新建鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時限速互聯互通技術方案研究

杜艷萍

(中國鐵建電氣化局集團第一工程有限公司，河南洛陽 471013)

近年來隨著國內高速鐵路建設快速發展，高鐵網絡已逐步形成。截止2019年底，國內高鐵開通運營里程將達3萬km。鄭州作為國內鐵路運輸樞紐城市，先后有鄭西、京石武、鄭開、鄭焦、鄭徐、鄭機等鐵路在此交匯，因這些線路開通時間不同、設計標準不同、執行標準不同、設備廠家不同，從而使鄭州樞紐復雜多樣，形成“牽一發而動全身”的局面。本文以鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐為例，針對鄭州東樞紐線路復雜情況下，就鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時限速服務器(TSRS)互聯互通方案進行深入探討。

1 鄭州東樞紐概況

鄭西高鐵、京石武高鐵、鄭徐高鐵、鄭萬高鐵、鄭濟鐵路、鄭開城際和機場城際線共有7條鐵路在鄭州東樞紐交匯。鄭西高鐵、京石武高鐵、鄭徐高鐵裝備CTCS-3級列控系統，已分別于2010年、2012年和2016年投入運營。鄭開、鄭機城際采用CTCS-2級列控系統，先后于2012年和2016年開通。

鄭萬高鐵正線接入鄭州東站徐蘭場，鄭萬與鄭濟（預留）高鐵正線貫通，鄭萬高鐵經鄭州東徐蘭場與鄭徐客專相連；鄭萬高鐵由閻塊線路所側線經鄭渝上行聯絡線、曹古寺線路所側線、西北聯絡線接入鄭州東京廣場與京廣高鐵相連。

鄭萬高鐵接入鄭州東樞紐后，鄭萬TSRS與鄭徐TSRS管轄分界在鄭州東徐蘭場SW、SWF進站信號機處；鄭萬TSRS與 鄭 西TSRS管 轄 分 界在曹古寺線路所進站信號機處SWL處。

鄭州東樞紐RBC采用直接通信方式實現RBC間切換。鄭州東徐蘭場RBC管轄范圍為鄭州東徐蘭場、曹古寺線路所、鄭徐中繼2。鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐后，將鄭萬高鐵正線中繼0、閻塊線路所、中繼1和鄭渝上行聯絡線納入鄭州東徐蘭場RBC管轄，徐蘭場RBC與鄭州南RBC在鄭萬高鐵正線中繼1和中繼2集中區分界點處實現RBC通信切換。

鄭萬高鐵接入后，鄭州東樞紐示意如圖1所示。

圖1 鄭萬高鐵接入鄭州東樞紐示意圖Fig.1 Schematic diagram of the connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou East Transportation Hub

2 方案研究

鄭州東樞紐線路復雜、設備種類繁多、覆蓋范圍廣，本次鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐，如何在既能減少對既有高鐵設備影響又能確保運營安全情況下，保證鄭萬臨時限速服務器與鄭州東樞紐臨時限速設備互聯互通，需要深入研究，制定可行的技術方案。為此，提出兩個實施方案。

2.1 方案一：鄭萬TSRS分別與鄭徐TSRS1、鄭西TSRS接口直接通信，實現限速傳遞

2.1.1 鄭萬與鄭西高鐵臨時限速服務器通信接口處理方案

鄭西高鐵TSRS與所有外設的物理連接均采用2通道連接，即TSRS的A系只能與安全數據網A網連接，B系只能與安全數據網B網連接，當TSRS的A系為主用時，A網中斷，A系只能通過B系到B網，實現與其他設備的通信。同時，鄭西高鐵使用的是安薩爾多公司的RBC，結構上采用點對點通信，RBC的N系只能與TSRS的A系通信，RBC的R系只與TSRS的B系通信，不能實現交叉冗余。

鄭萬高鐵TSRS按照標準方式物理連接均采用4通道連接。即TSRS的A/B系交叉分別接入安全數據網的A/B雙網，以實現當安全數據網A/B網中斷時，TSRS的A/B系直接與安全數據網B/A網聯通，完成與其他設備的信息交換。

由于鄭西與鄭萬高鐵TSRS網絡結構不同，不能正常通信，在曹古寺線路所設三層交換機，實現鄭萬與鄭西安全數據網的連通。為了解決2套設備之間的邏輯通道處理問題，通過研究，鄭萬TSRS通信需進行修改，即鄭萬TSRS雙系互不交叉接入安全數據網，才能實現與鄭西TSRS之間的互聯互通。鄭萬高鐵TSRS與鄭西高鐵TSRS連接方式如圖2所示。

鑒于鄭西高鐵TSRS通信2通道的特殊性，為了最大限度減少對既有鄭西高鐵運營的影響，同時遵循安全和規范要求，經過反復的研究，決定鄭萬高鐵接入鄭西高鐵物理連接采用4通道連接，鄭西高鐵處理方式保持不變，鄭萬高鐵內部數據處理方式采用更改內部數據互傳辦法來保證數據冗余，鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口應用協議遵從《CTCS-3級列控系統TSRS-TSRS接口規范(V1.0)》，安全層協議遵從《RSSP-II通信信號安全通信協議》，通信層協議采用TCP/IP協議，從而來滿足RSSP-II安全處理的要求。如圖3所示。

圖2 鄭萬高鐵TSRS與鄭西高鐵TSRS連接方式Fig.2 TSRS connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou-Xi’an High-speed Railway

圖3 鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口連接示意圖Fig.3 TSRS interface connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou-Xi’an High-speed Railway

通過鄭西TSRS主備通信通道分別與鄭萬TSRS的主備通信通道邏輯通信，實現鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口之間的連通，同時減小對既有設備影響。

2.1.2 曹古寺線路所TCC通信接口處理

曹古寺線路所屬于鄭州局鄭西高鐵CTC調度臺管轄，但由于曹古寺線路所通號設備（TCC）無法與鄭州局鄭西高鐵TSRS建立正常的設備間冗余連接方式，所以曹古寺線路所TCC從技術方面劃歸為鄭徐TSRS管轄。本次鄭萬高鐵引入后，斷開曹古寺線路所TCC與鄭徐TSRS通信連接，對鄭西高鐵安全數據網進行改造，將曹古寺線路所TCC劃歸為鄭西高鐵TSRS管轄。鄭西高鐵TSRS與TCC通信為單系單網方式，并且同一車站TCC的A機（B機）連接A網和B網的IP地址相同。而曹古寺線路所使用的是鄭徐高鐵網絡配置，為了確保曹古寺線路所TCC與鄭西TSRS正常通信，在曹古寺線路所TCC的B網接口中增加一個與A網接口相同的附屬IP地址，這樣，B網接口的IP地址中就有一個與A網一樣的IP地址，從而實現曹古寺線路所TCC與鄭西TSRS正常通信。

鄭萬TSRS與TCC通信為雙系雙網方式，同一車站TCC的A機（B機）連接A網和B網的IP地址不同。在曹古寺線路所安全數據網B網的三層交換機中增加與A網相同的IP地址配置，鄭西高鐵訪問B網時需通過三層交換機中與A網相同的IP地址進行；鄭萬高鐵訪問B網時直接通過三層交換機中B網的IP地址進行。

修改曹古寺線路所TCC軟件，開通鄭萬方向SWL接發車功能，實現鄭萬與鄭西高鐵不同信息交換。

2.1.3 與鄭徐臨時限速的互聯互通技術方案

鄭徐高鐵為2016年開通線路，設計標準按照中國鐵路總公司當時發布的技術規范要求執行。在鄭州東徐蘭場配置一臺三層交換，作為鄭萬引入鄭徐高鐵安全數據網接口。本次鄭萬高鐵引入鄭州東徐蘭場，需修改鄭州東徐蘭場安全數據網交換配置、增加靜態路由，實現鄭萬、鄭徐高鐵安全數據網通道貫通。

鄭徐、鄭萬高鐵TSRS按照標準方式物理連接均采用4通道連接，TSRS雙系互相交叉接入安全數據網，且網絡結構相同，故鄭萬高鐵TSRS與鄭徐高鐵TSRS連接方式直接通過安全數據網通道連接，并修改鄭徐高鐵TSRS軟件，實現不同數據的相互交換。

2.2 方案二 鄭萬TSRS與鄭徐TSRS直接通信，實現限速傳遞

鄭西高鐵為2010年開通，是國內建設開通較早的高鐵之一，設備老舊，軟、硬件修改難度大、安全系數要求高，且只有天窗點才能施工。由于曹古寺線路所TCC由鄭徐高鐵TSRS管轄，為了減少對既有設備的大范圍改動，本次鄭萬高鐵引入曹古寺線路所，鄭西TSRS與曹古寺線路所TCC維持原狀態不變，即鄭萬TSRS不直接與鄭西TSRS通信，鄭西臨時限速的下達通過鄭徐TSRS代傳模式實現。曹古寺線路所TCC與鄭萬高鐵閻塊線路所TCC通信接口通過修改曹古寺線路所安全數據網三層交換機配置，增加靜態路由方式，修改曹古寺線路TCC軟件方式實現數據相互傳遞。

鄭萬高鐵與鄭徐高鐵TSRS的互聯互通同方案一中2.1.3小節所述。

2.3 跨界限速方案的處理

調度臺管轄范圍內下達臨時限速命令時擬定責任方遵循“以線路正方向，限速起點所在臺”的歸屬原則，可擬定的限速終點最遠截止本調度臺界。當臨時限速命令超出本臺管界時，需與相鄰臺調度員聯系，按調度臺管界拆分后共同下達。

鄭萬與鄭徐調度臺、TSRS管轄分界在鄭州東徐蘭場上行進站信號機（SW/SWF）處，當鄭萬調度臺跨界下達臨時限速命令，邊界臨時限速命令需要鄭萬TSRS與鄭徐TSRS共同下發，該限速命令的轉發由兩TSRS內部完成。邊界臨時限速命令的激活與執行操作，需要雙方TSRS都成功的情況下才能成功。下達方式為：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場RBC/ TCC 。

鄭萬與鄭西調度臺、TSRS管轄分界在曹古寺線路所上行進站信號機（SWL）處，跨界臨時限速命令的下達，同樣通過鄭萬TSRS與鄭西TSRS共同下發，該臨時限速命令的轉發由兩TSRS內部完成。在方案一中，臨時限速下達方式為C2：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭西TSRS→曹古寺線路所TCC執行；C3：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭西TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場RBC。在方案二中，由于曹古寺線路所歸屬鄭西臺管轄，而曹古寺線路所TCC不能與鄭西TSRS連接，因此曹古寺線路所TCC的臨時限速及初始化均由鄭徐TSRS代傳，故臨時限速命令下達方式為：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場RBC/曹古寺線路所TCC。

3 方案比較

方案一優點：鄭萬引入鄭州東樞紐后，設備歸屬關系、分界清晰，便于后期維護。

缺點：該方案涉及大量對既有設備修改，施工要點“天窗”需求多，軟件仿真、修改、動態測試工作量大，對鄭州東樞紐運輸、行車安全影響較大。在維護管理中，需完善設備標識，加強對IP地址的管理，從而增加了設備維護工作量。

方案二優點：減少對既有設備的修改，施工難度、工程量減小。

缺點：鄭萬高鐵向鄭西高鐵跨界下達限速命令時，鄭西TSRS通過鄭徐TSRS代傳實現，從而增加設備故障點，不利于后期設備維護。對于特殊處理點，在設備說明書中需詳細介紹，同時需加大對設備管理人員的培訓工作力度，使維護人員能夠熟練掌握工作性能。

4 結束語

通過對鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時限速服務器互聯互通技術方案反復研究、分析，為了減少對既有設備軟、硬修改，最大限度地降低對既有線路運輸、行車安全的影響，建議采用方案二。該方案在后期聯調聯試過程中，通過動態驗證，設備運行狀況良好。隨著國內高鐵網絡逐步形成，該技術將為今后類似工程提供借鑒作用。