城市轨道交通信号系统联锁软件的研究与实现

摘要

近年来城市轨道交通以速度快、安全准点等特点，逐渐受到广大市民的青睐。联锁系统作为城市轨道交通信号系统的重要组成部分，是保障列车安全运行的关键设备。而联锁软件作为联锁系统的核心软件，它的安全和可靠对整个城轨交通的正常运营非常重要。我国在传统铁路方面的联锁控制技术已经非常成熟，但在城市轨道交通方面还有待挖掘。城市轨道交通联锁系统与传统铁路联锁系统相似，却有所差异。基于以上背景，本文开展了针对城市轨道交通信号系统联锁软件的研究。
　　本文首先分析了城市轨道交通在运输方式和列车进路方面的特点。在此基础上提出了城市轨道交通联锁系统的需求和结构，它的联锁关系简单，在中心站设置一套联锁系统即可实现多个小站甚至全线车站的联锁功能。基于城轨联锁的功能，从信号机、道岔、进路三个方面分析了城轨联锁软件的需求；并以进路的控制过程为依据划分功能模块。结合EN50126标准规定的流程和方法，本文对联锁软件进行风险分析，识别出联锁软件失效时的风险。针对道岔错误动作和信号升级显示这两个风险源，采用基于故障树的原因分析法和基于事故树的结果分析法进行了分析和评估。为规避这些风险，在设计联锁软件时采用了相应的软件保障技术和数据保障技术。
　　其次分析了城轨列车的控制权限在控制中心工作站和车站工作站之间的切换条件和切换过程。控制中心工作站以列车时刻表信息和列车的实际运行情况为依据发出列车控制命令，负责全线列车的运行；当控制中心工作站设备故障或无法与下级设备之间通信时，联锁设备会将列车的控制权限从控制中心工作站转入车站工作站。本文重点对中心级工作站控制模式下的信号系统控制原理进行分析，在Windows环境下使用Visual C++编程语言实现了ATS系统依据列车时刻表信息，将优先进站的列车信息发送给联锁系统，联锁系统解析并下发进路办理指令的过程。
　　最后针对城市轨道交通联锁系统，采用并行多任务集中控制方式对列车进路的处理过程进行了设计。程序结构设计为两层，上层为调度程序层，下层即为模块层。解析模块先将按钮命令解析出来，搜索模块再根据解析出来的命令搜索出符合联锁逻辑的进路，然后进路处理模块按照联锁流程对该进路依次进行选排一致性检查、进路锁闭、信号开放、进路解锁的处理。本文仿真了建立进路、进路解锁以及取消进路的过程；通过仿真验证了软件保障技术和数据保障技术在提高城轨联锁软件安全性和可靠性方面的重要作用。
　　本文的研究有助于推进城市轨道交通联锁系统的一些关键技术，对国内城轨联锁系统的研究具有一定促进作用。

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1 绪论

1.1 研究的背景

1.2 国内外研究现状

1.3 联锁技术的发展

1.4 研究的意义

1.5 研究内容及结构

2 城市轨道交通联锁系统分析

2.1 城市轨道交通的特点

2.2 城轨联锁系统的结构

2.3 城轨联锁软件需求分析

2.4 城轨联锁软件的分析

2.5 本章小结

3 城轨联锁系统风险分析

3.1 城轨联锁系统相关标准

3.2 风险识别

3.3 风险分析

3.4 风险评估

3.5 软件安全性和可靠性保障技术

3.6 本章小结

4 城轨列车运行控制设计

4.1 城轨列车运行控制的要求

4.2 城轨列车运行的分级控制

4.3 中心级控制模式下列车运行的设计

4.4 本章小结

5 城轨进路处理过程设计

5.1 总体方案

5.2 信号设备初始化及定义

5.3 进路命令的解析

5.4 进路的搜索

5.5 进路命令的处理

5.6 软件的数据及触发机制

5.7 软件仿真验证

5.8 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果