鐵路列車調度指揮應急系統的研究

高博文，許 偉，王建英

（1.中國鐵道科學研究院 鐵道技術研修學院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 通信信號研究所，北京 100081）

鐵路列車調度指揮應急系統的研究

高博文1，許 偉2，王建英2

（1.中國鐵道科學研究院 鐵道技術研修學院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 通信信號研究所，北京 100081）

在現有鐵路列車調度指揮系統的基礎上，采用硬件備份、數據實時同步和調度終端單機本地工作的方式構建鐵路列車調度指揮應急系統。當核心設備故障（網絡、數據庫宕機）或離線維護時，故障修復時自動恢復正常聯網工作模式，數據自動回傳服務器；同時，為保證數據的完整性，建立應急災備數據庫，故障情況下可以隨時接替生產庫提供數據服務。在核心設備故障情況下，提供基本的列車調度指揮功能，保持列車調度指揮業務的連續性，提高了行車指揮效率和運輸安全。

列車調度指揮系統；應急系統；數據同步；實時備份

隨著鐵路系統深化改革、全面推進鐵路信息化建設的要求，作為運輸生產組織中的鐵路列車調度指揮系統的信息越來越豐富，應用也越來越復雜，現已成為鐵路運輸業務運轉的基礎和核心。

系統硬件故障、軟件故障、人為誤操作和突發性災難等因素都可能會導致數據丟失、業務中斷,行車指揮只能回到最原始的傳統手工作業方式嚴重的影響行車指揮效率，甚至危及行車安全，因此選擇和利用各種高可用技術構造一套完整的、多層次、實用的、高可用性的應急指揮系統具有重要的意義。

1 系統結構和功能

通過對鐵路局列車調度指揮系統（TDCS，Train operation Dispatching Command System）中心設備部署、核心業務流程和故障統計分析，TDCS系統故障主要有硬件故障、軟件故障和人為因素3個方面。硬件方面主要有網絡故障、服務器故障、存儲設備故障等；軟件方面主要有操作系統故障、數據庫故障和應用程序故障等；人為因素主要是由于維護不完善或使用人員操作失誤導致的故障。

根據設備的功能和對業務的影響進行分析，導致系統癱瘓主要有2類：（1）數據庫故障，不能進行實時數據的存取業務；（2）網絡中斷，依賴數據庫和網絡的客戶端不能正常的工作。TDCS作為24 h不間斷運行的系統，不允許行車指揮業務長時間的中斷，應急指揮系統必須具有保護業務關鍵數據和維持業務運行的高可用性的能力，主要表現形式為保證行車指揮數據的安全完整和行車指揮業務不間斷。

有鑒于此，鐵路列車調度指揮應急系統在功能和性能上必須滿足如下基本要求：

（1）應急系統應能夠提高主用系統的可靠性和可用性，保證核心業務的連續性；（2）采用的應急或備用系統不影響既有TDCS系統；（3）應急系統與既有系統保持兼容性；（4）系統之間切換簡便；（5）故障恢復保證數據完整。

1.1 系統結構

鐵路列車調度指揮應急系統采用設置備用數據庫服務器、關鍵設備N+1備份以及建設應急備用中心等技術來降低因設備嚴重故障導致的行車指揮中斷，為生產系統的搶修爭取時間，并可把對正常生產運營的影響減至最低，如圖1所示。

圖1 TDCS應急系統結構示意圖

正常情況下，采取數據庫同步方式實現主用數據庫和備用數據庫之間數據的實時動態同步，以主用數據庫支撐生產業務。當檢測到主用數據庫故障時，由應用服務器自動切換至備用數據庫，實現調度指揮業務的連續性。備用數據庫完全獨立于主用數據庫，不共用任何設備，數據存儲滿足最近3個月調度業務運行數據存儲要求。

擴展列車調度臺功能，實現列車調整計劃、調度命令等重要數據本地存儲的同時存儲模式，當數據庫服務器短時間故障時，當前工作數據不丟失；同時支持離線工作模式，當服務器或者網絡中斷時，能夠利用本地數據維持基本工作狀態。

TDCS根據需要設置應急備用中心系統，當主中心機房全面故障時，啟用備用系統接管，維持調度指揮基本功能運行。應急備用中心系統的邏輯結構與主用系統基本一致，主要由、應急調度終端、數據庫服務器以及應用、通信、接口服務器等設備構成，并保持與車站基層網穩定可靠連接，實現應急接管條件下的基本調度指揮功能。

1.2 系統功能

列車調度指揮系統應急系統主要分為硬件設備N+1備份，設置應急數據庫服務器，調度臺支持離線工作模式和全系統設置應急備用中，本文只考慮設置應急數據庫器和調度臺支持離線工作模式兩種方式下的應急系統功能，另外兩種主要通過硬件和商用軟件實現，此處不再贅述。

應急系統軟件架構如圖2所示。

2 關鍵技術及實現

采用合理的生產數據庫的災備或應急方案，建立實時或準實時災備數據庫，不僅在生產數據庫出現故障時可最大程度的保證關鍵數據的安全性，將可能出現的數據損失降到最低；根據應急處理方案，若生產庫故障恢復時間過長，可以將業務切換到災備數據庫，盡快恢復業務的連續性，將影響降到最低。

核心業務終端能夠快速、有效的診斷網絡或服務器故障，能夠將本終端切為單機模式。工作在單機模式可以繼續為行車調度員提供業務服務，本地數據存儲采用與硬件、平臺、系統無關的XML描述語言，提高可用性和兼容性；故障修復后，系統啟動分散存儲的數據“歸一”管理模塊，將本地數據適時同步到數據庫中，保證離線終端和網絡終端數據的一致性，實現數據網絡共享。

2.1 應急數據庫技術

圖2 應急系統軟件架構示意圖

建立應急數據庫，當生產數據庫宕機時，業務系統可以直接切換至應急數據庫保證系統能夠持續的運行，同時保證數據的不丟失和連續性。

應急數據庫主要作為鐵路局TDCS中心生產數據庫的備份和應急使用，應急數據庫系統和生產庫采用同樣的庫和表結構。正常情況下，應急數據庫只是備份生產庫數據；生產庫故障接替生產庫提供數據存取服務，保證數據的完整性；生產庫故障修復，進行應急庫和生產庫數據的同步和各種應用業務的回切工作。流程如圖3所示。

綜合應急數據庫、生產庫性能以及數據間斷對運輸組織的影響，應急數據庫與生產數據庫每5 min進行一次全部數據同步，每3 min可以進行一次增量數據備份同步即可滿足要求。

2.2 應急調度指揮業務終端

優化目前整體架構，采用面向服務架構（SOA）技術構建鐵路列車調度指揮應急系統，開發調度員運行圖終端、調度命令終端等核心業務滿足智能存取數據的客戶端程序。當TDCS/CTC系統核心設備故障（核心網絡、數據庫宕機）或離線維護時，故障檢測服務將核心業務終端自動啟用應急模式（單機模式），即行調運行圖終端、調度命令終端能夠快速、有效的診斷網絡或服務器故障，將本終端切為單機模式，列車運行數據進行本地存儲，繼續為行車調度員提供業務服務。當網絡或服務器故障修復后，故障檢測服務將啟動恢復聯網模式（正常指揮模式），同時將分散存儲的數據與數據庫服務器進行同步，業務數據進行網絡共享。采用如下策略開發設計業務終端，保證業務連續性。

（1）列車調度臺終端，根據網絡和生產庫的狀態，其工作模式可以分為聯網工作模式和單機工作模式。

（2）聯網工作模式，數據全部存取來自生產數據庫，單機工作模式，數據存取來自客戶端機器。

（3）列車調度臺運行圖終端本地存儲一份列車運行圖的靜態數據,在單機工作模式下將動態數據以XML格式存儲于該終端設備，主要信息包括本班內實績運行圖、階段計劃、封鎖、慢行、天窗、調度命令等信息。

（4）列車調度臺終端軟件可以自動檢測生產庫的工作狀態。

2.3 數據準實時同步技術

開發數據準實時同步服務，通過訪問生產庫和應急數據庫，不斷將生產庫的新增數據備份至應急數據庫，實現數據庫對用戶和表的備份。在該服務啟動之初可以一次性將用戶的所有數據的同步到應急數據庫，平時工作的過程中將從生產庫中讀取動態數據向應急數據庫進行更新，實現數據的增量備份，既提高了效率，又極大地降低對生產庫的影響。

圖3 TDCS中心應急數據庫工作模式

該服務可以滿足2 min時間間隔的數據同步要求，支持全部數據備份和增量備份兩種策略，支持插入、更新和刪除等操作，支持多種數據類型。

TDCS/CTC系統是7*24 h不間斷運行，行車數據會實時發生變化，對應生產庫中的數據也應同步實時更新。一旦生產庫崩潰，應急備份庫必定不是最新數據，備份功能主要解決生產庫崩潰后，盡可能不影響TDCS/CTC的正常運轉。因此，按以下原則設計備份轉儲策略：

（1）無法實現“完全最優”備份，只能實現“次優”備份，即備份庫的數據與生產庫的數據差別不大，備份庫數據與生產庫數據之間測時延不宜大于10 min。

（2）采用定時增量備份策略有效解決數據量過大的問題，備份間隔設計為2 min～30 min。

（3）針對TDCS/CTC的某些核心動態表的數據更新，開發同步軟件，定時自動地將生產庫的數據同步至應急庫中。同步軟件設計為定時工作模式，首先連接至應急庫，利用該庫的遠程“數據庫鏈接”，訪問到生產庫，抓取生產庫的數據，然后將該數據更新至應急庫中，如圖4所示。

圖4 同步軟件連接方式

2.4 分布式數據存儲技術

分布式存儲技術主要是指列車運行圖終端在數據庫故障的情況下，本地化的數據存儲以及存儲數據的組織結構。列車運行圖的數據主要分為靜態數據和動態數據，靜態數據主要存儲在本地文本文件，動態數據由于其本身不停的變化，需要交換、更新，所以存儲為XML格式類型的文件。靜態數據主要包括運行圖底圖、車站的《站細》、股道名稱、站間距離、區間運行時分、供電臂、圖定線等信息；動態數據主要包括運行線數據、圖表注釋、封鎖、慢行和天窗等信息。

分布式數據存儲技術的實現流程如下所述：

（1）運行圖終端程序正常工作時，通過遠程數據庫實現數據的訪問。

（2）當檢測到與遠程數據庫連接中斷時，則將當前內存中所有動態數據寫入本地數據庫。配置文件中更新動態數據存儲地點標志為1。

（3）與遠程數據庫連接恢復時，若程序沒有退出或接班，則將內存中的動態數據全部同步至遠程數據庫中，成功后刪除本地數據庫已同步文件。配置文件中更新動態數據存儲地點標志為0。本地數據庫中未自動清除的文件是遠程數據庫中未更新的歷史數據，待遠程數據庫服務恢復后人工同步至遠程數據庫中并及時將本地數據庫清空。

（4）運行圖終端程序重新啟動或者交接班情況下，如果與遠程數據庫連接中斷，則所有數據從本地數據庫中獲取；如果與遠程數據庫連接正常，則需要根據配置文件中標志位來選擇動態數據獲取地點。如果標志位為0，所有數據從遠程數據庫中獲取；相反，如果標志位為1，所有數據從本地數據庫中獲取。

（5）運行圖終端程序退出情況下，若當前處于本地數據庫存儲方式下，則將當前內存中所有動態數據寫入本地數據庫，配置文件中更新動態數據存儲地點標志為1；若當前處于遠程數據庫存儲方式下，配置文件中更新動態數據存儲地點標志為0。

3 結束語

以既有TDCS/CTC為基礎，采用面向服務架構技術構建鐵路列車調度指揮應急系統，當核心設備故障（網絡、數據庫宕機）或離線維護時，故障檢測服務將核心業務終端自動啟用應急模式（單機工作），故障修復時自動恢復正常聯網工作模式，數據自動回傳服務器；

為保證數據的完整性，建立應急災備數據庫，在發生故障情況下，隨時接替生產庫提供數據服務。該系統在核心設備故障情況下，仍然保持列車調度指揮業務的連續性，提高了行車指揮效率和運輸安全。

應急數據庫技術和運行圖實時查詢技術已經在成都局和鄭州局得到了應用，系統的功能和性能都得到了現場實踐的有效驗證，能夠滿足現場列車調度指揮業務的實際需要，為進一步的深入推廣奠定了良好的基礎。

[1] 中國鐵路總公司.TJ/DW 151-2013 列車調度指揮系統（TDCS）3.0技術條件[R].北京：中國鐵路總公司， 2013. [2] 中華人民共和國鐵道部.TB/T2499-2008列車調度指揮系統（TDCS）數據通信規程[R].北京：中華人民共和國鐵道部，2008.

[3] 中華人民共和國鐵道部科學技術司.科技運函[2004]15號分散自律調度集中系統（CTC）技術條件（暫行修訂稿）[R]. 北京：中華人民共和國鐵道部科學技術司，2004.

[4] 中國鐵道科學研究院.中國鐵道科學研究院研究報告2012 Y064鐵路列車調度指揮應急系統的研究[R]. 北京：中國鐵道科學研究院，2012.

責任編輯 徐侃春

Emergency strategy for Railway Train Dispatching Control System

GAO Bowen1, XU Wei2, WANG Jianying2
( 1.Railway Technology Research College, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Signal and Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

On the basis of railway Train Dispatching Control System (TDCS), using hardware backup realtime data synchronization and scheduling terminal single way to build Train Dispatching Emergency System with local work. When the core equipment failure (network, database downtime) or off l ine for maintenance, fault detection service would automatically enable the emergency core business terminal mode (single job), automatically resume normal operation mode when troubleshooting networking, the data back to the server automatically. Meanwhile, to ensure data integrity, the emergency disaster database was established to take over the production of the next library under fault conditions, and provide data services. In the case of core equipment failure, basic train dispatching functions were provided to keep the train dispatching business continuity, improve the eff i ciency of traff i c control and transportation safety.

TDCS; emergency strstem; data synchronization; real-time backup

U284.59∶TP39

A

1005-8451（2014）08-0029-05

2014-02-14

高博文 ，在讀碩士研究生；許 偉，副研究員。