广州地铁四五号线ATS系统结构浅析

周皓钧

【摘要】 广州地铁四、五号线信号系统是由德国西门子研发生产的基于CBTC的移动闭塞列车自动控制系统（ATC），分为四大子系统：ATS、联锁、ATP、ATO。ATS是英文Automatic Train Supervision的缩写，为列车自动监督子系统。列车自动监督（ATS）是列车自动控制系统中不可或缺的一部分。文章主要针对广州地铁四五号线ATS系统在总线结构、数据传输方式及系统维护等方面进行了分析。【关键词】 广州地铁 ATS系统 数据传输

一、ATS概述

ATS系统是在ATP和ATO及联锁系统的支持下完成对全线列车的运行自动管理和监控的。它主要完成列车运行监视、列车运行车次号自动识别与追踪、进路自动排列、列车运行图及时刻表的编制与管理、列车运行时间调整、列车运行模拟、列车运行情况统计、事件及报警报表的生成和系统管理等功能。

ATS系统可以在分布和集中两种模式下工作，分布模式即为站级ATS，集中模式即为中央ATS。站级ATS作为中央ATS的后备模式可以为值班员显示目前线路实时的状态，这样的设计保证了站级ATS相对于中央ATS的独立，包括硬件和软件的不同。除了在运营前加载的时刻表信息以外，站级ATS需要的所有信息都由联锁和ATP/ATO系统提供[1]。

二、四五号线ATS系统结构

1、四号线车站ATS系统与中央ATS系统连接结构如下图所示：

2、五号线车站ATS系统与中央ATS系统连接结构如下图2所示。

3、四五号线系统共同点分析

中央级网络是由西门子提供的OC500软件在SOLARIS系统的操作平台上采取分布式系统的功能布置，并使用星型结构网络来实现的。车站级网络使用西门子提供的OC100软件通过WINDOWS系统平台由总线型结构网络实现的。两个网络之间的连接是由车站FEP实现。

1） 中央级ATS总线拓扑结构

在软件组成上中央级工作站主要使用OC501系统，在功能上采取的是分布式计算机系统，这是一种计算机硬件和功能的配置方式。各工作站通过互联网络构成统一的系统。系统采用分布式计算结构，即把原来系统内中央处理器负责处理的任务分散给相应的工作站的处理器，实现不同功能的各个处理器相互协调，共享系统的外设与软件[2]。

在ATS系统中，中央级的ATS网络是使用星型拓扑结构，中心系统使用两台交换机，把HMI服务器（人机接口）、COM服务器（通信服务器）、ADM服务器（管理服务器）、ADM备用服务器、在线/离线FALKO、中央FEP（前端处理器）组建成此种拓扑结构的局域网络。

星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中心节点（中央系统采用两台交换机）上，由该中央节点向目的节点传送信息。每个结点都由一条单独的通信线路与中心结点连结。

在星型网络中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。这样的结构有集中控制和故障检测、定位方便等优点。因系统各设备经过中央节点进行了逐一隔离，所以单个链接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，从而极大的保证了设备的稳定性。

但这样的星型系统结构有其致命的缺点：

（1） 过分依赖中央节点。因中央所有设备间的通信都必须通过中央节点，一旦中央节点（交换机）故障，整个系统便趋于瘫痪。因此，在广州地铁四五号线采用中央节点双机热备的方式来提高系统的稳定性。

（2） 电缆/网线长度长。需要耗费大量的电缆/网线，其成本、安装及维护工作量也骤增。

基于中央设备集中，要求网络稳定可靠，故选择星型网络结构较为合适。

2）车站级ATS总线拓扑结构

车站级的ATS网络使用总线型拓扑结构。ATS总线是由安装在各个联锁站和设备站的交换机和连接在交换机上的各个设备如LOW/CLOW（本地/中央操作工作站）、联锁、ATP、车站FEP、TTP（编图计算机）、TRC（排路计算机）等组成的。

总线拓扑结构是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到[3]。 总线结构的优点：

（1） 结构简单，易于扩充，当需要扩展用户时，只需要添加一个接线器（交换机）即可。

（2）电缆/光纤长度短，布线容易，成本较低。

车站ATS设备具有设备分布多而广、布线困难等特点，故选用总线型网络结构。但总线型网络网络结构的缺点是组成网络某个节点的两台交换机同时故障，该节点后续的网络就会收不到信息。在现场，所有节点的交换机都是双机热备的，构成硬件冗余。

4、四五号线ATS车站和中央总线传输方式不同点分析

区别1：传输方式的不同

四号线采用每个联锁区经由MC（光电转换）模块将数据直接传回中央的方式。这样的信息传输方式有以下优缺点：

1） 当某个联锁区传输媒介故障时，不会影响其他联锁区的显示及使用功能；

2） 使用光缆较长，布线困难；

五号线的传输方式为：一个联锁区先将数据传输至另一联锁区，将两个联锁区的数据发送至中央。这样的信息传输方式有以下优缺点：

1） 使用光缆较短，布线相对容易；

2） 一旦汇总联锁区交换机故障，将影响两个联锁区的功能。

区别2：传输硬件的不同

四号线采用的传输硬件为MC模块（光电转换模块），五号线采用的传输硬件为带光口的交换机。

三、 系统维护关键点

在系统正常运行的情况下，对系统维护有如下关键点：

3.1数据备份

计算机系统中最重要的应当是数据，数据一旦丢失，那损失将会是巨大的。所以，备份网络中主干设备的配置文件和数据都是必须的。我们车站级的工作站如LOW、FEP等都是采用镜像备份。对于中央实时处理数据的COM机，则需要定期利用硬盘对其进行备份[4]。

3.2 病毒防治

由于软件安装需要经过不同的存储设备，所以感染到病毒是再所难免的。一旦有一台机器感染，那么就会起连锁反应，致使整个网络陷入瘫痪。所以，一定要防患于未然，为服务器设置好防火墙，对系统进行安全漏洞扫描，安装杀毒软件，更新病毒库，在使用软件安装时先对其进行杀毒处理。

3.3 巡查仔细

因ATS设备采用网络传输的方法，所以，任何一个点的故障都可能引起系统某个故障，若不及时处理可能影响运营效率。

故需要巡检人员在巡查设备时关注每个灯位的状态，在ping IP时注意各网络的连接状态，是否存在丢包现象等。同时，还要注意各工作站CPU的占用率等参数。

四、总结

广州地铁四、五号线系统网络遵循以太网标准网络规则，使用通用三层交换机VLAN技术，将数据加密到局域网之中，使得各个系统之间的数据传输得到了保障，本文在分析了四五号线系统结构后，又总结了关于系统维护的关键点，在今后的维护过程中，需要更深的理解各系统的硬件、软件结构及数据传输方式，从而达到更好的维护效果。

参 考 文 献

[1] IEEE Std.1474.1_1999 基于通信的列车控制（CBTC） 系统的性能和功能要求[S]

[2] EN 50128 铁路应用—通信、信号及處理系统铁路控制和保护系统用软件[S]

[3] 周公建；满化录；北京市轨道交通亦庄线ATS子系统设计[J]；市政技术；2010年S2期

[4] 郜春海；自主创新CBTC系统的核心技术研究[J]；都市快轨交通；2011年04期