繁忙鐵路干線區段TDCS升級方案

苗義烽 王 濤 趙隨海 嚴 頻

*中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員，100081北京

＊＊北京鐵路局電務處 助理工程師，100860 北京

近年來，新一代分散自律CTC系統不斷在全路各條新線和既有線推廣應用。在新建線路實施CTC，系統調試試驗時間充裕，且不存在干擾行車的問題，CTC的開通實施工作相對較易;但在已開通TDCS的繁忙鐵路干線區段，由于車流密度大、沿線各站客貨作業繁忙、調度區段管轄里程長等原因，行車指揮工作對TDCS系統的依賴度非常高，由TDCS系統升級到CTC系統，必須要保障運輸生產秩序不受影響，做到平穩、無縫的過渡。現以北京局管內京九線為例，探討TDCS升級為CTC系統的解決方案。

京九線地處京廣、京滬線中間的位置，是貫通我國南北的主要鐵路運輸通道之一，在北京局管內，圖定貨物列車70余對、旅客列車40余對，而實際開行列車遠大于圖定列車對數，并且速差大(最高160 km/h，最低70 km/h)、區間運行時間長 (最大區間貨車31 min、客車26 min)，同時受南倉樞紐、豐西樞紐和機車交路復雜等情況的影響，運行狀況較為復雜。系統升級解決方案按照前述目標，針對培訓與軟件改進、仿真、硬件平臺升級、軟件平臺升級、現場試驗調試等階段，給出了詳細的流程及每個階段的目標和實施步驟。

1 解決方案總體流程

按時間順序，解決方案分為培訓與軟件改進階段、仿真試驗階段、硬件平臺升級階段、軟件平臺升級階段、現場試驗調試階段等若干階段。其中，培訓與軟件改進、仿真試驗兩階段與硬件平臺升級階段工作并行進行。總體流程如圖1所示。

2 各階段的目標與實現

2.1 培訓與軟件改進階段

對需求的全面、準確把握是任何軟件系統成功的基石，雖然分散自律調度集中系統 (CTC)有部頒標準的技術條件可供執行，但不同路局、不同調度區段在具體實施CTC系統時都會提出適應本局、本線調度指揮特點的個性化需求，對這部分需求的掌握，將成為CTC系統能否順利實施的關鍵，本階段的重要目標就是要在整個項目初始階段盡可能全面地、準確地捕捉到這些來自運輸組織部門、設備維管部門的需求。

圖1 解決方案總體流程圖

需求來自用戶，但用戶能否準確、清晰地提出需求要建立在對系統是否熟知的基礎上，所以要讓用戶提出需求首先要讓用戶了解系統，在用戶對系統的架構、功能熟悉之后，經過反復的溝通、改進、再溝通、再改進，最終使系統滿足本局、本調度區段行車指揮的需求，達到實用化的目標。

本階段按搭建仿真系統平臺、用戶培訓、需求討論與軟件改進3個子階段順序進行。

1.搭建仿真系統。仿真系統的搭建是必不可少的，它是供各部門培訓、需求討論與軟件改進以及后續的仿真試驗使用。京九CTC系統仿真系統由中心子系統和車站子系統組成。中心子系統主要包含數據庫、應用、通信前置三合一服務器、仿真服務器、行調臺、助調臺、綜合維修調度臺、工作站及網絡設備;車站子系統主要包含車務終端、信號員終端、車站自律機、安全接口、車站聯鎖系統仿真機及網絡設備;所有設備、接口均按單套配置。此系統設置4～5個仿真車站的軟件系統，其中2站設有硬件配置，剩余車站軟件運行于仿真服務器中設置的虛擬機中，各站實體機及虛擬機均可按照培訓或實驗要求運行京九線各相關實驗車站的軟件及數據，并可按照實驗要求轉換控制方式 (分散自律模式下)，如:車站調車方式、中心控制方式、車站控制方式。車站聯鎖系統仿真機可提供控制模式轉換 (分散自律、非常站控)、進路排列與取消等車站聯鎖仿真功能。

2.用戶培訓。仿真系統搭建完成后，具備模擬京九線CTC系統中心和車站的各項功能和操作的條件。用戶培訓工作針對運輸組織部門 (調度所、運輸處、車務段、車站行車崗位)、設備維管部門 (電務處、電務段)分別展開，通過對系統實現理論培訓及各工種崗位操作培訓并結合仿真系統操作，使各相關崗位工作人員、管理人員可以對京九線CTC系統開通后的操作方式和運營方式，以及系統原理有一個全面的認識與理解。

操作人員可在仿真實驗平臺上進行操作培訓，通過仿真實驗平臺培訓，可以讓操作人員敢于動手，加深了他們對系統操作的認識與理解，提高了TDCS系統切換為CTC時操作人員的使用和熟練程度，減少了TDCS系統升級為CTC系統切換時由于操作失誤對行車的影響。

3.需求討論、軟件改進。通過培訓，在對系統有了認知的基礎上，用戶使用人員和管理人員從自身工作角度出發，結合TDCS系統無縫升級為CTC系統的要求、本局和本線的運輸組織特點以及目前現有的工作和管理模式，對CTC系統提出需求及修改意見，各部門匯總后的意見交由運輸組織部門、設備維管部門組成的專家組進行討論，經討論確定對CTC系統可行的修改意見，由集成商按照專家組意見對系統加以改進。改進后的系統在仿真系統中做相應的更新，再由專家組進行測試審核并提出進一步的需求及修改意見。如此反復，經過若干輪的溝通、改進，最終使系統滿足本局、本調度區段行車指揮的需求，達到實用化的程度。

2.2 仿真試驗階段

1.靜態仿真試驗。由設備接管單位派出專業工程師使用CTC終端，按照驗收車站聯鎖的方式，對各站CTC軟件數據進行仿真實驗。制定詳細的試驗記錄表，試驗完成留有記錄，發現問題及時由系統集成商修改，修改后重新進行試驗，直至問題全部解決。

靜態試驗的主要內容包括:使用CTC終端(車務終端或信號員終端、助理調度員臺)排列每條列、調車進路，進行單操、單封、單鎖道岔操作，辦理特殊情況下的作業操作 (如:辦理引導進路，引導總鎖閉等操作)，試驗CTC系統發送指令的正確性以及與聯鎖系統動作的操表一致性。

通過對京九線北京局管內全線各站進行的靜態仿真試驗，確保TDCS切換為CTC時車站分機軟件數據的正確無誤。

2.動態仿真試驗。一般由運輸組織部門派出專業工程師與系統集成商共同完成。動態試驗的主要內容及目的:在仿真平臺一次模擬四五個相鄰車站，按京九本線日班計劃圖，由仿真服務器產生模擬列車群在區段內運行的信息，驗證CTC系統各站自律機按照站細等規則自動辦理分散自律車站的列車進路、列車進路人工干預、調車進路人工和自動辦理，以及分散自律模式下的特殊情況下作業辦理 (改變區間運行方向等)，驗證CTC系統控制下的各車站對各類不同速度等級列車的進路觸發時機的正確性、合理性。

通過對北京局京九線車站全面的靜態試驗和動態仿真實驗，可為后續系統的無縫切換工作做好準備。

3.CTC與GSM-R、RBC、TSRS等系統接口模擬聯調試驗。GSM-R做為CTC的車-地通信配套系統，無線調度命令、接車進路預告、列車停穩等信息都需CTC系統與GSM-R系統接口交互完成，有必要在模擬仿真系統環境下進行CTC與GSM-R的聯調試驗。與GSM-R系統接口模擬聯調試驗的主要內容有:驗證CTC可接收車次號信息并可用于車次校驗;驗證CTC可發送調度命令到機車并能接收調度命令回執;驗證CTC可在恰當的時機發送接車進路預告并能接收回執;驗證CTC可接收列車啟動和停穩信息;驗證GSM-R接口服務器主、備可自動或手動倒機，且不影響數據傳輸。

2.3 硬件平臺升級階段

作為京九線電氣化改造工程的一部分，北京局京九線的行車指揮系統由TDCS改造升級為CTC系統。北京局京九線CTC(含津霸聯絡線)所轄車站共30站，其中18站由6502電氣集中改造為計算機聯鎖系統，2站為中繼站，剩余車站都為計算機聯鎖系統，既有計算機聯鎖車站做軟件升級改造，使其具備同CTC系統接口條件。區間采用四顯示自動閉塞設備。

北京局京九線實施的FZy-CTC(由鐵科院通號所研制的新一代分散自律CTC)系統是以TDCS-y為平臺構建的新一代分散自律調度集中系統，包含全部TDCS-y系統功能，即 TDCS-y系統功能是FZy-CTC系統功能的子集。硬件方面，CTC車站子系統和中心子系統都是在TDCS相應子系統硬件平臺上做擴充升級，由以上特點決定，可以逐站將TDCS車站子系統硬件升級切換為CTC車站子系統硬件，待全線車站的CTC硬件平臺，以及中心的CTC硬件平臺都具備后，再將TDCS軟件逐區段升級至CTC軟件。

此階段工作在時序上可與培訓與軟件改進階段、仿真試驗階段并行進行。

1.車站分機硬件升級。北京局京九線全線改造為計算機聯鎖站的車站有18個，既有計算機聯鎖須軟件升級車站10個，撤站改造車站2個 (改為中繼站，CTC車站子系統只完成區間表示信息采集工作)，伴隨著這些車站聯鎖系統的改造開通，以車站為單位，逐站安裝、升級CTC車站分機設備。此步驟實施后，原車站TDCS軟件運行在CTC硬件平臺上，原有TDCS功能維持不變。

2.調度中心硬件升級。在全線車站硬件設備都升級至CTC分機硬件平臺后，在北京局CTC/TDCS中心以調度臺為單位，逐臺升級調度臺硬件設備為CTC調度臺設備，由原來的TDCS列調臺升級為CTC列調臺、CTC助理調度員臺、CTC綜合維修調度員臺。此步硬件升級完成后，CTC列調臺仍運行TDCS列調臺軟件，原有TDCS列調軟件功能維持不變。

2.4 軟件平臺升級階段

硬件平臺升級階段工作完成后，具備了升級至CTC軟件的條件，應選擇客車少、運行秩序良好的時機，逐調度臺進行軟件升級 (含所轄車站分機系統軟件)，要求列車調度員將編制好的列車運行計劃向車站下達后，改為手工指揮，并保證在不危及行車安全的前提下不得變更列車運行計劃，CTC系統軟件升級完成后，不啟用CTC控制功能，仍按TDCS方式指揮行車，切換完畢后車站的CTC控制模式為“非常站控”模式，完成TDCS功能。

2.5 現場試驗調試階段

1.CTC現場靜態試驗。軟件升級工作完成后，由設備接管單位準備車站CTC試驗表，配合調度中心同步逐站進行CTC靜態試驗，記錄試驗結果。

現場靜態試驗主要內容及目的:在車站使用CTC車務終端、在中心使用助理調度員工作站，進行人工排列部分列、調車進路，單操道岔等操作，試驗CTC系統發送指令的正確性和反映聯鎖動作的一致性，還包括仿真試驗無法試驗的操作項(如改方操作等)。

CTC軟件靜態數據的完整性、正確性驗證應由靜態仿真試驗階段保證，此部分試驗只做系統接口連通性和數據正確性抽樣驗證。

2.CTC現場動態試驗。各站靜態試驗都完成后，以調度區段為單位或在調度區段內再細分小段進行CTC現場動態試驗。

京九線CTC與新線CTC建設不同，新線CTC的現場動態試驗可以充分利用開通前的時間安排試驗車在線路上進行，既有線由TDCS升級為CTC，既不能長時間中斷TDCS系統，也不具備長時間“天窗”用于安排試驗列車進行動態試驗。經過路局各部門和集成商共同探討，在模擬平臺進行充分的靜態試驗和動態試驗前提下，確定在既有線進行動態試驗只能利用試驗區段內實際列車作為試驗車進行試驗驗證。各單位按照計劃安排，分別派專業人員到試驗車站、調度所進行盯控，在不影響列車運行安全的前提下，逐步完成車站進路、信號、預告等控制功能的動態實驗。

動態試驗的主要內容及目的:CTC調度臺管轄的全部或部分車站轉換為分散自律模式，以試驗區段內所有在線列車為試驗車，CTC系統按照站細等規則自動辦理分散自律車站的列車進路、列車進路人工干預、調車進路人工和自動辦理，以及分散自律模式下的特殊情況作業辦理 (改變區間運行方向等)，驗證CTC系統控制下各車站對各類不同速度等級列車進路觸發時機的正確性、合理性。

3.CTC與GSM-R系統聯調試驗。GSM-R系統(區段內地面設備、所有列車車載設備、與CTC接口設備)具備與CTC系統聯調試驗條件后，CTC系統與GSM-R系統逐調度區段進行系統聯調試驗，管轄內的全部車站轉換為分散自律模式，試驗區段內所有在線列車為試驗車，驗證CTC系統向列車發送的試驗調度命令信息、試驗區段內在線列車接收到的接車進路預告信息、以及所有通過G網傳送的CTC相關車-地通信信息。此階段以及前述幾個現場試驗的子階段，都是在發現問題、分析問題、解決問題、繼續試驗的過程中，最終要達到各階段的問題全部解決，系統方可進入試運行狀態。

3 結束語

本文站在系統集成商的角度闡述了在繁忙鐵路干線區段TDCS系統升級為CTC系統的解決方案。除文中論述方案的各階段工作之外，CTC系統能否為運輸生產發揮它的效益 (提升工作效率、減輕勞動強度、增強安全性等)，在很大程度上還有賴于運輸組織部門根據本線運輸組織特點、沿線各站作業特點、以及結合CTC系統的特點，制定、完善相應的行車組織管理辦法及規章制度。

系統的升級方案合理性、可行性，以及CTC系統既有線在實施后是否能夠最大程度發揮它的價值，都需要在鐵路局運輸組織部門、設備維管部門的支持下與系統集成商進行深入的溝通協作，專業互補，才有可能取得良好的效果。

本文所述方案已在北京局京九線成功實施，應會對已實施TDCS的繁忙干線區段進行CTC升級改造具有工程應用價值。

[1]鐵道部科技司.分散自律調度集中系統(CTC)技術條件(暫行修定稿)[Z］.鐵道部科技司，2004.

[2]楊浩.鐵路運輸組織學[M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

[3]北京鐵路局.列車運行圖技術資料[Z］.北京鐵路局，2009.

[4]Roger S.Pressman.Software Engineering:A Practitioner＇s Approach，Sixth Edition[M］.北京:機械工業出版社，2008.