摘  要： 介紹了以上海地鐵1號線為原型的ATS仿真系統，圍繞固定閉塞模型進行展開，以追蹤運行的兩列列車為對象，分別對它們的追蹤過程、運行效果及間隔距離進行了具體的研究與計算。同時引入了聯鎖系統，詳細說明了進路搜索算法和聯鎖表的設計步驟，很好地體現了聯鎖系統對列車追蹤的安全性與可靠性的重要保障作用。

　　關鍵詞： ATS系統；固定閉塞；列車追蹤；間隔距離；聯鎖系統

0 引言

　　仿真作為一門綜合性學科至今已有50多年的發展歷史，利用模型代替實體進行實驗的特點令其具備了經濟、安全、實驗周期短等眾多優勢。隨著計算機技術的高速發展，應用計算機進行系統仿真更是日益受到人們的重視。本文圍繞基于上海地鐵1號線的ATS仿真系統進行展開，重點介紹了該系統下的信號系統與聯鎖系統的設計與實現過程。

1 ATS仿真系統概述

　　基于上海地鐵1號線，采用面向對象技術構建列車對象、ATS對象、信號設備對象等，共同完成了ATS系統的各項功能。列車自動監控（Automatic Train Supervision，ATS）系統與列車自動防護（Automatic Train Protection，ATP）系統同屬于列車自動控制（Automatic Train Control，ATC）系統。ATS系統主要實現了列車自動識別與跟蹤、監視列車運行和設備狀態以及系統故障復原處理等功能。

2 固定閉塞信號系統

　　2.1 固定閉塞信號系統的定義

　　上海地鐵1號線采用固定閉塞信號系統，通過軌道電路傳輸控制信息及確定列車位置[1]，閉塞分區的長度和數量決定了線路的通過能力。系統在軌道鋪設時按照在軌運行的最差性能要求將線路軌道劃分為許多長度不等的閉塞分區，形成追蹤列車之間的空間間隔。閉塞分區的數量則是依據劃分的速度級別而定。

　　2.2 固定閉塞追蹤模型

　　三顯示列車追蹤是一種常見的固定閉塞追蹤模型，如圖1所示。該模型將線路區間劃分為若干閉塞分區，每個閉塞分區的始端設有防護信號機，信號機的顏色依據列車位置而變化，列車運行必須遵從信號機的指示。綠燈表示允許列車按照規定速度運行，此時列車運行前方至少有兩個空閑的閉塞分區。黃燈為注意或減速信號，表示列車運行前方有一個閉塞分區空閑。當前方閉塞分區被某一列車占用時，入口的信號機顯示為紅色，提醒后續列車停車等待。列車的運行速度在三種信號機的顯示控制下會逐漸減小，故稱為階梯式分級制動速度控制。

　　追蹤間隔至少要保證3個以上長度不等的閉塞分區，同時，為了確保不追尾還應加上列車長度，所以列車區間追蹤運行間隔距離為：

　　L=LBlock1+LBlock2+LBlock3+LTrain（1）

3 聯鎖系統

　　3.1 聯鎖系統概述

　　ATS系統同時結合了聯鎖系統的設計，利用計算機對車站值班人員的操作命令和現場實際狀態的表示信息進行邏輯運算，從而實現對信號機、道岔以及進路的集中控制與聯鎖[2]。

　　3.2 聯鎖系統與軌旁ATP

　　（1）ATP系統防護原理

　　ATP系統是列車控制系統的關鍵設備之一，主要是對列車運行實施自動超速防護，以保障列車運行安全。ATP在控制車輛不超過限速的同時，還會盡量保證這些控制操作對司機駕駛的干擾降到最小[3]。其工作過程示意圖如圖2所示。

　?。?）聯鎖系統與軌旁ATP

　　ATP中的軌旁ATP子系統能夠實時監測列車狀態，聯鎖系統通過接收軌旁ATP發送的信息，為列車開放禁止通過信號。同時，聯鎖會向軌旁ATP發送道岔位置、信號機顯示狀態、進路設定狀態等相關信息[4]。

　　3.3 聯鎖表的設計

　　聯鎖表是鐵路車站信號設備聯鎖關系的說明圖表，是聯鎖系統功能設計的總依據，以下是聯鎖表設計的詳細步驟[5]。

　?。?）站場數據編輯

　　將信號平面布置圖轉換成信號設備之間的基本聯鎖關系，完成信號平面圖中站場數據的輸入和轉換。ATS系統站場圖如圖3所示。

　?。?）進路搜索算法

　　站場信號平面布置圖如圖4所示。將信號設備作為信號點，根據其在圖中的位置建立站場型數據結構圖如圖5所示。每個信號點即為節點，由數據場df和指針場pf組成：df用來存放數據塊，pf實現節點之間的聯系。不同的信號設備需要不同的指針數，比如信號機節點只能與相鄰2個節點聯接，所以一般只要2個指針指明左右節點的首址即可，而道岔節點必須要有3個指針才能記錄相鄰節點的首址[6]。

　　本文采用深度優先搜索[7]（Depth First Search，DFS）算法進行進路搜索。若采用廣度優先搜索，每個節點在擴展時無法確定該擴展方向是否為目標節點的方向，造成擴展分枝較多，存儲量較大[8]。而DFS在遇到對象道岔標志時會以直股搜索優先，找不到目標節點時再返回沿彎股方向搜索，并且不會保留已經搜索過的未找到目標節點的路徑，節省了存儲空間。相關算法如下：

　　//搜索進路，判斷是否需要改變方向

　　for（int i=0；i<NearTrackNum；i++）{

　　//NearTrackNum：相鄰區間區段數

　　CASSIDPCntrItem*pTrack=NearTrackArray[i]；

　　//CASSIDPCntr--Item*pTrack：股道對象

　　TRACE（"%s"，pTrack->GetTrackName（））；

　　if（pTrack->GetRunDirectionProp（）==DIR_LEFT&&

　　//GetRun--DirectionProp（）：獲得股道運行方向

　　（pSignalItem->GetSiDirection（）==SIGNAL_DIR_RIGHT

　　//GetSi--Direction（）：獲得信號機朝向值

　　||pSignalItem->GetSiDirection（）==SIGNAL_DIR_UPRIGHT

　　||pSignalItem->GetSiDirection（）==SIGNAL_DIR_DOWNRIGHT））

　　return true；

　　else if（pTrack->GetRunDirectionProp（）==DIR_RIGHT &&

　　（pSignalItem->GetSiDirection（）==SIGNAL_DIR_LEFT

　　||pSignalItem->GetSiDirection（）==SIGNAL_DIR_UPLEFT

　　||pSignalItem->GetSiDirection（）==SIGNAL_DIR_DOWNLEFT））

　　return true；

　　}

　?。?）敵對信號運算

　　當兩條進路有相互重疊或交叉的部分，不能以道岔位置來區分時，這兩條進路互為敵對進路，防護這兩條進路的信號機，互為敵對信號機。

　　（4）進路特征排序

　　進路搜索算法得到的進路是隨機排序的，一般不能直接作為最終的輸出順序，所以還需按照咽喉區、進站口、進路類型等進路特征對已經得到的進路進行排序。

　　（5）聯鎖表輸出

　　計算得到的聯鎖表以Excel表格格式輸出（如圖6所示），方便后續開發人員共享資源[9]。

　?。?）聯鎖表對比審核

　　為了保證聯鎖系統的嚴謹可靠，通常先由多個工作人員共同編制聯鎖表，再交由審核人員進行對比審核。

4 影響列車追蹤間隔的因素

　　在實際的工程應用中，除了信號系統、聯鎖系統的選擇與設計，還會綜合考慮運營需求、線路和站間距離等其他因素來最終確定列車追蹤間隔距離[10]。

5 結論

　　本文對基于上海地鐵1號線的ATS仿真系統下的固定閉塞列車追蹤運行過程進行了研究，總結可知前行列車在運行過程中不受信號系統影響，但會通過信號系統影響后續追蹤列車的運行。與聯鎖系統結合后，ATS又進一步提高了列車追蹤與車站通過能力，因此在設計聯鎖時不僅要突出系統的可靠性，還應結合聯鎖的故障—安全性能，進一步改善系統的高安全性，最終實現列車追蹤的安全與高效。

參考文獻

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　　[10] 趙明，汪希時.移動自動閉塞條件下列車追蹤運行控制研究[J].鐵道學報，1997，19（3）：61-68.