廣州地鐵四五號線ATS系統結構淺析

周皓鈞

【摘要】 廣州地鐵四、五號線信號系統是由德國西門子研發生產的基于CBTC的移動閉塞列車自動控制系統（ATC），分為四大子系統：ATS、聯鎖、ATP、ATO。ATS是英文Automatic Train Supervision的縮寫，為列車自動監督子系統。列車自動監督（ATS）是列車自動控制系統中不可或缺的一部分。文章主要針對廣州地鐵四五號線ATS系統在總線結構、數據傳輸方式及系統維護等方面進行了分析。【關鍵詞】 廣州地鐵 ATS系統 數據傳輸

一、ATS概述

ATS系統是在ATP和ATO及聯鎖系統的支持下完成對全線列車的運行自動管理和監控的。它主要完成列車運行監視、列車運行車次號自動識別與追蹤、進路自動排列、列車運行圖及時刻表的編制與管理、列車運行時間調整、列車運行模擬、列車運行情況統計、事件及報警報表的生成和系統管理等功能。

ATS系統可以在分布和集中兩種模式下工作，分布模式即為站級ATS，集中模式即為中央ATS。站級ATS作為中央ATS的后備模式可以為值班員顯示目前線路實時的狀態，這樣的設計保證了站級ATS相對于中央ATS的獨立，包括硬件和軟件的不同。除了在運營前加載的時刻表信息以外，站級ATS需要的所有信息都由聯鎖和ATP/ATO系統提供[1]。

二、四五號線ATS系統結構

1、四號線車站ATS系統與中央ATS系統連接結構如下圖所示：

2、五號線車站ATS系統與中央ATS系統連接結構如下圖2所示。

3、四五號線系統共同點分析

中央級網絡是由西門子提供的OC500軟件在SOLARIS系統的操作平臺上采取分布式系統的功能布置，并使用星型結構網絡來實現的。車站級網絡使用西門子提供的OC100軟件通過WINDOWS系統平臺由總線型結構網絡實現的。兩個網絡之間的連接是由車站FEP實現。

1） 中央級ATS總線拓撲結構

在軟件組成上中央級工作站主要使用OC501系統，在功能上采取的是分布式計算機系統，這是一種計算機硬件和功能的配置方式。各工作站通過互聯網絡構成統一的系統。系統采用分布式計算結構，即把原來系統內中央處理器負責處理的任務分散給相應的工作站的處理器，實現不同功能的各個處理器相互協調，共享系統的外設與軟件[2]。

在ATS系統中，中央級的ATS網絡是使用星型拓撲結構，中心系統使用兩臺交換機，把HMI服務器（人機接口）、COM服務器（通信服務器）、ADM服務器（管理服務器）、ADM備用服務器、在線/離線FALKO、中央FEP（前端處理器）組建成此種拓撲結構的局域網絡。

星型拓撲結構中，網絡中的各節點通過點到點的方式連接到一個中心節點（中央系統采用兩臺交換機）上，由該中央節點向目的節點傳送信息。每個結點都由一條單獨的通信線路與中心結點連結。

在星型網絡中任何兩個節點要進行通信都必須經過中央節點控制。這樣的結構有集中控制和故障檢測、定位方便等優點。因系統各設備經過中央節點進行了逐一隔離，所以單個鏈接點的故障只影響一個設備，不會影響全網，從而極大的保證了設備的穩定性。

但這樣的星型系統結構有其致命的缺點：

（1） 過分依賴中央節點。因中央所有設備間的通信都必須通過中央節點，一旦中央節點（交換機）故障，整個系統便趨于癱瘓。因此，在廣州地鐵四五號線采用中央節點雙機熱備的方式來提高系統的穩定性。

（2） 電纜/網線長度長。需要耗費大量的電纜/網線，其成本、安裝及維護工作量也驟增。

基于中央設備集中，要求網絡穩定可靠，故選擇星型網絡結構較為合適。

2）車站級ATS總線拓撲結構

車站級的ATS網絡使用總線型拓撲結構。ATS總線是由安裝在各個聯鎖站和設備站的交換機和連接在交換機上的各個設備如LOW/CLOW（本地/中央操作工作站）、聯鎖、ATP、車站FEP、TTP（編圖計算機）、TRC（排路計算機）等組成的。

總線拓撲結構是將網絡中的所有設備通過相應的硬件接口直接連接到公共總線上，結點之間按廣播方式通信，一個結點發出的信息，總線上的其它結點均可“收聽”到[3]。 總線結構的優點：

（1） 結構簡單，易于擴充，當需要擴展用戶時，只需要添加一個接線器（交換機）即可。

（2）電纜/光纖長度短，布線容易，成本較低。

車站ATS設備具有設備分布多而廣、布線困難等特點，故選用總線型網絡結構。但總線型網絡網絡結構的缺點是組成網絡某個節點的兩臺交換機同時故障，該節點后續的網絡就會收不到信息。在現場，所有節點的交換機都是雙機熱備的，構成硬件冗余。

4、四五號線ATS車站和中央總線傳輸方式不同點分析

區別1：傳輸方式的不同

四號線采用每個聯鎖區經由MC（光電轉換）模塊將數據直接傳回中央的方式。這樣的信息傳輸方式有以下優缺點：

1） 當某個聯鎖區傳輸媒介故障時，不會影響其他聯鎖區的顯示及使用功能；

2） 使用光纜較長，布線困難；

五號線的傳輸方式為：一個聯鎖區先將數據傳輸至另一聯鎖區，將兩個聯鎖區的數據發送至中央。這樣的信息傳輸方式有以下優缺點：

1） 使用光纜較短，布線相對容易；

2） 一旦匯總聯鎖區交換機故障，將影響兩個聯鎖區的功能。

區別2：傳輸硬件的不同

四號線采用的傳輸硬件為MC模塊（光電轉換模塊），五號線采用的傳輸硬件為帶光口的交換機。

三、 系統維護關鍵點

在系統正常運行的情況下，對系統維護有如下關鍵點：

3.1數據備份

計算機系統中最重要的應當是數據，數據一旦丟失，那損失將會是巨大的。所以，備份網絡中主干設備的配置文件和數據都是必須的。我們車站級的工作站如LOW、FEP等都是采用鏡像備份。對于中央實時處理數據的COM機，則需要定期利用硬盤對其進行備份[4]。

3.2 病毒防治

由于軟件安裝需要經過不同的存儲設備，所以感染到病毒是再所難免的。一旦有一臺機器感染，那么就會起連鎖反應，致使整個網絡陷入癱瘓。所以，一定要防患于未然，為服務器設置好防火墻，對系統進行安全漏洞掃描，安裝殺毒軟件，更新病毒庫，在使用軟件安裝時先對其進行殺毒處理。

3.3 巡查仔細

因ATS設備采用網絡傳輸的方法，所以，任何一個點的故障都可能引起系統某個故障，若不及時處理可能影響運營效率。

故需要巡檢人員在巡查設備時關注每個燈位的狀態，在ping IP時注意各網絡的連接狀態，是否存在丟包現象等。同時，還要注意各工作站CPU的占用率等參數。

四、總結

廣州地鐵四、五號線系統網絡遵循以太網標準網絡規則，使用通用三層交換機VLAN技術，將數據加密到局域網之中，使得各個系統之間的數據傳輸得到了保障，本文在分析了四五號線系統結構后，又總結了關于系統維護的關鍵點，在今后的維護過程中，需要更深的理解各系統的硬件、軟件結構及數據傳輸方式，從而達到更好的維護效果。

參 考 文 獻

[1] IEEE Std.1474.1_1999 基于通信的列車控制（CBTC） 系統的性能和功能要求[S]

[2] EN 50128 鐵路應用—通信、信號及處理系統鐵路控制和保護系統用軟件[S]

[3] 周公建；滿化錄；北京市軌道交通亦莊線ATS子系統設計[J]；市政技術；2010年S2期

[4] 郜春海；自主創新CBTC系統的核心技術研究[J]；都市快軌交通；2011年04期