城市軌道交通自動化系統(tǒng)再認識概念、體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)

1、城市軌道交通自動化系統(tǒng)再認識-概念、體系構(gòu)造與技術(shù)摘要：本文在對城市軌道交通系統(tǒng)的特點進展分析的根底上，提出了軌道交通系統(tǒng)的五大技術(shù)需求，闡述了城市軌道交通自動化系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)理念和方法。通過對傳統(tǒng)體系構(gòu)造進展分析比較，指出自律分布體系構(gòu)造是城市軌道交通自動化系統(tǒng)的理想構(gòu)造。最后對自律分布系統(tǒng)技術(shù)進展了綜述，并從技術(shù)成熟性和技術(shù)特點的角度對其進展了分析和討論。關(guān)鍵詞：城市軌道交通自動化體系構(gòu)造自律分布系統(tǒng)abstrat:basednanalysisfharateristisftheurbanrailradtransprtatinsystes,thetehnialrequireentsfrail

2、radtransprtatinsystesareprpsed,thedesignprinipleandethdfurbanrailradtransprtatinautatinsystearealsdisussedinthispaper.pareiththenventinalsystearhiteture,earguethattheautnusdeentralizedsystearhitetureisanidealarhiteturefrurbanrailradtransprtatinautatinsyste.finally,theutlinefautnusdeentralizedsysteas

3、desribedfrtehnialaturityandadvantagepintfvierespetively.keyrds:urbanrailradtransprtatin;autatin;systearhiteture;autnusdeentralizedsyste一、城市軌道交通系統(tǒng)的特點及其技術(shù)需求在討論城市軌道交通系統(tǒng)自動化系統(tǒng)之前，對城市軌道交通系統(tǒng)的特點進展分析是非常必要的。下面從七個方面逐一進展分析。1城市軌道交通規(guī)劃的可持續(xù)性隨著中國城市化進程的開展，主城區(qū)向外擴展、主城區(qū)和衛(wèi)星城連成一體是一個明顯的趨勢。城市軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃要能適應(yīng)這一不斷開展和擴展的需求。然而，存在的主要

4、問題是：準確地預測將來的開展具有很多不確定因素。也就是說，當前的規(guī)劃在將來是要變的。這就要求我們的規(guī)劃要充分考慮系統(tǒng)的變化因素，反過來也要考慮現(xiàn)有系統(tǒng)和將來系統(tǒng)的平滑銜接和晉級。用技術(shù)的語言講就是系統(tǒng)構(gòu)造的靈敏性和可擴展性。2城市軌道交通系統(tǒng)建立的階段性城市軌道交通系統(tǒng)建立受投資、征地等諸多因素制約，不可能像大鐵路那樣一次設(shè)計、一次建立，需要分階段地建立和施行，一般的形態(tài)是逐線建立，即使是一條線也要求分段建立。這樣的建立形式給系統(tǒng)運行帶來很大的挑戰(zhàn)。對于分階段施行的系統(tǒng)而言，很明顯要求系統(tǒng)具有擴大性。對于可以一次建成的系統(tǒng)，建成后的系統(tǒng)晉級和改造，要求不中斷系統(tǒng)的運行，從這個角度看，要求系統(tǒng)具

5、有在線特性，即邊測試，邊運行。此外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)運用過程中的在線培訓。系統(tǒng)的擴大性和在線特性對于降低系統(tǒng)的開發(fā)本錢，運行本錢都是有直接好處的。這一問題也可以歸結(jié)為系統(tǒng)構(gòu)造的靈敏性和可擴展性。3運輸組織的多樣化和高密度化運輸組織的多樣化是指根據(jù)節(jié)假日和重大活動適時地調(diào)整運輸方案并付諸施行。這就要求建立在線實時的運輸方案系統(tǒng)，即運行圖系統(tǒng)，實現(xiàn)小時級方案的調(diào)整。在上下班的頂峰期實現(xiàn)列車的高密度運行是必須的，比方120秒的運行間隔。高密度運行與列車自動控制方式at和行車指揮系統(tǒng)親密相關(guān)。在這樣的需求之下，存在兩條不同的技術(shù)道路：信息集中控制集中，信息集中控制分散。就行車指揮系統(tǒng)而言，如何進展選擇可用

6、下面的事例來說明。日本的新干線由jr東日本，jr西日本，jr東海道等鐵路公司運營。因此，新干線的運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)分為二大類：其一為trajr西日本，jr東海道采用，其二為ssjr東日本采用。tra采用的是信息集中控制集中形式，而ss采用的是信息集中控制分散形式?；诳煽康睦碛?，在阪神大地震后，tra建有第二指令所調(diào)度所。需強調(diào)指出是信息集中是指列車方案信息運行圖的集中，以及列車運行實績在線狀態(tài)的集中?？刂品稚⑹侵噶熊囘M路控制由各個車站的系統(tǒng)程序進路控制裝置pr完成。站間協(xié)調(diào)的準那么就是列車運行圖。從上面的分析中可以看出，車站pr只要有運行圖信息就可以施行進路控制。在正常情況下，由調(diào)度中心向車站

7、pr傳送運行圖信息；而在非正常情況下災害，由各車站pr定期保存根本運行圖信息，以備緊急情況下使用。至于列車在線信息的集中，可以這樣考慮，在災害時，只需搜集列車運行狀態(tài)的最少根本信息，而不必建立1：1的備用中心。日本東京圈自律交通運行控制系統(tǒng)ats是目前世界上最大的自律分布系統(tǒng)，它管理著東京地區(qū)的200多個車站和2000多公里線路。實現(xiàn)了行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客信息效勞綜合自動化，實現(xiàn)了列車的高密度運行120秒，實現(xiàn)了系統(tǒng)的分階段的建立。具有典型性和代表性。這一系統(tǒng)也是采用的信息集中控制分散形式。就列車自動控制系統(tǒng)而言，有兩種形式。一是在地面系統(tǒng)生成速度指令，發(fā)送到軌道電路上，列車按速度指令行車

8、；一個是地面系統(tǒng)只發(fā)送停車點信息，列車根據(jù)這一信息和自身的位置以及制動性能自律地生成平滑的制動曲線。后一種形式也可以稱為列車位置信息集中制動控制分散，可以適應(yīng)不同車輛不同的制動性能，最大限度地實現(xiàn)高密度運行。因此，實現(xiàn)運輸組織的多樣化和高密度化時，采用何種技術(shù)道路是必須認真研究解決的問題。4旅客效勞的實效性為旅客提供列車運行信息的顯示和播送是根本的要求。在非正常運行情況下，實時地發(fā)布信息是關(guān)鍵。要求旅客效勞系統(tǒng)和行車指揮系統(tǒng)實現(xiàn)互連。5維護作業(yè)管理形式系統(tǒng)的維護形式是一個較少討論的問題，面前維護作業(yè)管理很難實現(xiàn)自動化。系統(tǒng)維護形式也決定著系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)方式。第一個問題涉及系統(tǒng)自身的維護。是不

9、中斷運行維護，還是在線維護與測試。即系統(tǒng)是否具備在線維護的才能。這又與系統(tǒng)的體系構(gòu)造親密相關(guān)。第二個問題是維護的管理形式。是集中還是分擔?，F(xiàn)有的維護管理形式可以說是一種集中形式，一切均在調(diào)度人員管制下完成。分擔的維護管理形式是指由調(diào)度中心、車站和現(xiàn)場作業(yè)人員共同完成維護作業(yè)。在這種形式下，調(diào)度中心負責信息維護作業(yè)方案集中，車站負責進路控制，現(xiàn)場作業(yè)人員負責維護作業(yè)時的進路申請和作業(yè)施行?？梢哉f，將過去調(diào)度中心的相當權(quán)限下放給了車站和現(xiàn)場作業(yè)人員。各個環(huán)節(jié)具有相當?shù)淖灾鳈?quán)并互相協(xié)調(diào)。支持這一維護管理形式，需要相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)造和技術(shù)。6平安性平安性是城市軌道交通系統(tǒng)的根本要求。詳細地講就是在軌道交通

10、系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)如通信信號、行車指揮、列車控制、牽引供電和車輛等領(lǐng)域采用故障-平安設(shè)計原那么。故障-平安涉及硬件、軟件和通信編碼等方面。如何應(yīng)用故障-平安的理論和方法是我們面臨的問題。7可用性對城市軌道交通系統(tǒng)而言，故障-平安是不夠的。故障-平安從本質(zhì)上講是一種被動的技術(shù)措施。如何保證運輸效勞的連續(xù)穩(wěn)定性，即可用性是我們的首要目的。做到100%的可用在技術(shù)上是可行的，但代價往往是高的。有時由于外界因素如災害、人身傷亡事故等的影響導致效勞中斷是不可防止的，但不是無限期的。非正常情況下的快速恢復是一個關(guān)鍵。在高密度運行區(qū)間，為防止列車故障或事故時引發(fā)混亂、盡量減小列車晚點，需要靈敏快捷的列車群自動控

11、制系統(tǒng)。在正常情況下，列車群自動控制依賴于運行圖；在非正常情況下，要實現(xiàn)列車群的協(xié)調(diào)，如安排列車的避讓或折返、防止列車在站間停車等。傳統(tǒng)的列車群控制大多依賴于調(diào)度員的指揮，難于實現(xiàn)快速的事故恢復。為保證運輸效勞的可用性，快捷的列車群自動控制系統(tǒng)是必不可少的。從技術(shù)上講，實現(xiàn)可用性也有兩條技術(shù)道路：容錯和防錯。防錯主要采用冗余技術(shù)，100%的備用，系統(tǒng)的本錢太高。容錯是真正容許模塊的錯誤和故障的發(fā)生，采用模塊級備用方式，實現(xiàn)低本錢化。綜上所述，城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)需求可以歸納為如下幾個方面：1系統(tǒng)的在線擴展性2系統(tǒng)的在線維護和測試性3系統(tǒng)的在線容錯性4信息集中、控制分散的技術(shù)道路5調(diào)度中心-車

12、站-現(xiàn)場作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔形式二、城市軌道交通自動化系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)理念和方法為滿足城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)需求，需要建立新的設(shè)計開發(fā)理念和方法。提出如下觀點和方法供參考。1信息集中、控制分散的技術(shù)道路為實現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)運輸組織的多樣化和高密度化，采用信息集中、控制分散的技術(shù)道路是一種理想選擇。2調(diào)度中心-車站-現(xiàn)場作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔形式這一形式對實現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的高效協(xié)同運行有重要意義。3城市軌道交通自動化系統(tǒng)體系構(gòu)造目前廣泛采用的是集中式體系構(gòu)造和客戶/效勞器體系構(gòu)造。對于大規(guī)模城市軌道交通自動化系統(tǒng)而言，集中式的體系構(gòu)造已不能滿足系統(tǒng)動態(tài)變化和擴展的要求，而客戶/效勞器構(gòu)造又

13、存在著系統(tǒng)負荷過于集中在效勞器方等問題。因此，研究適宜于大規(guī)模城市軌道交通自動化系統(tǒng)體系構(gòu)造，以滿足系統(tǒng)動態(tài)擴展的要求是一項重大課題。4系統(tǒng)設(shè)計方法學目前，系統(tǒng)設(shè)計大多采用自頂向下的方法，包括構(gòu)造化設(shè)計和面向?qū)ο笤O(shè)計等方法。這些方法假定在設(shè)計階段系統(tǒng)的構(gòu)造、規(guī)模和功能是確定的。系統(tǒng)的擴展和變化，必將引起整個系統(tǒng)的變化，可謂“牽一發(fā)動全身。對于大規(guī)模系統(tǒng)而言，不可能一次設(shè)計、一次建成，需要分階段地設(shè)計和建立施行。采用自底向上，由子系統(tǒng)逐步構(gòu)成整個系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方法學勢在必行。5系統(tǒng)容錯技術(shù)(可靠性)目前的雙機或多機冗余備用技術(shù)從根本上講是一種防錯技術(shù)，即防止錯誤的發(fā)生。在實際應(yīng)用中，存在著本錢高

14、，防不勝防等問題。針對城市軌道交通自動化系統(tǒng)的特點，研究開發(fā)低本錢的、實現(xiàn)真正意義上的容錯技術(shù)是必要的。6故障-平安技術(shù)對于軌道交通電氣化自動化系統(tǒng)這類要求故障-平安特性的系統(tǒng)，需要從硬件、軟件和通信等層面對故障-平安技術(shù)進展系統(tǒng)研究，并重點解決工程實用化問題。目前這一方面的研究相對薄弱。三、城市軌道交通自動化系統(tǒng)的體系構(gòu)造1體系構(gòu)造對系統(tǒng)運用成敗的影響在討論城市軌道交通自動化系統(tǒng)的體系構(gòu)造之前，先以t系統(tǒng)為例，說明體系構(gòu)造對系統(tǒng)運用成敗的影響。鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng)采用t已有漫長的歷史。美國1927年開發(fā)了第一套t系統(tǒng)，以單線無人站為控制對象，以增加區(qū)間列車運行數(shù)為目的。理論證明，其投資效果是

15、明顯的，到1955年所有干線根本實現(xiàn)了t化。歐洲1943、日本1954開始采用t系統(tǒng)，其目的是實現(xiàn)車站的無人化和經(jīng)營的效率化。我國開展t的研究已有40余年的歷史，廣深、大秦、鄭武等線裝備了t系統(tǒng)而沒有開通或使用。其主要問題是：調(diào)度集中形式下，行車和調(diào)車作業(yè)的矛盾沒有解決?；趖的運輸管理形式可以說是一種集中形式，一切均在調(diào)度人員管制下完成。但調(diào)度員的管制才能又是有限的。從技術(shù)上講，t采用的是典型的集中式體系構(gòu)造，對于大規(guī)模城市軌道交通自動化系統(tǒng)而言，集中式的體系構(gòu)造已不能滿足系統(tǒng)動態(tài)變化和擴展的要求，而客戶/效勞器構(gòu)造又存在著系統(tǒng)負荷過于集中在效勞器方等問題。在高密度區(qū)間、客貨混跑條件下，傳統(tǒng)

16、的t系統(tǒng)面臨如下問題：1大規(guī)模樞紐站仍然由人控制，不能實現(xiàn)自動化；2發(fā)生故障恢復運行時相當費時；3維護作業(yè)依賴于人，存在平安隱患。在城市軌道交通系統(tǒng)中，仍然存在上述23之問題。在第一部分已經(jīng)提到，調(diào)度中心-車站-現(xiàn)場作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔形式。在這種形式下，調(diào)度中心負責信息集中，車站負責進路控制，現(xiàn)場作業(yè)人員負責維護作業(yè)時的進路申請和作業(yè)施行?？梢哉f，將過去調(diào)度中心的相當權(quán)限下放給了車站和現(xiàn)場作業(yè)人員。各個環(huán)節(jié)具有相當?shù)淖灾鳈?quán)并互相協(xié)調(diào)。這一業(yè)務(wù)形式可稱為自律分布形式。以“信息集中、控制分散為根本理念的自律分布鐵路調(diào)度指揮形式是解決我國t系統(tǒng)主要問題的一種理想選擇。支持自律分布形式的體系構(gòu)造是

17、一種對等式體系構(gòu)造，又稱為自律分布體系構(gòu)造。2集中式體系構(gòu)造在自動化系統(tǒng)中，廣泛采用的是集中式構(gòu)造。對于城市軌道交通自動化系統(tǒng)而言，集中式的體系構(gòu)造已不能滿足系統(tǒng)動態(tài)變化和擴展的要求。在運行過程中，其缺點表現(xiàn)為：圖1集中式體系構(gòu)造1所有的現(xiàn)場設(shè)備信息必須匯總到通訊前置機后再由通訊前置機發(fā)送到控制中心。這增加了信息傳輸中間環(huán)節(jié)，并且隨著現(xiàn)場設(shè)備的擴展，增加了通訊前置機的負擔，通訊前置機是現(xiàn)場設(shè)備和控制中心交互的咽喉，假設(shè)它出現(xiàn)故障，那么整個監(jiān)控系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。2現(xiàn)場的所有信息都是最終匯總到控制中心，控制中心的計算機進展各種數(shù)據(jù)處理，最后由操作員工作站的屏幕上顯示出來。同時將各種控制信息發(fā)送給現(xiàn)

18、場設(shè)備，進展統(tǒng)一監(jiān)視和控制。這種集中式的監(jiān)控系統(tǒng)隨著監(jiān)控規(guī)模的不斷擴大，必將大大加大控制中心的負擔。3假設(shè)要對集中式構(gòu)造的監(jiān)控系統(tǒng)增加新的設(shè)備時，必須停頓整個系統(tǒng)的運行，并且還必須將控制中心的軟件進展修改，甚至重新編寫軟件，這也將大大影響監(jiān)控系統(tǒng)的運行，而且將消耗大量的人力物力。3客戶/效勞器體系構(gòu)造客戶/效勞器構(gòu)造雖然減少了中間環(huán)節(jié)，方便了動態(tài)擴大，卻又存在著系統(tǒng)負荷過于集中在效勞器的問題。圖2客戶/效勞器式體系構(gòu)造1客戶端每一次操作必須通過效勞器統(tǒng)一處理。這樣使信息交互中的大量負擔集中到了效勞器，客戶端只執(zhí)行一些簡單任務(wù)。特別是在如今系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大的情況下，對效勞容量要求必然會迅速增加，

19、負荷進一步加重，嚴重情況下，很可能導致網(wǎng)絡(luò)擁塞，效勞器處于癱瘓狀態(tài)。2同時由于客戶/效勞器構(gòu)造中效勞器必須處理大量的信息，且客戶端均由效勞器連接，如假設(shè)要參加新的客戶端雖不影響其它客戶端的運行性能，但必須對效勞器進展調(diào)整修改，效勞器軟件也將被修改后才能使得整個系統(tǒng)運行正常，這時，修改效勞器將導致效勞器部分失效或全部停頓運行。其它客戶端無法交換信息進展連接，必然影響到整個監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。3傳統(tǒng)的客戶/效勞器應(yīng)用軟件形式大都是基于“肥客戶機構(gòu)造下的兩層構(gòu)造。它面臨的一個主要的問題是系統(tǒng)的擴展及安裝維護困難。開發(fā)人員寫出的程序在客戶端運行，占用了大量的系統(tǒng)資源和網(wǎng)絡(luò)資源。而在分布式實時控制系統(tǒng)中

20、，/s構(gòu)造更顯出他的缺乏：lient與server直接連接，沒有中間構(gòu)造來處理懇求，server定位通常需要網(wǎng)絡(luò)細節(jié)，server必須是活動的ative，客戶端的應(yīng)用程序嚴格依賴于效勞器端數(shù)據(jù)存儲和組織方式。應(yīng)用接口的異構(gòu)性嚴重影響系統(tǒng)間的互操作。許多一樣的功能模塊被屢次重復開發(fā)，代碼的重用很困難。無法保證數(shù)據(jù)的實時性，系統(tǒng)可擴展性差無法實如今線維護和在線擴展，容錯性差，對多數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用支持較差。由一個中心效勞器處理所有數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)都必須通過效勞器的中轉(zhuǎn)，而不是直接的點對點的方式，從而增加了不必要的延時。這種形式在效勞器具備所有需要的信息的時候可以正常工作，而當數(shù)據(jù)來源于多個節(jié)點且同時又

21、被多個節(jié)點使用的時候就顯得力不從心了。而且效勞器還是整個系統(tǒng)的性能瓶頸，假設(shè)效勞器由于某種原因出現(xiàn)故障，那么整個系統(tǒng)的通信都將陷入癱瘓。所以，客戶/效勞器構(gòu)造無法滿足分布式實時應(yīng)用系統(tǒng)的需求。4.系統(tǒng)的通信模型傳統(tǒng)的通信模型對應(yīng)于其傳統(tǒng)的體系構(gòu)造，同樣具有一些技術(shù)上的問題需要解決。傳統(tǒng)的通信分為plling型和懇求/應(yīng)答型request/reply。1plling通信模型其主要問題在于控制中心的效勞器采用定時輪詢技術(shù)，控制中心發(fā)出信息后，各個客戶端是按照與控制中心聯(lián)接的順序來接收信息并對控制中心的信息做出反響，例如在aster對slave1發(fā)出信息后，slave1接收信息并做出反響后將發(fā)出回饋

22、信息到aster,aster在接收到slave1的信息后再向slave2發(fā)送信息，以此類推，在最末端的slavei將在最后接收到aster發(fā)出的信息，在這個過程中如假設(shè)其中某一個slave出現(xiàn)問題或聯(lián)接中斷，那么該slave后的其他客戶端將接收不到信息，無法做出反響。并且這種通信方式將花費大量的時間，對于監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和實時性造成很大的障礙。2懇求/應(yīng)答通信模型request/reply那么對應(yīng)于客戶/效勞器體系構(gòu)造。懇求/應(yīng)答通信模型是基于tp/ip協(xié)議的一種網(wǎng)絡(luò)化通信模型。它是一種客戶端向效勞器發(fā)出發(fā)送信息的懇求后，在得到效勞器應(yīng)答后才能發(fā)送信息的通信形式。與plling通信模型相比較而

23、言，其優(yōu)點在于無需各客戶端按照順序來進展應(yīng)答，從而節(jié)省了大量的時間，但是如假設(shè)一旦效勞器發(fā)生故障，那么通信就無法進展，也將影響到監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。從上述兩種通信模型來看，兩者都有一些技術(shù)上的問題有待解決，而影響了監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)擴展及可靠性，需要有新的通信模型來加以改進。5.自律分布系統(tǒng)構(gòu)造自律分布系統(tǒng)(autnus-deentralizedsyste-ads)，在降低系統(tǒng)復雜程度、實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展方面是一個很大的進步。自律分布的思想是向生物學習而提出來的。在生物體中，每個細胞具有一樣的遺傳信息。據(jù)此，自律分布系統(tǒng)認為構(gòu)成系統(tǒng)的各個節(jié)點具有一樣的潛在才能，任何一個節(jié)點可以從其他節(jié)點接收信息，然后

24、選擇必要的信息加以自律地處理。在自律分布系統(tǒng)中，任何程序只與數(shù)據(jù)域(池)發(fā)生聯(lián)絡(luò)，從而防止了程序之間的直接連接，有效地降低了系統(tǒng)的整體復雜性。在自律分布系統(tǒng)中，采用功能碼通信方式。發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點將數(shù)據(jù)與表示其內(nèi)容的功能碼組成一對，向數(shù)據(jù)域池發(fā)送。接收數(shù)據(jù)的節(jié)點從數(shù)據(jù)域中讀取數(shù)據(jù)。當一個程序所需的數(shù)據(jù)到達數(shù)據(jù)域時，由系統(tǒng)自動啟動該程序。這種方式稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動方式。數(shù)據(jù)域、功能碼通信、數(shù)據(jù)驅(qū)動是自律分布系統(tǒng)的三大特征。自律分布系統(tǒng)已從專用控制網(wǎng)絡(luò)擴展到通用網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)。自律分布系統(tǒng)在降低系統(tǒng)復雜性和實現(xiàn)系統(tǒng)在線擴展、在線維護和在線容錯方面是有效的。四、解決方案-自律分布系統(tǒng)ads技術(shù)1ads技術(shù)綜述

25、系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大的趨勢說明，在設(shè)計自動化系統(tǒng)時，不可能一次性將各個部分、各個環(huán)節(jié)都考慮完好周全，而必須隨著系統(tǒng)的分階段建立不斷擴大規(guī)模、不斷完善功能?，F(xiàn)有的自動化系統(tǒng)都是一次性建立完畢，如要進展擴大和維護，只能終止整個系統(tǒng)的運行，這必然會給運輸造成極大的經(jīng)濟損失。自律分布系統(tǒng)，即adsautnusdeentralizedsyste。構(gòu)成自律分布系統(tǒng)的首要條件是子系統(tǒng)的存在性。整個ads系統(tǒng)是不能事先定義的，只能籠統(tǒng)地定義為假設(shè)干子系統(tǒng)的集成。ads系統(tǒng)最關(guān)鍵的特點就是子系統(tǒng)的自我控制和自我協(xié)調(diào)的才能。(1)自我控制表如今一旦某個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障、進展維修或剛剛參加，其它子系統(tǒng)可以不受干擾地管理和

26、運行自己的功能。(2)自我協(xié)調(diào)是指一旦某個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障、進展維修或剛剛參加，其它子系統(tǒng)可以在在它們內(nèi)部協(xié)調(diào)處理完成各自的任務(wù)。正是子系統(tǒng)的這兩個特點保證了整個系統(tǒng)的在線擴展、在線維護和容錯。因此根據(jù)ads思路設(shè)計的自動化系統(tǒng)表達了以下優(yōu)點：首先，它不再基于傳統(tǒng)的/s模型，而是由假設(shè)干子系統(tǒng)構(gòu)成。各個子系統(tǒng)之間是互相平等的，不存在依附關(guān)系，可以自主運作，但這并不說明它們不與外界交換信息。實際上，各個子系統(tǒng)不斷向外界以播送方式發(fā)送信息，同時又根據(jù)各自需求接收來自外界的信息以為自己效勞。這樣一來，/s形式中效勞器大量的負擔被有限地分散了，而且加快了子系統(tǒng)間信息的交換速度。ads的核心協(xié)議adp是建

27、立在tp/ip的udp協(xié)議之上的一個應(yīng)用層協(xié)議。因此，只要支持tp/ip協(xié)議的環(huán)境都可以支持ads技術(shù)。目前，ads標準草案is/t184/s5/sg5已提交給國際標準化組織，即將被采納為國際標準。另外，ads與plefrpressntrl和rba的交融及其標準化工作正在進展之中。日本東京圈自律交通運行控制系統(tǒng)ats是目前世界上最大的自律分布系統(tǒng)，它管理著東京地區(qū)的200多個車站和2000多公里線路。實現(xiàn)了行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客信息效勞綜合自動化，實現(xiàn)了列車的高密度運行120秒，實現(xiàn)了系統(tǒng)的分階段的建立。具有典型性和代表性。如以下圖所示。2.ads的技術(shù)成熟性自律分布系統(tǒng)體系構(gòu)造和相關(guān)技術(shù)是

28、成熟的、可靠的，其理由如下：1ads是一種開放的技術(shù)ads的核心協(xié)議adp是建立在tp/ip的udp協(xié)議之上的一個應(yīng)用層協(xié)議。因此，只要支持tp/ip協(xié)議的環(huán)境都可以支持ads技術(shù)。2ads即將被采納為is國際標準目前，ads標準草案is/t184/s5/sg5已提交給國際標準化組織，即將被采納為國際標準。另外，ads與plefrpressntrl和rba的交融及其標準化工作正在進展之中。3ads有成功的應(yīng)用理論日本東京圈自律交通運行控制系統(tǒng)ats是目前世界上最大的自律分布系統(tǒng)，它管理著東京地區(qū)的200多個車站和2000多公里線路。實現(xiàn)了行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客信息效勞綜合自動化。實現(xiàn)了列車的

29、高密度運行90秒，實現(xiàn)了系統(tǒng)的分階段的建立。具有典型性和代表性。4ads有較成熟的開發(fā)平臺和工具目前，自律分布系統(tǒng)的主要開發(fā)工具有：nxdlink,nxdfs,nxnstrutr32,nxart-vie,nxart-ath等。均支持目前主流的操作系統(tǒng)平臺如unix,indsnt,還支持pl和設(shè)備網(wǎng)devienet。因此，采用自律分布系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的，其產(chǎn)品是可靠的。3采用ads技術(shù)的城市軌道交通自動化系統(tǒng)主要特點31在線可擴展性1在系統(tǒng)中假設(shè)有新節(jié)點車站參加，在數(shù)據(jù)域中的所有節(jié)點都將接收這一信息，同時可在控制中心看見這個新站參加系統(tǒng)中。2假設(shè)在線的車站突然因為網(wǎng)絡(luò)故障退出了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其

30、他所有節(jié)點都會知道這一狀況，當網(wǎng)絡(luò)故障被排除以后，節(jié)點重新參加系統(tǒng)，并且自動向控制中心發(fā)送自己最新的信息。并且盡力來恢復故障前的狀態(tài)，可見系統(tǒng)有很好的伸縮性。32在線可維護性運行圖文件可以在控制中心在線修改，修改后可以下傳到各個車站控制子系統(tǒng)。在節(jié)點在線的情況下可以自由地對軟件系統(tǒng)內(nèi)容進展修改和維護。33在線容錯性1假設(shè)控制中心主機發(fā)生了故障，在控制中心的其它備用主機就會自動獲得控制中心的控制權(quán)，同時系統(tǒng)中的其它節(jié)點也會重新確認新的控制中心節(jié)點，向它傳輸最新的信息。當發(fā)生故障的原控制中心主機重新參加系統(tǒng)以后，系統(tǒng)會自動的接納它，同時它也會確認為新的控制中心。2處于遠程控制形式下的車站節(jié)點，在發(fā)

31、生本地網(wǎng)絡(luò)故障時，該節(jié)點會將自己晉級為控制中心并且由遠程控制形式切換為本地控制形式。3在發(fā)生災害時普通節(jié)點可以通過懇求應(yīng)答的方式來向控制中心懇求成為控制中心，這樣控制中心就可以自由的漂移?？梢娤到y(tǒng)有較為理想的在線容錯性。34能較好地貫徹信息集中控制分散的技術(shù)道路信息集中要保證信息的實時性。這里有二層含義：調(diào)度中心實時地得到列車在線信息；各個車站平等地得到調(diào)度中心發(fā)布的運行圖信息。ads系統(tǒng)采用的發(fā)布/定購通信模型能很好地保證信息的實時性?？刂泼钤诰W(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)脑挘ㄐ啪€路故障或主機故障將導致系統(tǒng)失效。采用ads技術(shù)實現(xiàn)控制分散可有效防止系統(tǒng)失效的風險。在ads體系中，由于各個系統(tǒng)節(jié)點是對等的，

32、任何一個節(jié)點都具有潛在的一樣的才能，區(qū)別只是應(yīng)用層的功能不同而已，而且這種區(qū)別是由管理者的方便造成的，而不是設(shè)計階段決定的。這意味著系統(tǒng)中的任何一個節(jié)點隨時可以成為控制中心。這種靈敏性對保證系統(tǒng)的可用性是非常有效的，特別是在災害發(fā)生時。此外，車站節(jié)點的本地/遠程運行形式能方便地實現(xiàn)調(diào)度中心臨時管制。五、結(jié)論本文從七個方面對城市軌道交通系統(tǒng)的特點進展了分析，進而提出了軌道交通系統(tǒng)的五大技術(shù)需求，分別是1系統(tǒng)的在線擴展性；2系統(tǒng)的在線維護和測試性；3系統(tǒng)的在線容錯性；4信息集中、控制分散的技術(shù)道路；5調(diào)度中心-車站-現(xiàn)場作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔形式。在此根底上，提出了城市軌道交通自動化系統(tǒng)新的設(shè)計開

33、發(fā)理念和方法。為滿足城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)需求，需要建立設(shè)計開發(fā)理念和方法。為實現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)運輸組織的多樣化和高密度化，采用信息集中、控制分散的技術(shù)道路是一種理想選擇；調(diào)度中心-車站-現(xiàn)場作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔形式對實現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的高效協(xié)同運行有重要意義；自律分布體系構(gòu)造是適宜于大規(guī)模城市軌道交通自動化系統(tǒng)的理想選擇；采用自底向上，由子系統(tǒng)逐步構(gòu)成整個系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方法學可以支持城市軌道交通自動化系統(tǒng)分階段建立施行。最后對自律分布系統(tǒng)技術(shù)進展了綜述，并從技術(shù)成熟性和技術(shù)特點的角度對其進展了分析和討論。采用自律分布系統(tǒng)技術(shù)在技術(shù)上完全可行的，同時自律分布系統(tǒng)能很好地滿足城市軌道交通自動化系統(tǒng)的技術(shù)需求并支持本文提出的設(shè)計開發(fā)理念和方法。參考文獻lf.kitaharaetal.“distributedanageentfrsftareaintenaneinaide-arearailaysyste,pr.fisads97,berlin,gerany,1997,pp.311-3182f.kitahara,etal.“idely-distributedtrain-traffiputerntrlsysteanditsstepbystepnstrutin,pr.fisads95,phenix,u.s