城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)概念、體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)

1、城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)-概念、體系構(gòu)造與技術(shù)摘要：本文在對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)理念和方法。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)體系構(gòu)造進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)的理想構(gòu)造。最后對(duì)自律分布系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展了綜述，并從技術(shù)成熟性和技術(shù)特點(diǎn)的角度對(duì)其進(jìn)展了分析和討論。關(guān)鍵詞：城市軌道交通自動(dòng)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(diǎn)及其技術(shù)需求在討論城市軌道交通系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)之前，對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)展分析是非常必要的。下面從七個(gè)方面逐一進(jìn)展分析。1城市軌道交通規(guī)劃的可持續(xù)性隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的開(kāi)展，主城區(qū)向外擴(kuò)展、主城區(qū)和衛(wèi)星城連成一體是一個(gè)明顯的趨勢(shì)。城市軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃要能適應(yīng)這一不斷開(kāi)展和擴(kuò)展的需求。然而，存在的主要

4、問(wèn)題是：準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)將來(lái)的開(kāi)展具有很多不確定因素。也就是說(shuō)，當(dāng)前的規(guī)劃在將來(lái)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(guò)來(lái)也要考慮現(xiàn)有系統(tǒng)和將來(lái)系統(tǒng)的平滑銜接和晉級(jí)。用技術(shù)的語(yǔ)言講就是系統(tǒng)構(gòu)造的靈敏性和可擴(kuò)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(jì)、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(yùn)行帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。對(duì)于分階段施行的系統(tǒng)而言，很明顯要求系統(tǒng)具有擴(kuò)大性。對(duì)于可以一次建成的系統(tǒng)，建成后的系統(tǒng)晉級(jí)和改造，要求不中斷系統(tǒng)的運(yùn)行，從這個(gè)角度看，要求系統(tǒng)具

5、有在線特性，即邊測(cè)試，邊運(yùn)行。此外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中的在線培訓(xùn)。系統(tǒng)的擴(kuò)大性和在線特性對(duì)于降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)本錢，運(yùn)行本錢都是有直接好處的。這一問(wèn)題也可以歸結(jié)為系統(tǒng)構(gòu)造的靈敏性和可擴(kuò)展性。3運(yùn)輸組織的多樣化和高密度化運(yùn)輸組織的多樣化是指根據(jù)節(jié)假日和重大活動(dòng)適時(shí)地調(diào)整運(yùn)輸方案并付諸施行。這就要求建立在線實(shí)時(shí)的運(yùn)輸方案系統(tǒng)，即運(yùn)行圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小時(shí)級(jí)方案的調(diào)整。在上下班的頂峰期實(shí)現(xiàn)列車的高密度運(yùn)行是必須的，比方120秒的運(yùn)行間隔。高密度運(yùn)行與列車自動(dòng)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(jìn)展選擇可用

6、下面的事例來(lái)說(shuō)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(yùn)營(yíng)。因此，新干線的運(yùn)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。基于可靠的理由，在阪神大地震后，tra建有第二指令所調(diào)度所。需強(qiáng)調(diào)指出是信息集中是指列車方案信息運(yùn)行圖的集中，以及列車運(yùn)行實(shí)績(jī)?cè)诰€狀態(tài)的集中?？刂品稚⑹侵噶熊囘M(jìn)路控制由各個(gè)車站的系統(tǒng)程序進(jìn)路控制裝置pr完成。站間協(xié)調(diào)的準(zhǔn)那么就是列車運(yùn)行圖。從上面的分析中可以看出，車站pr只要有運(yùn)行圖信息就可以施行進(jìn)路控制。在正常情況下，由調(diào)度中心向車站

7、pr傳送運(yùn)行圖信息；而在非正常情況下災(zāi)害，由各車站pr定期保存根本運(yùn)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(zāi)害時(shí)，只需搜集列車運(yùn)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(yùn)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(gè)車站和2000多公里線路。實(shí)現(xiàn)了行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客信息效勞綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了列車的高密度運(yùn)行120秒，實(shí)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(dòng)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(gè)是地面系統(tǒng)只發(fā)送停車點(diǎn)信息，列車根據(jù)這一信息和自身的位置以及制動(dòng)性能自律地生成平滑的制動(dòng)曲線。后一種形式也可以稱為列車位置信息集中制動(dòng)控制分散，可以適應(yīng)不同車輛不同的制動(dòng)性能，最大限度地實(shí)現(xiàn)高密度運(yùn)行。因此，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸組織的多樣化和高密度化時(shí)，采用何種技術(shù)道路是必須認(rèn)真研究解決的問(wèn)題。4旅客效勞的實(shí)效性為旅客提供列車運(yùn)行信息的顯示和播送是根本的要求。在非正常運(yùn)行情況下，實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)互連。5維護(hù)作業(yè)管理形式系統(tǒng)的維護(hù)形式是一個(gè)較少討論的問(wèn)題，面前維護(hù)作業(yè)管理很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。系統(tǒng)維護(hù)形式也決定著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方式。第一個(gè)問(wèn)題涉及系統(tǒng)自身的維護(hù)。是不

9、中斷運(yùn)行維護(hù)，還是在線維護(hù)與測(cè)試。即系統(tǒng)是否具備在線維護(hù)的才能。這又與系統(tǒng)的體系構(gòu)造親密相關(guān)。第二個(gè)問(wèn)題是維護(hù)的管理形式。是集中還是分擔(dān)?，F(xiàn)有的維護(hù)管理形式可以說(shuō)是一種集中形式，一切均在調(diào)度人員管制下完成。分擔(dān)的維護(hù)管理形式是指由調(diào)度中心、車站和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員共同完成維護(hù)作業(yè)。在這種形式下，調(diào)度中心負(fù)責(zé)信息維護(hù)作業(yè)方案集中，車站負(fù)責(zé)進(jìn)路控制，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員負(fù)責(zé)維護(hù)作業(yè)時(shí)的進(jìn)路申請(qǐng)和作業(yè)施行。可以說(shuō)，將過(guò)去調(diào)度中心的相當(dāng)權(quán)限下放給了車站和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。各個(gè)環(huán)節(jié)具有相當(dāng)?shù)淖灾鳈?quán)并互相協(xié)調(diào)。支持這一維護(hù)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(xì)地講就是在軌道交通

10、系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)如通信信號(hào)、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(jì)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(wèn)題。7可用性對(duì)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(dòng)的技術(shù)措施。如何保證運(yùn)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(jià)往往是高的。有時(shí)由于外界因素如災(zāi)害、人身傷亡事故等的影響導(dǎo)致效勞中斷是不可防止的，但不是無(wú)限期的。非正常情況下的快速恢復(fù)是一個(gè)關(guān)鍵。在高密度運(yùn)行區(qū)間，為防止列車故障或事故時(shí)引發(fā)混亂、盡量減小列車晚點(diǎn)，需要靈敏快捷的列車群自動(dòng)控

11、制系統(tǒng)。在正常情況下，列車群自動(dòng)控制依賴于運(yùn)行圖；在非正常情況下，要實(shí)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(shí)現(xiàn)快速的事故恢復(fù)。為保證運(yùn)輸效勞的可用性，快捷的列車群自動(dòng)控制系統(tǒng)是必不可少的。從技術(shù)上講，實(shí)現(xiàn)可用性也有兩條技術(shù)道路：容錯(cuò)和防錯(cuò)。防錯(cuò)主要采用冗余技術(shù)，100%的備用，系統(tǒng)的本錢太高。容錯(cuò)是真正容許模塊的錯(cuò)誤和故障的發(fā)生，采用模塊級(jí)備用方式，實(shí)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(gè)方面：1系統(tǒng)的在線擴(kuò)展性2系統(tǒng)的在線維護(hù)和測(cè)試性3系統(tǒng)的在線容錯(cuò)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(chǎng)作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔(dān)形式二、城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)開(kāi)發(fā)理念和方法。提出如下觀點(diǎn)和方法供參考。1信息集中、控制分散的技術(shù)道路為實(shí)現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)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(chǎng)作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔(dān)形式這一形式對(duì)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的高效協(xié)同運(yùn)行有重要意義。3城市軌道交通自動(dòng)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(duì)于大規(guī)模城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)而言，集中式的體系構(gòu)造已不能滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化和擴(kuò)展的要求，而客戶/效勞器構(gòu)造又

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

14、，防不勝防等問(wèn)題。針對(duì)城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)低本錢的、實(shí)現(xiàn)真正意義上的容錯(cuò)技術(shù)是必要的。6故障-平安技術(shù)對(duì)于軌道交通電氣化自動(dòng)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(duì)故障-平安技術(shù)進(jìn)展系統(tǒng)研究，并重點(diǎn)解決工程實(shí)用化問(wèn)題。目前這一方面的研究相對(duì)薄弱。三、城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的體系構(gòu)造1體系構(gòu)造對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用成敗的影響在討論城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的體系構(gòu)造之前，先以t系統(tǒng)為例，說(shuō)明體系構(gòu)造對(duì)系統(tǒng)運(yùn)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(zhǎng)的歷史。美國(guó)1927年開(kāi)發(fā)了第一套t系統(tǒng)，以單線無(wú)人站為控制對(duì)象，以增加區(qū)間列車運(yùn)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(shí)現(xiàn)了t化。歐洲1943、日本1954開(kāi)始采用t系統(tǒng)，其目的是實(shí)現(xiàn)車站的無(wú)人化和經(jīng)營(yíng)的效率化。我國(guó)開(kāi)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(méi)有開(kāi)通或使用。其主要問(wèn)題是：調(diào)度集中形式下，行車和調(diào)車作業(yè)的矛盾沒(méi)有解決。基于t的運(yùn)輸管理形式可以說(shuō)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(duì)于大規(guī)模城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)而言，集中式的體系構(gòu)造已不能滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化和擴(kuò)展的要求，而客戶/效勞器構(gòu)造又存在著系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)于集中在效勞器方等問(wèn)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(wèn)題：1大規(guī)模樞紐站仍然由人控制，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；2發(fā)生故障恢復(fù)運(yùn)行時(shí)相當(dāng)費(fèi)時(shí)；3維護(hù)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(wèn)題。在第一部分已經(jīng)提到，調(diào)度中心-車站-現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔(dān)形式。在這種形式下，調(diào)度中心負(fù)責(zé)信息集中，車站負(fù)責(zé)進(jìn)路控制，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員負(fù)責(zé)維護(hù)作業(yè)時(shí)的進(jìn)路申請(qǐng)和作業(yè)施行?？梢哉f(shuō)，將過(guò)去調(diào)度中心的相當(dāng)權(quán)限下放給了車站和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。各個(gè)環(huán)節(jié)具有相當(dāng)?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(guó)t系統(tǒng)主要問(wèn)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(duì)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(dòng)化系統(tǒng)中，廣泛采用的是集中式構(gòu)造。對(duì)于城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)而言，集中式的體系構(gòu)造已不能滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化和擴(kuò)展的要求。在運(yùn)行過(guò)程中，其缺點(diǎn)表現(xiàn)為：圖1集中式體系構(gòu)造1所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息必須匯總到通訊前置機(jī)后再由通訊前置機(jī)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(chǎng)設(shè)備的擴(kuò)展，增加了通訊前置機(jī)的負(fù)擔(dān)，通訊前置機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。2現(xiàn)場(chǎng)的所有信息都是最終匯總到控制中心，控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)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(lái)。同時(shí)將各種控制信息發(fā)送給現(xiàn)

18、場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)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(kuò)大，必將大大加大控制中心的負(fù)擔(dān)。3假設(shè)要對(duì)集中式構(gòu)造的監(jiān)控系統(tǒng)增加新的設(shè)備時(shí)，必須停頓整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，并且還必須將控制中心的軟件進(jìn)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(yùn)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(dòng)態(tài)擴(kuò)大，卻又存在著系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)于集中在效勞器的問(wèn)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(guò)效勞器統(tǒng)一處理。這樣使信息交互中的大量負(fù)擔(dān)集中到了效勞器，客戶端只執(zhí)行一些簡(jiǎn)單任務(wù)。特別是在如今系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，對(duì)效勞容量要求必然會(huì)迅速增加，

19、負(fù)荷進(jìn)一步加重，嚴(yán)重情況下，很可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，效勞器處于癱瘓狀態(tài)。2同時(shí)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(yùn)行性能，但必須對(duì)效勞器進(jìn)展調(diào)整修改，效勞器軟件也將被修改后才能使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，這時(shí)，修改效勞器將導(dǎo)致效勞器部分失效或全部停頓運(yùn)行。其它客戶端無(wú)法交換信息進(jìn)展連接，必然影響到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jī)構(gòu)造下的兩層構(gòu)造。它面臨的一個(gè)主要的問(wèn)題是系統(tǒng)的擴(kuò)展及安裝維護(hù)困難。開(kāi)發(fā)人員寫出的程序在客戶端運(yùn)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(shí)時(shí)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(méi)有中間構(gòu)造來(lái)處理懇求，server定位通常需要網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，server必須是活動(dòng)的ative，客戶端的應(yīng)用程序嚴(yán)格依賴于效勞器端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和組織方式。應(yīng)用接口的異構(gòu)性嚴(yán)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(fù)開(kāi)發(fā)，代碼的重用很困難。無(wú)法保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)可擴(kuò)展性差無(wú)法實(shí)如今線維護(hù)和在線擴(kuò)展，容錯(cuò)性差，對(duì)多數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用支持較差。由一個(gè)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(guò)效勞器的中轉(zhuǎn)，而不是直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，從而增加了不必要的延時(shí)。這種形式在效勞器具備所有需要的信息的時(shí)候可以正常工作，而當(dāng)數(shù)據(jù)來(lái)源于多個(gè)節(jié)點(diǎn)且同時(shí)又

21、被多個(gè)節(jié)點(diǎn)使用的時(shí)候就顯得力不從心了。而且效勞器還是整個(gè)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(gè)系統(tǒng)的通信都將陷入癱瘓。所以，客戶/效勞器構(gòu)造無(wú)法滿足分布式實(shí)時(shí)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(duì)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(wèn)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(wèn)題在于控制中心的效勞器采用定時(shí)輪詢技術(shù)，控制中心發(fā)出信息后，各個(gè)客戶端是按照與控制中心聯(lián)接的順序來(lái)接收信息并對(duì)控制中心的信息做出反響，例如在aster對(duì)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(gè)過(guò)程中如假設(shè)其中某一個(gè)slave出現(xiàn)問(wèn)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(wú)法做出反響。并且這種通信方式將花費(fèi)大量的時(shí)間，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性造成很大的障礙。2懇求/應(yīng)答通信模型request/reply那么對(duì)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(diǎn)在于無(wú)需各客戶端按照順序來(lái)進(jìn)展應(yīng)答，從而節(jié)省了大量的時(shí)間，但是如假設(shè)一旦效勞器發(fā)生故障，那么通信就無(wú)法進(jìn)展，也將影響到監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。從上述兩種通信模型來(lái)看，兩者都有一些技術(shù)上的問(wèn)題有待解決，而影響了監(jiān)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展及可靠性，需要有新的通信模型來(lái)加以改進(jìn)。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(fù)雜程度、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展方面是一個(gè)很大的進(jìn)步。自律分布的思想是向生物學(xué)習(xí)而提出來(lái)的。在生物體中，每個(gè)細(xì)胞具有一樣的遺傳信息。據(jù)此，自律分布系統(tǒng)認(rèn)為構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一樣的潛在才能，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以從其他節(jié)點(diǎn)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(fù)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(diǎn)將數(shù)據(jù)與表示其內(nèi)容的功能碼組成一對(duì)，向數(shù)據(jù)域池發(fā)送。接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)從數(shù)據(jù)域中讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)程序所需的數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)域時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)該程序。這種方式稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式。數(shù)據(jù)域、功能碼通信、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(kuò)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(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線擴(kuò)展、在線維護(hù)和在線容錯(cuò)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(kuò)大的趨勢(shì)說(shuō)明，在設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，不可能一次性將各個(gè)部分、各個(gè)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(kuò)大規(guī)模、不斷完善功能?，F(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)都是一次性建立完畢，如要進(jìn)展擴(kuò)大和維護(hù)，只能終止整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，這必然會(huì)給運(yùn)輸造成極大的經(jīng)濟(jì)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(gè)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(diǎn)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(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障、進(jìn)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(yùn)行自己的功能。(2)自我協(xié)調(diào)是指一旦某個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障、進(jìn)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(gè)特點(diǎn)保證了整個(gè)系統(tǒng)的在線擴(kuò)展、在線維護(hù)和容錯(cuò)。因此根據(jù)ads思路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)表達(dá)了以下優(yōu)點(diǎn)：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(gè)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(yùn)作，但這并不說(shuō)明它們不與外界交換信息。實(shí)際上，各個(gè)子系統(tǒng)不斷向外界以播送方式發(fā)送信息，同時(shí)又根據(jù)各自需求接收來(lái)自外界的信息以為自己效勞。這樣一來(lái)，/s形式中效勞器大量的負(fù)擔(dān)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)草案is/t184/s5/sg5已提交給國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，即將被采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。另外，ads與plefrpressntrl和rba的交融及其標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)展之中。日本東京圈自律交通運(yùn)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(gè)車站和2000多公里線路。實(shí)現(xiàn)了行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客信息效勞綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了列車的高密度運(yùn)行120秒，實(shí)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(kāi)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(gè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)目前，ads標(biāo)準(zhǔn)草案is/t184/s5/sg5已提交給國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，即將被采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。另外，ads與plefrpressntrl和rba的交融及其標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)展之中。3ads有成功的應(yīng)用理論日本東京圈自律交通運(yùn)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(gè)車站和2000多公里線路。實(shí)現(xiàn)了行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客信息效勞綜合自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)了列車的

29、高密度運(yùn)行90秒，實(shí)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(kāi)發(fā)平臺(tái)和工具目前，自律分布系統(tǒng)的主要開(kāi)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(tái)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(dòng)化系統(tǒng)主要特點(diǎn)31在線可擴(kuò)展性1在系統(tǒng)中假設(shè)有新節(jié)點(diǎn)車站參加，在數(shù)據(jù)域中的所有節(jié)點(diǎn)都將接收這一信息，同時(shí)可在控制中心看見(jiàn)這個(gè)新站參加系統(tǒng)中。2假設(shè)在線的車站突然因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障退出了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其

30、他所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)知道這一狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障被排除以后，節(jié)點(diǎn)重新參加系統(tǒng)，并且自動(dòng)向控制中心發(fā)送自己最新的信息。并且盡力來(lái)恢復(fù)故障前的狀態(tài)，可見(jiàn)系統(tǒng)有很好的伸縮性。32在線可維護(hù)性運(yùn)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(gè)車站控制子系統(tǒng)。在節(jié)點(diǎn)在線的情況下可以自由地對(duì)軟件系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)展修改和維護(hù)。33在線容錯(cuò)性1假設(shè)控制中心主機(jī)發(fā)生了故障，在控制中心的其它備用主機(jī)就會(huì)自動(dòng)獲得控制中心的控制權(quán)，同時(shí)系統(tǒng)中的其它節(jié)點(diǎn)也會(huì)重新確認(rèn)新的控制中心節(jié)點(diǎn)，向它傳輸最新的信息。當(dāng)發(fā)生故障的原控制中心主機(jī)重新參加系統(tǒng)以后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的接納它，同時(shí)它也會(huì)確認(rèn)為新的控制中心。2處于遠(yuǎn)程控制形式下的車站節(jié)點(diǎn)，在發(fā)

31、生本地網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，該節(jié)點(diǎn)會(huì)將自己晉級(jí)為控制中心并且由遠(yuǎn)程控制形式切換為本地控制形式。3在發(fā)生災(zāi)害時(shí)普通節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)懇求應(yīng)答的方式來(lái)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?jiàn)系統(tǒng)有較為理想的在線容錯(cuò)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(shí)時(shí)性。這里有二層含義：調(diào)度中心實(shí)時(shí)地得到列車在線信息；各個(gè)車站平等地得到調(diào)度中心發(fā)布的運(yùn)行圖信息。ads系統(tǒng)采用的發(fā)布/定購(gòu)?fù)ㄐ拍Ｐ湍芎芎玫乇ＷC信息的實(shí)時(shí)性?？刂泼钤诰W(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)脑挘ㄐ啪€路故障或主機(jī)故障將導(dǎo)致系統(tǒng)失效。采用ads技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制分散可有效防止系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)。在ads體系中，由于各個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的，

32、任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(jì)階段決定的。這意味著系統(tǒng)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可以成為控制中心。這種靈敏性對(duì)保證系統(tǒng)的可用性是非常有效的，特別是在災(zāi)害發(fā)生時(shí)。此外，車站節(jié)點(diǎn)的本地/遠(yuǎn)程運(yùn)行形式能方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心臨時(shí)管制。五、結(jié)論本文從七個(gè)方面對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)展了分析，進(jìn)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(kuò)展性；2系統(tǒng)的在線維護(hù)和測(cè)試性；3系統(tǒng)的在線容錯(cuò)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(chǎng)作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔(dān)形式。在此根底上，提出了城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)新的設(shè)計(jì)開(kāi)

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(jì)開(kāi)發(fā)理念和方法。為實(shí)現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)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(chǎng)作業(yè)人員協(xié)同的業(yè)務(wù)分擔(dān)形式對(duì)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的高效協(xié)同運(yùn)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(dòng)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(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)可以支持城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)分階段建立施行。最后對(duì)自律分布系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展了綜述，并從技術(shù)成熟性和技術(shù)特點(diǎn)的角度對(duì)其進(jìn)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(shí)自律分布系統(tǒng)能很好地滿足城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)需求并支持本文提出的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)理念和方法。參考文獻(xiàn)lf.kitaharaetal.“distributedanageentfrsftareaintenaneinaide-arearailaysyste,pr.fisads97,berlin,gerany,1997,pp.311-3182f.kitahara,etal.“idely-distributedtrain-traffiputerntrlsysteanditsstepbystepnstrutin,pr.fisads95,phenix,u.s