参考进路方向。车辆段ATS通过以上方式实现列车在车辆段内的位置追踪。如图4所示。

3.列车驶出车辆段。当列车需要进入正线运营，驶出车辆段时，车辆段ATS系统以车次窗加车组号的形式将列车追踪至转换轨，当列车完全驶出转换轨后，车辆段ATS系统将自动删除相应的车次窗和车组号，本列列车的车辆段追踪过程结束。如图5所示。

图3 列车进入车辆段转换轨

图4 列车在车辆段内追踪

3.2 列车追踪手动操作

本系统除了可以自动追踪列车外，还支持人工手动操作，调度人员可以随时在调度室工作站上对段内列车的车次窗和车次号进行删除、修改操作，并可以在有列车占用但没有车次窗的轨道区段上进行车次窗添加操作。

3.3 控制中心对段内列车追踪远程监督

车辆段ATS系统可以把当前段内所有信号机、道岔、轨道电路及列车追踪车次号的状态信息实时传送给正线ATS系统，从而正线ATS系统可以从控制中心的大屏幕上很方便地监督位于车辆段内所有列车位置信息及相关信号设备的当前状态。

图5 列车驶出车辆段转换轨

3.4 特殊情况的操作处理

1.编组和解编。编组时，在2辆车占用的区段相连之前，手动删除这2辆车的车次窗，待轨道红光带连续后，再给这条连续的占用区段 (红光带)手动赋予一个统一的车次窗，然后2辆列车编组运行，系统可正常追踪。解编时，在轨道红光带“断裂”前，手动删除车次窗，列车解编，红光带“断裂”后，再手动分别给2辆车赋予车次窗，系统则可自动完成后续追踪。

2.无轨道电路区段的列车追踪。对于没有轨道电路的区段，无法进行自动车组号追踪。当列车完全进入该区段后，车次窗会停留在之前占用的最后一段轨道电路处。要想继续追踪该列车的运行，需要操作员人工删除该车次窗，并在该区段的后侧区段 (有轨道电路的区段)设置虚拟车次窗。这样，当该区段占用的时候，则可以带上该虚拟车次窗，继续进行追踪。另外，在没有轨道电路的区段也可以人工设置虚拟车次窗，只是该区段永远不会出现占用状态，所以设置的虚拟车次窗只能用于静态显示 (以标识此处有车)，无法在相邻区段占用的时候自动追踪。如图6所示。

图6 无轨道电路区段添加虚假车次窗

4 结束语

本车辆段ATS系统已经研发实现，并在北京地铁4号线马家堡车辆段、北京地铁大兴线南兆路车辆段、深圳地铁4号线龙华车辆段投入运营使用。目前，系统运行正常稳定，给用户工作带来很大的便利，得到了用户的一致好评。

车辆段ATS系统极大地方便了车辆段调度人员的日常工作，降低了调度员的工作强度，并减少了传统人工操作方式可能出现的失误。同时，也方便了控制中心工作人员对车辆段内列车的监督管理，提高了工作效率。作为一种先进的实现车辆段内列车自动追踪功能的新系统，值得在地铁行业大量推广。

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