高速鐵路調度集中系統智能化研究及設計

金龍

摘 要：在高速鐵路當中，調度集中系統是指揮核心，對于促進高速鐵路的正常運行來講，意義非凡，其主要是將計算機信息作為技術支撐，然而我國高速鐵路網絡飛速發展，不斷建設和開通的高速鐵路線路使得能熟練掌握調度集中系統的高技能人才供不應求。此外，調度集中系統的發展速度也跟不上高速鐵路的發展要求，因此，結合新興技術進一步提高高速鐵路調度集中系統智能化勢在必行，本文將就高速鐵路調度集中系統智能化的研究及設計提出筆者的心得體會。

關鍵詞：高速鐵路;調度集中系統;CTC;智能化;人工智能

中圖分類號：U284.59 文獻標識碼：A

從本質上來看，雖然我國高速鐵路發展時間比西方發達國家短許多，但是我國高鐵已經逐漸領先世界。調度集中系統（CTC）是高速鐵路高效、穩定運行的主要支撐，伴隨現代科學技術的飛速發展，計算機技術已經可以被深度應用在調度集中系統當中，調度集中系統已經基本實現信息化與智能化。然而，人們對出行的需求日益提高，時代也對高速鐵路調度集中系統提出了更高的要求。人工智能、大數據時代已經來臨，這將會促使高速鐵路獲得巨大的發展變革，面臨著巨大的發展未知數。通過對鐵路資源的優化完善處理，可以妥善解決人們日益增長的出行需求和高鐵運行分布不均勻性之間的矛盾，因此，調度集中系統智能化的研究與設計成為了高速鐵路開發中十分重要的一部分。下面，筆者將首先簡單介紹一下高速鐵路調度集中系統及其智能化。

1 高速鐵路調度集中系統及其智能化

調度集中系統智能化是智能高鐵的重要組成部分也是其中較為核心的一環。所謂智能化即是利用人工智能、大數據、機器學習等新興的智能技術形成一個信息互聯的網，通過這樣的信息互聯可以自主適應、智能決策，解決高鐵運營過程中資源分布不均勻的問題，用于完成資源均衡分配的目標。

根據信息技術思維，可以將高鐵集中調度系統的系統層分為五項內容：感知層、傳輸層、數據層、資源層和應用層，這五層分別對應著信息數據的采集、傳輸、處理、存儲和應用。

（1）感知層一般包括調度集中系統生產信息、供電信息、災害信息以及客票信息，其作用在于全面收集可用于高鐵調度的相關信息，其收集的信息一般可分為三類：第一類主要是調度集中系統產生的信息，一般為列車的早晚點信息、區間運行時間信息、設備的狀態信息等;第二類為高鐵系統中子系統間的傳輸信息，如災害信息、供電信息和客票銷售情況;第三類為外部信息，如氣象信息、地理信息、醫療救援和公共交通等信息。

（2）傳輸層包括調度集中系統的網絡系統、4G/5G網絡、衛星通訊，這一層主要利用各種通信手段對感知層所獲取的信息安全高效地傳輸至數據層。

（3）數據層包括多元信息融合和數據標準化處理，傳輸層輸送來的信息多種多樣，數據層需對這些信息進行融合處理，以便后續的存儲、使用和管理，將雜亂的運營信息整合成具有標準化結構的數據。

（4）資源層包括數據倉庫、云計算中心、共享平臺，其中數據倉庫用來儲存經數據層梳理過的數據資源，云計算中心對數據進行并行計算，同時實現數據備份與數據恢復;共享平臺是調度集中系統的對外窗口，在此實現內部信息與外部系統的資源交換，實現各業務間的信息互通和互聯，解決高鐵基層信息隔斷，實現橫向協調。

（5）應用層則涵蓋了運行計劃智能調整、業務流轉智能化、智能統計分析、股道智能調整、崗位職能聯動、應急處置智能輔助、施工作業智能管理等智能管理、操作手段，它通過人機交互界面實現數據的可視化，便于用戶實時掌握列車的運行狀態，同時還能夠智能調整列車運作方案，實現對其運作情況的監督統計，保障了高鐵運行的安全性、準時性，實現高鐵精細化管理。

2 高速鐵路調度集中系統智能化國內外研究現狀

目前我國高鐵系統整體走在國際前列，對于高鐵調度集中系統智能化應用的國家不多，其中日本于1996年為解決多站臺車站進站繁忙的問題在東北和上越間的高速鐵路上使用了COSMOS廣域自主分散系統，對列車進行分組管理，當列車出現異常或信息中斷時及時反饋信息，保證鐵路安全運行。德國和法國在沿襲原有線路管理模式的基礎上，以線路為對象設置控制中心，在既有線路調度系統相關站間有密切數據交換和聯系。

2018年，我國國家鐵路集團有限公司發布了《智能調度集中系統暫行技術條件》，至此，對高鐵調度集中系統智能化的研究拉開序幕，目前多家單位已在京沈高鐵與京張高鐵上進行了初步的嘗試，并取得了階段性的勝利，但該技術尚未成熟，對于調度集中系統內部和外延智能化仍有待研究。

3 高鐵調度集中系統內部智能化

高鐵調度集中系統內部智能化可從中心和車站兩個方面展開，其對應的功能模塊包括：運行計劃智能調整、調度命令自動擬寫、智能統計分析、股道智能調整。

3.1 運行計劃智能調整

列車的運行計劃是高鐵系統綜合計劃的基礎，編制和調整列車運行計劃對調整高鐵運營起著十分重要的作用。目前我國高鐵系統運行圖的編制和調整主要由人工完成，這帶來了較大的工作量，且運行圖的質量受到工作人員工作能力的影響較大。當發生緊急情況時，經驗不足的調度人員因對事故現場沒有全面的了解，且心理承受能力有限，很難實現運行圖高效可靠地調整。

而智能調度集中系統在內部設有與實際列車運行一致的模型，系統參照模型運行結合各方面信息綜合考慮對運行計劃進行智能調整，實現運輸資源的合理分配。通過智能調度集中系統，可以綜合獲取列車運行區間的長度、相關坡道、股道長度、限定速度、最小追蹤間隔和車輛參數等信息，經過云計算中心的處理，計算出合理的運行時間、股道等信息，制定合理的運行圖，然后完成自動鋪畫。系統在不同的控制模式下，建立起不同的應急運行圖調整方案，綜合考慮旅客流量、自然天氣以及設備狀況等信息，對運行圖進行實時、精細化地調整。當列車或系統發生故障時，智能調度集中系統應根據故障的具體情況經過計算比對，自動實現區間封鎖和股道封鎖，對故障列車區間進行扣停和股道的調整。如遇暴風雨雪等極端天氣時，智能調度集中系統會對列車所在位置和限速范圍進行計算，從而對列車行進速度進行實時地調整。同時，智能調度集中系統還可以根據列車的限速和扣停情況預測列車晚點，當列車在抵達折返點出現晚點時，還可以通過修改折返路線，計算最小折返時間而幫助列車恢復正常運行狀態。

3.2 調度命令自動擬寫

目前高速鐵路調度集中系統的調度命令都需要由列車調度員予以擬寫，而后通過其他列車調度員，將內容通過網絡傳遞給有關值班人員或者高速列車的司機等。這樣的調度命令擬寫和發布模式常因調度命令受令處的工作疏忽出現差錯，此種調度命令缺乏充足的審核判斷，并無多部門、多崗位的安全監督管控，最終消息發布勢必會受到影響，為高速鐵路正常運行帶來極大的安全隱患。

通過構建調度命令自動擬寫方法和系統，可以實現調度命令的準確發布，有助于提高行車安全。在調度命令自動擬寫體系中可以包含判斷調度命令是否具有安全標識的服務器，對于具有安全標識的調度命令給予自動授權，而對于缺乏安全標識的調度命令則需經過多崗位審核，判斷命令中的語句是否存在問題，審核通過還需返回服務器經過二次審核，通過才能給予發布。此外，服務器還應具有調控審核終端的功能，優先將調度命令發給空閑崗位的終端進行審核，如果審核終端均較為繁忙，可傳送給綜合維修調度員審核，審核員審核調度命令內容、受令處所等信息，確認無誤后添加審核員代碼，否則通過服務器反饋修改意見發送給調度命令終端，由相關調度員完成對命令內容的改寫處理，這樣便能夠通過多元化崗位的審核判定，避免出現錯誤信息，從根本上提升調度信息的精準性，提高行車安全。

3.3 智能的數據統計分析

高鐵系統每天的運行過程中會產生大量的數據，傳統的數據儲存和分析一般是在列車運行出現異常的時候人工對當時的現場信息進行回放和日志分析。數據回放和分析的全程均依靠人工進行，這對分析人員的個人素質要求較高，數據分析質量難以保證，數據分析工作繁重，也需要較多的工作人員參與，而現實情況中很難找到這么多具有專業素養的工作人員。此外，歷史行車數據應得到及時的統計和備份，具有寶貴價值的行車數據如果沒有得到及時的備份，當下次發生類似情況時便難以充分地利用起來，造成數據資源的浪費。

現在，這個過程可以通過智能調度集中系統實現。智能調度集中系統可以通過統計學手段以及大數據分析、數據挖掘對生產過程中多種數據的內在關系進行分析，總結數據間的規律，構建模型，評估生產中的風險值與潛在效益，充分發揮列車運行數據的價值。如此，一方面通過統計多種特殊路況的通過時間，如道岔占用時間、咽喉占用時間和統計閉塞分區通過時間等時間數據，為列車的運行時間預估及調整、突發情況的管理控制帶來充足的數據支持;與此同時，智能調度集中系統通過統計列車及其他設備的運行狀態，通過強制執行、模式轉換、人工排路、人工觸發和修改序列、刪除序列等操作數據預估調車進路對列車進路影響的潛在風險。同時對用戶的操作習慣進行分析，改進優化用戶所存在的錯誤習慣，以此來從根本上避免安全問題的出現。數據挖掘還可通過比對發現調度集中系統與實際運行情況和現場作業間的不適應性，指導調度集中系統的參數調節。

3.4 實現對股道的智能調整

在高鐵運行過程中，為保障運行安全，動車組需在固定的股道進行接發車，車站值班員和列車調度員都不可隨意調整列車運行股道。但實際上列車晚點事故是經常出現的，如果引發大規模故障的話，就需要對列車運行股道進行人工干預。車站內列車運行股道的調整直接關乎到車站的安全和作業效率，也會影響整個鐵路系統的運行效率。然而實際情況復雜，列車調度員和車站值班員素質參差不齊，股道調整的合理性很難保證，這極大地影響了列車運行的效率，也降低旅客對高鐵的滿意度。

智能調度集中系統根據列車運行的歷史數據來構建相應的股道模型，如果突然出現大范圍設備故障問題，智能調度集中系統將從數據庫中獲取車站站細、行車安全規章、設備運行情況、股道占用情況、列車調整計劃、客流量等綜合信息，通過云計算平臺對這些綜合信息進行運算分析，給出股道調整方案。智能的股道調整方案會根據進出站咽喉、列車運行條件和聯鎖狀態排除不滿足要求的股道，同時盡量減少運行列車在相同時間、相同站臺進行乘降，防止短時間內同線群的列車同時到達車站，優先安排大編組始發列車進入閘機較多股道，對列車行駛股道進行其他方面的優化。通過智能調度集中系統進行股道的調整不僅可以減少調度員和值班人員的工作量，也極大地提高了列車運行的效率，保證了股道調整的可行性和質量，減少人工操作帶來的誤差和風險，有效減少乘客因股道調整上錯車的可能，降低客流量對車站運轉的影響，行之有效地提升車站服務水準，滿足乘客需要。

4 高鐵調度集中系統外延智能化

高鐵調度集中系統的外延智能化指的是以調度集中系統為核心，對外延設備進行信息共享，實現對外延設備的運行優化，這主要體現在以下兩個方面：

4.1 工作人員崗位的智能調控

車站需要很多工作人員維持運行，其中崗位繁多，包括信號員、值班員、客運人員和外勤助理等。各崗位各人員之間的配合是保證車站業務有序進行的基礎。智能調度集中系統可以對各崗位之間傳遞的信息進行共享，如接發車條件和檢票廣播等，告別了傳統的移動電話和對講機聯系，實現崗位間作業信息高效地上傳下達，將人員管理變得精細化。各崗位工作人員通過移動終端可以隨時查看車站階段計劃、實時站場圖、調度命令和各作業進度，采用語音、文字與圖片等多樣化方案，實現對信息的上傳處理，分享給其他崗位。

4.2 智能輔助應急情況處理

應急情況處置也是高鐵運行的重點工作之一，高效的應急處置方案是保證高鐵暢通運行的基礎。傳統的應急處置均依靠人工進行信息的傳輸，管理分散，傳輸速度較慢，對恢復行車秩序十分不利。智能調度集中系統通過調用數據倉庫中列車計劃、列車位置、司乘人員等信息提供合理的應急情況解決預案，發送給司乘人員，信息中可全面展示故障列車所處位置的三維場圖，周圍建筑、橋梁、河流、公路的分布情況，最近的站臺信息，協助工作人員盡快調配資源全面開展救援，減少突發事件對列車運行的影響程度。

我國科技、經濟高速發展，高鐵有必要朝向更高效、更便捷發展。計算機科技的發展為高鐵系統的智能化運行提供了技術支持，基于智能化的調度集中系統可以有效保障高鐵運行效率，將突發事件的影響最小化，降低工作人員的工作量，提高服務質量，有待大力推廣。

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