文 献 综 述

近年来,随着我国城市建设的需要,建设城市轨道交通系统成为解决城市交通的主要手段,而我国城市轨道交通信号领域的技术与国外先进技术差距较大,限制了城市轨道交通的发展。信号系统是保证城市轨道交通行车安全和提高运输效率的关键设备。随着时代的发展,客流密度不断地增加,行车密度不断地增大,传统的信号系统也越来越不能适应城市轨道交通高速度、高密度和高安全性的行车要求。列车自动防护系统(ATP:Automatic Train Protection)是保障城市轨道交通安全、高效运营的关键系统,是高速列车主要的一种控制策略。列车自动防护系统主要对列车驾驶进行防护,对安全有关的设备或系统实行监控,实现超速防护、列车间隔控制等功能。在列车运行控制系统的设计阶段,如果没有行之有效的设计手段和仿真环境,系统中各个核心模块设计完成后,都需要到现场进行多次重复的实验,从而导致时间和经济上的大量浪费。加之ATP系统本身复杂程度高、研发难度大,其 涉及机车车辆、地车通信、信号联锁、行车指挥以及司机驾驶等诸多因素,系统开发设计中的疏漏乃至错误都在所难免, 所研制设备的性能测试与改进也不可能一蹴而就,正是在这种情况下,需要首先对城市轨道交通ATP系统进行建模与仿真实现。

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。城市交通A TC 系统通常包括列车超速防护A TP(Automatic Train Protection) 、列车自动驾驶A TO(Automatic Train Operation) 和列车自动监控A TS(Automatic Train Supervision) 3 个子系统, 三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。其中A TP 子系统采用故障安全设计,完成列车运行的间隔控制、进路控制和超速防护等功能,对于保证列车运行安全和提高行车效率起着很重要的作用。

通过查阅文献资料我们得知ATP仿真系统的开发目标为：
(1) 建立辅助开发平台　在ATP 系统研发期间,应用数字仿真与半实物仿真相结合的手段,对所研制的ATP 设备进行仿真测试,以便及时发现设计疏漏,缩短新产品的研制周期;同时还可以进行设备参数优化设计。
(2) 建立自动测试平台　对ATP 系统的整体性能以及各个子系统的各项性能进行测试, 检验所设计的ATP 系统的可靠性、可用性和可维护性指标,给出性能测试报告。
(3) 提供方案的评价手段　应用数字仿真对ATP 系统方案的可行性进行预测和评。.
(4) 建立系统演示与人员培训环境　利用多媒体手段对ATP 系统的原理、结构、功能和运行过程进行生动的展示,并提供ATP 仿真系统工作人员以及现场信号工作人员的业务培训环境,包括设备的原理、结构、安装、调试和维护等。

同时，它还有严格的开发原则：
(1) 通用性与开放性　从适用范围方面,考虑扩展为地面铁路ATP 仿真系统的需求;从系统功能方面,预留扩展为ATS 与ATO 仿真系统的接口。
(2) 数字仿真与半实物仿真相结合。
(3) 组态化建模　适应不同模式的ATP 系统,保证仿真对象某一部分不同时,仅通过组态将基本部分加以重新组合就可获得新的仿真模型,而不必修改仿真的原程序。
(4) 优越的人机交互性能。

由于城市轨道交通具有与地面铁路相区别的一些显著特征,城市轨道交通ATP 系统特别强调设备的自动化、系统化程度以及车地信息传输与设备的在线监控和维修的重要性。在ATP 仿真系统设计时,应对这些区别给予充分考虑。

而对于系统建模与仿真分析，它是ATP系统优化设计分析的关键基础技术。目前在国外，这方面的研究比国内的研究跟家深入。系统建模分析水平能力不高也会影响到国内的ATP系统总体设计能力，深入研究ATP系统的建模和分析技术对于ATP系统核心技术的开发和创新以及实现ATP系统国产化具有重要意义。仿真技术是复杂系统研究和设计的一种新型和有效工具，广泛应用于各个领域，采用计算机仿真技术，建立ATP设备的仿真模型，并在此基础上实现ATP的仿真系统，有利于在ATP系统设计中辅助设计人员完成设计方案，技术参数的优化和选择，尽早的发现设计中出现的问题，进行相应的修正。可见，研究建立仿真系统是进行ATP系统开发的必要条件和必然选择。

仿真对象描述城市轨道交通ATP 系统,各部分的主要功能为:
(1) 区域控制中心　是ATP 系统的核心。 一方面,向ATS 系统提供由轨道电路子系统、进路控制子系统采集来的实时状态信息;另一方面,从ATS 系统接收调度命令,产生进路控制命令并传递给进路控制子系统实现进路控制, 同时产生轨道电路编码信息, 由轨道电路子系统传递给车载ATP 子系统,实现对列车的实时控制。
(2) 安全数据网　是指区域控制中心与其它ATP 子系统实时交换信息的传输通道。
(3) 车载ATP 子系统　接收轨道电路传递的各种信息,生成列车速度控制曲线,并与实测车速进行比较,监督列车运行。城市交通ATP 系统结构图行速度超过允许速度时,对列车实施制动。
(4) 轨道电路子系统　不仅向车载ATP 子系统提供列车控制信息、定位信息,同时还完成列车占用检测、断轨检查等功能。
(5) 进路控制子系统　根据区域控制中心的命令,实时控制站内信号机与道岔。

A TP 仿真系统是一个分布式仿真大系统,系统中的网络服务器向各个仿真子系统提供大量共享的数据,例如:线路数据库、车站数据库、列车牵引制动模型、列车运行图等,以及各种硬件共享设备,如打印机、大屏幕投影等。 区域控制中心仿真子系统、车载A TP 仿真子系统、进路控制仿真子系统和轨道电路仿真子系统通过局域网与网络服务器连接,共享网络资源。

参考文献