基于數(shù)據(jù)安全校核技術(shù)的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)站場數(shù)據(jù)生產(chǎn)方案*

王燕芩 張 程

(卡斯柯信號(hào)有限公司，200071，上海 ∥ 第一作者，工程師)

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和測試過程中，站場數(shù)據(jù)都扮演了重要的角色。站場數(shù)據(jù)是列車運(yùn)行及聯(lián)鎖動(dòng)作的依據(jù)，其安全性要求極高。

目前，用于生產(chǎn)、編輯和檢查站場數(shù)據(jù)的工具多由其信號(hào)系統(tǒng)不同的廠家提供，因而具有如下嚴(yán)重的缺陷：①眾多廠家提供的工具僅針對(duì)特定的信號(hào)系統(tǒng)，不具備通用性；而同一城市的地鐵線路中，不同線路的信號(hào)系統(tǒng)廠商不同，導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)在功能和設(shè)計(jì)上不同；在信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通過程中，不同廠家信號(hào)系統(tǒng)之間的功能差異較為突出；②各廠家提供的工具都只能算是半自動(dòng)化，雖能在一定程度上減少人為操作導(dǎo)致錯(cuò)誤的概率，但仍依賴于大量的人工檢查和測試，非常耗費(fèi)人力和時(shí)間。尤其是ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)，不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且錯(cuò)誤率居高不下。為了快速、準(zhǔn)確地將站場數(shù)據(jù)投入信號(hào)系統(tǒng)的工程應(yīng)用，本文基于站場數(shù)據(jù)安全校核技術(shù)，提出一種優(yōu)化的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)的解決方案，以實(shí)現(xiàn)站場數(shù)據(jù)的自動(dòng)化生成和配置。

1 通用站場數(shù)據(jù)的生成

通用站場數(shù)據(jù)生成及校核過程示意圖見圖1。站場數(shù)據(jù)主要包括進(jìn)路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)、交路數(shù)據(jù)、站臺(tái)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)(包含道岔、信號(hào)機(jī)、信標(biāo)等設(shè)備的數(shù)據(jù)，以及站臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù))等。其中，進(jìn)路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)為聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，反映設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系，是聯(lián)鎖系統(tǒng)對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行控制的邏輯核心；交路表數(shù)據(jù)是ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，用于指揮和控制列車的運(yùn)行。聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATS系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)在站場描述過程中具有通用性，故本文以聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATS的應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程為例，闡述站臺(tái)數(shù)據(jù)生成的過程。

圖1 通用站場數(shù)據(jù)生成及校核過程示意圖

1.1 聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)

目前，隨著城市軌道交通的列車提速，原來的聯(lián)鎖系統(tǒng)無法滿足需求，新的聯(lián)鎖系統(tǒng)需結(jié)合區(qū)域控制器，并通過其與區(qū)域控制器之間的信息交互來滿足列車提速的需求。在特殊工程應(yīng)用要求下，聯(lián)鎖系統(tǒng)還需與車載控制器交互，以完成列車運(yùn)行。針對(duì)這些新需求，一種通用的聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備流程(見圖2)應(yīng)運(yùn)而生。

圖2 聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程

圖2中的系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計(jì)部分包含了聯(lián)鎖表的設(shè)計(jì)及審核。目前的聯(lián)鎖表設(shè)計(jì)基本能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化編制，但是在信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通時(shí)，仍然要依靠人工編寫來實(shí)現(xiàn)特殊的應(yīng)用邏輯要求。

基于布爾代數(shù)描述的聯(lián)鎖邏輯，從聯(lián)鎖表到聯(lián)鎖邏輯基本由人工完成，且需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間去完成布爾邏輯的開發(fā)、校驗(yàn)和測試工作。即使有的廠家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，但仍需大量人工來校驗(yàn)和檢查。

1.2 ATS系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)

通用的ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程如圖3所示。

圖3 ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程

在圖3中的系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計(jì)階段，仍然有大量的工作需要人工處理，例如，站臺(tái)數(shù)據(jù)的配置、車站列車運(yùn)行數(shù)據(jù)描述等。

目前，CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))繪圖軟件基本統(tǒng)一采用圖-模一體化的繪圖方式，能在建立站場圖的同時(shí)完成站場二維模型的建立，并通過站場二維模型生成ATS所需的配置數(shù)據(jù)。配置數(shù)據(jù)按需求可采用關(guān)系型數(shù)據(jù)方式存儲(chǔ)，也可采用靜態(tài)文件方式存儲(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)制造及校核的基本原則

2.1 一次制造多次使用

由于聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATS系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)在站場描述過程中具有通用性，故數(shù)據(jù)制造的首要原則是：對(duì)通用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)生產(chǎn)，堅(jiān)持一次制造、多次使用。在ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程中，均需對(duì)整個(gè)車站的拓?fù)溥B接關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)和描述，并依賴于聯(lián)鎖表實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備間的聯(lián)鎖控制。而一次設(shè)計(jì)和制造的進(jìn)路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)，應(yīng)可供多個(gè)系統(tǒng)使用，否則不僅會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)重復(fù)生成，還會(huì)因?qū)υ擃悢?shù)據(jù)的交叉引用而產(chǎn)生不必要的錯(cuò)誤，造成安全隱患。

2.2 采用層級(jí)校核方法

目前，國內(nèi)大多數(shù)信號(hào)系統(tǒng)廠家的聯(lián)鎖系統(tǒng)及ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)生產(chǎn)模式與軟件工程中瀑布式的開發(fā)模型近似。這些數(shù)據(jù)生產(chǎn)模式有可能導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備周期過長，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)上和人力上的損失。

通過在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程各階段進(jìn)行層級(jí)校核，有利于盡早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、排除安全隱患。例如，在信號(hào)系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該先針對(duì)圖紙進(jìn)行人工校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，再通過CAD軟件內(nèi)置的自檢功能對(duì)各個(gè)配置文件進(jìn)行校核，以排除安全隱患，做到防患于未然。

2.3 采用多元化校核

對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)及ATS系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的校核有多種方法。目前，信號(hào)系統(tǒng)廠家基本都會(huì)提供用于生產(chǎn)、編輯和檢查站場數(shù)據(jù)的CAD工具，但要采用人工校驗(yàn)的方式來校核數(shù)據(jù)。校驗(yàn)的方法基本一致：對(duì)于由CAD軟件生成的聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)，由人工按照聯(lián)鎖表中的進(jìn)路來排列進(jìn)路，人工檢查進(jìn)路中涉及到的所有信號(hào)元素的聯(lián)鎖關(guān)系。除了人工校核方式外，還應(yīng)采用自動(dòng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式，以避免因人為誤操作而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)校驗(yàn)出錯(cuò)。

3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證過程

ATS系統(tǒng)中用到的基本數(shù)據(jù)如圖4所示。圖4中，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于為ATS系統(tǒng)準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫中，且各數(shù)據(jù)之間存在一定的邏輯和依賴關(guān)系。在進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證時(shí)，可以依據(jù)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性的驗(yàn)證。本文以聯(lián)鎖表為例，說明數(shù)據(jù)驗(yàn)證的具體流程和方法。

圖4 ATS系統(tǒng)的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)配置過程描述

從圖1中可以看出：聯(lián)鎖表的數(shù)據(jù)由CAD工具根據(jù)站場數(shù)據(jù)模型進(jìn)行創(chuàng)建，聯(lián)鎖邏輯用布爾表達(dá)式進(jìn)行描述。聯(lián)鎖表中，每1條記錄分別對(duì)應(yīng)1條布爾表達(dá)式，并通過校驗(yàn)布爾表達(dá)式完成對(duì)聯(lián)鎖表的校驗(yàn)。聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)的生產(chǎn)及校驗(yàn)流程如圖5所示，具體驗(yàn)證過程如下：

步驟1：由CAD工具根據(jù)設(shè)備間的有向圖模型來生產(chǎn)聯(lián)鎖表及布爾表達(dá)式庫。聯(lián)鎖表中的每1條記錄對(duì)應(yīng)2組表達(dá)式，其中1組為辦理進(jìn)路的表達(dá)式，另1組為取消進(jìn)路的表達(dá)式。每1組表達(dá)式都包含了1條前置表達(dá)式和1條后置表達(dá)式，其中前置表達(dá)式用于判斷1條聯(lián)鎖邏輯執(zhí)行的先決條件，后置表達(dá)式則用于判斷聯(lián)鎖邏輯的執(zhí)行結(jié)果。可見，布爾表達(dá)式庫除了用于校驗(yàn)聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)之外，還用于ATS系統(tǒng)進(jìn)路辦理的前置條件和后置條件。

步驟2：由數(shù)據(jù)校核工具從布爾表達(dá)式庫中取出待校驗(yàn)的布爾表達(dá)式，根據(jù)前置表達(dá)式辦理進(jìn)路或取消進(jìn)路，并將詳細(xì)的執(zhí)行結(jié)果記錄到日志庫中(可以存儲(chǔ)于云端)。

步驟3：處理日志流，專用于分析和統(tǒng)計(jì)執(zhí)行結(jié)果。

步驟4：根據(jù)步驟3中的執(zhí)行結(jié)果，修復(fù)執(zhí)行校驗(yàn)的布爾表達(dá)式中可能存在的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和校驗(yàn)程序上的錯(cuò)誤。

步驟5：待聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)驗(yàn)證無誤之后，由執(zhí)行聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)自動(dòng)生成聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯。

步驟6：聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯全部使用布爾表達(dá)式，并采用編譯軟件對(duì)布爾表達(dá)式進(jìn)行編譯，進(jìn)而生成自定義的二進(jìn)制文件，以供聯(lián)鎖執(zhí)行程序執(zhí)行。聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯和二進(jìn)制文件之間的校驗(yàn)通過反向編譯(可使用二進(jìn)制文件解釋器)執(zhí)行。比較布爾表達(dá)式與聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯，確認(rèn)輸入與輸出是否有差異，并最終生成聯(lián)鎖數(shù)據(jù)校驗(yàn)的差異驗(yàn)證報(bào)告。

圖5 聯(lián)鎖系統(tǒng)的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)邏輯驗(yàn)證過程描述

4 結(jié)語

本文針對(duì)ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)階段存在的耗時(shí)費(fèi)力并且錯(cuò)誤率居高的問題，提出了一種優(yōu)化的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)的解決方案。該解決方案從最原始的數(shù)據(jù)開始，通過建立數(shù)據(jù)有向圖模型，完成ATS系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，并結(jié)合布爾表達(dá)式實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)和ATS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，方便聯(lián)鎖應(yīng)用數(shù)據(jù)的正確生產(chǎn)，節(jié)省人工，縮短工期。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，該解決方案極大地保證了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的自動(dòng)化和可靠性。今后還可在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的過程中結(jié)合大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進(jìn)一步降低錯(cuò)誤發(fā)生的概率。