信息聯鎖技術

丁 昆

（北京全路通信信號研究設計院，北京 100073）

編組站綜合自動化系統（CIPS）已在成都北、武漢北、貴陽南編組站投入使用，其標志性功能是所有列車、調車進路均按計劃自動辦理執行，不再需要值班員/信號員人工操作或確認，最大創新點是進路辦理的自動擇機/擇路，使列車/調車共存的進路全自動辦理達到了實用化程度，其中信息聯鎖技術發揮了關鍵作用。

1 信息聯鎖概念

信息聯鎖的概念從車站聯鎖技術延伸而來。

車站聯鎖的思想可理解為一種算法：以進路操作辦理為激勵，以車站的道岔、信號機和軌道電路表示信息作為開關量采集輸入，通過嚴謹、約束的邏輯運算，按進路規則形成相應的開關量輸出，驅動轉轍機并鎖閉在正確位置，驅動信號機開放指揮行車，保障機制貫穿于選路、進路鎖閉和進路解鎖的全過程。車站聯鎖的算法常用二進制組合/時序邏輯，或布爾代數邏輯運算，或邏輯運算語言，因此可稱為邏輯聯鎖。

同理，信息聯鎖技術是一種算法：以調度計劃為激勵，以進路狀態信息和生產狀態信息為輸入，通過嚴謹、約束的數學運算，按照生產的客觀規律輸出進路的操縱（始終端按鈕），驅動聯鎖裝置控制行車，保障機制貫穿于計劃創建、執行和完成的全過程。信息聯鎖在邏輯聯鎖之上提供更高級、更智能和更廣泛的功能和安全架構，參與運算的數值有時間、地點、資源、機車、現車和因果邏輯等信息，超出了以邏輯運算為主的傳統聯鎖。由于參與運算的數據量較大，運算更為復雜，通常需要一定規模的數據平臺和性能更高的信息處理平臺支撐。邏輯聯鎖屬于典型的工業自動化技術，信息聯鎖不僅需要過程控制技術的支撐，還需要結合信息處理技術的支持。

2 信息聯鎖實現

邏輯聯鎖中，進路是將站場零散孤立的道岔、軌道區段和信號機組織成嚴密、確切制約關系的邏輯鏈和主脈絡，通過這條關系鏈，聯鎖邏輯駕馭從進路誕生到消失的全過程。以6502繼電式聯鎖為例，選擇/執行組的多條站場型網絡線，以進路為單位將相關的邏輯組合在一起，構成鏈接關系。

同理，信息聯鎖也需要以某種規律、確切的鏈路形式固化相關的制約。以編組站為例，將信息聯鎖的實現可歸納為7條關系鏈，共同作用構成約束網，進路按計劃自動執行的全過程均受到來自不同鏈路的規范和限制。

2.1 生產流程

車站有不同的生產環節，各個環節之間按照特定的生產工藝被聯系和組織在一起，這就是生產流程鏈。以編組站有調中轉為例，生產流程如圖1所示，每個環節還可展開和細化，例如其中接車環節的分層流程如圖2所示。此外還有無調中轉、貨運、車輛站/段修等其他生產工藝，構成編組站生產工藝集合。生產流程反映了生產的規律，通常是必須嚴格執行的剛性標準。生產流程鏈所要求的工藝順序和生產約束是信息聯鎖所要保障的第一鏈，從計劃創建開始直到執行結束都必須受到管制。

流程鏈接的信息要素包括地點、時間、因果、機車和車輛，必須從這些信息的角度保障上下游工序對接，流程圖中體現的生產順序和串/并聯要求，是信息聯鎖控制執行的重要依據。受信息聯鎖嚴管下的進路自動辦理，不應該出現擇路或/和擇機不當而背離生產流程的冒險行為。

計劃創建、修改、取消、優化和下達，以及計劃由人工決策或自動決策不屬于信息聯鎖范圍，但是從頭至尾保障不得安排和實施違背生產規律的計劃是信息聯鎖的重要職責。計劃是自動執行的信息源頭，如果計劃階段沒有工作流程鏈保障，執行階段將無法履行。

按照生產流程和工藝編制調度計劃是硬道理，但是沒有信息聯鎖參與的傳統調度計劃信息處理沒有強制手段，尤其按生產環節分平臺管理不同調度計劃模式也不具備流程鏈接核查條件，完全靠人在平臺之外遙相呼應維持計劃不違背生產流程，因此計劃間不同步、相互矛盾很常見。信息聯鎖的流程鏈約束機制保障了計劃的一致、完整和合規，使計劃間的間接關聯關系直接用流程鏈接綁在一起，這是計劃能夠按生產流程自動執行的必要條件。

2.2 計劃排隊

同一個生產對象在不同生產環節的加工處理順序為流程鏈，不同生產對象在相同生產環節的處理順序為計劃排隊鏈。

同環節的加工排隊根據資源可利用情況分為串行、平行和混合型，例如解體環節的單推單溜為串行，雙推單溜為并串行——并行預推串行溜放，雙推雙溜為平行，當具備并行條件時盡量采取并行作業，顯然可以提高工效。

無論串、并行均存在順序管理問題，計劃排隊的次序選擇屬于決策優化問題，但是信息聯鎖必須按照計劃鏈管理其順序，并限制如下。

（1）始終保持執行順序與計劃排隊順序相一致，不得違背。任何自動擇路或/和擇機不當而背離計劃排隊順序，均為信息聯鎖要阻止的冒險行為。

（2）作為可事先安排的排隊順序，可以根據需要在計劃層面隨時調整，但臨界點在未執行前，一旦進入執行程序，進入不可逆轉狀態，必須限制計劃排隊順序的再調整。

2.3 車流鏈接

圖1中解體環節與集結環節之間屬多對多關系，即每個解體對應多個集結，每個集結又對應多個解體，其間沒有簡單直接的因果關系，其內涵是車輛交接，稱為車流鏈接。類似情況還有圖中未表述的解體與取送（編組站取送環節有交流、貨場、站/段修車等地點取送車作業）、取送與編組、取送與取送、無調中轉列車的減軸/補軸與發車等，這些生產環節之間均存在現車交接而發生因果關系。

信息聯鎖抓住這個客觀規律，形成這樣一個機制：進路的辦理與使用自然伴隨現車的移動，凡是改變現車分布的計劃在被執行前，均必須以當前實時現車為基礎，檢查執行后所形成的現車與計劃現車絕對一致。如果不一致，說明其他生產環節尚未完成，需等待直至一致后才可執行，由此解決了流程鏈和計劃鏈無法表述的隱性工序鏈接問題。

更有意義的是，現車是各生產工序的產物，流通在各生產環節之間，從物流的角度，與流程鏈接和排隊鏈接暗中吻合；執行過程中若違背流程鏈或排隊鏈，同時會導致車流鏈斷裂；車流鏈檢查作為通例構成自動執行的安全保障底線，可起到重復檢查和多重約束的作用。

傳統上計劃現車信息是調度計劃的組成部分，但是為了車流鏈檢查的需要，信息聯鎖需根據每一步執行結果反饋，動態地維護實時現車信息，倘若實時現車更新不及時會影響其他環節的及時執行。

2.4 機車鏈接

機車資源的合理運用是計劃決策的一部分，同一臺機車在不同生產環節的生產是串聯的，以推峰調車機為例，機車按調度計劃的順序安排周而復始地執行推峰任務。信息聯鎖充分利用機車鏈接提供以下限制和安全保障。

（1）按機車鏈保障執行順序與計劃順序相一致。

（2）保障同機車鏈的執行過程為串行，上一個工序執行結束，下一個工序才能開始。

（3）機車鏈接順序作為計劃可任意調整，但必須限制在未進入執行程序之前。

（4）同機車鏈接下的進路保持物理上連續。

2.5 規章鏈接

為生產制定的一系列規章制度是保障生產安全和生產質量的大綱，傳統上這些規章制度常以書面形式表述在各種標準和站細文本，用于規范運營人員的行為達到安全生產的目的。信息聯鎖中的規章鏈接,則是將這些規定變成算法中的約束規則，從技術上限制在計劃創建、調整和執行中的違規行為。以編組站為例，常見的規章鏈接如下。

（1）隔離規則：危險品貨物在現車和列車編組中的限制。

（2）調車規則：特殊車輛/貨物的調車限制。

（3）編組規則：貨物列車編組的車流組織要求。

（4）編掛要求：列車牽引定數和車輛編組狀態的限制。

規章是調度計劃應遵守的“游戲規則”，信息聯鎖以規章鏈接構成調度計劃的限制門檻和強制規范。如果沒有信息聯鎖的規章鏈接約束，調度計劃及其執行過程中是否違章，只能憑借調度人員/運轉人員的責任心，其陰影總是揮之不去。

2.6 優先順序

所謂計劃離不開生產進度的要求，即時間坐標。信息聯鎖參與規劃不同計劃在不同生產環節的時間對接，然而執行進度僅僅是合理安排計劃的參考信息，并不構成約束和制衡，尤其不允許在無聯鎖保障的情況下，簡單地按預定進度要求辦理進路和執行計劃，但是在優先順序鏈的算法中，時間坐標將發揮重要作用。

不同計劃、用不同機車、在不同生產環節、無車流交接的生產通常為平行作業，構成沒有強制順序的平行高效生產，但仍舊會因爭搶站場的共用資源發生交集，表現為進路上相互影響，于是存在擇路避讓和避不開時優先順序的裁決問題。

發現相擾的方法是判別不同計劃的進路在時間與空間上同時相交，為了路權裁決的目的，信息聯鎖唯有以進路為單位更加精細地測算生產進度，才能真實客觀地發現相擾，繼而作出正確的優先順序裁定，其測算方法如下。

（1）按調程（調車）或行程（列車）以及不同的走行速度計算進路走行的起止時間，要計入列車/調車所牽引車輛的在途長度。

（2）若調車進路有折返，應按折返點計算調程。

（3）動態地根據進路的實際反饋，隨時重新調整后面進路的進度預期，包括根據實際開始調整預計結束。

已知相擾，信息聯鎖的優先原則是急用先行，具體方法例如列車優先、先到先走（按開始時刻優先）、占用期短優先（按結束時刻優先）等，相擾情況下的平行進路算法和裁決算法充分體現了信息聯鎖也是智能聯鎖。

在計劃將要執行前和執行中發現相擾，通過選擇不同的路避開或減少相擾，避不開時決定優先順序，按先走先觸發控制路權，這是信息聯鎖為計劃的執行動態建立的優先順序制約鏈，不在調度計劃的內容之列。

2.7 進路鏈接

進路是信息聯鎖最終要解決的問題，但是“進路”詞匯和概念在信息聯鎖中已顯貧乏，補充定義及其對應關系如下。

經路—路徑—長進路—基本進路—區段

經路指完成一個生產工序所走進路的總和，允許跨場和折返，經路的不同選擇稱為徑路方案；經路分解到車場咽喉的進路稱為路徑，由邏輯聯鎖中熟知的長進路或/和基本進路組合而成，路徑的不同選擇稱為進路變更。

信息聯鎖按經路/路徑構成的進路鏈接關系管理和控制進路。

（1）客觀上構不成進路鏈接的調度計劃，通過信息聯鎖檢查機制應嚴令禁止。

（2）分段表述的單元進路在走行軌跡上必須首尾相接，始終保持進路的貫通和連續。

（3）路徑層面上的調車進路參照邏輯聯鎖的長調車進路原則，由遠至近分段辦理進路，且由遠至近開放信號。

（4）路徑層面上，當調車越過折返點后辦理折返進路，并根據實際調車方向和實際折返點確定是否延辦折返進路。

（5）經路層面上，無負荷的單機調車（本務機單機走行或調車機折返）按照走一段辦一段的原則由近至遠辦理路徑。

（6）經路層面上，有在途現車的調車按照由遠至近原則辦理路徑。

（7）經路層面上，跨場列車按照一次性由近至遠原則辦理路徑。

進路鏈接是信息聯鎖為計劃的自動執行所建立的鏈接關系，以調度計劃為依據，不屬于傳統調度計劃的內容。從進路鏈接的角度選擇合理的徑路方案和進路變更屬于智能聯鎖。

3 信息聯鎖與調度計劃

調度計劃是調度人員指揮生產的規劃和安排，傳統上調度計劃滿足于生產人員閱讀，根據調度分工，不同生產環節的計劃往往分開表述，例如行車計劃和調車計劃。

調度計劃是信息聯鎖的信息源，信息聯鎖負責調度計劃的自動執行。科學調度和按照計劃執行分屬兩個不同的自動化方向，信息聯鎖顯然重在后者。信息聯鎖并不取代調度計劃，然而信息聯鎖深深地植入調度計劃的處理中，與調度計劃形影不離，計劃的創建、調整、修改到執行均嚴格受到信息聯鎖的監護，受到限制和約束；否則，計劃會因無法執行使生產停擺，從這個角度，計劃的可持續操作性保障機制比計劃的決策優化更為重要。

人的智慧在調度計劃的決策優化中十分重要，然而信息聯鎖有責任過濾和防止出現違背生產規律的人為低級錯誤，是信號聯鎖安全理念的重要體現。

在一個連續生產環境中，滿足生產人員閱讀需求的調度計劃可按生產環節分離、分而治之，但是滿足過程控制系統自動執行需要的調度計劃因信息聯鎖技術的參與，只能選擇統一的數據平臺和信息處理平臺，即信息集成是信息聯鎖的必要條件，否則調度信息將失去聯鎖，或達不到應有的嚴謹程度。

為了滿足計劃自動執行的需要，信息聯鎖圍繞調度計劃新創建和維護了上述7條鏈中的流程鏈、實時現車鏈、規章鏈、優先鏈和進路鏈，余下的計劃鏈、計劃現車鏈和機車鏈取自調度計劃，屬調度計劃的成分。

4 信息聯鎖與邏輯聯鎖

信息聯鎖與傳統邏輯聯鎖之間存在內在的聯系：信息聯鎖以邏輯聯鎖為基礎，形成上下層關系，信息聯鎖的輸出可作為邏輯聯鎖的輸入，邏輯聯鎖的進路信息可作為信息聯鎖的采集輸入，兩者相結合共同實現新的自動化目標。

信息聯鎖是信號的聯鎖理念在調度計劃信息處理領域的延展應用。由于信息聯鎖處于上游，獲得的信息量更大，智能化程度更高，可作為邏輯聯鎖的補充和完善。信息聯鎖代替人工辦理進路，就要對邏輯聯鎖無法顧及的安全負責，舉例說明如下。

（1）無岔區段調車

聯鎖系統執行調車進路時通常不加區別地均不檢查股道或無岔區段有車占用，但從信息聯鎖角度，經路的目的地有車占用可不檢查，但是必須檢查中間路徑目的地有車占用，方法是檢查軌道電路表示或實時現車。

（2）在途長度

徑路方案涉及盡頭線折返調車時，信息聯鎖需檢查折返距離大于機車編掛的在途車輛長度；否則，該盡頭線不適用；非盡頭線調車折返應根據在途長度判斷和選擇牽出進路的辦理遠度。

（3）區段分路不良

遇軌道分路不良區段，信息聯鎖在選路時應盡量主動選擇規避，或避開徑路方案中對分路不良區段的道岔有轉轍要求，減少人工現場確認列車/調車出清軌道分路不良區段的機會。

（4）電力機車

如果機車屬性為電力機車，信息聯鎖須通過檢查保證所選方案在整個經路上均有接觸網，否則徑路方案不成立。

（5）防止溜放脫線

車輛2、3軸距大于分路道岔區段長度，在駝峰溜放時會發生中途轉換而脫線掉道，信息聯鎖應通過檢查現車信息中的車輛換長，在計劃生成和執行中嚴格限制對問題車輛采用連續溜放的調車作業方式。

（6）超級超限

信息聯鎖應根據實時現車的超級超限信息，限制列車/調車使用不允許存在超限車的到發線/調車線存車，以及限制使用不允許過超限車的進路。

（7）線路有效長

信息聯鎖應檢查列車、調車的在途現車長度，保障到發線/調車線有效長度足夠存放現車。

（8）退路鎖

可預計的調車中途折返，信息聯鎖采用出清單鎖道岔的方法，提供可隨時折返調車的安全防護，避免非正常情況下“走黑路”折返調車。

（9）施工

施工納入計劃后，信息聯鎖在執行時按要求自動禁用相關資源。

5 結論

調度計劃的信息處理由來已久，但是采用信息聯鎖技術監督調度計劃的信息處理過程是創新。受到信息聯鎖技術全面“照顧”的調度計劃，從技術上保障了計劃的質量和安全，使調度計劃健壯到足以驅動進路控制系統自動運行。

編組站CIPS以管控一體化為特色，引用信息聯鎖技術是關鍵。信息聯鎖技術系統地解決了從計劃到執行的完整算法，其方式方法不僅適用于編組站自動化，在其他技術作業車站的自動化實踐中也可借鑒和應用。

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